PENGEMBANGAN BAHAN BIOMATERIAL UNTUK PEMAKAIAN DI BIDANG KESEHA TAN DENGAN TEKNIK RADIASI PENGION

Pengembangan

bahan biomaterial untuk pamakaian di bidang kesehatan ... (Or. oarmawan

oarwis)

PENGEMBANGAN BAHAN BIOMATERIAL UNTUK PEMAKAIAN DI BIDANG KESEHA TAN DENGAN TEKNIK RADIASI PENGION Darmawan Darwis Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi, SATAN, Jakarta e-mail:[email protected]

ABSTRAK Penelitian secara komprehensif untuk mendapatkan bahan biomaterial terutama hidrogel pembalut luka, penurun demam dan membran selulosa mikrobial biodegradable dengan menggunakan radiasi pengion baik sinar gamma maupun berkas elektron untuk aplikasi dalam bidang kedokteran telah dilakukan di PATIR-BATAN. Hidrogel pembalut luka dibuat dengan meradiasi formula polimer berbasis polivinil pirolidon (PVP) menggunakan sinar gamma pada dosis 25 kGy, sedangkan hidrogel penurun demam dibuat dengan meradiasi polimer berbasis PVP dan polivinil alkohol (PV A) menggunakan berkas elektron pada dosis 30 kGy. Pengembangan membran selulosa mikrobial menjadi suatu membran selulosa biodegradable untuk aplikasi di bidang periodontal dan tissue engineering dilakukan dengan meradiasi membran menggunakan sinar gamma dan berkas elektron. Beberapa parameter hidrogel pembalut luka seperti fraksi gel, uji daya tembus mikroba terhadap hidrogel, kandungan air, kemampuan absorbsi air atau swelling, permeabilitas uap air, sterilitas, toksisitas (biokompatibilitas), serta uji preklinik menggunakan hewan uji telah dianalisis. Parameter hidrogel penurun demam seperti kecepatan penurunan suhu air, daya lengket hidrogel, fraksi gel dan kandungan air telah dilakukan. Pengujian karakteristik selulosa mikrobial setelah diradiasi seperti kekuatan tarik, viskositas, derajat polimerisasi, biodegradasi dalam larutan synthetic body fluid (SBF) juga telah dilakukan. Hasil penelitian terhadap sifat-sifat hidrogel iradiasi untuk pembalut luka adalah fraksi gel 95% (bib), hidrogel tidak dapat ditembus oleh mikroba, mempunyai kandungan air antara 80-85% (bIb), mampu menyerap air hingga 160% (bIb), dapat ditembus uap air, tidak bersifat toksik, dan dapat menyembuhkan luka bakar derajat II hewan uji dalam waktu 18 hari. Hidrogel berbasis PVP dan PYA hasil iradiasi dosis 30 kGy dapat menurunkan suhu air dari 40°C menjadi 37°C dalam waktu 12 menit, mempunyai kandungan air 71,7% (bIb), fraksi gel 95,6% (bIb) dan daya lengket (tackiness) 8,59 gram force (gf). Iradiasi terhadap membran selulosa mikrobial pada dosis 25 dan 50 kGy menghasilkan selulosa yang bersifat biodegradable yang ditunjukkan dengan berkurangnya kekuatan tarik membran, viskositas dan meningkatnya kemampuan biodegradasi dalam larutan SBF. Dari keseluruhan hasil yang telah diperoleh dapat disimpulkan bahwa hidrogel hasil iradiasi dapat digunakan sebagai pembalut luka, dan membantu menurunkan demam. Membran selulosa biodegradable iradiasi sangat potensial untuk digunakan sebagai membran Guided Bone Regeneration (GBR) dan aplikasi di bidang tissue engineering. Kata kunci: biomaterial, radiasi gamma, radiasi berkas elektron, hidrogel, selulosa mikrobial, pembalut luka dan penurun demam

ABSTRACT Comprehensive research to produce biomaterial especially hydrogel wound dressing, hydrogel cooling fever and biodegradable microbial cellulose using ionizing radiation such as gamma ray and electron beam for application in medical field have been elucidated at PATIR-BATAN. Hydrogel wound dressing was made by irradiating polyvinyl pyrrolidone (PVP) based formula using gamma ray at a dose of 25 kGy, while hydrogel cooling fever was made by irradiating PVP and polyvinyl alcohol (PVA) based formula using electron beam at a dose of 30 kGy. Development of microbial cellulose membrane to become biodegradable for application in periodontal and tissue engineering as well was conducted using gamma ray and electron beam. Several hydrogel wound dressing parameters such as gel fraction, microbe penetration ability to hydrogel, water absorption or swelling, water vapor permeability, sterility, toxicity, and preclinical test have been analyzed. For hydrogel cooling fever, parameters such as water reduction temperature rate, hydrogel tackiness, gel fraction, water content have also been analized. The evaluation of irradiated cellulose microbial characteristics such as tensile strength, viscosity, degree of polymerization, biodegradation in synthetic body fluid (SBF) solution were performed. Results show that hydrogel wound dressing induced by irradiation have gel fraction 95% (w/w) , can not be penetrated by microbes, water content 80-85% (w/w) , ability to absorb water up to 160% (w/w) , non toxic, and can cure degree II of burn wound of treated animal in 18 days. PVP and PYA based hydrogel irradiated by 30 kGy have characteristics such as: ability to reduce water temperature from 40°C to 37°C in within 12

251

ISSN 2087-8079

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi I/miah Jabatan Peneliti

minutes, having 71.7% (w/w) of water content, having 95,6% (w/w) of gel fraction and having tackiness 8,59 gf. Cellulose microbial irradiated at dose of 25 and 50 kG results in biodegradable cellulose which indicated by reduction in tensile strength and viscosity, and increases biodegradability in SBF solution. From overall results, it can be concluded that hydrogel induced by radiation can be used for wound dressing, and reduced fever. Biodegradable cellulose microbial membrane induced by radiation has high potential to be used for Guided Bone Regeneration (GBR) membrane and for application in tissue engineering. Keywords:

biomaterials, gamma radiation, electron wound dressing, and cooling fever

BABI

PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakan

beam

radiation,

hydrogel,

microbial

cellulose,

Secara umum alat kesehatan dapat didefinisikan sebagai suatu material baik tunggal atau kombinasi dengan material lain berupa natural maupun buatan (sintetis) yang digunakan pada manusia sebagai peralatan medis (medical devices) dan berinteraksi dengan sistem biologis[1-3J. Beberapa contoh alat kesehatan (biomaterial) yang digunakan dalam bidang medis seperti hidrogel pembalut luka, biosensor, tulang pengganti dan organ buatan. Keramik, titanium, baja tahan karat, kromium paduan, bone allograft, dan polimer merupkan beberapa contoh bahan yang digunakan untuk pembuatan alat kesehatan. Polimer biomaterial merupakan salah satu kelas biomaterial yang paling luas bidang aplikasinya. Hal ini karena polimer biomaterial mudah dibuat dalam berbagai bentuk yang komplekslrumit, harga yang relatif murah, mudah dikombinasikan dengan material lain (keramik, metal dan material lainnya), beberapa polimer bersifat biodegradable, mempunyai sifat fisika dan mekanik yang dapat diatur sesuai keinginan dan dapat digunakan untuk imobilisasi sel dan pelepasan obat secara terkendali. Berbagai penyakit yang mencuat akhir-akhir ini seperti kanker tulang, penyakit keropos gigi, luka bakar dan penyakit lainnya berakibat pada peningkatan kebutuhan adanya bahan biomaterial seperti tulang buatan, pembalut luka dan membran GBR. Oi Indonesia, hingga saat ini produk biomaterial yang digunakan dalam bidang kedokteran sebagian besar merupakan produk impor dengan harga yang sangat mahal. Teknologi isotop dan radiasi terutama sinar gamma dan radiasi berkas elektron telah banyak dimanfaatkan untuk berbagai keperluan seperti sterilisasi produk kesehatan, sintesis dan modifikasi polimer biomaterial, mutasi genetik tanaman, pengawetan bahan pangan dan lain sebagainya[4J• Penelitian untuk mendapatkan produk biomaterial terus dikembangkan di Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR)-BATAN[5J. Beberapa produk seperti hidrogel pembalut luka, tulang buatan untuk pemakaian di bidang kedokteran telah mencapai tahap akhir penelitian. Untuk mengatasi masalah tersebut, PATIR-BATAN sejak satu dekade yang lalu, telah melakukan penelitian dan Rengembangan polimer biomaterial sintetik untuk digunakan sebagai pembalut luka[6-1 J, plester penurun demam[14] dan membran biodegradabel/bioresorbable[15,16] dengan teknik radiasi sinar gamma atau berkas elektron. Beberapa keunggulan teknik radiasi dibanding teknik konvensional dalam pembuatan hidrogel adalah produk yang dihasilkan mempunyai kemurnian yang tinggi karena tidak menggunakan crosslin king agent/initiator, proses pembentukan ikatan silang dan sterilisasi terjadi secara simultan sehingga produk yang dihasilkan sekaligus menjadi steril. Selain itu preparasi sam pel tidak memerlukan ruangan steril khusus, sifat-sifat fisik hidrogel mudah dikendalikan melalui kombinasi dosis dan komposisi polimer, formula dasar yang sama dapat menghasilkan hidrogel dalam bentuk pad at, elastik dan gel yang mengalir denga mengatur dosis radiasi[17-18J. Penelitian sintesis hidrogel sebagai pembalut luka dengan teknik radiasi gamma juga dilakukan di beberapa negara seperti Jepang, Polandia, Korea Selatan dan negara-negara anggota IAEA/RCA RAS 8/106. Polandia telah mengkomersialkan hidrogel pembalut luka dengan merk Aqua gel.

252

Pengembangan

bahan biomaterial untuk pamakaian di bidang kesehatan ... (Dr. Oarmawan Oarwis)

Dalam rangka komersialisasi hasil penelitian, telah dilakukan penandatanganan kesepakatan kerjasama (MoU) antara PATIR-BATAN dan PT. Eracita Astamida pada tang gal 6 Agustus tahun 2008 untuk pengembangan skala pilot pembuatan hidrogel untuk penutup luka dan hidrogel penurun demam sebagaimana diperlihatkan oleh Gambar 1. Selain itu, penelitian untuk mendapatkan membran selulosa mikrobial biodegradable dengan teknik radiasi yang akan diaplikasikan dalam bidang tissue engineering (membran GRB dan GTR) sedang dalam proses mendapatkan paten pada tahun 2010 dengan judul: Proses Pembuatan Membran Selulosa Mikrobial Biodegradasi dan Penggunaannya.

Gambar 1. Penandatangan MoU antara PA TIR-BA TAN dan PT. Eracita Astamida

1.2.

Tujuan penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan formulasi hidrogel pembalut luka, hidrogel penurun demam dan membran selulosa mikrobial dengan menggunakan teknik radiasi untuk pemakaian di bidang kedokteran/klinik.

BAB II TINJAUAN

2.1.

PUST AKA

Radiasi pengion

Radiasi pengion dapat didefinisikan sebagai radiasi yang mempunyai energi cukup tinggi yang dapat melepaskan elektron dari atom atau molekulnya (ionisasi) dan mengubahnya menjadi partikel-pertikel bermuatan listrik yang disebut ion. Reaksi selanjutnya dari spesies ini (ion dan elektron) menyebabkan terbentuknya radikal bebas yang sangat reaktif yang pada akhirnya menyebabkan terjadinya reaksi kimia. Studi perubahan kimia yang terjadi dalam suatu sistem akibat absorpsi radiasi pengion dikenal dengan kimia radiasi. Teknologi proses radiasi dilakukan dengan memanfaatkan radiasi pengion (radiasi energi tinggi) untuk tujuan sterilisasi, sintesis dan modifikasi material sehing~a menghasilkan suatu produk yang bermanfaat, mempunyai kualitas yang baik dan aman[ 9-21J. Dewasa ini aplikasi radiasi pengion terutama berkas elektron dan sinar y telah mencakup berbagai bidang industri seperti sintesis polimer biomedikal atau biomaterial (kontak lens, pembalut luka, matriks pelepasan obat dan prostesis); degradasi polimer untuk menghasilkan membran selulosa biodegradable, oligokitosan; vulkanisasi lateks karet alam; modifikasi bahan polimer (crosslinking, grafting); sterilisasi jaringan tulang (tissue graft); pengawetan makanan; pelapisan permukaan; uji tak merusak (non destructive testing); bidang hidrologi;

253

ISSN 2087-8079

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi IImiah Jabatan Peneliti

sedimentologi dan lain sebagainya. Namun demikian, penelitian dan pengembangan untuk mencari bidang-bidang aplikasi baru dari teknologi radiasi ini terus menjadi perhatian para peneliti baik di Indonesia maupun di negara-negara lain. Radiasi pengion yang banyak digunakan untuk sterilisasi maupun sintesis biomaterial adalah sinar gamma yang berasal dari radioisotop Co-50 dan berkas elektron yang berasal dari mesin berkas elektron.

2.2.

Interaksi Radiasi dengan Polimer

Apabila suatu radiasi pengion mengenai molekul polimer maka akan terjadi reaksi kimia yang pada akhirnya akan terjadi pembentukan ikatan silang (cross/inking) atau degradasi. Kedua reaksi ini terjadi secara simultan. Namun demikian, rasio terjadinya reaksi ikatan silang atau degradasi tergantung pada struktur kimia polimer, kondisi fisik, dan kondisi iradiasi yang digunakan. Hasil akhir dari reaksi tersebut menentukan apakah suatu polimer bersifat cross/inking atau degradasi. Bila reaksi ikatan silang lebih dominan daripada reaksi degradasi, maka polimer tersebut bersifat ikatan silang (crosslinking), sebaliknya bila degradasi lebih dominan maka polimer tersebut bersifat degradasi[22-23J. Secara garis besar, reaksi suatu polimer dengan radiasi ditunjukkan oleh Gambar 2[25,26].Beberapa contoh pembentukan radikal polimer akibat iradiasi diperlihatkan pad a Gambar 3.[3] Miller dkk.[24 menyebutkan bahwa secara umum suatu polimer vinil bersifat cross/inking dengan radiasi bila rantai utamanya (main chain) adalah rantai dari atom karbon yang masing-masing atom karbon berikatan paling sedikit dengan satu atom hidrogen (-CH2-CHR-)n, sedangkan degradasi akan lebih dominan pad a polimer yang mempunyai atom karbon rantai utama tetrasubstitusi (-CH2-CR1R2-)n. Hasil akhir suatu reaksi ikatan silang adalah bertambahnya berat molekul polimer tersebut dengan bertambahnya dosis radiasi yang ditunjukkan oleh kenaikan viskositas polimer hingga akhirnya membentuk suatu struktur jejaring tiga dimensi (three dimensional network structure) dimana masing-masing rantai polimer berikatan dengan rantai polimer lainnya. Sebaliknya, jika reaksi degradasi lebih dominan pada polimer yang diiradiasi maka berat molekul polimer tersebut akan berkurang dengan bertambahnya dosis iradiasi yang ditunjukkan oleh menurunnya viskositas polimer. PH+~ PH e

P H+ + ~e P-P +PH* H' +~+ p' p' p'~n+ H2 Pm + PH2+

(ionisasi)

~

PH p' + PH2+ p' PH* PH+ P'm+n p' +

(excited state) (pembentukan

radikal)

(ikatan silang polimer) (degradasi) Gambar 2. Reaksi ikatan silang dan degradasi suatu polimer akibat radiasi pengion

254

Pengembangan


-CH;1-CB1-O -CH%-CH

-0 --<:H2-
1QQI/4,

PalriWl~ lioohJl)

--CH!lH OK -CH2-4-CH!-G OK ORH-

......-cH!-iiH OB ~H -'fH-C:Ht-CH08 JH

»~

~%

-CH~B-CH~HzCB;-
~Hz

~ CB,

Gambar 3. Beberapa contoh radikal polimer yang terbentuk akibat iradiasi. Reaksi pembentukan ikatan silang polimer banyak dimanfaatkan sebagai dasar dalam pembuatan produk biomaterial seperti hidrogel. Dengan adanya struktur ikatan silang pad a hidrogel mengakibatkan mempunyai sifat tidak larut dalam air, dapat mengabsorbsi air sehingga menggembung (swelling) bila berkontak dengan air atau cairan tubuh, tidak dapat ditembus oleh mikroba tetapi permeabel terhadap gas atau uap air, mempunyai sifat mekanik yang cukup serta elastis. Sebaliknya, reaksi degradasi terhadap polimer akibat radiasi dapat dimanfaatkan untuk membentuk suatu polimer dengan berat molekul yang lebih rendah sehingga lebih mudah larut dalam air atau dapat diabsorpsi oleh cairan tubuh. Sebagai contoh pembuatan oligokitosan dari kitosan, membran selulosa biodegradable dan lain sebagainya.

2.3.

Hidrogel

Hidrogel adalah polimer hidrofilik dengan struktur ikatan tiga dimensi yang dapat menggembung dan tidak larut dalam air. Struktur ikatan silang dapat berupa ikatan kovalen atau ionik. Sifat tidak larut hidrogel disebabkan oleh adanya ikatan silang antar rantai molekul polimer, sedangkan sifat dapat menyerap air dan menggembun~ disebabkan oleh adanya gugus fungsi seperti -OH,-COOH,-CONH2, -CONH, dan -S03H[3,2 ,28]. Sejak tiga dasawarsa terakhir, hidrogel sangat menarik perhatian para peneliti karena potensi pemakaiannya yang sangat besar pada berbagai bidang termasuk bidang kesehatan dan farmasi[25]. Dalam bidang kesehatan, hidrogel mempunyai potensi aplikasi sebagai penutup luka, lensa kontak, matrik penurun demam, bahan implan pad a gigi, matriks pelepasan obat, komponen organ buatan dan lain sebagainya[3,28,29].

255

/ptek Nuk/ir: Bunga Rampai Presentasi I/miah Jabatan Pene/iti

2.3.1.

/SSN 2087-8079

Sintesis Hidrogel

Secara umum ada dua metode yang dapat digunakan untuk mensintesis hidrogel yaitu: metode konvensional dan teknik radiasi. Pada metode konvensional, hidrogel dibuat dengan reaksi polimerisasi dan reaksi ikatan silang monomer hidrofilik dengan bantuan bifungsional atau multifungsional cross/inking agent atau pembentukan ikatan silang polimer larut air dengan reaksi organik khusus yang melibatkan polimer gugus fungsi[30]. Pembuatan hidrogel dengan teknik radiasi dilakukan dengan meradiasi monomer atau polimer larut air dengan sinar gamma atau berkas elektron. Dengan teknik radiasi, tidak diperlukan adanya bahan kimia inisiator atau cross/inking agent yang umumnya bersifat toksik[3 ,32J. a.

Sintesis Hidrogel dengan Teknik Radiasi

Dengan teknik radiasi, hidrogel dibuat menggunakan prinsip pembentukan ikatan silang antar rantai molekul polimer (crosslinking). Hidrogel dapat dibuat dengan meradiasi polimer, monomer murni atau larutan polimer atau monomer. Iradiasi polimer dengan cara yang pertama yaitu dalam keadaan kering mempunyai beberapa kelemahan yaitu diperlukan preparasi sampel khusus (seperti pengepresan, pelumeran) dan biasanya memerlukan dosis iradiasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan iradiasi dalam larutan serta sukar untuk menghilan~kan oksigen yang biasanya merupakan penyebab terjadinya reaksi lain yang tidak diinginkan[ 3]. Metode yang lebih sering digunakan adalah iradiasi monomer. Dengan cara ini mula-mula terjadi reaksi polimerisasi diikuti dengan pembentukan ikatan silang antar rantai molekul. Namun demikian, karena umumnya monomer bersifat berbahaya dan tOksik, diperlukan penanganan hati-hati bila meng~unakan cara ini untuk mensintesis hidrogel untuk pemakaian bidang kesehatan/kedokteran J. Cara lain yang paling banyak digunakan yaitu dengan meradiasi larutan polimer hidrofilik atau campuran larutan hidrofilik. Jika suatu larutan polimer diiradiasi dengan sinar gamma atau berkas elektron, akan terbentuk spesies antara (intermediate) makromolekul yang reaktif yang dapat berasal dari reaksi langsung antara radiasi pengion dengan rantai polimer atau reaksi tidak langsung yaitu reaksi dari hasil radiolisis air dengan rantai polimer. Radikal hidroksil, hidrogen atom dan elektron terhidrasi merupakan tiga spesies hasil radiolisis air yang paling reaktif. Radikal hidroksil selanjutnya akan bereaksi dengan polimer dan menarik atom hidrogen pada polimer sehingga terbentuk radikal polimer. Dengan cara yang sama, hidrogen atom bereaksi dengan molekul polimer membentuk radikal polimer dan gas hidrogen. Reaksi selanjutnya yaitu reaksi antar radikal polimer membentuk ikatan silang antar rantai molekul polimer (intermo/ecular crosslinking). Selain pembentukan intermolecular crosslinking, terjadi pula reaksi pembentukan intramolekular crosslinking, transfer hidrogel dan pemutusan ikatan polimer[33]. b.

Sintesis Hidrogel dengan Teknik Konvensional

Dengan teknik konvensional atau secara kimia, hidrogel dapat disintesis melalui beberapa cara yaitu polimerisasi monomer larut air dengan crosslin king agents bifungsional atau multifungsional seperti N-N-methylenebisacrylamide. Beberapa monomer yang banyak digunakan untuk pembuatan hidrogel adalah 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA), hydroxypolyethoxy-allyl ether, N-vinyl pyrrolidone, vinyl acetate acrylic acid dan methacrylic acid. Selain cara polimerisasi monomer, hidrogel juga dapat dibuat dari polimer hidrofilik dengan bantuan crosslinking agents bi- or multifungsional[30]. Ikatan silang rantai pad a hidrogel merupakan ikatan kovalen dalam bentuk struktur jaringan tiga dimensi sehingga berat molekul hidrogel cenderung menjadi tidak terhingga (infinity). Jaringan demikian dapat diilustrasikan pad a Gambar 4. Rongga antar rantai yang berikatan silang memungkinkan dilalui oleh zat terlarut. Dalam keadaan menggembung rongga ini biasanya terisi oleh air atau secara umum oleh molekul pelarut.

256

Pengembangan bahan biomaterial untuk pamakaian di bidang kesehatan... (Dr. Oarmawan Oarwis)

Molekul air

Jaringan tiga dimensi Gambar 4. Representasi skematik struktur jejaring tiga dimensi hidrogel

2.3.2.

Hidrogel Penutup Luka dan Penurun Demam (hydrogel wound dressing and cooling fever)

Luka adalah keadaan rusak atau hilangnya sebagian jaringan oleh berbagai sebab seperti terkena benda tajam, bahan kimia, panas, sengatan listrik, trauma atau sebab-sebab lainnya. Luka yang tidak ditangani secara tepat dapat menyebabkan terjadinya infeksi dan pada akhirnya dapat membahayakan jiwa penderita. Salah satu cara untuk menghindari terjadinya infeksi pada luka yaitu dengan menutup luka menggunakan pembalut yang memenuhi persyaratan. Secara umum, ada dua jenis pembalut luka, yaitu pembalut luka konvensional seperti cotton gauze dan pembalut luka hidrogel. Pembalut luka konvensional mulai ditinggalkan karena mempunyai beberapa kelemahan yaitu tidak dapat memberikan lingkungan luka yang lembab, mudah lengket pada jaringan luka sehingga menimbulkan rasa sakit pada waktu penggantian pembalut, bila menyerap eksudat luka menyebabkan pembalut menjadi kaku dan menimbulkan jaringan parut (eschar) pada bekas luka. Sebaliknya, pembalut luka hidrogel memiliki sifat-sifat yang mendekati pembalut luka ideal. Pembalut luka hidrogel adalah suatu hidrogel yang digunakan untuk menutup luka dengan tujuan antara lain menghindari luka dari masuknya mikroba, mencegah terjadinya dehidrasi yang berlebihan (terutama untuk luka bakar), mempercepat penyembuhan luka, mengurangi rasa sakit, dan memberikan kenyamanan pada pasien. Hidrogel mempunyai kandungan air yang cukup (Iebih dari 50%) sehingga memberikan suasana daerah luka yang lembab (moist/humid). Penyembuhan luka pad a suasana yang lembab mempunyai beberapa keuntungan yaitu proses epitelisasi berjalan lebih cepat, mencegah penetrasi bakteri dari luar, dapat menurunkan pH lingkungan luka yang tidak disukai oleh bakteri dan mencegah pembentukan keropeng (scab). Adanya keropeng akan memerangkap sel darah putih sehingga sel darah putih tidak dapat berfungsi dengan sempurna dalam penyembuhan luka[34-361.Tabel 1 memperlihatkan perbandingan sifat-sifat pembalut luka konvensional dan hidrogel. Suatu penutup luka yang ideal harus memiliki kriteria sebagai berikut[34.37.381: a. Tidak dapat ditembus oleh mikroorganisme atau dapat mencegah masuknya mikroorganisme ke tempat luka b. Dapat mengabsorbsi eksudat dan bahan toksik yang ada pad a permukaan luka c. Permeabel terhadap gas d. Mempunyai porositas yang cukup sehingga dapat ditembus oleh uap air, water vapor permeability sekitar 1400 g/m2/24 jam pada suhu 37°C e. Menjaga humiditas yang cukup pada daerah luka sehingga dapat mempercepat penyembuhan luka f. Tidak bersifat toksik, non alergenik dan hipersensitif

257

uka u gi rasa sakit p lama menyebabkan aringan luka sehingga at luka pada embab


g. h. i.

ISSN 2087-8079

Dapat melekat dengan baik pada luka, mudah dilepas dari luka dan tidak menyebabkan trauma Dapat menyesuaikan dengan bentuk permukaan tubuh terutama pada daerah persendian Mudah disterilkan, dapat mengurangi rasa sakit, memberikan rasa nyaman Tabel1.

Perbandingan sifat-sifat pembalut luka konvensional dan hidrogel

sakit rasa waktu parut jaringan pada bekas luka pada memudahkan pembalut dan Tidak menimbulkan terjadinya jaringan parut (eschar) Bersifat Dapat mengurangi lembut dan rasa nyaman sakit dipakai luka sehingga cepat sembuh memberikan menyerap rasa eksudat nyaman luka Tidak Pembalut lengket suasana luka pad a hidrogel jaringan lembab luka padasehingga daerah Pembalut luka penggantian konvensional Menyebabkan

Hidrogel dapat dibuat dalam berbagai bentuk mulai dari hidrokoloid/amorphous gel hingga bentuk membran (sheet). Masing-masing bentuk hidrogel mempunyai kegunaan yang berbeda. Sebagai contoh amorphous gel digunakan untuk luka dengan eksudat yang banyak serta bentuk luka yang dalam dan tidak beraturan, sedangkan hidrogel sheet digunakan sebagai pembalut utama untuk luka dangkal, luka dengan bentuk tidak rumit, eksudat luka sedikit hingga sedang, bedsore, luka bakar, dan luka diabetes[39-40J• Saat ini terdapat beberapa produk hidrogel komersial antara lain, Aqua Gel (Poland), Vie Gel (Nichiban, Japan), Nu-Gel (Johnson & Johnson, USA), Vigilon (CR Bard, Inc., Covington), Flexigel (Smith & Nephew)[3,391•Aqua Gel[33] merupakan hidrogel komersial pertama yang dibuat dengan teknik radiasi. Hidrogel ini dipasarkan di negara-negara Eropa Tengah (Central Europe). Sejak dua dekade yang lalu, PATIR-BATAN telah berhasil mensintesis hidrogel berbasis polimer hidrofilik polivinil pirolidon (PVP) menggunakan radiasi gamma[6-10] untuk digunakan sebagai pembalut luka, sebagaimana ditunjukkan oleh Gambar 5.

Hidrogel

SATAN

Penutup/pembalut

luka

Gambar 5. Pembalut luka hidrogel produksi PA TIR-BA TAN Selain hidrogel untuk pembalut luka, PATIR-BATAN dalam tiga tahun terakhir juga telah mengembangkan hidrogel sebagai plester penurun demam dengan menggunakan teknik radiasi berkas elektron. Prinsip kerja hidrogel penurun demam adalah kandungan air yang ada pad a hidrogel akan menyerap panas dari tubuh serta melepaskan panas tersebut keudara melalui evaporasi.

258

Pengembangan

2.4.


Selulosa Mikrobial Biodegradable

oarwis)

sebagai Membran GBR

Guided Bone Regeneration (GBR) merupakan suatu teknik operasi di bidang periodontal untuk menangani kasus kerusakan tulang dengan menggunakan material graft tulang dan membran. Membran berfungsi sebagai penghalang untuk mencegah adanya invasi jaringan lunak yang tidak diinginkan pada daerah graft tulang sehingga proses penyembuhan tulang berjalan dengan sempurna[41,421. Membran yang digunakan dapat bersifat non biodegradable atau biodegradable. Membran non biodegradable mempunyai kelemahan yaitu diperlukan adanya operasi kedua setelah proses penyembuhan tulang selesai untuk mengeluarkan membran tersebut dari tubuh. Idealnya membran yang digunakan bersifat biodegradable sehingga tidak diperlukan operasi kedua untuk pengangkatan membran setelah proses penyembuhan selesai. Selulosa merupakan polimer polisakarida dengan berat molekul yang tinggi sehingga tidak larut dalam air tetapi dapat didegradasi oleh enzim selulase yang tidak terdapat dalam tubuh man usia. Selulosa dapat berasal dari tanaman atau disintesis dari mikroorganisme. Selulosa yang disintesis dari mikroorganisme disebut selulosa mikrobial[42]. Selulosa bila diiradiasi dengan sinar gamma atau berkas elektron akan terdegradasi melalui pemutusan ikatan glikosidik pad a rantai glukosa penyusunnnya menjadi selubiosa, selo-oligosakarida atau glukosa yang mudah dihidrolisis dan diserap oleh cairan tubuh. Kecepatan degradasi sangat bergantung pad a dosis dan laju dosis radiasi. Untuk mendegradasi selulosa dengan laju dosis radiasi rendah digunakan sinar gamma sedangkan untuk laju dosis tinggi digunakan berkas elektron. Degradasi dengan radiasi mempunyai beberapa keunggulan yaitu tidak memerlukan senyawa kimia yang dapat berakibat toksik pad a tubuh, derajat polimerisasi selulosa dapat diatur sesuai dengan yang diinginkan melalui pengaturan dosis radiasi, proses sangat sederhana dan cepat jika menggunakan berkas elektron, proses dapat dilakukan pada suhu kamar, dan selulosa yang dihasilkan sekaligus bersifat steril. Sejak 3 tahun yang lalu, PATIR-BATAN telah melakukan penelitian modifikasi selulosa mikrobial menggunakan radiasi gamma dan berkas elektron untuk menghasilkan membran selulosa yang bersifat biodegradable . Membran dimaksudkan untuk diaplikasikan dalam bidang periodontal dalam penanganan berbagai kasus defek tulang sebagai membran Guided Bone Regeneration (GBR) atau Guided Tissue Regeneration (GTR). Hasil penelitian yang diperoleh menunjukkan bahwa membran selulolsa mikrobial hasil iradiasi dapat terhidrolisis dalam larutan SBF (synthetic body fluid) dan bersifat steril setelah diiradiasi. 2.5.

Sterilisasi Radiasi

Suatu produk dikatakan steril apabila tidak ada satu pun mikroorganisme hidup pada produk tersebut. Sterilisasi adalah suatu proses untuk membunuh atau menginaktivasi semua mikroorganisme yang terdapat pad a suatu produk. Ada 3 macam metode sterilisasi yang digunakan yaitu sterilisasi panas (panas basah dan panas kerin~~, sterilisasi dingin (filtrasi, radiasi) dan sterilisasi dengan bahan kimia seperti etilen oksida[43- I. Sterilisasi radiasi produk kesehatan merupakan salah satu aplikasi teknologi proses radiasi yang berkembang sangat pes at. Hal ini disebabkan karena radiasi pengion mempunyai kemampuan untuk membunuh seluruh mikroorganisme pathogen. Sebagian besar produk kesehatan tidak tahan panas dan akan mengalami kerusakan bila diperlakukan dengan sterilisasi panas. Oleh sebab itu diperlukan cara sterilisasi dingin. Sterilisasi dengan gas etilen oksida telah mulai ditinggalkan karena adanya residu gas yang bersifat karsinogenik[471, sedangkan cara penyaringan hanya dapat digunakan untuk produk yang akan disterilkan berupa larutan. Radiasi pengion merupakan salah satu alternatif sterilisasi ding in yang dapat digunakan untuk mensterilkan produk yang tidak tahan panas seperti alat kedokteran dan karena sterilisasi radiasi dilakukan pad a suhu kamar dan hanya menimbulkan kenaikan suhu yang sangat rendah. Teknik radiasi ini merupakan pilihan untuk beberapa produk kesehatan dan merupakan metode yang paling tepat untuk mensterilkan bahan-bahan polimer yang sensitif terhadap pemanasan. Radiasi dapat menembus ke seluruh bagian produk untuk mencapai tingkat sterility assurance level (SAL) yang telah ditetapkan. Radiasi pada dosis toleransi maksimum dapat membunuh ~opulasi mikroorganisme tanpa menimbulkan efek kerusakan pada produk yang disterilkan 46-471.Penentuan sterilitas suatu produk kesehatan dengan teknik radiasi dilakukan dengan mengacu pad a Isorrc 13409, ISO 11137 dan ISO 111737[4852]

259

ISSN 2087-8079

Iptek Nuklir: Bunga Rampai Presentasi J/miah Jabatan Peneliti

Beberapa keunggulan sterilisasi radiasi dibandingkan dengan metode sterilisasi lain yaitu[47J:

a) b) e) d) e)

Tidak menimbulkan kenaikan suhu yang berarti Sterilisasi dilakukan pad a suhu kamar Sterilisasi dapat dilakukan pada produk dalam kemasan akhir Proses mudah dikendalikan hanya deengan mengatur dosis Tidak meninggalkan residu yang membahayaka

BAB III BAHAN DAN METODE 3.1.

Pembuatan Hidrogel sebagai Pembalut Luka dengan Radiasi Gamma

3.1.1.

Bahan dan Iradiasi Hidrogel

Sahan-bahan yang digunakan pada pembuatan hidrogel pembalut luka adalah polimer polivinil pirolidon (PVP), polietilen glikol (PEG), agar dan air suling. Formula hidrogel dibuat dari eampuran bahan-bahan tersebut pada komposisi tertentu. eampuran kemudian dituang dalam wadah plastik polistiren. Setelah membentuk konstituen pad at (pre gel) permukaan hidrogel bagian luar dilapisi dengan film PE, lalu dimasukkan dalam pengemas PE. Kemasan diiradiasi dengan sinar gamma pada berbagai dosis dengan laju dosis 10 kGy/jam. Hasil pengujian fraksi gel, kandungan air dan absorbsi air disajikan dalam satuan persen (%) berat per be rat (bIb) dan merupakan nilai rata-rata dari 10 sam pel yang digunakan. 3.1.2.

Metode Pengujian

Hidrogel hasil iradiasi kemudian dikarakterisasi sifat-sifatnya seperti fraksi gel, kandungan air, kemampuan absorbsi air, penguapan air, permeabilitas uap air, uji daya tembus mikroba, sterilitas, toksisitas (biokompatibilitas), serta uji preklinik menggunakan hewan uji.

a.

Fraksi Gel

Fraksi gel atau bagian yang tidak larut dari gel ditentukan dengan mengekstraksi hidrogel hasil iradiasi dalam air suling pad a suhu 700e selama 48 jam. Setelah ekstraksi, gel yang tersisa dikeringkan pada suhu 1000e hingga berat konstan. Fraksi gel dihitung dengan rumus:

W1/WO

x 100%

Wo = bobot awal hidrogel (gram) W1 = Sobot kering hidrogel setelah ekstraksi (gram)

b. Kandungan Air Penghitungan kandungan air dalam hidro~el dilakukan dengan eara berikut. Hidrogel hasil iradiasi dipotong dengan ukuran 2 x 2 em lalu ditimbang sebagai bobot awal (W1). Hidrogel dimasukkan ke dalam oven pada suhu 1000e selama 24 jam. Hidrogel dikeluarkan dari oven, lalu timbang kembali. Kemudian dimasukkan kembali hidrogel tersebut kedalam oven, ulangi eara tersebut diatas hingga diperoleh bobot konstan (Wk). Kandungan air (%) = (W1

-

Wk )/W1

x 100%

keterangan: (gram) = bobot awal hidrogel setelah diiradiasi Wk (gram) = bobot hidrogel konstan setelah dikeringkan pada oven suhu 1000e W1

c. Absorbsi Air Kemampuan absorbsi air hidrogel ditentukan dengan eara: Hidrogel hasil iradiasi direndam di dalam gelas beaker yang berisi 100 ml air suling selama interval waktu tertentu.

260

Pengembangan


Hidrogel dikeluarkan dari rendaman, ditimbang, hidrogel dimasukkan kembali ke dalam gelas beaker untuk pengamatan interval waktu perendaman berikutnya. Prosedur diatas diulangi hingga diperoleh berat hidrogel konstan. Absorpsi air dihitung dengan persamaan berikut : Absorpsi air (%) = (Wti

-

Wa) / Wa

x 100

keterangan: Wa (gram) = bobot awal hidrogel setelah diiradiasi Wti

d.

(gram) = bobot hidrogel setelah direndam dalam interval waktu i

Permeabilitas

Uap Air (Water vapor permeability)

Permeabilitas

uap air terhadap

hidrogel dilakukan

dengan

menghitung

kecepatan

transmisi uap air (KTUA). Pengujian dilakukan menggunakan alat khusus seperti yan~ diperlihatkan oleh Gambar 6 sesuai dengan metode yang dikembangkan oleh Queen[53. Hidrogel diletakkan di atas permukaan cawan yang telah diisi dengan air suling 20 ml sehingga seluruh lubang tertutup sempurna dan hidrogel tidak bersentuhan dengan air. Hidrogel dibiarkan selama 24 jam dan dihitung permeabilitas uap air melalui hidrogel. Keeepatan permeabilitas uap air (g.m-2.jam-1) terhadap membran hidrogel dihitung sebagai berikut: KTUA = (W1-W2)/A x t dengan A = luas lubang eawan (m2), W1 = bobot eawan sebelum dimasukan ke dalam oven (g) dan W2 = bobot eawan setelah perlakuan 24 jam (g), t = waktu Uam)

Gambar 6. Alat yang digunakan untuk uji kecepatan permeabilitas e.

uap air

Daya Tembus Mikroba pada Hidrogel

Pengujian dilakukan dengan menggunakan mikroba Pseudomonas aeruginasa, dan Staphylococcus aureus. Membran hidrogel dengan diameter 6,5 em diletakkan di atas media tryptic soy agar (TSA). Pada bagian tengah permukaan bagian atas hidrogel diteteskan suspensi mikroba Pseudomonas aeruginosa, atau Staphylococcus aureus, dengan konsentrasi 108koloni/ml. Hidrogel diinkubasi pada suhu 3TC selama 24 jam. Setelah diinkubasi hidrogel diangkat dari media TSA menggunakan pinset steril dan lakukan pengamatan terhadap adanya pertumbuhan mikroba pada permukaan hidrogel bagian bawah (permukaan yang berhubungan dengan media TSA). f.

Sterilitas Hidrogel

Pengujian sterilitas hidrogel dilakukan dengan mengikuti 13409, ISO 11137 dan ISO 111737. Uji sterilitas hidrogel menggunakan media fluid thioglycollate.

261

pedoman pada ISO/TC hasil radiasi dilakukan

ISSN 2087-8079


g. Toksisitas Menurut ISO 10993[54,55] pembalut luka hidrogel diklasifikasikan sebagai produk kesehatan (health care products) berkontak dengan kulit selama 24 jam hingga 30 hari. Karena itu uji toksisitas yang dilakukan adalah iritasi kulit, sensitisasi dan toksisitas akut. Pengujian iritasi kulit dilakukan menggunakan tikus putih berdasarkan metode Drize dkk.[54] yang telah dimodifikasi. Pengujian sensitisitas pembalut luka hidro~el menggunakan tikus putih dengan metode repeat patch atau BUCHLER 6]. toksisitas akut dilakukan secara invitro menggunakan metode MTT assay.

dilakukan Pengujian

h. Uji Penyembuhan Luka Bakar pada Tikus Putih Uji penrsembuhan luka bakar buatan pad a hewan uji tikus Wistar dilakukan dengan metode Morton 57].Luka bakar buatan dengan ukuran diameter 1 cm dibuat pad a punggung tikus dengan menggunakan alat Combustio Inductor ( CI-A V). Pengamatan penyembuhan luka dilakukan terhadap pengurangan diameter luka, kekeringan luka dan pertumbuhan bulu. Sebagai kontrol posistif (pembanding) digunakan pembalut komersial (merek X). Selain itu juga dilakukan penyembuhan luka infeksi menggunakan hidrogel yang diberi madu.

3.2.

Pembuatan Hidrogel sebagai Plester Penurun Demam dengan Radiasi Berkas Elektron

3.2.1.

Bahan dan Iradiasi Hidrogel

Hidrogel plester penurun demam dibuat dengan meradiasi campuran polimer PVP dan PVA dan bahan-bahan lainnya menggunakan berkas elektron pada dosis 30 kGy. Karakteristik hidrogel penurun demam yang diuji yaitu kemampuan menurunkan suhu air dari 40°C menjadi 37°C, fraksi gel, penyerapan air, permeabilitas uap air, daya lengket, dan toksisitas. 3.2.2.

a.

Metode Pengujian

Kecepatan Penurunan Suhu

Pengujian kemampuan hidrogel dalam menurunkan suhu dilakukan dengan menggunakan suatu model dimana hidrogel ditempelkan pada botol yang dirancang khusus dan telah berisi air dengan suhu 40°C. Pengamatan dilakukan terhadap lamanya waktu yang diperlukan untuk menurunkan suhu air pad a tepid water setiap 1°C menggunakan stop watch. Sebagai kontrol posistif digunakan hidrogel komersial (merek X), sedangkan kontrol negatif dilakukan dengan mengamati penurunan suhu air dalam botol tanpa diberi piester hidrogel.

b. Daya Lengket Hidrogel Untuk mengetahui kekuatan melekat hidrogel pada kulit pasien, dilakukan pengukuran daya lengket menggunakan alat Tackiness tester ( Rhesca. Model TAC-II, Japan). Sampel hidrogel dengan ukuran 4 x 8 cm2 diletakkan pad a sample holder, lalu dilakukan pengukuran daya lengket pad a 3 posisi yang berbeda, lalu dicatat kekuatan lengket hidrogel dalam satuan gram force (gf).

c.

Fraksi Gel dan Absorbsi Air

Pengamatan pembalut luka.

terhadap

sifat-sifat

tersebut

di atas dilakukan

seperti

pada hidrogel

3.3.

Modifikasi Selulosa Mikrobial sebagai Membran GBR Biodegradable Radiasi Gamma dan Berkas Elektron

3.3.1.

Bahan dan Iradiasi

dengan

Membran selulosa mikrobial diperoleh dari fermentasi A. Xylinum dalam media pertumbuhan yang mengandung air kelapa sebagai sumber mikro nutrien. Radiasi gamma

262

Pengembangan

bahan biomaterial untuk pamakaian di bidang kesehatan ... (Dr. oannawan

oarwis)

dan berkas elektron berperan dalam pemutusan rantai molekul selulosa sehingga menjadi selulosa dengan berat molekul yang lebih rendah sehingga mudah diresorbsi dan larut dalam cairan tubuh. Untuk mengetahui pengaruh dosis dan laju dosis iradiasi terhadap selulosa mikrobial maka iradiasi dilakukan dengan 2 tingkat dosis yaitu 25 kGy dan 50 kGy dan 3 tingkat laju dosis, yaitu 1, 10 dan 15.000 kGy/jam. Iradiasi dengan laju dosis 1 dan 10 kGy/jam dilakukan menggunakan sinar gamma, sedangkan iradiasi dengan laju dosis 15.000 kGy/jam dilakukan dengan berkas elektron. Membran selulosa bakteri yang akan diradiasi dimasukkan ke dalam wadah plastik PE lalu ditutup, kemudian diiradiasi pada dosis dan laju dosis yang telah ditentukan. 3.3.2.

Metode Pengujian Membran Selulosa mikrobial

Karakterisasi yang dilakukan terhadap membran selulosa mikrobial meliputi: sifat mekanik, viskositas, struktur morfologi membran dengan scanning elektron microscope (SEM), biodegradasi membran selulosa mikrobial setelah iradiasi dengan larutan SBF

a. Sifat Mekanik Sifat mekanik selulosa mikrobial akibat iradiasi sinar gamma atau berkas elektron dilakukan dengan pengukuran kekuatan tarik dan perpanjangan putus menggunakan alat tensile tester sesuai dengan prosedur ASTM[58]. Sebagai kontrol digunakan membran yang tidak diiradiasi.

b. Viskositas Viskositas SCAN-C15:62[59].

c.

selulosa

mikrobial

diukur

dengan

viscosimeter

berdasarkan

metode

Biodegradasi Membran Selulosa Mikrobial

Sifat biodegradasi selulosa mikrobial setelah diiradiasi dilakukan secara invitro dengan menggunakan larutan synthetic body fluid (SBF). Membran yang telah ditimbang (We) direndam dalam larutan SBF pada suhu 37°C dengan interval waktu yang berbeda yaitu 1, 2, 3, 4, dan 6 bulan. Setelah direndam dalam waktu yang telah ditentukan, membran diambil dan ditimbang kembali. Jumlah selulosa yang terdegradasi dihitung dengan rumus Jumlah Biodegradasi (%) =

(w -

W )

0

t x 100

wo Keterangan: We = Bobot membran awal (g) WI = Bobot membran setelah perendaman dalam waktu t (g)

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian secara komprehensif untuk mendapatkan bahan biomaterial terutama hidrogel pembalut luka, penurun demam dan membran selulosa mikrobial biodegradable dengan menggunakan radiasi ionisasi baik sinar gamma maupun berkas elektron yang akan diaplikasikan dalam bidang kedokteran telah dilakukan di PATIR-BATAN. Hasil-hasil penelitian yang diperoleh dipaparkan dan dibahas berikut ini.

4.1.

Hidrogel sebagai Pembalut Luka

4.1.1.

Karakteristik Hidrogel Hasillradiasi

Sinar Gamma

Telah dilakukan pembuatan hidrogel berbasis PVP sebagai pembalut luka dengan berbagai komposisi menggunakan iradiasi gamma. Dari hasil pengujian terhadap fraksi gel dan performance hidrogel terbaik dengan komposisi PVP dan bahan lainnya yang mempunyai fraksi gel 95%. Pada makalah ini komposisi hidrogel tidak dapat disebutkan

263


ISSN 2087-8079

karena telah disepakati adanya MoU antara PATIR-BATAN dengan PI. Eracita astamida dalam pengembangan hidrogel untuk bidang kedokteran. Untuk mengetahui kemampuan hidrogel sebagai penghalang terhadap penetrasi mikroba dari luar telah dilakukan pengujian terhadap daya tembus mikroba pathogen seperti Pseudomonas aeruginosa dan Staphylococcus aureus. Tabel 2 memperlihatkan kemampuan hidrogel selulosa bakterial sebagai penghalang (barrier) terhadap masuknya mikroorganisme dari luar. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa setelah waktu inkubasi selama 7 hari, pada permukaan hagian bawah hidrogel (yang bersentuhan dengan metdia TSA) tidak terlihat adanya mikroba Staphylococcus aureus yang tumbuh atau hasilnya negatif. Hal ini mengindikasikan bahwa hidrogel tidak dapat ditembus oleh mikroba. Kemampuan hidrogel menahan masuknya mikroba dari luar disebabkan karena struktur tiga dimensi yang ada pad a hidrogel tersebut mempunyai ukuran pori yang sangat keeil yaitu 100-500 nm, jauh lebih keeil jika dibandingkan dengan ukuran mikroorganisme (> 1 jJm). Sebagai eontoh, mikroba Staphylococcus aureus mempunyai diameter 0,8 sampai 1,5 jJm[60J, sedangkan Pseudomonas aeruginosa. mempunyai diameter 1,5 sampai 3,0 jJm[61J• Hasil ini menunjukkan bahwa hidrogel memenuhi persyaratan sebagai penutup/pembalut luka yang salah satu persyaratannya adalah mampu menahan invasi mikroba dari luar tubuh. Tabel 2. Pengujian kemampuan daya tembus mikroba pad a hidrogel Hari ke-6 0 Hari ke-2 ke-3 ke-4 ke-5 ke-7 ke-1 0 0 Bakteri0

Keterangan:

0 = tidak ada satu mikroorganisme yang menembus membran hidrogel

Hidrogel hasil iradiasi sinar gamma pada dosis 25 kGy mempunyai kandungan air antara 80-85%. Adanya kandungan air yang eukup tinggi menyebabkan hidrogel dapat memberikan suasana daerah luka menjadi lembab, sehingga proses penyembuhan luka dapat lebih eepat. Denis[62Jmelaporkan bahwa lingkungan luka yang bersifat lembab akan merangsang pertumbuhan jaringan baru, meneegah terbentuknya eschar dan mempereepat penyembuhan luka. Untuk mengetahui kemampuan hidrogel menyerap eairan/eksudat luka maka dilakukan pengukuran kemampuan hidrogel menyerap air. Hasil absorbsi air hidrogel disajikan pada Gambar 7. Hidrogel dapat mengabsorbsi air hingga 1,6 kali beratnya (160%) dalam waktu 24 jam. Setelah itu tidak terjadi peningkatan daya serap. Hal ini karena dalam keadaan relaxed state, pori yang ada dalam struktur hidrogel telah terisi penuh oleh molekul air sehingga hidrogel meneapai keadaan keseimbangan swelling (equilibrium swelling state). Peningkatan daya serap air yang tinggi pada awal perendaman disebabkan pori-pori hidrogel belum mengembang seeara penuh sehingga masih mempunyai eukup ruang untuk diisi oleh air. Setelah itu keeepatan daya serap menjadi lambat karena hidrogel mendekati keadaan equilibrium swelling state akibatnya terjadi penurunan keeepatan serap. Adanya kemampuan hidrogel mengabsorbsi air dapat diaplikasikan pad a pemakaian sebagai pembalut luka untuk mengabsorbsi eairan luka. Hidrogel dikategorikan sebagai medium absorben karena itu dapat diaplikasi pad a luka dengan eksudat luka yang ringan hingga sedang. 200

160 'm

120

-2

a(()

80

..0
40

o o

10

20

40

30

Waktu perendaman

50

Uam)

Gambar 7. Kemampuan absorbsi air hidrogel sebagai rungsi waktu.

264

Pengembangan


oarwis)

Suatu pembalut luka harus mempunyai persyaratan dapat ditembus oleh gas (oksigen) dan uap air, agar terjadi aerasi dan penguapan air untuk mempercepat proses penyembuhan luka. Sel-sel tubuh memerlukan oksigen untuk aktivitas seperti migrasi dan mitosis. Hasil yang diperoleh memperlihatkan bahwa hidrogel mempunyai nilai kecepatan transmisi uap air (KTUA) 147 g.m-Z.jam-1. Queen D.[53]melaporkan bahwa pembalut luka yang ideal mempunyai nilai KTUA antara 100-160 g.m-Z.jam-1• Pembalut luka yang mempunyai nilai KTUA terlalu kecil « 20 g.m-Z.jam-1) dapat menyebabkan terjadinya penumpukan cairan luka, dan sebaliknya pembalut luka yang mempunyai nilai KTUA terlalu besar (> 200 g.m-Z.jam-1) menyebabkan terjadinya dehidrasi yang berlebihan sehingga terjadi pengeringan pada pembalut luka. Hasil penelitian yang dilakukan menunjukkan bahwa hidrogel memenuhi persyaratan nilai KTUA. Persyaratan lain suatu pembalut luka adalah steril. Sesuai dengan ISO 13409[48], dosis minimum 25 kGy dapat digunakan sebagai dosis sterilisasi radiasi untuk produk kesehatan yang mempunyai bioburden rata-rata kurang dari 1000 colony forming units (cfu). Dari hasil percobaan yang dilakukan didapatkan bahwa bioburden rata-rata hidrogel adalah 35 cfu. Setelah iradiasi sam pel dengan dosis verifikasi yang ditetapkan, hasil pengujian sterilitas menunjukkan bahwa dari 10 sampel yang diuji tidak satu mikroba pun tumbuh pada perbenihan TSB (Tryptic Soy Broth). Dari hasil ini disimpulkan bahwa dosis 25 kGy diterima sebagai dosis sterilisasi hidrogel pembalut luka. 4.1.2.

Toksisitas

Pengujian iritasi dan sensitisasi pembalut luka hidrogel merupakan bagian dari uji toksisitas yang dipersyaratkan dalam (ISO) 10993 untuk mengetahui adanya senyawa toksik yang terlepas dari produk (pembalut) yang dapat menyebabkan efek membahayakan bagi pasien. Iritasi merupakan respon jaringan lokal yang ditandai dengan tanda-tanda umum seperti inflamasi sampai kemerahan, edema/swelling dan kadang-kadang diikuti oleh rasa panas dan sakit. Adanya bahan kimia yang terlepas dari suatu produk kesehatan yang berkontak dengan tubuh dapat menyebabkan iritasi kulit. Reaksi sensitisasi biasanya terjadi sebagai akibat dari kontak yang berulang dari suatu produk kesehatan terhadap sistem imun tubuh yang ditandai dengan adanya kemerahan dan penggembungan (swelling)[5ZJ• Pembalut luka hidrogel digolongkan sebagai produk yang digunakan pad a ~ermukaan (surface device) yang berkontak menembus kulit dan digunakan secara berulang[5 ]. Hasil pengujian iritasi pembalut luka hidrogel diperlihatkan pad a Tabel 3. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa pengamatan pada 24 jam, 48 jam dan 72 jam setelah pemaparan pembalut luka pad a kulit punggung tikus memberikan skor eritema dan edema nol (0). Dari hasil ini dapat dikatakan bahwa pembalut luka hidrogel tidak bersifat iritasi di mana tidak terlihat adanya kemerahan maupun gelembung/edema pad a kulit hewan. Demikian juga dengan hewan kontrol tidak menunjukkan adanya iritasi pad a hewan uji. Tabel 3. Hasil pengamatan iritasi kulit primer pembalut luka hidrogel Kontrol 0 eritema aedema Hidrogel Hidrogel

Keterangan: Skor hasil pengamatan

0 a48 24 72jam jam

Hasil Pengamatan/Nilai

skor

merupakan rata-rata skor dati 6 hewan yang diuji

Scorinq for erythema (peradanqan ):

o = tidak ada kemerahan kulit; 1 = sedikit kemerahan; 2 = kemerahan sedang; 3 = kemerahan sedang sampai berat Scorinq for edema (benqkak): a = tidak ada bengkak; 1 = bengkak ringan; 2 = bengkak sedang; sampai berat

265

3

= bengkak sedang

ISSN 2087-8079


Hasil pengujian reaksi sensitisasi pembalut luka hidrogel ditunjukkan oleh Tabel 4. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa tidak terdapat kemerahan maupun edema (pembengkakan) pada periode induksi selama minggi ke I sampai minggu ke III dari pemaparan pembalut luka yang ditunjukkan dengan skor eritema dan edema = nol (0). Untuk melihat adanya reaksi sensitisasi yang tertunda maka dilakukan pengistirahatan hewan uji selama 2 minggu. Pengamatan yang dilakukan selama masa istirahat menunjukkan bahwa tidak didapatkan reaksi sensitisasi kulit seperti kemerahan, edema maupun jaringan parut. Pad a periode akhir di mana pembalut luka dipaparkan kembali pad a kulit setelah periode istirahat menunjukkan bahwa tidak terdapat adanya reaksi sensitisasi sebagaimana ditunjukkan oleh skor eritema dan edema = nol (0). Tabel 4. Hasil pengamatan sensitisasi 0edema 0 Minggu eritema Minggu I III II

pembalut luka hidrogel

Hasil pengamatan

Hidrogel Hidrogel

Keterangan: Skor untuk eritema dan edema sama seperli pada pengujian iritasi.

4.1.3.

Uji Penyembuhan

Luka Bakar

Uji penyembuhan luka bakar eksperimen dilakukan dengan metode Morton[68J. Kerusakan bagian superficial dari dermis, merupakan luka bakar derajat II dangkal karena induksi luka bakar yang dilakukan (80°C selama 1 men it), tidak merusak organ kulit seperti folikel rambut, kelenjar keringat dan kelenjar sebaseus. Istilah sembuh pada luka bakar eksperimen dievaluasi berdasarkan terjadinya pengecilan diameter luka menjadi no!. Hasil penyembuhan luka bakar pada hewan percobaan diperlihatkan pad a Tabel 5. Penggunaan hidrogel menunjukkan penyembuhan luka bakar yang lebih cepat dibandingkan dengan kontrol (kasa hidrofil) maupun (merek X). Dengan menggunakan hid rogel, luka dapat sembuh sempurna pad a hari ke-18, sedangkan menggunakan pembalut luka komersial dan pembalut kasa hidrofil, luka sembuh masing-masing pad a hari pada hari ke-19 dan 22. Proses penyembuhan luka terdiri dari tiga fase yaitu fase inflamasi, proliferasi atau granulasi, dan maturation[64J• Dari tabel terlihat bahwa pad a empat hari pertama penyembuhan, terjadi penambahan diameter luka. Hal ini karena terjadi swelling pada fase inflamasi (biasanya terjadi sampai hari ke-4). Setelah hari ke-4 terjadi proliferasi (pertumbuhan) jaringan baru. Pada luka akut, proses proliferasi dapat berlangsung hingga hari ke-21 , tergantung luasnya luka(64J, Fase terakhir penyembuhan luka adalah remodelling di mana terjadi penyembuhan luka sempurna. Penggunaan hidrogel dapat memberikan kenyamanan pada saat penggantian pembalut, tidak menimbulkan rasa sakit pada hewan uji, dan tidak menyebabkan jaringan parut pada luka. Hidrogel memberikan lingkungan daerah luka yang lembab sehingga merangsang pertumbuhan jaringan baru, mencegah terbentuknya eschar dan mempercepat penyembuhan luka[63-64J•

266

Pengembangan


Tabel 5. pengurangan diameter luka bakar Hari ke

100 20 -5 -2 0 65 5Pembalut -3 -6 75 40 52 12 68 0 23 5 komersial Kontrol100 88 45 6 0 86 40 -7 -9 50 75 Hidrogel

100 91 87

Keterangan: - = penambahan diameter luka (%) + = penurunan diameter luka (%)

4.2.

Hidrogel sebagai Plester Penurun Demam

Hidrogel penurun demam dibuat dari polimer PVP, PVA dan bahan lainnya komposisi tertentu menggunakan iradiasi berkas elektron. Salah satu sifat hidrogel adalah mempunyai kandungan air yang tinggi sehingga dapat digunakan sebagai media pengabsorbsi panas. Prinsip ini dapat diaplikasikan pada kasus demam. Molekul air yang ada dalam hidrogel akan mengabsorbsi panas dari tubuh pasien demam dan melepaskan panas tersebut melalui evaporasi sehingga suhu tubuh akan menurun[65.661.Beberapa parameter hidrogel yang dipelajari yaitu fraksi gel, kandungan air, sifat kelengketan dan kemampuan menurunkan suhu air. 4.2. 1.

Fraksi Gel dan Kandungan Air Hidrogel

Kandungan air, kelengketan dan fraksi gel hidrogel disajikan pad a Tabel 6. Hasil yang diperoleh mmenunjukkan bahwa, fraksi gel bertambah dengan bertambahnya dosis dari 20 kGy menjadi 30 kGy, sedangkan kenaikan dosis dari 30 kGy menjadi 40 kGy tidak menyebabkan kenaikan yang bermakna terhadap fraksi gel. Pada dosis 20 kGy fraksi gel berkisar sekitar 84%, sedangkan pad a dosis 30 dan 40 kGy, fraksi gel sekitar 96%. Pertambahan fraksi gel dari dosis 20 menjadi 30 kGy disebabkan oleh bertambahnya reaksi ikatan silang antar rantai molekul polimer. Penambahan dosis iradiasi dari 30 kGy menjadi 40 kGy tidak menyebabkan penambahan fraksi gel karena reaksi ikatan silang sudah tidak terjadi lagi. Namun reaksi selanjutnya yang terjadi adalah penambahan densitas ikatan silang (crosslink density). Penambahan densitas ikatan silang menyebabkan hidrogel menjadi lebih liaUkaku sehingga sifat mekaniknya bertambah. Hal yang sama juga dilaporkan oleh Peppas[261 pad a iradiasi polietilen, dimana penambahan dosis setelah 40 kGy tidak meningkatkan fraksi gel namun meningkatkan densitas ikatan silang menyebabkan polimer menjadi lebih kaku dan kekuatan mekaniknya bertambah. Pada Tabel 6 terlihat bahwa hidrogel mempunyai kandungan air antara 70-72%. Kandungan air hidrogel yang cukup besar sangat potensial untuk digunakan sebagai penurun demam melalui mekanisme sebagai berikut hidrogel akan menyerap panas dari tubuh, memindahkan panas tersebut pada molekul air dalam hidrogel sehingga menurunkan suhu tubuh melalui evaporasi, karena air mempunyai kapasitas panas penguapan yang cukup besar, yaitu sekitar 0,6 kilokal/gram(67J. Kemampuan hidrogel untuk melekat dengan baik pad a kulit akan memengaruhi kecepatan penurunan suhu demam karena apabila hidrogel tidak melekat dengan baik, maka absorpsi panas tidak terjadi secara optimal. Selain itu hidrogel akan mudah lepas dari kulit pad a saat digunakan. Daya lengket hidrogel pad a berbagai dosis iradiasi ditunjukkan pad a

267

f)


ISSN 2087-8079

Tabel 6. Daya lengket hidrogel meningkat dengan meningkatnya dosis hingga 30 kGy, sedangkan penambahan dosis menjadi 40 kGy tidak menyebabkan kenaikan daya lengket yang berarti. Daya lengket hidrogel komersial (merek X) adalah 8,83 gf. Hidrogel dengan dosis iradiasi 30 dan 40 kGy mempunyai daya lengket 8,3-8,9 gf. Dari hasil ini dapat dikatakan bahwa hidrogel mempunyai daya lengket yang sebanding dengan hidrogel komersial. Tabel6.

Fraksi gel, kandungan air dan daya lengket (tackiness) hidrogel pad a berbagai dosis radiasi

20

Catatan: Tackiness

4.2.2.

dosis kGy 70,4 84,2 4,7

40 30 8,59 72,2 96,8 8,33 71,7 95,6 Parameter

hidrogel komersial, merek X (gf)= 8,83

Kecepatan Penurunan Suhu

Untuk mengetahui kemampuan hidrogel menurunkan suhu dilakukan dengan suatu model percobaan secra in vitro menggunakan alat yang dirancang. Lamanya waktu penurunan suhu air pada alat menggunakan hidrogel hasil iradiasi berkas elektron pada dosis 30 kGy diperlihatkan pada Tabel 7. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa hidrogel mempunyai kemampuan penurunan suhu dari 40°C menjadi 37°C dalam waktu 12 men it. Kecepatan penurunan suhu hidrogel produksi BAT AN sebanding dengan hidrogel komersial (merek X) yaitu dalam waktu 12 menit. Sebaliknya, tanpa hidrogel (kontrol) penurunan suhu air dari 40°C menjadi 37°C dicapai dalam waktu sekitar 36 menit. Dari hasil yang diperoleh dapat dikatakan bahwa hidrogel produksi BAT AN sangat potensial diaplikasikan untuk membantu menurunkan suhu demam pasien. Tabel 7. Kemampuan hidrogel menurunkan suhu air dari 40°C menjdi 37°C.

40°C

4.3.

38°C 37°C 39°C 12,6 2,6 3,0 12,0 36,5 25,7 6,7 6,5 Formula

0

Waktu penurunan suhu (menit) 0 0

Degradasi Selulosa Mikrobial dengan Radiasi Gamma dan Berkas Elektron

Satu seri penelitian telah dilakukan untuk mendapatkan membran selulosa mikrobial biodegradable dengan menggunakan teknik radiasi gamma dan berkas elektron untuk aplikasi dibidang tissue engineering khususnya GBR. Membran GBR merupakan material yang digunakan dalam operasi periodontal dan berfungsi untuk menghalangi invasi jaringan lunak yang tidak diinginkan pada daerah kerusakan tulang, sehingga proses penyembuhan tulang berjalan dengan sempurna. Saat ini, membran yang banyak digunakan adalah membran non biodegradable seperti e-PTFE. Membran ini mempunyai kelemahan karena diperlukan operasi kedua untuk mengangkat membran setelah proses penyembuhan tulang selesai. Untuk menghindari kelemahan, diperlukan membran GBR biodegradable. Selulosa merupakan polimer golongan polisakarida yang tidak bersifat biodegradable pad a tubuh manusia, karena itu diperlukan modifikasi selulosa agar dapat diresorbsi oleh cairan tubuh. Selulosa mikrobial merupakan selulosa yang dihasilkan dari proses fermentasi mikrobial A. xylinum dalam media pertumbuhan yang mengandung air kelapa sebagai sumber mikronutrien. Radiasi pengion baik sinar gamma maupun berkas elektron dapat mendegradasi beberapa polimer seperti karbohidrat (polisakarida) menjadi senyawa

268

Pengembangan


polisakarida dengan berat molekul yang lebih rendah sehingga mudah larut dan diresorbsi oleh eairan tubuh. Tingkat degradasi yang terjadi bergantung pada dosis dan laju dosis yang digunakan. Untuk mengetahui tingkat degradasi yang terjadi pada selulosa mikrobial, dilakukan iradiasi pada beberapa dosis dan laju dosis. Iradiasi pada laju dosis rendah ( 1 kGy/jam dan 10 kGy/jam) dilakukan dengan sinar gamma sedangkan untuk laju dosis tinggi, 15000 kGy/jam dilakukan dengan berkas elektron. Karakteristika membran selulosa mikrobial akibat iradiasi dapat ditentukan dengan melakukan pengujian terhadap kekuatan tarik, struktur morfologi dengan SEM, dan viskosistas/derajat polimerisasi. Untuk mengetahui bioresorbsi selulosa dalam tubuh dilakukan perendaman selulosa dalam larutan SBF. Pengujian biokompatibilitas dilakukan dengan menguji toksisitas membran menggunakan hewan pereobaan. 4.3.1.

Kekuatan Tarik Membran Selulosa Mikrobial

Kekuatan tarik membran selulosa mikrobial pada berbagai dosis dan laju dosis iradiasi diperlihatkan pada Gambar 8. Membran selulosa mikrobial non iradiasi (kontrol) mempunyai kekuatan tarik yang sangat tinggi yaitu 1508 kg/em2. Iradiasi dengan dosis 25 dan 50 kGy pad a laju dosis 1 kGy/jam menyebabkan terjadinya penurunan kekuatan tarik membran masing-masing menjadi 823 kg/em2dan 750 kg/em2, sedangkan pada laju dosis 10 kGy/jam menyebabkan terjadinya penurunan kekuatan tarik membran masing-masing menjadi 927 kg/em2dan 825 kg/em2. Dan pada laju dosis 15000 kGy/jam terJadi penurunan kekuatan tarik membran masing-masing menjadi 958 kg/em2dan 906 kg/em. Dari hasil ini terlihat bahwa iradiasi menyebabkan terjadinya degradasi pada selulosa mikrobial. Semakin besar dosis radiasi semakin tinggi degradasi yang terjadi. Waeh melaporkan bahwa iradiasi sinar gamma atau berkas elektron terhadap polisakarida menyebabkan terjadinya pemutusan pad a ikatan glikosidik rantai utama penyusunnya[68J. Hasil iradiasi terhadap selulosa mikrobial menunjukkan terjadinya degradasi sebagaimana terlihat pada penurunan kekuatan tarik. Florine 69] melaporkan hal yang sama yaitu iradiasi gamma terhadap selulosa katun menyebabkan terjadinya penurunan kekuatan tarik, perpanjangan putus dan elastisitas. Hal ini disebabkan terjadinya pemutusan ikatan rantai glikosidik penyusun selulosa. Pada Gambar 8 juga terlihat bahwa laju dosis juga berpengaruh terhadap degradasi selulosa. Iradiasi selulosa pad a dosis 50 kGy dan laju dosis 1 kGy/jam menyebabkan penurunan kekuatan tarik menjadi 750 kg/em2 sedangkan dengan berkas elektron penurunan kekuatan tarik menjadi 906 kg/em2. Iradiasi gamma 50 kGy pada laju dosis 1 kGy/jam memerlukan waktu 50 jam sehingga reaksi degradasi oksidatif semakin besar bila dibandingkan dengan iradiasi berkas elektron yang memerlukan waktu kurang dari 1 men it untuk mendapatkan dosis 50 kGy. Akibatnya penurunan kekutan tarik menjadi lebih besar pada iradiasi dengan laju dosis rendah. Membran silikon, suatu membran GBR komersial produksi Zao Medsil, USA, mempunyai kekuatan tarik 70 kg/em2[70J. Dari hasil yang diperoleh dapat dikatakan bahwa membran selulosa mikrobial sangat potensial untuk aplikasi dalam bidang tissue engineering terutama untuk GBR

269

ISSN 2087-8079


laju dosis 10 kGy/jam (b)

g ~

'" .3 ,.,

~

.3 c

.>(. ::>

1600

I

1508.1

1200 4000 800

Kontrol

25 kGy

50 kGy

Dosis radiasi (kGy)

laju dosis 15.000 kGy/jam (c) 1508.1 50 5:JkGy 25 kGY kGy 1508.1 Kontrol Konlrol

u .;: 400 00 .3 .>(. 800 ::> ::> .3 '" ,., .3 c'" 400 .3 11600 =. ~~ .>(. 1200

.>(.

Dosis radiasi (kGy) u Dmis raniasi E

laju dosis 1 kGyijam (a)

;:;- 1600

I

Gambar 8. Efek dosis terhadap kekuatan tarik membran selulosa mikrobial pada berbagai dosis dan laju dosis 4.3.2.

Viskositas Membran Selulosa Mikrobial

Salah satu parameter yang dapat digunakan untuk mempelajari adanya degradasi polimer akibat radiasi pengion adalah viskositas. Tabel 8 menunjukkan bahwa viskositas intrinsik selulosa berkurang akibat iradiasi. Oengan kenaikan dosis iradiasi maka viskosistas selulosa semakin menurun. Hal ini menunjukkan bahwa dengan bertambahnya dosis iradiasi maka degradasi selulosa yang terjadi semakin besar. Pada Tabel 8 terlihat bahwa viskositas selulosa non iradiasi tidak dapat diukur karena sangat tinggi berada diluar kemampuan deteksi alat viskosimeter yang digunakan. Hal ini menunjukkan bahwa be rat molekul selulosa non iradiasi sangat tinggi, sedangkan iradiasi menyebabkan terjadinya pemutusan rantai molekul utama selulosa menjadi senyawa selulosa dengan be rat molekul yang lebih rendah yang diimplikasikan dengan penurunan viskositas. Tabel 8. Viskositas intrinsik membran selulosa mikrobial iradiasi dan non iradiasi Laju dosis kGy/jam 10 15.000

* 25 Viskositas Oosis 25 160,4 165,4 intrinsik 275,4 181,4 (kGy)(mUg)

0 50

*Tidak masuk standar pengukuran karena waktu alir 17 menit

270

Pengembangan

4.3.4.


Biodegradasi

Membran Selulosa Mikrobial da/am Larutan SBF

Untuk mengetahui biodegradasi membran selulosa mikrobial pada tubuh dilakukan pengujian secara invitro menggunakan larutan SBF. Membran yang diuji adalah membran non iradiasi maupun membran yang telah diiradiasi. Proses degradasi diamati setiap 1, 2, 4 dan 6 bulan. Pengamatan dilakukan terhadap penurunan bobot, kekuatan tarik dan struktur mikroskopik membran. Bobot membran baik non iradiasi maupun yang diiradiasi pada dosis 25 kGy dan 50 kGy sebelum direndam dalam larutan SBF ditimbang. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa tidak terlihat adanya penurunan bobol. Karena itu untuk mengetahui kemampuan selulosa iradiasi dapat teresorbsi dalam cairan tubuh maka diperlukan uji secara invitro menggunakan larutan SBF. Penurunan bobot membran selulosa setelah direndam dalam larutan SBF selama 1 hingga 6 bulan disajikan pada Gambar 9. Oari hasil yang diperoleh terlihat bahwa bobot membran berkurang dengan bertambahnya waktu perendaman. Perendaman membran selulosa iradiasi dosis 25 dan 50 kGy (Iaju dosis 1 kGy/jam) dalam waktu 6 bulan menyebabkan penurunan bobot membran masing-masing hingga 18 dan 39%, sedangkan iradiasi pada laju dosis 15000 kGy/jam menyebabkan penurunan berturut-turut menjadi 11 dan 18%. Sebaliknya, membran non iradiasi (kontrol) tidak memberikan penurunan bobot setelah perendaman dalam larutan SBF hingga 6 bulan. Hal ini menunjukkan bahwa membran selulosa mikrobial original tidak bersifat bioderadable dalam cairan tubuh. Sebagaimana telah diuraikan di atas bahwa iradiasi menyebabkan terjadin&a degradasi selulosa menjadi senyawa dengan berat molekul yang lebih rendah. Bludovsky 1] melaporkan bahwa iradiasi gamma pad a dosis hingga 130 kGy terhadap selulosa katun menyebabkan degradasi menghasilkan glukosa, silosa, arabinosa, desoksi sakarida, asetaldehid, asam format, asam glukoronat, dan asam oksalat. Adanya senyawa hasil degradasi iradiasi selulosa menyebabkan mudah terbiodegradasi dan terlarut dalam larutan SBF. Hasil ini membuktikan bahwa proses iradiasi dapat menghasilkan membran yang bersifat biodegradable/ bioresorbable . .;I-uju

do~s 1 kGyfjam

dosis 25 kGy (a) --A-

Llju dosi •• 10 kGy/jam

__

l.1judo'"

IS.OOO~Gy/jMn

23~--------------------

43 --------------------

12~811.61

13

o

8

I:2

3

~

-2

O~_Z--3---4_;;--6_? Waktu

perendaman

-1

3 4 Waktuperenda""ne.~n

(Bulan)

Gambar 9. Penurunan bobot membran selulosa mikrobial setelah direndam da/am larutan SBF selama 1 hingga 6 bulan Hasil pengujian terhadap kekuatan tarik membran iradiasi setelah direndam dalam larutan SBF ditunjukkan oleh Gambar 10. Perendaman membran dalam larutan SBF untuk membran non diiradiasi tidak menyebabkan terjadinya penurunan kekuatan tarik. Hal ini menunjukkan bahwa membran selulosa mikrobial tidak bersifat biodegradable. Sebaliknya membran yang diiradiasi dengan dosis 25 dan 50 kGy (Iaju dosis 1 kGy/jam) setelah direndam dalam larutan SBF dalam waktu 1 hingga 6 bulan menunjukkan penurunan kekuatan tarik. Membran yang diradiasi dengan dosis 25 dan 50 kGy setelah direndam dalam larutan SBF selama 6 bulan menjadi sangat rapuh dan tidak mempunyai kekuatan tarik atau setara dengan 0 kg/cm2. Hasil ini menunjukkan bahwa selama perendaman terjadi biodegradasi dan pelarutan senyawa hasil iradiasi yang menyebabkan membran menjadi berkurang kekuatannya bergantung pada lamanya waktu perendaman. Proses penyembuhan tulang pad a operasi GBR umumnya berlangsung selama 4 bulan. Adanya sifat biodegradasi membran selulosa sangat menguntungkan sebagai membran GBR karena selama proses penyembuhan membran tetap dapat mempertahankan fungsi penghalang terhadap adanya

271


ISSN 2087-8079

invasi jaringan lunak. Dengan demikian, proses pemulihan tulang dapat berjalan dengan sempurna dan setelah proses penyembuhan selesai tidak perlu dilakukan operasi kedua untuk mengeluarkan membran karena membran akan terdegradasi dan hilang dari tubuh. dos~25kGy

1400.00

I

(3)

+Kootr~IOkGyl

+laiudolisHGyr~m

+lajudolisI0kGyr~m

- -laiudolisI5.ImGyr~m

I

I

I

uoo.oo-I----------

+Kontr
dos~ 50 kGy (b)

••••• lajudolis

I

1400.00

I~-I-

1100.00

_I

1000.00

-I ---------------

800.00

I

u

HGyfJam

--I

• _

i

600.00

0.00

1

3

'

o

4

Waktuperendaman 18u~nl

3 Waktu perendaman

4 IBulan}

Gambar 10. Kekuatan tarik membran selulosa mikrobial sebagai fungsi waktu perendaman daram larutan SBF

BAB V KESIMPULAN

Iradiasi gamma pada dosis 25 kGy terhadap PVP dan bahan lainnya dengan komposisi tertentu menghasilkan hidrogel dengan sifat-sifat yaitu mempunyai fraksi gel 95%, hidrogel tidak dapat ditembus oleh mikroba, mempunyai kandungan air antara 80-85%, mampu menyerap air hingga 160%, dapat dipenetrasi uap air, tidak bersifat toksik, dan dapat menyembuhkan luka bakar hewan uji dalam waktu 18 hari. Hidrogel berbasis PVP dan PVA hasil iradiasi dosis 30 kGy dapat menurunkan suhu air dari 40°C menjadi 37°C dalam waktu 12 men it, mempunyai kandungan air 71,7% (bib), fraksi gel 95,6% (bib) dan kelengketan (tackiness) 8,59 gram force (gf). Hidrogel hasil iradiasi memenuhi persyaratan untuk digunakan sebagai pembalut luka, dan membantu menurunkan demam. Iradiasi terhadap membran selulosa mikrobial pada dosis 25 dan 50 kGy menghasilkan selulosa yang bersifat biodegradabre yang ditunjukkan dengan berkurangnya kekuatan tarik membran, viskositas dan derajat polimerisasi serta meningkatnya kemampuan biodegradasi dalam larutan SBF. Membran selulosa biodegradable iradiasi sangat potensial untuk digunakan sebagai membran Guided Bone Regeneration (GBR) dan aplikasi di bidang tissue engineering Program penelitian yang akan datang (Next Program) Melakukan penelitian modifikasi hidrogel dengan teknik radiasi untuk aplikasi di bidang rekayasa jaringan (tissue engineering) seperti imobilisasi sel punca (stem cell) untuk keperluan medis

DAFT AR PUST AKA [1]

Guelcher, SA and Hollinger, J.O., An Introduction Raton, FL., (2006)

272

to Biomaterials,

CRC Press, Boca

Pengembangan

[2] [3] [4]

bahan biomaterial untuk pamakaian

di bidang kesehatan ... (Dr. Oarmawan Oarwis)

Park, J.B., and Lakes, RS., Biomaterials, an Introduction, Second edition. Plenum Press, New York, (1992) Rosiak, M.J., Radiation Formation of Hydrogel for Biomedical Application, The International Atomic Energy Agency Report, (2002) Goclawska, AD., The Application of Ionizing Radiation to Sterilise Connective Tissue Allograft in Radiation and Tissue Banking, Phillip, G.O (editor), World Scientific,(2000),

62 [5] [6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12] [13]

[14]

[15]

[16]

[17] [18] [19] [20] [21] [22] [23]

Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR)-BATAN, Leaflet BATAN Riset Tissue Bank, (2006) Darwis, D., Hilmy, N., Hardiningsih, L., and Erlinda, T., Poly(N-vinylpyrrolidone) Hydrogels:1. Radiation Polymerization and Crosslinking of N-vinylpyrrolidone, Radial. Phys.Chem,42, 4-6, (1993), 907-910 Hilmy, N, Darwis, D.,and Hardiningsih, L., Poly(N-vinylpyrrolidone) Hydrogels:2.Hydrogel Composites as Wound Dressing for Tropical Environment, Radiat. Phys.Chem, 42, 4-6, (1993) 911-914 Darwis, Hardiningsih, L, Erizal dan Rahayu C., Daya Absorpsi Hidrogel Polivinil Pirolidon Hasil Iradiasi Gamma terhadap Air dan Pelarut Organik, Risalah pertemuan IImiah Aplikasi Isotop dan Radiasi dalm bidang Industri dan Hidrologi, BATAN, Jakarta, 13-15 Desember (1994) 129 Darwis, D., Hilmy, N., dan Hardiningsih, L, PelepasanTerkontrol Obat dari Pembalut Sintetik Polivinil Pirolidon Steril: 1. Acriflavin, Chloramphenicol, Dipenhidramin HCI dan Tetrasiklin, Risalah pertemuan IImiah Aplikasi Isotop dan Radiasi dalm bidang Industri dan Hidrologi, BATAN, Jakarta, 3-4 Desember (1991) 373 Darwis, D., Hilmy, N., Rahayu, C., Erlinda, T dan Hardiningsih, L, Uji Sterilitas dan Toksisitas Hidrogel Polivinil Pirolidon, Risalah pertemuan IImiah Aplikasi Isotop dan Radiasi dalm bidang Industri Pertanian dan Lingkungan, BAT AN , Jakarta, 14-15 Desember (1993) 151 Darwis, D., Erlinda,T., Hardiningsih, L., dan Chosdu, R" Uji Daya Antimikroba dan sifat fisiko-kimia Pembalut Luka Hidrogel Steril Iradiasi yang Mengandung Ekstrak Buah Mengkudu (Morinda citrifolia L.), Jurnal Aplikasi Isotop dan Radiasi vol. 1 No 1,(2005) 38-47 Darwis, D., Role of Radiation Processing in Production of Hydrogels for Medical Applications, Atom Indonesia, vol 35,2 (2009) 85-104 Erizal, Sunarko, Basril, A, Darwis, D., Chosdu, R, dan Hasan, R, Karakterisasi Hidrogel Poli(vinil alcohol) yang Dipolimerisasi Radiasi dengan N-Isopropil akrilamida, Risalah pertemuan IImiah Aplikasi Isotop dan Radiasi dalm bidang Industri dan Hidrologi, BATAN, Jakarta, 9-10 Januari (1996) 109 Darwis, D. dan Hardiningsih, L., Potensi Hidrogel Polivinil Pirolidon (PVP)-Pati Hasil Iradiasi Gamma Sebagai Plester Penurun Demam, Jurnal Aplikasi Isotop dan Radiasi vol. 6 No 1, (2010) 46-57 Darwis, D, Effect Of Gamma Irradiation on Microbial Cellulose Membrane for Application In Guided Bone Regeneration (GBR), Jurnal Aplikasi Isotop dan Radiasi vol. 5 No 2, (2009) 53-61 Darwis, D., Warastuti, Y., dan Hardiningsih, L., Penentuan Dosis Sterilisasi Membran Selulosa Mikroba dengan Iradiasi Berkas Elektron berdasarkan ISO 11137, Jurnal Aplikasi Isotop dan Radiasi vol. 5 No 2, (2009) 165-176 Park, K., Shalaby, S.W., And Park, H., Biodegradable Hydrogels for Drug Delivery, Technomic Publishing Co. Inc., Lancaster, 6, (1993) Lugao, AB. and Malmonge, S.M., Use of Radiation in the Production of Hydrogel, Nuclear Instruments and Methods in Physical Research B, vol. 185 (2001) 37-42 Singh, H., Industrial Application of Electron Accelerator, in Isotopes and Radiation Technology in Industry, S.M.Rao and K.M. Kulkarani (eds), Perfect Print, India, (1994) 2. Charlesby, Future Prospects of Industrial Radiation Processing, dalam Industrial Application of Radioisotopes and Radiation Technology, IAEA, Vienna, (1982) 105. Parthasarathi, K.S., Radiation Processing of Food: a Clean and Safe Technology, www.dae.gov.in. diunduh tanggal 5 Mei 2010 Chapiro, A, Radiation Chemistry of Polymeric Systems, Inter Science Publisher, New York, (1962) 339 Yamaoka, H., Radiation Chemistry of Polymer, UNDPIlAEAlRCA Regional Training Course on Radiation Chemistry, Japan, (1991).

273


ISSN 2087-8079

[24] Miller, A.A. , Lawton, E.J., and Balwit, J.S., Radiation Chemistry of Polymer, J. Polym. Sci., 14, (1954) 503 [25] Makuuchi, K., An Introduction to Radiation Vulcanization of Natural Rubber Latex, TRI Global Co, (2003) 28-40 [26] Phillips, D.C., The Effect of Radiation on Electrical Insulators in Fusion Reactors, United Kingdom Atomic Energy Authority, (1978) 9-13 [27] Pepas, AX, Hydrogels, Ratner, B.D, Hoffman, AS., Schoon, S and Lenon, J.E.(Eds), Academic Press, (1996) 60-64 [28] Peppas, N.A., Hydrogel in Medicine and Pharmacy,voI.1,CRS Press, (1986) 12 [29] Rosiak, J.M., Radiation Gelation of Hydrogel and Their Applications, IAEA-TECDOC486, Viena, (1995) [30] Sariri, R., Radiation Grafting of acrylamide onto PVC, Iranian Polymer Journal, 6 135, (1997) [31] Park, K., Shalaby, S.W., and Park, H., "Biodegradable Hydrogels for Drug Delivery", Technomic Publishing Co. Inc., Lancaster, 6, (1993) [32] Chapiro, A,Radiation Induced Crosslinking of PVA, Radial. Phys. Chern., 46, 159, (1995) [33] Rosiak, J.M., and Yoshii, F., Hydrogels and Their Medical applications, Nuclear Instruments and Methods in Physical Research B, vol. 151 (1999) 55-64 [34] Stashak, T.S .., Update on Wound Dressing: Indications and Best Use, Clinical Technique in Equine Practice (2004) 148-163 [35] Menaker, M.G., Wound Dressing at the Turn of the Millenium, Curr Probl Drmatol, march/April (2001) 86 [36] Okan, D.., The Role of Moisture Balance in Wound Healing, Advances in Skin and Wound Care, vol. 20, NO.1 (2007) 39-53 [37] Scale, J., Wound Healing and the Dressing, Brit. J. Med., vol. 20 (1963) 82 [38] Anonim, Synthetic Wound Dressing, www.dermnetnz.org/procedure/dressing.html. diunduh tanggal1 Agustus 2010 [39] Eisenbud, D., Hydrogel Wound Dressing: Where Do We Stand In 2003?, Ostomy Wound management, 49, 10 (2003)1 [40] Baranoski, S. Wound and Skin Care: Choosing a Wound Dressing, Part 2, vol. 2 NO.2 (2008) 38 [41] Minna K., Henna N., Katja P., Nureddin A, Timo W., Pertti T., Bioabsorbable Scaffolds for Guided Bone Regeneration and Generation, Biomaterials, vol. 21, (2000) 2495-2505 [42] Hwey-Chin Y. And Kuang-Wey H., Guided Bone Regeneration for Fenestration Defects in Dental Implant, Medical Journal, vol.26 No.9, (2003) 684-688 [43] Muzaffer A, Goksel S., Ertunc D., Guided Bone Regeneration (GBR) On Healing Bone Defects: A Histological Study In Rabbits, The Journal of Contemporary Dental Practice, vol. 5, No.2, (2004) 1-7 [44] Jacobs, G.P., Gamma Radiation Sterilization, in Encyclopedia of Pharmaceutical Technology, J. Swarbrick and J.C. Boylan, Eds., (Marcel Dekker, New York, Vol. 6, (1992) 303-332 [45] Ethylen Oxide Sterilization, http://www.ellab.com. diunduh tanggal 1 mei 2010 [46] Wood, R.J.,and Pikaev, AK., Applied Radiation Chemistry, John Wiley and Sons, Inc., (1994) 392 [47] Ma Zue Teh, Radiation Technology Application, Regional Seminar on Radiation Technology for Biomedical Application, Shanghai, China, 12-16 December (1994). [48] The International Organization for Standardization, Isorrc 13409: Sterilization of Health Care Product-Radiation Sterilization-Substantiation of 25 kGy as a Sterilization Dose for Small or Infrequent Production Batches, First edition, (2002) [49] The International Organization for Standardization, ISO 11137: Sterilization of Health Care Product Requirements for Validation and Routine Control - Radiation sterilization, First edition, (1995) [50] The International Organization for Standardization, ISO 11737series 1-3: Sterilization of Medical Devices, Microbiological Methods, First edition, (1998) [51] International Energy Agency, Trends in Radiation Sterilization of Healthcare Products, Vienna, Austria (2008) [52] Richard F.W., and Paul, J.U., A Practical Guide to ISO 10993-10: Sensitization, http://www.Devicelink.com. diunduh pada tanggal15 Agustus 2007

274

Pengembangan


[53] Queen, D., Gaylor, JD.S., Evans, J.H., Courtney, J.M., The Preclinical Evaluation of the Water Vapour Transmission Rate Through Burn Wound Dressings, in : Biomaterials, Vol 8, (1987) 367-371 [54] Richard F.W., Paul J.U., A practical Guide to ISO 10993-10: Sensitization, International Organization for Standardization (ISO), 1998 [55] Byoung-seok Lee, et.al., Ketoprofen: Experimental Overview of Dermal Toxicity, Arch Toxicol, (2007) [56] Richard F.W., and paul, J.U., A practical Guide to ISO 10993-10: Sensitization, http://www.Devicelink.com. diakses pada tanggal15 Agustus 2007 [57] Morton, J.J,P and Malone, M.H., Evaluation of Vulnerary Activity by an Open Wound Prosedure in Rat, Arch Int Pharm, 196, (1972) 117-126 [58] American Standarad Testing Materials, ASTM-D 412-83, Annual Book of ASTM Standards (1984) [59] Scandinavian Pulp, Paper and Board Committee. Pulp Viscosity in CupriEthylenediamine Solution, SCAN-CM 15:8 (1988) [60] Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV, and Clark DP., Biology of Microorganisms 12th edition. San Francisco, (2008) [61] Kenneth,T. Pseudomonas, http://www.textbookofbacteriology.neUpseudomonas.html. diunduh tanggal 5 Agustus 2010 [62] Denis 0., et.al. The Role of Moisture Balance in Wound Healing, Advances in Skin & Wound Care, Vol. 20, NO.1 (2007) 39-53 [63] Byoung-Seok Lee, et.al., Ketoprofen: Experimental Overview of Dermal Toxicity, Arch Toxicol, February 2007 [64] David K., The Basic Principles Of Wound Healing, diunduh tanggal1 0 Maret 2010 [65] Anonim, Fever Cooling Pad, www.made-in-china.com. diunduh tanggal 15 Desember 2009 [66] Hydrogel For Cooling; http://www.newton.dep.anl.gov/askaci/eng99302.htm. diunduh tanggal 22 Januari 2005 [67] Steere, M., Fever In Children Less Than 36 Months Of Age-Questions and Strategies From Management In The Emergency Department, The Journal Of Emergency Medicine, 25 (2), (2003) 149-157 [68] Wach R.A., Mitomo, H., and Yoshii, F., ESR Investigation on Gamma-Irradiated Methylcellulose and Hydroxyethylcellulose in Dry State And in Aqueous Solution, J. of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 261, 1(2004) 113-118 [69] Florine, A. and Arthur, J.C., Degradation of Cotton in an Oxygen Atmosphere by Gamma Radiation, J. of Chemical and Engineering Data, 5, 4(1960) 470-475 [70] Anonim, Silicone Membrane For Guided Tissue Regeneration, www.medsil.ru.html. diunduh tanggal 4 Juni 2007. [71] Bludovsky, R., Prochazka, M., and Kopoldova, J., The Influence of Oxygen on The Radiolytical Products of Cellulose, J. Radioanal. Nucl. Chem., Letter 87 (2), (1984) 69-

80

275

PENGEMBANGAN BAHAN BIOMATERIAL UNTUK PEMAKAIAN DI BIDANG KESEHA TAN DENGAN TEKNIK RADIASI PENGION

Recommend Documents