Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN: 978-602-0951-05-8 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 3-4 Oktober 2015
UJI AKTIVITAS ANTIBAKTERI KOMPOSIT KITOSAN-SILIKA TITANIA TERHADAP BAKTERI Staphylococcus aureus (Antibacterial Activity Test of Chitosan-Silica Titania Composites on Staphylococcus aureus bacteria) Dina Kartika Maharani*), Sari Edi Cahyaningrum, Amaria, Rusmini Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya *) Email :
[email protected] ABSTRAK Komposit Kitosan Silika Titania merupakan gabungan dari biopolimer Kitosan dan polimer Anorganik Silika Titania yang disintesis dari prekursor Kitosan, Si(OC2H5)4 dan Ti(OC3H7)4 dengan metode sol-gel. Uji aktivitas antibakteri komposit dilakukan dengan metode Shake Flask Turbidimetry terhadap bakteri Staphlococcus aureus. Hasil uji aktivitas antibakteri komposit Kitosan-Silika Titania pada variasi perbandingan %v/v Kitosan dan sol Silika Titania 3:7. 4:6, 5:5, 6:4, dan 7:3 menunjukkan bahwa komposit dengan perbadingan Kitosan dan Sol Silika Titania 3: 7 memiliki aktivitas antibakteri tertinggi yaitu sebesar 86,99%. Semakin kecil konsentrasi sol Silika Titania dalam komposit memberikan hasil penurunan terhadap aktivitas antibakteri komposit. Hal ini menandakan bahwa polimer Silika Titania berperan besar dalam menghasilkan sifat antibakteri pada komposit Kitosan-Silika Titania. Kata Kunci : Antibakteri, Komposit, Kitosan, Silika-Titania, S.aureus
Abstract Chitosan-Silica Titania composites consist of Chitosan biopolymer and inorganic polymer of Silica and Titania which is prepared by sol-gel method using Chitosan, Si(OC2H5)4 and Ti(OC3H7)4 precursor. Antibacterial activity testing of composites was investigated using Shake Flask Turbidimetry Test against Staphlococcus aureus bacteria. The result of antibacterial activities of composites with ratio of Chitosan and Silica Titania sol are 3:7. 4:6, 5:5, 6:4, and 7:3 showed that composites with ratio 3: 7 had the highest antibacterial activity. The decreasing of sol Silica Titania amount the composites, indicated the decreasing of its antibacterial activities. It can be considered that Silica Titania polymer play a big role to enhanced antibacterial activity of Chitosan-Silica Titania composites. Keywords : Antibacterial activity, Composites, Chitosan, Silica Titania, S.aureus sangat luas sebagai agen antibakteri misalnya pada industri tekstil (Zhang et al., 2013). Keuntungan lain kitosan adalah dapat diperoleh dengan mudah dari cangkang hewan laut serta sangat ramah lingkungan sehingga menyebabkan kitosan menjadi topik yang menarik untuk terus dikembangkan (Salehi, et al., 2010).
I. Pendahuluan Kitosan merupakan polisakarida alam yang terdiri dari unit glukosamin dan N-asetilglukosamin yang dikenal memiliki sifat antibakteri. Sifat biodegradable, biocompatible dan non toksik menjadikan polimer kitosan memiliki aplikasi yang C – 167
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN: 978-602-0951-05-8 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 3-4 Oktober 2015
Kombinasi kitosan dengan polimer nanopartikel anorganik merupakan salah satu pendekatan yang efisien untuk menghasilkan agen antibakteri dengan sifat antibakteri yang tinggi (Perelhstein, et al., 2013). Beberapa penelitian tentang penggabungan kitosan dengan polimer anorganik untuk meningkatkan performa komposit telah dilaporkan. Penelitian tentang sintesis komposit kitosan-AgHidroksiapatit dilaporkan memiliki sifat kekuatan mekanik dan sifat penghalang air yang meningkat (Saravanan, et al., 2011). Penelitian serupa yang menunjukkan peningkatan sifat kekuatan mekanik dan kemampuan antibakteri dari komposit kitosan-Ag-ZnO juga dilaporkan oleh Li et, al (2010). Studi penelitian tentang komposit gabungan kitosan dengan polimer anorganik yang telah dilaporkan akhir-akhir ini menunjukkan adanya peningkatan sifat antibakteri dari kitosan. Oleh karena itu penelitian tentang pembuatan komposit berbasis kitosan dan polimer anorganik sangat potensial untuk dikembangkan lebih lanjut. Polimer anorganik TiO2 (titania) merupakan salah satu jenis oksida logam memiliki kemampuan untuk membentuk gabungan electron-cavity dibawah paparan sinar UV yang dapat mendekomposisi dinding sel negatif mikroorganisme. Nanopartikel titania memiliki energi celah pita yang cukup tinggi yaitu 3,2 eV yang menunjang kemampuan fotokatalisnya serta sifat antibakterinya (Sun, B., et al., 2007). Silika diketahui dapat membentuk muatan negatif pada kondisi pH netral. Adanya muatan negatif pada silika ini menyebabkan silika dapat membentuk ikatan elektrostatik dengan material bermuatan positif seperti kitosan. Melihat potensi yang begitu besar dari titania dan silika maka dimungkinkan untuk menggabungkan kitosan dengan polimer silika titania sebagai agen antibakteri mengingat komposit kitosan silika titania belum banyak dikembangkan.
Pada penelitian ini akan dilakukan uji aktivitas antibakteri komposit kitosan silika titania dengan variasi konsentrasi %v/v kitosan dan sol silika titania 3:7. 4:6, 5:5, 6:4, dan 7:3 menggunakan metode Shake Flask Turbidimetry terhadap bakteri gram positif Staphlococcus aureus.
II. Metodologi Alat Alat-alat yang dibutuhkan meliputi cawan porselen, cawan petri, alat penggerus (mortar), neraca analitis, autoclave, incubator-shaker, dan spektrofotometer UV-Visible Bahan Kitosan, CH3COOH p.a (Merck), Etanol p.a (Merck), Etanol teknis, Si(OC2H5)4 (Merck) dan Ti(OC3H7)4 (Sigma), aquades, Tryptone Soy Broth (TSB), bakteri S. aureus serta aqua demineralisasi. Pembuatan Nano Komposit Kitosan Silika Titania Sol silika dan sol silika titania dibuat dengan metode sol-gel menggunakan prekursor TEOS dan Ti(iPr) yang dihidrolisis dalam larutan etanol dengan katalis HCl. Sol selanjutnya diaduk selama 24 jam dalam temperatur ruang. Komposit kitosan silika dibuat dengan mencampurkan larutan kitosan 0,1% dengan sol silika dengan perbandingan %v/v 3:7. 4:6, 5:5, 6:4, dan 7:3, sedangkan komposit kitosan silika titania dibuat dengan mencampurkan larutan kitosan 1% dengan sol silika titania dengan perbandingan % v/v 3:7. 4:6, 5:5, 6:4, dan 7:3 (Maharani, et al., 2012). Uji Aktivitas Antibakteri Komposit Kitosan Silika Titania Pengujian aktivitas antibakteri dilakukan dengan metode Shake Flask Turbidimetry dan pengujian dilakukan terhadap bakteri C – 168
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN: 978-602-0951-05-8 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 3-4 Oktober 2015
% Aktivitas Antibakteri
Stapylococcus aureus. Media yang digunakan untuk pertumbuhan bakteri yaitu Nutrien Agar (NA) dan TSB (Tryptic Soy Broth). Bakteri diinokulasi dalam medium cair dan dinkubasi dalam shaker selama 16 jam pada temperatur 37 oC dan rotasi 300rpm. Satu mililiter suspensi bakteri diencerkan dengan aquades dalam beberapa pengenceran , selanjutnya 0,2 ml suspensi bakteri didispersikan pada cawan petri yang telah berisi nutrien agar atau TSB. Selanjutnya cawan petri diinkubasi selam 24 jam pada temperatur 37 oC. Jumlah bakteri selanjutnya dihitung dengan jumlah bakteri awal sekitar 108 CFU/ml (Lee, et al., 1999). Aktivitas antibakteri (%) =
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Kit Kit-si 3 : 7 Kit-si 4 : 6 Kit-Si 5 : 5 Kit-Si 6 : 4 0
10
20
30
Kit-Si 7 : 3
Waktu (jam)
Gambar 1. Aktivitas Antibakteri Nano Komposit Kitosan Silika
Vkontrol Vsampel x100% Vkontrol
dimana V adalah laju pertumbuhan bakteri yang dihitung dengan persamaan :
bakterijam0 bakterijamn x100% bakterijam0 III. Hasil dan Pembahasan Kajian aktivitas antibakteri komposit kitosan-silika titania dilakukan dengan uji aktivitas antibakteri komposit kitosan silika titania dan kitosan-silika terhadap bakteri gram positif Staphylococcus aureus dengan metode Shake Flask Turbidimetry.
C – 169
Berdasarkan Gambar 1 terlihat bahwa aktivitas antibakteri kitosan adalah 33,58%, dan aktivitas antibakteri nano komposit kitosan silika paling tinggi dihasilkan oleh perbandingan v/v kitosan : nanosol silika 3 : 7, sehingga dengan demikian semakin banyak partikel nano silika dalam komposit kitosan maka akan meningkatkan aktivitas antibakteri komposit kitosan silika. Gugus hidrofob Si-O pada partikel silika dapat membantu mengikat komponen nonpolar pada bakteri sehingga mempercepat aglutinasi sel bakteri. Semakin banyak jumlah partikel silika dalam komposit kitosan maka interaksi tersebut akan meningkat dan meningkatkan aktivitas antibakterinya. Besarnya aktivitas antibakteri pada jam ke 3 untuk nano komposit kitosan silika 3:7; 4:6; 5:5; 6:4; 7:3 berturut-turut adalah 67,24 %, 65,78 %, 65,78 %, 65,15 %, dan 31,49 %. Hasil tersebut menunjukkan bahwa pada rentang penambahan nanosol silika pada kitosan dengan perbandingan %v/v 4:6 sampai 6:4 tidak signifikan mempengaruhi perubahan aktivitas antibakteri nano komposit kitosan silika.
% Aktivitas Antibakteri
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN: 978-602-0951-05-8 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 3-4 Oktober 2015
100 80
Kit
60
Kit-Si/Ti 3 : 7
40
Kit-Si/Ti 4 : 6
20
Kit-Si/Ti 5 : 5
0
Kit-Si/Ti 6 : 4 0
10
20
30
Kit-Si/Ti 3 : 7
Waktu (jam)
Gambar 2. Aktivitas Antibakteri Nano Komposit Kitosan Silika Titania Hasil yang hampir sama juga tampak pada aktivitas antibakteri nano komposit kitosan silika titania yang ditunjukkan dalam Gambar 2. Aktivitas antibakteri nano komposit kitosan silika titania yang paling tinggi adalah pada perbandingan %v/v kitosan : nanosol silika titania 3 : 7 yaitu sebesar 86,99 %. Dengan menurunnya jumlah partikel silika titania dalam komposit kitosan silika titania, aktivitas antibakterinya juga semakin turun. Besarnya aktivitas antibakteri pada jam ke 3 untuk nano komposit kitosan silika titania 3:7; 4:6; 5:5; 6:4; 7:3 berturut-turut adalah 86,99 %, 69,47%, 63,26 %, 61,22 %, dan 33,58%. Hasil analisis terhadap uji aktivitas antibakteri memberikan hasil bahwa secara keseluruhan nano komposit kitosan silika titania memiliki aktivitas antibakteri yang lebih tinggi dibandingkan dengan nano komposit kitosan silika untuk semua perbandingan % v/v kitosan dan nanosol komposit, maupun dibandingkan dengan kitosan sendiri. Aktivitas antibakteri nano komposit kitosan-silika titania yang lebih tinggi dibandingkan dengan nano komposit kitosan silika dan kitosan ini dimungkinkan disebabkan terjadi interaksi antara dinding sel bakteri yang bermuatan negatif dengan gugus fungsi penghambat pertumbuhan bakteri yaitu NH3+ pada kitosan lebih banyak karena gugus
tersebut tidak tertutup oleh gugus Si-O-Ti dalam komposit. Mekanisme penghambatan pertumbuhan bakteri oleh nano komposit kitosan-silika titania ini dimugkinkan berasal selain dari gugus aktif NH3+ pada kitosan juga berasal dari gabungan partikel SiO2-TiO2, dimana TiO2 dalam paparan sinar UV dapat terdekomposisi menjadi komponen negatif e- dan hole atau lubang h+ yang akan bergabung menjadi komponen elektron-hole yang akan mengoksidasi gugus OH- dan H2O yang terserap pada partikel silika titania menjadi komponen OH radikal. Radikal ini akan dapat mendekomposisi dinding sel bakteri S. aureus sehingga membran sel bakteri S. aureus akan berikatan dengan partikel SiO2-TiO2 mengakibatkan kerusakan komponen intramolekuler bakteri yang menghasilkan penghambatan terhadap pertumbuhan bakteri. Aktivitas antibakteri nano komposit kitosan silika titania sampai perbandingan %v/v kitosan : nanosol silika titania 3:7 masih menunjukkan aktivitas antibakteri yang meningkat. Hal ini menandakan kontribusi penghambatan pertumbuhan bakteri pada nano komposit kitosan silika titania lebih banyak dihasilkan oleh partikel SiO2-TiO2. Komposisi kandungan kitosan yang semakin banyak dalam komposit tidak signifikan menyumbangkan penghambatan pertumbuhan bakteri yang tinggi.
IV. Kesimpulan Aktivitas antibakteri kitosan adalah 33,58 %, nano komposit kitosan silika dengan perbandingan komposisi persen volum 3:7. 4:6, 5:5, 6:4, dan 7:3 berturutturut adalah 67,24 %, 65,78 %, 65,78 %, 65,15 %, dan 31,49 %, sedangkan untuk nano komposit kitosan silika titania dengan perbandingan komposisi persen volum 3:7. 4:6, 5:5, 6:4, dan 7:3 berturutturut adalah 86,99 %, 69,47%, 63,26 %, 61,22 %, dan 33,58%. Aktivitas antibakteri nano komposit kitosan silika titania yang C – 170
Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN: 978-602-0951-05-8 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 3-4 Oktober 2015
paling tinggi didapatkan dari perbandingan kitosan : nanosol silika titania 3 : 7 yaitu sebesar 86,99 %.
V. Daftar Pustaka Lee, S., Cho, J. S., and Cho, G., 1999, Antimicrobial and Blood repellent Finishes for Cotton and Nonwoven Fabrics Based on Chitosan and Fluoropolymers, Textile Res. J., 69, 104-112.
Li, L.H., Deng, J.C., Deng, H.R,.LiuZ.L dan Li X.L, 2010, Preparation, characterization and antimicrobial activities of chitosan/Ag/ZnO blend films, Chem. Eng. J., 160, 378–382 Perelshtein, I, Elena, R,Perkas, N., Tzanko Tzanov, 2013, Chitosan and chitosan–ZnO-based complex nanoparticles: formation, characterization, and antibacterial activity, J. Mater. Chem. B, 2013, 1, 1968 Saravanan S, Nethala,S., Pattnaik,S., Tripathi, A., et al, 2011, Preparation, characterization and antimicrobial activity of a bio-composite scaffold containing chitosan/nanohydroxyapatite/nano-silver for bone tissue engineering, Int. J. Biol. Macromol., 49, 188–193. Sun, B., Sun, S., Zhang, W. 2007. Preparation and antibacterial activities of Ag-doped SiO2–TiO2 composite films by liquid phase deposition (LPD) method, Journal of Material Science vol 42. Zhang, Z, Chen, L., Ji, J.,Huang Y., Chen, D., 2003, Antibacterial Properties of Cotton Fabrics Treated with Chitosan, Textile Res. J.,. 73, 1103-1106.
C – 171
