DEGRADASI POLIBLEND KOPOLIMER POLI(ASAM LAKTAT-CO-ASAM GLIKOLAT) DAN POLI(εKAPROLAKTON) SECARA IN VITRO
MARDIANA HARDIANTI
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
ABSTRAK MARDIANA HARDIANTI. Degradasi Poliblend Kopolimer Poli(Asam Laktat-coAsam Glikolat) dan Poli(ε-kaprolakton) secara In Vitro. Dibimbing oleh HENDRA ADIJUWANA dan AHMAD SJAHRIZA. Polimer telah banyak diaplikasikan dalam kehidupan manusia, salah satunya adalah untuk penyalut obat. Polimer sintetik seperti poli(asamlaktat) (PLA), poli(asamglikolat) (PGA), poli(ε-kaprolakton) (PCL), poli(asam laktat-co-asam glikolat) (PLGA) merupakan jenis-jenis poliester yang banyak digunakan untuk penyalut obat. Para peneliti telah banyak yang melakukan penelitian tentang degradasi PLA, PGA, PCL, dan PLGA, tetapi belum ada yang melakukan penelitian tentang degradasi poliblend polimer ini, salah satunya adalah poliblend PLGA dan PCL. Poliblend dibuat empat komposisi, yaitu PLGA (90:10):PCL 3:1, PLGA(75:25):PCL 3:1, PLGA (90:10):PCL 5:1, dan PLGA (75:25):PCL 5:1. Degradasi dilakukan selama delapan minggu dengan menggunakan bufer fosfat pH 7.4 dan suhu inkubasi 37°C. Degradasi polimer diamati dengan adanya perubahan massa, viskositas intrinsik, dan bentuk permukaannya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposisi PLGA (75:25):PCL 5:1 merupakan komposisi yang paling cepat terdegradasi dibandingkan dengan komposisi lainnya. Ini terlihat dari perubahan massa hingga 89.06% dan viskositas intrinsik hingga 20.13%.
ABSTRACT Mardiana Hardianti. In Vitro Polyblend Degradation of Copolymer Poly(lactic-coglycolic acid) and Poly(ε-caprolactone). Supervised by HENDRA ADIJUWANA and AHMAD SJAHRIZA. Polymer has many applications in human life, one of them is in the field of health. Polymer synthetics like polylactic acid (PLA), polyglycolic acid (PGA), poly(εcaprolactone) (PCL), and poly(lactic acid-co-glycolic acid) were kind of polyesters that is many used in field of health. Many researchers have already made research about degradation of PLA, PGA, PCL, and PLGA. However, there is no one doing research about degradation of combination between this two polymers, one of them is polyblend of PLGA and PCL. Polyblend were made of four compositions, that were PLGA(90:10):PCL 3:1, PLGA(75:25):PCL 3:1, PLGA(90:10):PCL 5:1, and PLGA(75:25):PCL 5:1. Degradation was carried out for eight weeks by using phosphate buffer pH 7.4 and incubation temperature of 37°C. Degradation of the polymer was observed by mass remained, intrinsic viscosity, and its surface image. The result showed that composition PLGA(75:25):PCL 5:1 was the fastest in degradation compared to other compositions. It was showed by the decrease in mass until 89.06% and the change in intrinsic viscosity until 20.13%.
DEGRADASI POLIBLEND KOPOLIMER POLI(ASAM LAKTAT-CO-ASAM GLIKOLAT) DAN POLI(εKAPROLAKTON) SECARA IN VITRO
MARDIANA HARDIANTI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
Judul Nama NIM
: Degradasi Poliblend Kopolimer Poli(Asam Laktat-co-Asam Glikolat) dan Poli(ε-kaprolakton) secara In Vitro : Mardiana Hardianti : G44203028
Menyetujui, Pembimbing I,
Pembimbing II,
Ir. Hendra Adijuwana, MST NIP 130 321 037
Drs. Ahmad Sjahriza NIP 131 842 413
Mengetahui, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS NIP 131 473 999
Tanggal Lulus :
Karya kecil ini khusus kupersembahkan untuk papa di surga, mama tercinta, kakak-kakakku, dan adik-adikku
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Tritunggal Mahakudus dan Bunda Maria atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan dengan baik. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret 2007 ini ialah polimer, dengan judul Degradasi Poliblend Kopolimer Poli(asam laktat-co-asam glikolat) dan Poli(ε-kaprolakton) secara In Vitro. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ir. Hendra Adijuwana, MST dan Bapak Drs. Ahmad Sjahriza selaku pembimbing, serta Ibu Tetty Kemala, MSi yang telah banyak memberi saran dalam penelitian ini. Di samping itu, penulis juga menyampaikan penghargaan kepada staf Bagian Kimia Anorganik (Bapak Sawal, Bapak Caca, Ibu Nur, dan Ibu Siti Maemunah), staf Bagian Kimia Analitik (Bapak Eman), staf Bagian Biologi (Ibu Retno dan Ibu Yuli), dan staf Bagian Departemen (Mas Heri dan Bapak Didi) yang telah banyak membantu dalam penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih yang begitu besar penulis ucapkan untuk papa (Alm.), mama, Dicky, Yulius, Yane, Eva Yunita, Santika, Hendra, dan Adi atas segala bantuan baik berupa materi, dukungan, doa, nasihat, dan kasih sayangnya. Penulis juga mengucapkan terima kasih atas dukungannya kepada Elyzabet, Nurhayani, Rio, Bekti, Eko, Nuryono, kak Budi, dan teman-teman kimia angkatan 2003. Akhir kata, semoga karya ilmiah ini bermanfaat. Bogor, Agustus 2007
Mardiana Hardianti
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bengkulu pada tanggal 26 Maret 1985 dari pasangan Howarman Indrajaya (†) dan Nurgiantie. Penulis merupakan anak keenam dari delapan bersaudara. Tahun 2003 penulis lulus dari SMU Sint Carolus Bengkulu dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Fisik D3 Analisis Kimia pada tahun ajaran 2005/2006. Pada tahun ajaran 2006/2007, penulis juga menjadi asisten praktikum mata kuliah Anorganik S1 Biokimia, Analitik Layanan S1 Ilmu Teknologi Pangan, Sintesis Kimia Anorganik S1 Kimia, dan Kimia Tingkat Persiapan Bersama (TPB). Penulis juga menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia TPB pada alih tahun ajaran 2007/2008. Pada tahun 2006 penulis melaksanakan praktik lapangan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Gizi dan Makanan dengan judul Penentuan Kadar Besi pada Tepung Terigu Menggunakan Metode Spektrofotometri.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ..........................................................................................
vii
DAFTAR GAMBAR .....................................................................................
vii
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................
vii
PENDAHULUAN ...........................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Kopolimer Poli(asam laktat-co-asam glikolat) ..................................... Poli(ε-kaprolakton) ............................................................................... Poliblend PLGA dan PCL ..................................................................... Degradasi Polimer ................................................................................. Viskometri .............................................................................................
1 2 2 2 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ..................................................................................... Pembuatan Poliblend PLGA dan PCL (Sujatmiko 2007) .................... Pembuatan Buffer Fosfat pH 7.4 (Mulyono 2005) .............................. Degradasi Poliblend secara In Vitro (Kiremitci-Gumusderelioglu & Gunday 1999) ..................................... Uji Degradasi Poliblend ........................................................................
3 3 4 4 4
HASIL DAN PEMBAHASAN Pembuatan Poliblend PLGA dan PCL .................................................. Degradasi Poliblend secara In Vitro ...................................................... Perubahan Massa Sampel ...................................................................... Perubahan Viskositas Intrinsik .............................................................. Perubahan Bentuk Permukaan Poliblend ..............................................
4 4 5 6 6
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ............................................................................................... Saran .....................................................................................................
7 8
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
8
LAMPIRAN ....................................................................................................
10
DAFTAR TABEL Halaman 1
Waktu dan produk degradasi dari beberapa polimer poliester ..................
3
2
Komposisi PLGA dan PCL .......................................................................
4
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Reaksi pembuatan PLGA (Kurniawan 2007) ............................................
1
2
Difraktogram XRD PLGA pada komposisi a) 75:25 dan b) 90:10 (Kurniawan 2007) .......................................................................
2
3
Struktur kimia PCL (Huang & Edelman 1995) ..........................................
2
4
Difraktogram XRD PCL (Sujatmiko 2007) ..............................................
2
5
Viskometer-Ostwald Cannon Fenske Routine ..........................................
3
6
Bentuk permukaan visual poliblend dari komposisi (a) A, (b) B, (c) C, dan (d) D .....................................................................
5
7
Perubahan massa sampel ...........................................................................
5
8
Laju perubahan massa sampel ...................................................................
6
9
Perubahan viskositas intrinsik ...................................................................
7
10 Bentuk permukaan awal polimer dengan perbesaran 2x10x5 pada komposisi a) A, b) B, c) C, dan d) D .................................................
7
11 Bentuk permukaan polimer setelah terdegradasi dengan perbesaran 2x10x5 pada komposisi a) A, b) B, c) C, dan d) D .................
7
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Diagram alir kerja penelitian .....................................................................
11
2
Data perubahan dan laju perubahan massa poliblend PLGA dan PCL .....
12
3
Data viskositas intrinsik PLGA(90:10):PCL 3:1 selama waktu degradasi.
13
4
Data viskositas intrinsik PLGA(75:25):PCL 3:1 selama waktu degradasi.
17
5
Data viskositas intrinsik PLGA(90:10):PCL 5:1 selama waktu degradasi.
21
6
Data viskositas intrinsik PLGA(75:25):PCL 5:1 selama waktu degradasi.
25
7
Data perubahan viskositas intrinsik poliblend PLGA dan PCL ................
29
PENDAHULUAN Polimer telah banyak diaplikasikan dalam kehidupan manusia. Salah satu bidang aplikasi polimer adalah di bidang kesehatan (medical applications). Aplikasi polimer ini meliputi pembuatan pin, benang jahit operasi, rekayasa jaringan, sistem pengungkungan obat, dan aplikasi dalam bidang kesehatan gigi. Polimer yang dapat diaplikasikan dalam bidang kesehatan harus dapat terdegradasi dengan baik di dalam tubuh. Fibrin, kolagen, kitosan, dan gelatin merupakan jenis polimer alam yang telah banyak diaplikasikan dalam bidang kesehatan. Polimer biodegradabel sintetik yang telah banyak diaplikasikan dalam bidang kesehatan adalah poli(asamlaktat) (PLA), poli(asamglikolat) (PGA), poli(asam laktat-co-asam glikolat) (PLGA), dan poli(ε-kaprolakton) (PCL). Para peneliti banyak yang memilih menggunakan polimer biodegradabel sintetik karena bentuk molekulnya yang dapat direkayasa, bebas dari sifat imunogenitas, dan bahan asalnya berasal dari sumber yang dapat diperbaharui. Polimer sintetik yang banyak digunakan adalah PCL dan PLGA. PCL hanya sesuai untuk sistem penyalut obat jangka panjang, karena sifat kristalinitas yang tinggi dan waktu degradasi yang lambat. Sementara itu, PLGA bersifat biokompatibel dengan sifat degradasi yang dapat disesuaikan, bergantung pada nisbah molar komponen monomer individu. Namun, kelemahan PLGA adalah memiliki elongasi saat putus yang rendah karena mudah putus saat regangan akibat tekanan (Porjazoska et al. 2004). Oleh karena itu, penelitian untuk menggabungkan sifat antara dua polimer ini pernah dilakukan oleh Sujatmiko (2007). Penelitian untuk mencampur PLGA dan PCL telah dilakukan guna mendapatkan sifat terbaru dari kelebihan dan kelemahan masingmasing polimer tetapi belum ada pihak yang pernah melakukan degradasi terhadap polimer hasil penggabungan (polyblend) ini. Penelitian dari Porjazoska et al. (2004a) dan KiremitciGumusderelioglu & Deniz (1999) hanya membahas tentang degradasi PLGA, yaitu dengan semakin tingginya nisbah asam glikolat, PLGA akan semakin cepat terdegradasi. Dalam penelitian lain, Edlund & Albertson (2002) juga hanya membahas tentang degradasi kopolimer asam 6hidroksikaproat dan L-asam laktat secara in vitro pada kopolimer ini bergantung pada komposisi L-asam laktat dan kristalinitas asam 6-hidroksikaproat. Oleh karena itu,
penelitian tentang waktu degradasi dari poliblend PLGA dan PCL secara in vitro akan sangat bermanfaat untuk mengetahui perubahan yang terjadi selama poliblend ini terdegradasi. Penelitian ini bertujuan mengetahui komposisi dari poliblend PLGA dan PCL yang memiliki waktu degadasi relatif singkat dengan mengamati perubahan dari viskositas intrinsik, massa, dan bentuk permukaan selama masa degradasi.
TINJAUAN PUSTAKA Kopolimer Poli(asam laktat-co-asam glikolat) PLGA merupakan salah satu mikrosfer yang disetujui penggunaannya oleh Food and Drugs Administration (FDA). PLGA ini dapat disintesis melalui pembukaan cincin laktida dan glikolida menggunakan timah (II) bis 2etil heksanoat) sebagai katalis pada suhu tinggi, yaitu 160°C. Katalis timah (II) bis 2etil heksanoat) merupakan katalis komersial yang sangat efisien, memiliki toksisitas yang rendah, dan zat aditif makanan yang diizinkan di sejumlah negara. (KiremitciGumusderelioglu & Deniz 1999). Reaksi dari pembuatan PLGA ditunjukkan sebagai berikut O
O
HO OH
H3C H
O
Dehidrasi H
n CH3
CH3
Asamlaktat
Oligomer Poli(asamlaktat)
O
C H2
OH
Dehidrasi
O
O
O
O Pemanasan Katalis
O
laktida
O
CH3
C
C H
Gambar
O
Glikolida
Oligomer Poli(asamglikolat)
CH3
O
O
n
O
CH3
Pemanasan
+ O
O
O
H
O
O
Laktida
H
O
Asamglikolat H3C
O
O
HO
O
Pemanasan
O
O glikolida
O O
CH3
C CH
O O m
1
C
H2 C O
O C
C O H2
Reaksi pembuatan (Kurniawan 2007).
+ H2 O n
PLGA.
PLGA yang digunakan pada penelitian ini merupakan PLGA hasil penelitian dari Kurniawan (2007) yang bersifat amorf. Hal ini ditunjukkan pada difraktogram hasil XRD di Gambar 2. PLGA dengan komposisi asam glikolat 0-70% akan memiliki sifat amorf (Edlund & Albertson 2002).
