Marlina Daeng Talu’mu/J.Prog.Kim.Si. 2011. 1 (2): 130 - 137
Sintesis Kitosan Nanopartikel dengan Metode Sonokimia, Gelasi Ionotropik, dan Kompleks Polielektrolit Marlina Daeng Talu’mu1) 1) Jurusan Teknologi Hasil Pertanian Universitas Sulawesi Tenggara Abstract The aims of this research are to find out how to prepare chitosan nanoparticles by sonochemical method; ionotropic gelation; and polyelectrolyte complexes and the influence of variations in methods of perparation of chitosan nanoparticles to chitosan nanoparticles characteristics that include particle size dan functional group. Techniques of data collection was conducted by means of the observation of characteristics of chitosan nanoparticles. The results shows that the variation of the method of making an impact on the characteristics of chitosan nanoparticles preparation. The particle size of nanochitosan synthesized by sonochemical, ionotropic gelation, and polyelectrolyte complex is 800, 500, 600 nm, respectively. Analysis of functional groups of chitosan nanoparticles by FTIR shows the absorption characteristic spectrum of the nanochitosan. Key Word : Chitosan, nanoparticles, sonochemical, ionotropik gelation, polyelectrolite complex. Abstrak Penelitian ini bertujuan mengetahui cara pembuatan nanopartikel kitosan melalui metode sonokimia; gelasi ionotropik; dan kompleks polielektrolit, dan pengaruh variasi metode pembuatan nanopartikel kitosan terhadap karakteristik nanopartikel kitosan yang meliputi ukuran partikel dan gugus fungsi. Teknik pengumpulan data dilakukan dengan cara pengamatan terhadap karakteristik nanopartikel kitosan yang dihasilkan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa variasi metode pembuatan memberikan pengaruh terhadap karakteristik nanopartikel kitosan yang dihasilkan. Ukuran partikel yang dihasilkan dengan ketiga metode masing-masing adalah 800 nm, 500 dan 600 nm. Analisa gugus fungsi nanopartikel kitosan dengan FTIR menunjukkan karakteristik serapan spektrum kitosan. Kata kunci : Kitosan, nanopartikel, sonokimia, gelasi ionotropik, kompleks polielektrolit.
*Penulis Korespondensi/corresponding author: Telp, +628524 1806 275 E-mail:
[email protected]
130
Marlina Daeng Talu’mu/J.Prog.Kim.Si. 2011. 1 (2): 130 - 137 (Yau
1. Pendahuluan
dan
Zhigang,
2007),
metode
metode
difusi
pelarut
ilmu
mikroemulsi,
rekayasa dan modifikasi dalam penciptaan
emulsifikasi,
metode
kompleks
material,
struktur fungsional,
polielektrolit
(polyelectrolyte
complex-
piranti
dalam
Teknologi
nano
adalah
skala
maupun
PEC),
nanometer
metode
kompleks
koaservasi,
(nanomaterial), sehingga material menjadi
metode evaporasi pelarut, dan melalui
lebih efektif, efisien dan berdaya guna.
metode kopresipitasi (Tiyaboonchai, 2003;
Sifat – sifat istimewa material yang
Mohanraj & Chen, 2006 serta Napgal et
meliputi sifat fisis, kimiawi, maupun
al., 2010).
biologi muncul ketika kelompok atom atau
Aplikasi nanopartikel kitosan di
molekul menyusun dirinya ke dalam skala
berbagai bidang sangat ditentukan oleh
nanometer. Sifat-sifat tersebut ternyata
karakteristik
bergantung
bentuk
sendiri, seperti ukuran, bentuk, kemurnian
permukaan,
permukaan, maupun topologi material.
pada
(morfologi),
ukuran,
kemurnian
Sedangkan
maupun topologi material.
satunya
Menurut Arryanto dkk. (2007);
nanopartikel
karakteristik
kitosan
kitosan
dipengaruhi
oleh
itu
salah metode
pembuatannya.
Wahyudi dkk. (2010), dengan ukuran partikel yang sangat halus (1 nm = 10-9 m),
Berdasarkan uraian di atas, maka
nanomaterial memiliki sifat-sifat khas dari
dalam penelitian ini akan dikaji bagaimana
unsur yang dapat direkayasa, sehingga
karakteristik
pemanfaatannya
di
nanopartikel (nanopartikel kitosan) yang
manusia,
dibuat melalui variasi metode, antara lain
seperti kesehatan, informasi, transportasi,
metode sonokimia, gelasi ionotropik dan
industri, energi, dan lain-lain.
kompleks polielektrolit.
berbagai
bidang
telah
merambah
kehidupan
Salah satu material yang mendapat
Bahan
Kitosan adalah polisakarida yang diperoleh
digunakan
dalam
Sigma-Aldrich, alginic acid sodium salt,
nanoteknologi dapat dimodifikasi menjadi
natrium
nanopartikel melalui beberapa metode, sonokimia
yang
penelitian ini adalah kitosan produk dari
melalui deasetilasi kitin. Kitosan melalui
metode
bentuk
2.1 Bahan dan Alat Penelitian
memiliki sifat yang khas, adalah kitosan.
lain
dalam
2. Metode Penelitian
perhatian dalam nanoteknologi karena
antara
kitosan
tripolifosfat,
bahan-bahan
yakni
laboratorium.
dengan menggunakan instrumen ultrasonik
131
kimia
detergen, untuk
serta analisis
Marlina Daeng Talu’mu/J.Prog.Kim.Si. 2011. 1 (2): 130 - 137 Alat yang digunakan adalah Neraca
hingga
terbentuk
analitik, stop watch, ultrasonic bath, oven,
kitosan.
freeze dryer, stirrer, magnetic stirrer,
2.2.3
Spektroskopi FT-IR, SEM, viskosimeter Ostwald,
tanur,
oven,
pH
serbuk
nanopartikel
Pembuatan nanopartikel kitosan metode kompleks polielektrolit
meter,
Larutan kitosan 1% (b/v) dibuat
sentrifuges dingin, desikator, dan botol
dengan melarutkan 3 g kitosan ke dalam
aquades, serta alat-alat gelas yang biasa
300 ml asam asetat 1% sambil di aduk
digunakan dalam laboratorium analitik.
menggunakan
2.2 Prosedur Kerja
ditimbang 3 g alginat dan dilarutkan dalam
2.2.1
300 ml aquadest. Kedua larutan polimer
Pembuatan nanopartikel kitosan metode sonokimia (Yau and Zhigang, 2007) sebanyak
3
gram
rpm selama 30 menit pada suhu 4oC
dengan kecepatan 200 rpm. Gel putih
kemudian di dispersikan kembali dengan
kitosan yang terbentuk tersebut selanjutnya
40 ml aquades, selanjutnya diliofilisasi
dimasukkan dalam ultrasonic bath selama
dan dihaluskan hingga terbentuk serbuk
± 60 menit, diliofilisasi dan dihaluskan
nanopartikel kitosan.
nanopartikel
2.2.4
kitosan. 2.2.2
Pembuatan nanopartikel kitosan metode gelasi ionotropik
Karakterisasi kitosan nanopartikel kitosan
dan
Karakterisasi
dan
nanopartikel Kitosan
sebanyak
3
gram
kemudian
ditambahkan
Sakurada , analisa ukuran dan morfologi partikel menggunakan SEM, gugus fungsi
kecepatan 1200 rpm pada suhu ruang.
menggunakan spektroskopi FT-IR, kadar
Emulsi kitosan yang terbentuk tersebut asam
terbentuk
menggunakan persamaan Mark-Houwink-
sambil diaduk dengan stirrer dengan
ditambahkan
yang
viskosimeter, bobot molekul rata-rata (Mv)
larutan
tripolifosfat (TPP) 0,84% sebanyak 60 ml
selanjutnya
kitosan
kitosan
meliputi viskositas menggunakan metode
dilarutkan ke dalam 300 ml asam asetat 1%
ditambahkan
yang terbentuk di sentrifugasi pada 10.000
NH3(p) 37% sambil diaduk dengan stirrer
serbuk
Selanjutnya
±5,28. Selanjutnya kompleks polielektrolit
1% kemudian ditetesi dengan ± 60 tetes
terbentuk
32%.
larutan NaOH 1N sampai diperoleh pH =
dilarutkan ke dalam 300 ml asam asetat
hingga
Selanjutnya
kemudian dicampur dan ditambahkan 4 ml HCl
Kitosan
stirrer.
air, serta kadar abu.
asetat
2.3 Teknik Pengumpulan Data
hingga pH emulsi mencapai 3,5. Suspensi
Teknik pengumpulan data dalam
yang terbentuk diliofilisasi dan dihaluskan
penelitian ini dilakukan secara langsung 132
Marlina Daeng Talu’mu/J.Prog.Kim.Si. 2011. 1 (2): 130 - 137 dengan
cara
pengamatan
terhadap
(Tarbojevich dan Cosani, 1996). Dari hasil
karakteristik kitosan nanopartikel yang
perhitungan
dengan
dihasilkan.
persamaan
Mark-Houwink-Sakurada,
menggunakan
diperoleh Mv kitosan yang digunakan 3. Hasil Dan Pembahasan 3.1 Karakterisasi
dalam
kitosan
dan
menjadi
nanopartikel kitosan
dimodifikasi
nanopartikel
adalah
kitosan BM tinggi karena berasal dari
molekul rata-rata (Mv), serta analisa
cangkang kepiting.
ukuran dan morfologi partikel, gugus
Tabel 1. Karakteristik kitosan dan nanopartikel kitosan yang dibuat dari beberapa metode
fungsi, kadar air dan kadar abu dilakukan mengetahui
kitosan
untuk
sebesar 1.305.196,04 Da yang tergolong
Penentuan viskositas dan bobot
untuk
penelitian
karakter
kitosan
Parameter
Gelasi ionotropik
Kompleks polielektrolit
Butiran, amorf berlapis
Serbuk, bulat
Serbuk, kristal tak teratur
Serbuk, kristal tak teratur
- Ukuran partikel
10 µm
800 nm
500 nm
600 nm
- Kadar air
0,46 %
3,44 %
3,14 %
4,64 %
- Kadar abu
0,20 %
1,14 %
0,52 %
1,95 %
- Viskositas
5,5668 cps
-
-
-
modifikasi
dan
nanopartikel
kitosan
sebagai
hasil
modikasi.
- Bentuk partikel
Karakteristik nanopartikel kitosan yang
ionotropik dan kompleks polielektrolit dibandingkan satu sama lain. Karakteristik
Karakteristik nanopartikel kitosan Sonokimia
sebelum
dibuat dari metode sonokimia, gelasi
Karakteristik kitosan standar
kitosan dan nanopartikel kitosan yang dibuat dari beberapa metode dapat dilihat
Variasi
pada Tabel 1.
metode
pembuatan
nanopartikel kitosan menunjukkan bahwa
Viskositas kitosan standar pada
terdapat pengaruh terhadap karakteristik
konsentrasi 0,1% b/v diperoleh nilai
kitosan yang dihasilkan. Nanopartikel
sebesar 5,5668 cps. Nilai perhitungan
kitosan yang diperoleh dari tiga metode
viskositas yang diperoleh, jauh berbeda
menunjukkan
dengan
dalam
partikel yang berbeda satu sama lain
kemasan yakni sebesar > 200.000 cps yang
(Gambar 1). Dengan metode sonokimia,
tergolong kitosan dengan viskositas yang
diperoleh ukuran partikel kitosan nano
sangat tinggi. Nilai viskositas dari kitosan
sebesar 800 nm dengan bentuk partikel
yang cukup tinggi ini disebabkan sifat
yang bulat namun menggumpal yang
fisika-kimia larutan kitosan seperti pH,
diduga akibat kurangnya amonium (NH3)
kerapatan,
permukaan,
yang ditambahkan sebagai pengemulsi
konduktifitas dan viskositas dipengaruhi
larutan. Dari metode gelasi ionotropik dan
oleh
kompleks polielektrolit diperoleh ukuran
nilai
bobot
yang
tercantum
tegangan
molekul
kitosan
terlarut 133
ukuran
dan
morfologi
Marlina Daeng Talu’mu/J.Prog.Kim.Si. 2011. 1 (2): 130 - 137 partikel masing-masing 500 dan 600 nm
OH (hidroksil) karena berada pada daerah
dengan morfologi nampak seperti kristal-
yang sama. Menurut Watson (1999)
kristal dengan bentuk yang tidak teratur.
vibrasi
Ukuran
partikel
pita-pita
pada
daerah
bilangan
gugus –NH masih dapat terlihat cukup
ini disebabkan karena kitosan standar yang
jelas meskipun berada di puncak stretching
dimodifikasi mempunyai bobot molekul
–OH
(BM) yang cukup besar. Menurut Kuo et
lebar.
Supratman
(2010)
menerangkan bahwa vibrasi stretching –
al. (2009) dan Wu et al. (2005) bahwa kitosan
lain
gelombang 3500 - 3000 cm-1. Namun pita
berada dalam kisaran nanometer (nm). Hal
BM
–OH,
karena ikatan hidrogen sehingga menutupi
terlihat masih cukup besar walaupun masih
besar
gugus
menghasilkan pita yang sangat lebar
nanopartikel
kitosan yang diperoleh dari ke tiga metode
semakin
stretching
NH menimbulkan serapan disebelah kiri
yang
serapan –CH alifatik pada 3125 - 3570 cm-
dimodifikasi, ukuran partikel kitosan nano
1
yang dihasilkan akan semakin besar pula.
.
Munculnya
puncak
serapan
pada
bilangan gelombang 1400 – 1000 cm-1 menandakan adanya gugus –CN. Puncak serapan
A.
pada
1300
–
1000
cm-1
menunjukkan adanya ikatan glikosida
B.
antar monomer (Silverstein et al., 2005). Hasil analisa kadar air didapatkan kitosan hasil modifikasi memiliki kadar air
C. D. Gambar 1. Foto SEM kitosan dan nanopartikel kitosan
A. B. C. D.
dan
Keterangan : Kitosan standar Nanopartikel kitosan yang dibuat melalui metode sonokimia Nanopartikel kitosan yang dibuat melalui metode gelasi ionotropik Nanopartikel kitosan yang dibuat melalui metode kompleks polielektrolit
kadar
abu
yang
lebih
tinggi
dibandingkan kitosan sebelum modifikasi. Tabel 1. Menunjukkan kadar air dan kadar abu dari kitosan dan nanopartikel kitosan dari ketiga metode pembuatan. Variasi
Spektrum IR kitosan standar dan
metode pembuatan memberikan pengaruh
nanopartikel kitosan yang dibuat melalui
terhadap kadar air nanopartikel kitosan
variasi metode menunjukkan karakteristik
yang dihasilkan. Nanopartikel kitosan
serapan
bilangan
yang diperoleh melalui metode kompleks
gelombang (cm ) dari kitosan yakni: pita
polielektrolit memiliki kadar air yang lebih
lebar pada daerah bilangan gelombang
tinggi dari nanopartikel kitosan yang
puncak-puncak -1
3750 – 3000 cm
-1
menunjukkan adanya
diperoleh melalui dua metode lainnya
gabungan gugus –NH (amina) dan gugus –
maupun dengan kitosan standar. 134
Marlina Daeng Talu’mu/J.Prog.Kim.Si. 2011. 1 (2): 130 - 137
Tabel 2. Interpretasi spektrum FT-IR kitosan standar dan kitosan nanopartikel Bilangan Gelombang (cm-1) No.
1.
Gugus Fungsional (tipe vibrasi)
Hasil Analisis K
K NPS
K NPG
3445,59
3645,21
3434,98
K NPKP 3497,67
Literatur 3650 – 3200 3800 - 2700 3125 - 3570
Vibrasi stretching –OH Bebas (Sastrohamidjojo, 2001) Vibrasi stretching –OH (Silverstein et al., 2005) Vibrasi stretching N-H amina disebelah kiri C-H alifatik (Supratman, 2010)
2.
2880,49
-
-
-
3000 – 2850
Vibrasi stretching ––CH, sp3 (Silverstein et al., 2005)
3.
1654,81
1642,27
1660,6
1628,77
1650 – 1580
Vibrasi bending N-H amina primer (Silverstein et al., 2005) Vibrasi stretching gugus COO- (Silverstein et al., 2005)
4. 5.
1558,38 1377,08 1319,22 1153,35 1081,99 896,84
1510,16 1331,76 1303,79 1233,39 1148,24 1048,53 1048,24 1015,45 971,09 898,77
1572,84 1211,21
1306,68 1256,54 1150,46 1091,63 1030,88 946,98 894,91
789,8 746,4 583,43
651,89 618,14 562,21
6.
7.
-
1156,25 1101,28 1021,24 892,98 808,12
-
1850 – 1600 1550 -1481 1400 – 1000 1300 – 1000 1300 - 800 1260 – 1050 1260 – 1000 1040 – 910 1000 – 870 910-710 800 – 666
Vibrasi bending gugus NH3+ (Silverstein et al., 2005) Vibrasi stretching C-N amida Vibrasi stretching –C-O-C (glikosida) Vibrasi stretching –C-C-O (Silverstein et al., 2005) Vibrasi stretching –CO-(eter), (Supratman, 2010) Vibrasi stretching –CO alkohol (Silverstein et al., 2005) Vibrasi stretching P-OH (Silverstein et al., 2005) Vibrasi stretching P-O-P (Silverstein et al., 2005) Vibrasi stretching –NH2 primer (Supratman, 2010) Vibrasi stretching N – H dari amina primer (Silverstein et al., 2005)
Keterangan: K K NPS K NPG K NPKP
4. Kesimpulan
: Kitosan standar : Nanopartikel kitosan yang dibuat melalui metode sonokimia : Nanopartikel kitosan yang dibuat melalui metode gelasi ionotropik : Nanopartikel kitosan yang dibuat melalui metode kompleks polielektrolit
Dari hasil penelitian diperoleh kesimpulan
sebagai
nanopartikel
bahwa
variasi
dengan
metode
yang
terhitung
dibuat
sonikasi
ultrasonik
(metode
sonokimia); penambahan penyambung
kadar abu nanopartikel kitosan yang Abu
perlakuan
menggunakan
pembuatan memberikan pengaruh terhadap
dihasilkan.
dapat
melalui beberapa metode antara lain:
Hasil analisa kadar abu, juga menunjukkan
kitosan
berikut:
silang ionotropik TPP (metode gelasi
dari
ionotropik);
kitosan sebelum dan setelah modifikasi
kompleks
berasal dari garam organik, yakni asam
(metode
Juga berasal dari garam anorganik, yakni
alginat
polielektrolit).
metode
pembuatan
memberikan
tripolifosfat (TPP), natrium yang berasal
polianionik
dengan
kompleks
Variasi
nitrat dari NH3 , fosfat yang berasal dari
pembentukan
polielektrolit
penambahan
asetat yang digunakan sebagai pelarut.
dan
pengaruh
terhadap
karakteristik nanopartikel kitosan yang
dari alginat dan NaOH serta klorida dari
dihasilkan.
HCl. 135
Marlina Daeng Talu’mu/J.Prog.Kim.Si. 2011. 1 (2): 130 - 137 Analisa gugus fungsi nanopartikel
A Promising System in Novel Drug
kitosan dengan FTIR menunjukkan
Delivery.
karakteristik
58(11), pp 1423—1430.
kitosan.
serapan
Analisa
spektrum
ukuran
dan
SEM
dari
morfologi
dengan
metode
sonokimia,
ionotropik
dan
[5]
Chem.
Sastrohamidjojo,
Pharm.
Bull.
Hardjono.
2001.
Spektroskopi Inframerah. Liberty:
gelasi
Yogyakarta. Hal. 12 – 37.
kompleks [6]
polielektrolit, berturut-turut: bulat
Silverstein, R. M., Webster, F. X., dan
dengan ukuran 800 nm; kristal
D.
J.
Kiemle
(2005).
Spectrometric Identification Organik
amorf berukuran 500 dan 600 nm.
Compounds Seventh Edition. pp. 72-
Sedangkan analisa kadar air dan
119. John Wiley & Sons, Inc. and
kadar abu berturut-turut: 3,44 dan
USA.
1,14; 3,14 dan 0,52; serta 4,64 dan [7]
1,95 %.
Supratman,
U.
2010.
Elusidasi
Struktur Senyawa Organik: Metode Spektroskopi
5. Pustaka [1]
116. WidyaPadjajaran Bandung. [8]
of Chitosan. International Journal of
(1996).
ID
Determination
939536,
[9]
2009. Preparation and Properties of
Chitin
and
Wahyudi, A., Amalia, D., Sariman dan Rochani, S. 2010. Sintesis
Plastics
Technology and Engineering. 48, pp
Nanopartikel
1239 - 1243.
Down Menggunakan Planetary Ball
Zeolit
Secara
Top
Mill dan Ultrasonikator. M & E,
Mohanraj, V. J. and Chen, Y. 2006.
Vol. 8, No. 1, hal 32 – 36.
Nanoparticles-A Review. Tropical
[10] Wu, Y., Yang, W., Wang, C., Hu, J.,
Journal of Pharmaceutical Research.
and
5 (1), pp 561-573. [4]
of
Weight
Grottammare, pp 85-108.
Kuo, S. H., Yea, R. S., and In, C. C.
Polymer
Molecular
Chitosan. European Chitin Society:
doi:10.1155/2010/939536.
[3]
Tarbojevich, M and A. Cosani.
Polymer Science, Vol. 2010, Article
Nanochitosan.
Penentuan
Struktur Senyawa Organik. Hal: 66-
Chattopadhyay, D. P. and M. S. Inamdar (2010). Aqueous Behaviour
[2]
untuk
S.
Fu,
(2005).
Chitosan
Nanoparticles as A Novel Delivery
Nagpal, K., Singh, S .K. and Mishra,
System
D. N. 2010. Chitosan Nanoparticles: 136
for
Ammonium
Marlina Daeng Talu’mu/J.Prog.Kim.Si. 2011. 1 (2): 130 - 137 Glycyrrhizinate. Int. J. of Pharm. 297, pp 235-245. [11] Yau, Shan Szeto and Zhigang, Hu ( 2007).
Article
Exploring
Nanochitosan. ATA Journal for Asia on Textilem & Apparel. China.
137
