EFFECT OF GADOLINIUM OXALATE ON CHEMICAL SHIFT IN AQUABIDES

Transkripsi

1 Research and Development on Nanotechnology in Indonesia, Vol.2, No.2, 2015, pp ISSN : EFFECT OF GADOLINIUM OXALATE ON CHEMICAL SHIFT IN AQUABIDES Yuni Warty 1,3), Adita Sutresno 1), Atikah Soltianie Ahab 1), M. Faizal F.A.A 1), Suprijadi 1), Triati Dewi Kencana Wungu 1), Anggraini Barlian 2), Yana Maolana Syah 1),Idam Arif 1), Freddy Haryanto 1) 1)Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Insitut Teknologi Bandung 2)Sekolah Ilmu dan Teknologi Hayati, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesha, Bandung 40132, Indonesia 3) Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,Universitas Negeri Medan * yuniwarty@gmail.com Received : 20 January 2015 Accepted : 20 February 2015 ABSTRACT Gadolinium is the element that used as a contrast agent in MRI. This element used in the form of a compound to reduce toksititas properties of gadolinium in the body. In this study, compounds of gadolinium oxalate used as study materials. Therefore. characteristics of gadolinium oxalate as contrast agents for MRI and NMR relaxation agent needs to examine invitro. Free Induction Decay (FID) as a row data obtained from nuclear magnetic resonance Agilent 500 MHz 15T. Samples varied with the concentration of gadolinium oxalate (0.001, 0.002, 0.003, 0.004, 0.005) mg / ml. Mestrenova software used for data analysis by Fourier transform FID. Based on the data analysis, values of proton chemical shift is 4.66 ppm. Keywords: Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Free Induction Decay, chemical shift 99 CAS Center for Advanced Sciences

2 ABSTRAK Gadolinium adalah unsur yang dimanfaatkan sebagai agen kontras pada MRI. Pemakaian unsur ini dalam bentuk senyawa untuk mengurangi sifat toksititas dari gadolinium dalam tubuh. Pada penelitian ini, digunakan senyawa gadolinium oksalat sebagai bahan kajian. Oleh karena itu. karakteristik gadolinium oksalat sebagai agen kontras MRI dan agen relaksasi NMR perlu di kaji secara invitro. Free Induction Decay (FID) sebagai row data diperoleh dari hasil pengukuran menggunakan nuclear magnetic resonance Agilent 500 MHz 15T. Sampel gadolinium oksalat divariasi dengan konsentrasi (0.001, 0.002, 0.003, 0.004, 0.005) mg/ml. Software Mestrenova dimanfaatkan untuk analisa data dengan mentransformasi fourier FID. Berdasarkan analisa data FID maka diperoleh nilai chemical shift proton 4.66 ppm. Kata kunci: Nuclear Magnetic Resonance (NMR), Free Induction Decay, Chemical Shift PENDAHULUAN Gadolinium ( 64 Gd) merupakan unsur yang termasuk dalam golongan lantanida yang memiliki sifat fisis berwarna putih keperakan. Gd bersifat paramagnetik dengan 7 elektron yang tidak berpasangan di kulit f, sifat ini akan menghasilkan medan makroskopik jika diberikan medan magnet eksternal dan mempengaruhi inti di dekatnya. Gd digunakan pada beberapa bidang seperti magnet tanah jarang, tabung sinar X, memori komputer, penangkap neutron pada bidang nuklir, agen kontras MRI, dan agen relaksasi NMR. Sebagai agen kontras Gd digunakan dalam bentuk senyawa kompleks yang menyebabkan suatu jaringan menjadi lebih kontras bila dibandingkan dengan jaringan lainnya. Penggunaan agen kontras harus disesuaikan dengan sifat dasar dari organ atau jaringan yang ingin dicitrakan [1]. Agen kontras yang dimasukkan kedalam tubuh pasien dapat dilakukan dengan dua cara yaitu melalui intravena dengan memasukkan kedalam pembuluh darah atau secara oral. Agen kontras yang telah masuk kedalam tubuh kemudian akan terdistribusi secara biologis menuju jaringan target dan akan diekskresikan melalui ginjal dan hati [2]. Senyawa paramagnetik yang tidak larut dalam air biasanya digunakan secara oral atau rectal dengan tujuan mengambil citra bagian perut, pankreas dan usus besar [3]. Gadolinium oksalat adalah agen kontras yang digunakan secara oral yang akan mempengaruhi waktu relaksasi dan intensitas sinyal NMR. Peningkatan relaksifitas akan meningkatkan 100 CAS Center for Advanced Sciences

3 intensitas sinyal serta mempengaruhi ketepatan diagnosa. Disamping itu, signal yang tinggi dengan relaksifitas agen yang tinggi berpotensi mengurangi dosis pada pasien [4]. Beberapa penelitian gadolinium oksalat sebagai agen kontras telah dikembangkan dan dievaluasi pada in vitro dan in vivo. Evaluasi gadolinium oksalat kompleks pada in vivo dengan sistem magnet 0,3T pada anjing cukup efektif dan tidak beracun [5]. Disamping itu, waktu relaksasi longitudinal (T1) dan waktu relaksasi transversal (T2) secara in vitro dengan menggunakan JOEL fx-90 NMR spektrometer dan suspensi gadolinium oksalat pada suspensi (25% kolagel dalam deionized water) yang diobservasi pada 2.5 MHz menggunakan pulsa spin-echo dapat menurunkan nilai T1 dan T2 [6]. Pada penelitian ini dilakukan evaluasi karakterisasi gadolinium oksalat khususnya besaran chemical shift secara in-vitro dengan nuclear magnetic resonance (NMR) Agilent 500 MHz dan 15T. METODOLOGI Chemical shift merupakan salah satu karakteristik gadolinium oksalat sebagai agen kontras. Nilai chemical shift diperoleh dengan alur pengambilan data seperti gambar 1. Evaluasi alat NMR Preparasi Sampel Aquabidest Aquabidest + Gd FID Transformasi Fourier Mestrenova Chemical Shift Gambar 1. Alur pengambilan data Chemical Shift 101 CAS Center for Advanced Sciences

4 Tahap awal kajian ini adalah mengevaluasi NMR Agilent 500 MHz. Probe yang digunakan adalah varian 500 MHz 5mm Auto X BD PFG Probe ini baik untuk beberapa unsur seperti carbon, fosfor, dan nitrogen. Gd oksalat yang digunakan pada penelitian ini berbentuk powder 99,9 % [7] dengan berat molekul 578,56. Gadolinium oksalat dilarutkan menggunakan deionized water (aquabidest) dengan konsentrasi (0.001, 0.002, 0.003, 0.004, 0.005) mg/ml. Larutan kemudian dimasukkan kedalam tabung sampel (WG mm Economy Mhz) untuk diukur pada NMR. Free Induction Decay (FID) sebagai row data dari NMR di transformasi fourier dengan software Mestrenova untuk selanjutnya diperoleh nilai chemical shift dari seluruh FID. HASIL DAN PEMBAHASAN Data Free Induction Decay (FID) pada variasi konsentrasi Gd oksalat Data FID merupakan sinyal yang diperoleh saat proton berrelaksasi dalam arah proyeksi sumbu-x sehingga ini sangat ditentukan oleh seberapa cepat atau lambat magnetisasi berkurang pada sumbu-x. Data FID untuk aquabidest dapat dilihat pada gambar 2. Gambar 2. Grafik FID aquabidest Pada gambar sumbu-x merupakan acquisition time (at) dalam satuan detik dan sumbu-y merupakan pengulangan pulsa RF yang diberikan untuk pengambilan data yaitu sebanyak sembilan kali dengan pengaturan relaxation delay 10 detik, dengan urutan pengambilan data dimulai dari bawah keatas secara berurutan. Pengulangan pengambilan data tersebut merupakan mekanisme otomatis dari sistem NMR yang dianggap sebagai sampling data. 102 CAS Center for Advanced Sciences

5 Jika ditinjau pada satu sinyal FID seperti pada gambar 3, sumbu-x merupakan at dalam satuan detik dan sumbu-y merupakan intensitas. Adanya perbedaan intensitas dari FID I sampai dengan 9 secara berurutan pada gambar 2 disebabkan oleh vektor magnetisasi longitudinal sebelum pulsa RF 90 o kedua atau ketiga lebih kecil dari pada vektor magnetisasi longitudinal sebelumnya. Dari hasil pengukuran yang telah dilakukan pada beberapa konsentrasi gadolinium dan aquabidest diperoleh 54 free induction decay. Gambar 3 FID ke-1 aquabidest. Baik atau buruknya FID sangat dipengaruhi oleh spinning dari sampel. Distorsi dari FID pada sampel menyebabkan garis spektrum pada NMR sedikit meluas saat spinner berhenti atau spin tidak mengalami shim [8]. Berdasarkan baik atau buruknya FID yang diperoleh setelah dilakukan transformasi fourier dengan software mestrenova maka diperoleh 7 FID ( FID ke-1,2,3,4,5 pada aquabides, FID ke-9 pada konsentrasi mg/ml dan FID ke-9 pada konsentrasi mg/ml) pada kategori yang kurang baik. Chemical shift Karakteristik fisis yang dapat dianalisa dari data FID adalah chemical shift yakni nilai yang menunjukkan sejauh mana resonansi proton bergeser dari standar... (TMS) dengan satuan parts per million (ppm) terhadap frekuensi spektrometer yang digunakan. Efek dari resonanasi dan posisi dari proton dapat mengakibatkan perbedaan nilai chemical shift yang sesuai dengan senyawa yang mengandung proton tersebut. Nilai chemical shift dapat diperoleh langsung setelah diperoleh row data berupa FID pada perangkat komputer atau menggunakan software mestrenova. Data FID tersebut ditransformasi fourier dari domain waktu ke domain frekuensi. Gambar 4 adalah sinyal FID ke-1 aquabidest dengan 103 CAS Center for Advanced Sciences

6 penambahan gadolinium oksalat 2 mg yang ditransformasi fourier dengan menggunakan software mestrenova. Gambar 4. Spektrum proton (FID ke-1 Aquabidest + 2 mg Gd oksalat) setelah transformasi fourier. Dari spektrum diatas dapat dilihat bahwa chemical shift proton pada temperatur sampel 25 O C adalah 4,66 ppm. Nilai ini relatif sama dengan nilai chemical shift untuk air yang berada pada nilai 4.79 ppm [9]. Dengan melakukan hal yang sama untuk seluruh sinyal FID maka diperoleh chemical shift tiap FID pada masing-masing konsentrasi seperti pada tabel 1 Tabel 1 Chemical shift Aquabidest pada variasi konsentrasi Gd. F I D Chemical shift (ppm) pada variasi Konsentrasi Gd (mg/ml) Aquabi dest Data tabel menunjukkan adanya perbedaan nilai chemical shift yang sangat kecil (kurang dari 5 %) sehingga perbedaan ini dapat anggap sama dengan nilai referensi yakni 4.79 ppm. 104 CAS Center for Advanced Sciences

7 KESIMPULAN Karakteristik besaran fisis untuk proton oleh pengaruh perubahan konsentrasi gadolinium oksalat sebagai agen kontras memiliki nilai yang relatif sama dengan air. REFERENSI [1] L. M. Mitsumori, P. Bhargava, M. Essig dan J. H. Haki, Magnetic Resonance Imaging Using Gadolinium-Based Contrast Agents, vol. 23, [2] S. Aime dan P. Caravan, Biodistribution og Gadolinium-Based Contrast Agents, Including Gadolinium Deposition, NIH Public Access, vol. 30(6), pp , [3] V.M. Runge, Particulate NMR contrast agents for Gastrointestinal Application, United States Patent, [4] M. F. Tweedle, E. Kanal dan R. Muller, Consideration in the Selection of a New Gadolinium-Based Contras Agents, Appliedradiology, [5] V. M. Runge, J. A. Clanton, M. A. Foster, F. W. Smith dan et al, Paramagnetic NMR Contrast Agents; Develovement and Evaluation, vol. 19, [6] V. M. Runge, M. A. Foster dan F. W. Smith, Particulat Oral NMR Contrast Agents, vol. 12, pp , 1 5. [7] e (tanggal akses 19 Juni ). [8] G. A. Pearson, Shimming an NMR Magnet, USA, Chemistry Deparment University of Iowa, [9] H. E. Gottlieb, v. Kotlyer dan A. Nudelman, NMR Chemical Shiftof Common Laboratory Solvent as Trace Impurities, Vol. %1 dari % , CAS Center for Advanced Sciences