BAB II TINJAUAN PUSTAKA. nanometer. Menurut Abdullah dan Khairurijjal (2009), nanoteknologi adalah ilmu

Transkripsi

1 6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Nanoteknologi dan Nanopartikel Secara umum, nanoteknologi dapat didefinisikan sebagai teknologi perancangan (desain), pembuatan dan aplikasi struktur/material yang berdimensi nanometer. Menurut Abdullah dan Khairurijjal (2009), nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa dalam membuat material, struktur fungsional, maupun piranti dalam skala nanometer. Jadi nanoteknologi tidak hanya terbatas pada bagaimana cara menghasilkan material atau partikel yang berukuran nanometer, melainkan memiliki pengertian yang lebih luas termasuk bagaimana cara memproduksi serta mengetahui kegunaan sifat baru yang dimiliki oleh material nano tersebut. Di antara logam, perak banyak mendapat perhatian karena sifat fisik dan kimianya. Perak telah digunakan dalam bidang medis untuk pengobatan penyakit selama lebih dari 100 tahun karena memiliki sifat alami sebagai anti bakteri dan anti jamur, serta sifatnya yang tidak toksik terhadap kulit manusia. 2.2 Sintesis Nanopartikel dengan Metode Biologi Secara umum, metode sintesis nanopartikel dibagi dalam dua kelompok besar yaitu top-down (fisika) dan down-top (kimia). Metode pertama adalah sintesis nanopartikel dengan cara memecah partikel berukuran besar menjadi partikel berukuran nanometer, maka dari itu sering disebut dengan top-down. Metode kedua adalah sintesis nanopartikel dengan cara mencampurkan garam dengan agen 6

2 7 pereduksi dan agen penstabil berupa bahan kimia anorganik hingga terbentuk nanopartikel (Windri Handayani, 2011). Metode sintesis fisika dan kimia sudah banyak dilakukan, seperti Hadiyawarman et al. (2008) menggunakan metode simple mixing, yaitu dengan menggunakan resin berupa suatu polimer epoxy dan perlakuan suhu. Metode ini memerlukan perlakuan yang sulit, seperti suhu, waktu pemanasan, pengadukan dan penggunaan resin kimiawi. Pada tahun 2000-an, diketahui bahwa nanopartikel dapat disintesis dengan menggunakan makhluk hidup (Windri Handayani, 2011), yang dikenal sebagai biosintesis. Sejak saat itu, pemanfaatan makhluk hidup seperti mikroorganisme, ekstrak tumbuhan atau biomassa tumbuhan mulai banyak dimanfaatkan untuk mensintesis nanopartikel. Sekarang ini metode tersebut menjadi salah satu alternatif untuk memproduksi nanopartikel yang ramah lingkungan (green synthesis) karena mampu meminimalisir penggunaan bahan-bahan anorganik yang berbahaya dan sekaligus limbahnya. Beberapa jenis tumbuhan telah digunakan dalam proses biosntesis nanopartikel perak dan emas, seperti Azadirachta indica, Datura metel, Hellianthus annus, Capsicum annuum, Diospyros kaki dan Syzygium cummini. Jenis-jenis tumbuhan tertentu diduga mengandung senyawa kimia yang dapat berperan sebagai agen pereduksi, seperti enzim (superoksida dismutase, katalase, glutation, dan peroksidase), protein, karbohidrat (gula-gula pereduksi) ataupun senyawa-senyawa metabolit sekunder, seperti terpenoid dan flavanoid. Namun demikian, senyawa kimia yang berperan penting dalam proses biosintesis masih menjadi pertanyaan, maka dari itu diperlukan banyak data tentang sintesis nanopartikel dengan menggunakan bermacam-macam jenis tanaman.

3 8 Windri Handayani, dkk (2011) telah melaporkan delapan jenis tumbuhan yang berpotensi sebagai agen pereduksi perak serta variasi beberapa faktor yang mempengaruhi proses biosintesis tersebut. Dari delapan tanaman yang diteliti yaitu Azadirachta indica (Mimba), Centtela asiatica (Pegagan), Cerbera manghas (Bintaro), Diospyros blancai (Bisbul), Murraya paniculata (Kemunning), Pometia pinnata (Matao) dan Phalleria macrocarpa (Mahkota dewa). Tanaman bisbul menghasilkan nanopartikel perak yang paling banyak dan dalam waktu yang paling cepat. 2.3 Tanaman Sambiloto Tanaman sambiloto merupakan salah satu tanaman obat yang mudah di dapat di Indonesia. Berdasarkan sistem taksonomi, tanaman sambiloto dikenal dengan nama ilmiah andrographis paniculata ness, famili acanthaceae. Adapun klasifikasinya sebagai berikut (Ahmad, 2014): Kingdom : Plante (tumbuhan) Subkingdom : Tracheobionta (Tumbuhan berpembuluh) Super Divisi : Spermatophyta (Menghasilkan biji) Divisi Kelas Sub Kelas Ordo Famili Genus Spesies : Magnoliophyta (Tumbuhan berbunga) : Magnoliopsida (berkeping dua / dikotil) : Asterida : Scrophulariales : Acanthaceae : Andrographis : Andrographis paniculata Nees

4 9 Tinggi pohon sambiloto dapat mencapai cm, daunnya memanjang dan berwarna hijau tua, seperti tampak pada Gambar 2.1. Bunganya berukuran kecil dan berwarna putih keunguan. Buahnya berukuran kecil, berbentuk silindris dan berwarna hijau kekuningan. Sambiloto tumbuh subur di daerah yang memiliki ketinggian sekitar meter di atas permukaan laut (dpl). Gambar 2.1 Tanaman sambiloto ( Tanaman sambiloto berasal dari Asia tropika. Penyebarannya dari India meluas ke selatan di Siam, ke timur di Semenanjung Malaya, kemudian ditemukan di Jawa. Tanaman sambiloto mempunyai beberapa nama diantaranya, di Melayu dikenal dengan nama sambilata, di Sumatera Barat dikenal dengan nama ampadu tanah, di Jawa Tengah dikenal dengan nama andiloto, di Madura dikenal dengan nama pepaitan (Madura), sedangkan di Cina dikenal dengan nama chuan xin lien. Kandungan kimia sambiloto adalah, pada daun dan percabangannya mengandung laktone yang terdiri dari deoksiandrografolid, andrografolid (zat pahit),

5 10 neoandrografolid, 14-deoksi didehidroandrografolid dan homoandrografolid. Juga terdapat flavonoid, alkane, keton, aldehid, mineral (kalium, kalsium, natrium), asam kersik dan damar. Flavotioid diisolasi terbanyak dari akar, yaitu polimetoksiflavon dan andrografin. Tanaman sambiloto adalah salah satu jenis tanaman obat tradisional. Tanaman tersebut banyak digunakan sebagai obat pencegah radang, memperlancar air seni (diuretika), menurunkan panas badan (antipiretika), obat sakit perut, kencing manis dan terkena racun. Kandungan senyawa kalium memberikan khasiat menurunkan tekanan darah. Hasil percobaan farmakologi menunjukkan bahwa air rebusan daun sambiloto 10% dengan takaran 0.3 ml/kg dapat memberikan penurunan kadar gula darah yang sebanding dengan pemberian suspensi glibenclamid. Selain itu, daun sambiloto juga dipercaya bisa digunakan sebagai obat penyakit tifus dengan cara merebus daun sampai mendidih dan air rebusannya diminum (Ahmad, 2014). 2.4 Karakterisasi Nanopartikel Telah diketahui bahwa ukuran partikel dan distribusi ukuran merupakan karakteristik nanopatrikel yang paling utama (Jahanshahi et al., 2007). Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa nanopartikel memberikan lebih banyak keuntungan daripada mikropartikel (Panyam and Labhasetwar, 2003). Ukuran partikel mempengaruhi secara langsung terhadap keunikan sifat dari nanopartikel, karena itu penentuan ukuran dan distribusi ukuran nanopartikel harus dilakukan. Beberapa metode yang dapat digunakan untuk menentukan ukuran nanopartikel

6 11 seperti hamburan cahaya, ultrasonic, spektroskopi, penyaringan dan lain sebagainya (Hasnel,2006) Teknik-teknik yang banyak digunakan untuk mengkarakterisasi material adalah UV-Vis spektrofotometer, FTIR (Fourier Transform Infra Red), PSA (Particle Size Analyzer), XRD (X-Ray Diffraction) dan TEM (Transmission Electron Microscopy) Spektrofotometer UV-Vis Spektrofotometer UV-Vis digunakan untuk mengkaji sifat absorpsi bahan dalam rentang panjang gelombang ultraviolet (UV) yaitu mulai dari sekitar nm sampai panjang gelombang cahaya tampak (visible) yaitu nm (Mulja dan Suharman, 1995). Spektrofotometer UV-Vis digunakan untuk analisis kualitatif ataupun kuantitatif suatu senyawa. Absorpsi cahaya ultraviolet maupun cahaya tampak oleh bahan akan mengakibatkan terjadinya transisi elektron, yaitu perpindahan elektron-elektron dari orbital keadaan dasar, yang berenergi lebih rendah ke orbital yang berenergi lebih tinggi, keadaan ini disebut dengan keadaan tereksitasi. Daerah penyerapan radiasi ultraviolet atau cahaya tampak bergantung pada besar energi transisi elektron dari suatu atom atau molekul pada bahan. Atomatom atau molekul-molekul yang memerlukan energi lebih tinggi akan meyerap radiasi pada panjang gelombang yang lebih pendek, sedangkan yang memerlukan energi lebih rendah akan menyerap radiasi pada panjang gelombang lebih panjang (Fessenden dan Fessenden, 1986). Analisa absorbansi menggunakan UV-Vis spektrofotometer juga dapat memberikan informasi tentang sifat optik dari bahan (Haryono,2008). Dalam hal ini,

7 12 teknik UV-Vis digunakan untuk mengetahui apakah nanopartikel yang disintesis sudah terbentuk, untuk menganalisa laju proses sintesis, serta secara kualitatif dapat memberikan informasi tentang jumlah nanopartikel yang terbentuk. Sedangkan panjang gelombang pada puncak absorbansi maksimum dapat menunjukkan ukuran dari nanopartikel yang dihasilkan. Semakin besar panjang gelombang tersebut, maka semakin besar pula ukuran nanopartikel yang terbentuk. Tabel 2.1 memperlihatkan nilai panjang gelombang pada puncak absorbansi maksimum dan ukuran nanopartikel perak yang dihasilkan (Bakir, 2011). Tabel 2.1 Panjang gelombang pada puncak absorbansi maksimum dan ukuran nanopartikel perak yang terbentuk (Bakir, 2011). Ukuran Partikel (nm) Kisaran Lambda (nm) Hasil analisa spektrofotometer UV-Vis ini masih perlu diperkuat dengan metode analisa yang lain seperti XRD dan TEM. Pengukuran spektrofotometer UV- Vis pada koloid nanopartikel perak dilakukan pada rentang panjang gelombang nm. Gambar 2.2 adalah contoh gambar spectra UV-Vis dari nanopartikel perak dengan ekstrak tanaman Azadirachta indica (Mimba) (Windri Handayani, dkk, 2011).

8 13 Gambar 2.2 Contoh gambar spektra UV-Vis dari nanopartikel perak dengan ekstrak tanaman Azadirachta indica (Mimba) Transmission Electron Microscopy (TEM) TEM adalah mikroskop yang mampu untuk melakukan pembesaran objek sampai 2 juta kali, menggunakan elektro statik dan elektro magnetik untuk mengontrol pencahayaan dan tampilan gambar serta memiliki kemampuan pembesaran objek dan resolusi jauh lebih bagus daripada mikroskop cahaya. Mikroskop elektron menggunakan lebih banyak energi dan radiasi elektromagnetik yang lebih pendek dibandingkan mikroskop cahaya. TEM memiliki fungsi untuk analisis morfologi, struktur kristal dan komposisi material. TEM dapat memudahkan analisis ukuran atom (dalam jangkauan nanometer) menggunakan energi berkas electron sekitar 60 sampai 350 kev. Informasi struktural diperoleh dengan pencitraan resolusi tinggi dan difraksi elektron. Ketika elektron ditumbukkan pada sebuah permukaan material, dari

9 14 permukaan tersebut akan dipancarkan elektron. Dari pancaran elektron ini bisa diketahui bentuk permukaan zat tersebut. Prinsip kerja dari TEM adalah sinar elektron mengiluminasi sampel dan menghasilkan sebuah gambar di atas layar pospor. Gambar dilihat sebagai sebuah proyeksi dari spesimen. Skema dari TEM lebih detil dapat dilihat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3 Skema TEM Sinyal utama yang dapat ditangkap atau dihasilkan dari TEM cukup banyak antara lain: 1. Diffraction contrast dipakai untuk mengkarakterisasi struktur kristal dari sampel yang biasa digunakan untuk menganalisa defek, endapan, ukuran butiran dan distribusinya.

10 15 2. Phase contrast dipakai untuk menganalisa kristalin material (defek, endapan, struktur interfasa, pertumbuhan kristal) 3. Mass/thickness contrast dipakai untuk karakterisasi bahan amorf berpori, polimer, material lunak (biologis) 4. Electron diffraction 5. Characteristic X-ray (EDS) 6. Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS + EFTEM) 7. Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) Kegunaan utama TEM adalah analisis mikrostruktur, analisis interfasa, struktur kristal, serta analisis unsur dalam elemen skala nanometer. Kegunaan dari analisis menggunakan TEM adalah: 1. Resolusi tinggi nm, sedangkan resolusi dari SEM adalah (1-3 nm). 2. Mampu mendapatkan informasi komposisi dan kristalografi dari bahan uji dengan resolusi tinggi. 3. Memungkinkan untuk mendapatkan berbagai signal dari satu lokasi yang sama. Sedangkan kelemahannya adalah: 1. Hanya meneliti area yang sangat kecil dari sampel. 2. Perlakuan awal dari sampel cukup rumit sampai bisa mendapatkan gambar yang baik. 3. Elektron dapat merusak atau meninggalkan jejak pada sampel yang diuji. Gamba 2.4 adalah salah satu contoh hasil karakterisasi menggunakan TEM dengan menggunakan ektrak tanaman Thevetia peruviana atau tanaman ginje.

11 16 Gambar 2.4 Contoh karakterisasi menggunakan TEM. a) Gambar nanopartikel perak hasil TEM dari nanopartikel perak hasil biosintesis menggunakan ekstrak tanaman Thevetia peruviana dan b) distribusi ukuran nanopartikel hasil TEM tersebut. (Rupiasih,2013) X-Ray diffraction (XRD) Difraksi sinar-x (XRD) digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu padatan dengan membandingkan nilai jarak antar bidang kristal (d) dan intensitas puncak difraksi dengan data standar. Melalui analisis XRD dapat diperoleh dimensi kisi d yaitu jarak antar bidang dalam struktur kristal. Pola interferensi konstruktif dan destruktif akan menghasilkan pola difraksi yang memenuhi persamaan Bragg seperti ditunjukkan pada persamaan 2.1. n d sin (2.1) 2 hkl dimana d hkl adalah jarak antar bidang, θ adalah sudut difraksi, λ adalah panjang gelombang sinar-x. Setiap bahan memiliki pola difraksi spektra (difaktrogram) yang spesifik dan khas, yang menggambarkan karakteristik bahan. Kualitas kristal diperlihatkan oleh ketajaman dari puncak-puncak pada difraktogram, yang dapat dilihat dari lebar FWHM (full width at half-maximum) dari suatu puncak. Secara sederhana tingkat kekristalan (kristalisasi) dari suatu material dapat dihitung dengan persamaan 2.2.

12 17 0,94 D (2.2) cos dimana D adalah ukuran kristal, β adalah lebar dari FWHM, θ adalah sudut Bragg, λ adalah panjang gelombang sinar X yang digunakan. Dari persamaan 2.2 dapat ditentukan besar dari ukuran kristal. Gambar 2.5 adalah contoh difraktogram dari hasil pengujian nanopartikel perak hasil biosintesis dengan menggunakan ektrak tanaman ketapang. Gambar 2.5 Difraktogram nanopartikel perak hasi biosintesis dengan menggunakan ekstrak tanaman ketapang (Esty dkk, 201) Fourier transforms infrared (FTIR) spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) adalah suatu alat yang dapat digunakan untuk menganalisa gugus fungsi yang terkandung dalam suatu material (zat). Spektra inframerah (IR) suatu zat dapat memberikan gambaran dan struktur molekul senyawa

13 18 tersebut. Spektra IR dapat dihasilkan dengan mengukur absorbsi radiasi, refleksi atau transmitasi di daerah IR. Pada temperatur di atas temperatur nol absolut, semua atom di dalam molekul bervibrasi antara satu dengan lainnya. Ketika frekuensi dari vibrasi spesifik sama dengan frekuensi dari radiasi IR yang mengenai langsung pada molekul, maka radiasi tersebut akan diserap. Syarat suatu gugus fungsi dalam suatu senyawa dapat terukur pada spektra IR adalah adanya perbedaan momen dipol pada gugus tersebut. Vibrasi ikatan akan menimbulkan fluktuasi momen dipol yang menghasilkan gelombang listrik. Untuk pengukuran menggunakan IR biasanya berada pada daerah bilangan gelombang cm -1. Daerah pada bilangan gelombang ini disebut daerah IR sedang dan merupakan daerah optimum untuk penyerapan sinar IR bagi ikatan-ikatan dalam senyawa organik (Harjono, 1992). Gambar 2.6 adalah salah satu contoh hasil spektra FTIR nanopartikel perak hasil biosintesis dengan menggunakan ekstrak tanaman Thevetia peruviana. Gambar 2.6 Spektra FTIR nanopartikel perak hasil biosintesis menggunakan ekstrak tanaman Thevetia peruviana (Rupiasih,2013)

14 19 Suatu ikatan kimia dapat bervibrasi sesuai dengan level energinya sehingga memberikan frekuensi yang spesifik. Hal inilah yang menjadi dasar pengukuran spektroskopi IR. Jenis-jenis vibrasi molekul biasanya terdiri dari enam macam, yaitu symmetrical stretching, assymmetrical stretching, scissoring, rocking, wagging dan twisting. Daerah IR dibagi menjadi tiga sub daerah, yaitu IR dekat ( cm - 1 ), IR sedang ( cm -1 ) dan IR jauh ( cm -1 ) (Ellis, D.I., 2006). Daerah IR jauh bermanfaat untuk menganalisis molekul yang mengandung atom-atom berat seperti senyawa anorganik. Daerah IR dekat peka terhadap vibrasi overtone (Schechter,1997).