NANOPARTIKEL: PENGHANTARAN OBAT @Dhadhang_WK Laboratorium Farmasetika Unsoed
3/26/2015
1
Pendahuluan Nanoteknologi mulai dieksploitasi sejak masuk tahun 2000-an. Namun, sebenarnya makhluk hidup telah memanfaatkan “nanoteknologi” ini sejak ribuan tahun yang lalu. Misalnya tokek yang bisa menempel sangat kuat di dinding. Totek dapat merayap di kaca dalam posisi terbalik (tubuh berada di bawah) yang mengindikasikan betapa kuatnya tempelan kaki tokek pada kaca. Di kaki tokek terdapat rambut-rambut yang sangat halus (Gambar 1.1). Rambut tersebut mengandung atom-atom dengan jumlah per satuan luas sangat banyak. Ingat, makin kecil ukuran material maka jumlah atom per satuan luas permukaan makin besar. Tiap atom di kaki tokek melakukan gaya van der Waals dengan atom di dinding. Tiap atom menghasilkan gaya tarik tertentu. Karena banyak sekali atom di rambut-rambut kaki tokek maka banyak sekali atom yang melakukan gaya van der Walls dengan atom di dinding sehingga dihasilkan gaya tarik yang sangat besar. Gambar 1.2 adalah ilustrasi gaya van der Walls antara molekul dengan dinding.
3/26/2015
2
3/26/2015
3
3/26/2015
4
Pendahuluan Nanopartikel merupakan partikel koloid kecil yang dibuat dari polimer non-biodegradabel dan biodegradabel. Diameternya umumnya sekitar 200 nm. Secara umum nanopartikel dapat dibedakan menjadi dua tipe:
◦ nanospheres, yang merupakan sistem matriks ◦ nanocapsules, yang merupakan sistem reservoir terdiri dari membran polimer yang mengelilingi suatu intii berminyak atau berair
Pendekatan ini cukup atraktif karena metode pembuatan partikel relatif sederhana dan mudah untuk diperbesar skalanya. 3/26/2015
5
Pendahuluan Partikel yang terbentuk cukup stabil dan mudah dikering-bekukan. Karena alasan ini, berkembanglah nanopartikel yang dibuat dari polimer biodegradabel untuk penghantaran obat Nanopartikel dapat mencapai target jaringan beberapa obat (antibiotik, sitostatik, peptida, dan protein Selain itu, nanopartikel dapat melindungi obat terhadap degradaasi kimia dan enzimatik, serta dapat menurunkan efek samping beberapa obat.
3/26/2015
6
Keunikan Sifat dalam Dimensi Nanometer Partikel tembaga yang memiliki diameter 6 nm menunjukkan kekerasan 5 kali lebih besar daripada tembaga ukuran besar Keramik yang umumnya mudah pecah dapat dibuat menjadi fleksibel jika ukuran bulir direduksi ke dalam skala nanometer Cadmium selenida (CdSe) dapat menghasilkan warna yang berbeda-beda dengan hanya mengontrol ukuran partikel
3/26/2015
7
Keunikan Sifat dalam Dimensi Nanometer
Nanopartikel yang berukuran sangat kecil juga memperlihatkan sifat magnetik dan optik yang unik. Nanopartikel magnetik dapat ditempelkan ke antibodi yang kemudian diarahkan dengan medan magnet ke arah sel tumor. Dengan medan magnetik, partikel tersebut dapat dipanaskan secara lokal (pemanasan di lokasi yang sangat kecil) sehingga dapat membunuh sel tumor yang berada di sekitar partikel itu saja tanpa merusak sel-sel lainnya. 3/26/2015
8
Gambar skematik suatu nanosphere (A) dan suatu nanocapsule (B).
3/26/2015
9
Ukuran beberapa bahan
3/26/2015
10
Permukaan Nanopartikel Nanopartikel dapat menunjukkan sifat adhesi yang kuat karena meningkatnya daerah kontak untuk gaya van der Waals Jumlah molekul yang ada pada permukaan partikel meningkat seiring menurunnya ukuran partikel
3/26/2015
11
% Molekul permukaan dalam Partikel
3/26/2015
12
Kecepatan pengendapan partikel & gerakan Brownian Particles
3/26/2015
13
Nanopartikel Suspensi dan Pengendapan Karena
ukuran nanopartikel yang kecil, maka cukup mudah untuk menjaga partikel-partikel tersebut tersuspensi dalam cairan Mikropartikel akan lebih mudah mengendap karena gaya gravitasi, di mana gaya gravitasi lebih kecil ditemukan pada suatu nanopartikel Untuk nanopartikel, gaya gravitasinya tidak sekuat gerakan randomnya. Oleh karena itu, suspensi nanopartikel tidak mengendap, yang akan memberikan waktu tinggal lama a microparticle suspension cannot be used for injection 3/26/2015
14
Nanoemulsi Nanoemulsi merupakan dispersi minyak dan air yang transparan stabil (translucent) secara termodinamika yang distabilkan oleh suatu lapisan antarpermukaan molekul surfaktan dan kosurfaktan yang mempunyai ukuran droplet kurang dari 100 nm. Beberapa studi menunjukkan bahwa formulasi nanoemulsi memperbaiki kemampuan in vitro penghantaran transdermal dan dermal, sama baiknya dengan in vivo jika dibandingkan dengan formulasi topikal konvensional seperti emulsi.
3/26/2015
15
Teknik pembuatan nanoparticle
3/26/2015
16
Energy Need (Bond Work Index) for Reducing Size of 1-mm-Diameter Particles
it is very energy intensive to go down to nanoparticles-size range
3/26/2015
17
Variation of the particle size as the antisolvent
3/26/2015
18
PEARL/BALL-MILLING TECHNOLOGY
3/26/2015
19
SPRAY-DRYING
3/26/2015
20
PRODUCTION IN HOT-MELTED MATRICES
3/26/2015
21
DIRECT COMPRESS
3/26/2015
22
Ringkasan metode yang berbeda untuk membuat nanospheres dan nanocapsules dari suatu polimer. W/O: water-in-oil, O/W: oilin-water, W/O/W: water-in-oil-in-water.
3/26/2015
23
Drug incorporation models for solid lipid nanoparticles.
3/26/2015
24
Karakterisasi nanomaterial Karakterisasi SEM Karakterisasi TEM Karakterisasi AFM Karakterisasi sinar-X Karakterisasi DMA
3/26/2015
25
Karakterisasi SEM
SEM (Scanning Electron Microscope) merupakan salah satu jenis mikroskop elektron yang menggunakan berkas elektron untuk menggambar profil permukaan benda. Prinsip kerja SEM adalah menembakkan permukaan benda dengan berkas elektron benergi tinggi. Permukaan benda yang dikenai berkas elektron akan memantulkan kembali berkas tersebut atau menghasilkan elektron skunder ke segala arah. Tetapi ada satu arah di mana berkas dipantulkan dengan intensitas tertinggi. 3/26/2015
26
Penentuan distribusi ukuran partikel
Ketika kita amati foto SEM untuk sampel partikel, tampak bahwa ukuran partikel bervariasi dari yang sangat kecil hingga yang cukup besar. Hampir tidak mungkin membuat partikel dengan ukuran seragam (monodispersi). Ketika para ahli mengatakan berhasil membuat partikel monodispersi, yang mereka buat sebenarnya adalah partikel polidispersi tetapi sebaran ukuran partikelnya sangat sempit. 3/26/2015
27
Penentuan distribusi ukuran partikel
Secara umum, ukuran partikel yang kita buat hampir dipastikan polidispersi. Ketika berhadapan dengan partikel demikian, pertanyaan menarik selanjutnya adalah bagaimana distribusi ukuran, berapa ukuran rata-rata, berapa deviasi standarnya, berapa % partikel yang ukurannya antara satu nilai diameter ke nilai diameter lainnya? Informasi-informasi ini sangat penting karena ketika ukuran berada dalam orde nanometer, sifat partikel sangat ditentukan oleh ukuran dan distribusi ukuran. Salah satu cara yang dapat kita lakukan adalah menggunakan foto SEM dari partikel-partikel tersebut. Untuk keperluan ini kita perlu memahami penggunaan beberapa program sederhana dalam Windows seperti Paint, MS Excel, dan program aplikasi OriginLab. 3/26/2015
28
Karakterisasi TEM
Transmission Electron Microscope (TEM) merupakan alat yang paling teliti yang digunakan untuk menentukan ukuran partikel karena resolusinya yang sangat tinggi. Partikel dengan ukuran beberapa nanometer dapat diamati dengan jelas menggunakan TEM. Bahkan dengan high resolution TEM (HRTEM) kita dapat mengamati posisi atom-atom dalam partikel. Dalam pengoperasian TEM, salah satu tahap yang paling sulit dilakukan adalah mempersiapkan sampel. Sampel harus setipis mungkin sehingga dapat ditembus elektron. 3/26/2015
29
Karakterisasi AFM Atomic Force Microscope (AFM) termasuk mikroskop canggih yang sederhana pengoperasiannya. Prinsip kerja AFM sangat sederhana dan dapat dipahami hanya dengan konsepkonsep fisika dasar. AFM tidak memerlukan sistem vakum, tegangan tinggi, maupun fasilitas pendingin (cryogenic) seperti pada SEM dan TEM.
3/26/2015
30
Non-contact mode AFM images of SLNs at scan ranges of (A) 50 μm; (B) 25 μm; and (C) 5 μm.
3/26/2015
31
Karakterisasi sinar-X Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang sekitar 1 Aº (10-10 m). Panjang gelombang ini kira-kira = jarak antara atom dalam kristal. Oleh karena itu sinar-X dapat didifraksi oleh atom-atom dalam material berbentuk kristal. Dengan mengamati pola difraksi sinar-X yang dihasilkan suatu material maka struktur kristal material tersebut dapat ditentukan.
3/26/2015
32
Karakterisasi DMA
Differential Mobility Analyzer (DMA) merupakan alat yang dapat digunakan untuk menentukan distribusi ukuran partikel aerosol (partikel di udara). DMA dapat digunakan untuk mengukur distribusi partikel dari ukuran sekitar 2 nm hingga ratusan nanometer. Prinsip kerja DMA adalah memberi muatan pada partikel aerosol kemudian memasukkan ke dalam ruang yang mengandung medan listrik. Partikel kemudian mendapat gaya listrik akibat adanya muatan. Gaya tersebut menimbulkan kecepatan dalam arah sejajar medan yang berimplikasi pada munculnya gaya gesekan oleh udara (gaya Stokes) akibat adanya viskositas udara. Kedua gaya tersebut pada akhirnya mencapai keseimbangan dan partikel selanjutnya bergerak dengan kecepatan konstan (terminal) dalam arah sejajar medan. 3/26/2015
33
Karakterisasi DMA Besar kecepatan terminal partikel bergantung pada mobilitas partikel tersebut. DMA membedakan partikel berdasarkan mobilitasnya. Jika semua partikel memiliki muatan yang sama, maka mobilitas menentukan ukuran partikel. Dengan demikian, pada akhirnya DMA dapat digunakan untuk menentukan distribusi ukuran partikel aerosol.
3/26/2015
34
Conclusion Nanopartikel
memiliki sifat yang unik: • Ukuran kecil • Luas permukaan yang tinggi • Mudah disuspensikan dalam cairan • Akses yang mendalam ke dalam sel dan organel • Partikel lebih kecil dari 200 nm lebih mudah disterilisasi dengan filtrasi menggunakan suatu penyaring 0,22 μm Lebih sulit untuk membuat nanopartikel yang lebih kecil dari obat dibandingkan dengan material yang keras Nanopartikel obat dapat diproduksi baik dengan penggerusan macroparticles atau dengan presipitasi cepat dari larutan 3/26/2015
35
Hasil Riset Farmasi Unsoed Nanoemulsi Minyak Jintan Hitam (Nadia & Laili, angkatan 2010)
3/26/2015
36
Nanosuspensi Ekstrak Teh Hijau (Arif Rahman, angkatan 2008)
3/26/2015
37
Nanosuspensi Esktrak Teh Hijau (Arif Rahman, angkatan 2008)
3/26/2015
38
3/26/2015
39
3/26/2015
40
3/26/2015
41
