PENGARUH FORMULASI EMULSI TERHADAP HASIL ENKAPSULASI NANOPARTIKEL MAGNETIK Fe 3 DENGAN POLY(LACTIC ACID)

Transkripsi

1 Akreditasi LIPI Nomor : 536/D/2007 Tanggal 26 Juni 2007 PENGARUH FORMULASI EMULSI TERHADAP HASIL ENKAPSULASI NANOPARTIKEL MAGNETIK DENGAN POLY(LACTIC ACID) ABSTRAK EviYulianti 1, Sudaryanto 1,YokiYulizar 2 Mujamilah 1 1 Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir (PTBIN) - BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong 15314, Tangerang 2 Departemen Kimia, FMIPA - UI Kampus Baru UI, Depok PENGARUH FORMULASI EMULSI TERHADAP HASIL ENKAPSULASI NANOPARTIKEL MAGNETIK DENGAN POLY(LACTIC ACID). Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui pengaruh formulasi emulsi terhadap hasil enkapsulasi nanopartikel magnetik denganpoly(lactic Acid) (). Proses enkapsulasi dilakukan dengan metode mikroemulsi dilanjutkan dengan penguapan pelarut. Pada metode ini sistem emulsi dibuat dengan menggunakan ultrasonik probe. Parameter divariasikan adalah formulasi emulsi dengan mengubah volume fasa minyak pada sistem emulsi minyak dalam air (o/w) dari 6 ml, 8 ml, 10 ml, 12 ml 14 ml, segkan volume fasa air dibuat tetap (55 ml). Karakterisasi dilakukan menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) untuk mengetahui morfologi ukuran sampel dihasilkan. Difraktomer Sinar-X untuk mengidentifikasi fasa, Vibrating Sample Magnetometer (VSM) untuk mengetahui kemagnetannya serta Neutron Activation Analysis (NAA) untuk mengetahui tingkat keberhasilan proses enkapsulasi. Hasil SEM menunjukkan formulasi emulsi m/a = 14/55 menghasilkan nanosfir dengan ukuran rata-rata terkecil yaitu 382 nm. Nilai magnetisasi jenuh nanosfir + tertinggi adalah 2,556 emu/g dengan persen enkapsulasi 24,94%. Kata kunci : Formulasi emulsi,, Poly(Lactic Acid) (), Nanopartikel magnetik, Enkapsulasi ABSTRACT THE EFFECT OF EMULSION FORMULATION TO ENCAPSULATION OF MAGNETIC NANOPARTICLE WITH POLY(LACTIC ACID). The research to study the effect of emulsion formulation to encapsulation magnetic nanoparticle with Poly(Lactic Acid) () has been done. Microemulsion by ultrasonic probe is used in encapsulation process and continued by solvent evaporation. Emulsion formulation has been varied by changing oil phase volume in the oil in water (o/w) emulsion system from 6 ml, 8 ml, 10 ml, 12 ml and 14 ml, whereas water phase volume is constant (55 ml). Sample characterization is carried on by Scanning Electron Microscope (SEM) to know the morphology and sample size. X-Ray Diffractometer (XRD) is used to identify the phase, Vibrating Sample Magnetometer (VSM) is used to measure magnetic saturation while Neutron Activation Analysis (NAA) is used to measure encapsulation percentage of with. The smallest nanosphere is resulted by emulsion formulation (o/w) of 14/55 with the main sample size 382 nm. The maximum magnetic saturation of + nanosphere is emu/g and encapsulation percentage is 24.94%. Key words : Emulsion formulation,, Poly(Lactic Acid) (), Magnetic nanoparticle, Encapsulation PENDAHULUAN Penelitian tentang nanopartikel magnet membuka peluang sangat menjanjikan untuk diaplikasikan dalam berbagai big, khususnya dalam penelitian biomedis teknologi perlindungan lingkungan (contoh : pengolahan senyawa berbahaya dari air limbah). Di big biomedis, nanopartikel magnet digunakan di big kesehatan antara lain untuk treatment hyperthermia untuk menyembuhkan penyakit tumor, drug delivery system, sebagai contrast agent dalam diagnosa penyakit menggunakan Magnetic Resonance Imaging (MRI) pelabelan sel [1,2]. Agar bisa diaplikasikan nanopartikel magnetik harus bersifat superparamagnetik, bisa terdispersi atau membentuk koloid stabil dalam air berlingkungan ph netral garam fisiologis. Kestabilan partikel 228

2 Pengaruh Formulasi Emulsi Terhadap Hasil Enkapsulasi Nanopartikel Magnetik dengan Poly(Lactic Acid) (Evi Yulianti) magnetik di dalam air bergantung pada beberapa faktor diantaranya ukuran partikel, muatan kimia permukaan. Semakin kecil ukuran partikel, pengaruh gaya gravitasi semakin dapat diabaikan. Segkan peningkatan muatan kimia permukaan memungkinkan aya gaya tolak menolak antar partikel sehingga partikel dapat terdispersi dengan stabil dalam cairan tubuh. Demikian pula sifat superparamagnetik akan dapat dicapai bila ukuran partikel magnet makin kecil mengakibatkan makin kecil pula interaksi antar partikel [3,4]. Untuk itu disamping upaya pembuatan partikel berskala nanometer, enkapsulasi (pengungkungan) partikel magnetik dengan polimer organik dalam bentuk mikrosfer atau nanosfir merupakan cara efektif untuk memenuhi berbagai tuntutan penggunaan big medis tersebut. Berbagai metode telah dilaporkan untuk pembuatan nanopartikel magnetik proses enkapsulasi (pengungkungan) nanopartikel untuk membentuk mikro atau nanosfir. Pembuatan nanopartikel magnet dengan reaksi pengendapan, di samping telah diteliti juga metode mikroemulsi, serta teknik penghalusan dengan high energy milling [5]. Segkan proses enkapsulasi telah dikembangkan telah melakukan nanokapsulasi polimer menggunakan sistem emulsi air-minyak-air (w/o/w) dalam bentuk mikrosfir albumin, pati partikel magnet [6]. Telah disintesis nanokapsul PLGA nanopartikel besi oksida dengan teknik emulsifikasi difusi [7]. Berbagai teknik lain juga telah dikembangkan antara lain penguapan pelarut, polimerisasi emulsi polimerisasi disperse [1]. Di antara metode tersebut, mikroemulsi merupakan metode relatif sederhana memungkinkan untuk melakukan pelapisan partikel magnet dengan polimer biodegradable. Metode mikroemulsi pada prinsipnya adalah pemanfaatan sistem emulsi air dalam minyak (w/o) atau minyak dalam air (o/w) distabilkan oleh surfaktan [8]. Dalam metode ini partikel magnet terjebak dalam kavitasi (gelembung) ditimbulkan dalam proses pengadukan distabilkan oleh surfaktan. Bentuk ukuran kavitasi akan sangat menentukan bentuk ukuran partikel magnetik terlapis polimer sebagai hasil akhirnya. Ada banyak cara untuk mendapatkan kavitasi berukuran kecil. Penelitian dilakukan sebelumnya membandingkan penggunaan teknik pengadukan berkecepatan tinggi dengan penggunaan ultrasonik probe untuk pembuatan mikrosfir - [9]. Penggunaan ultrasonik probe ternyata menghasilkan mikrosfir jauh lebih kecil seragam. Selain itu lamanya proses pengadukan juga mempengaruhi ukuran kavitasi pada akhirnya mempengaruhi ukuran mikrosfir dihasilkan[10]. Pada makalah ini akan dilaporkan pengaruh formulasi emulsi terhadap hasil enkapsulasi nanopartikel magnetik (magnetit) menggunakan polimer biodegradable poli laktat (). Proses enkapsulasi dilakukan dengan metode mikroemulsi memanfaatkan ultrasonik probe atau proses sonikasi. Variasi formulasi emulsi dilakukan dengan mengubah volume fasa minyak dalam sistem emulsi minyak dalam air (o/w), segkan fasa air dibuat tetap. METODE PERCOBAAN Bahan Alat Bahan-bahan kimia digunakan pada penelitian ini adalah : polimer biodegradable poli laktat () dengan BM Da, kloroform untuk melarutkan dengan standar pro analisis, Polyvinyl Alcohol (PVA) dengan BM Da sebagai surfaktan. Partikel magnetik murni berukuran 20 nm diperoleh dari Aldrich. Peralatan digunakan adalah Ultrasonik tipe probe (Sonics & Material, INC., USA, Model VCX 750, Ti Horn, 20 khz). Peralatan pendukung lain digunakan dalam penelitian adalah peralatan gelas biasa digunakan dalam laboratorium kimia, pengaduk magnet pengaduk biasa, centrifuge oven. Cara Kerja Pada prinsipnya proses pengungkungan (enkapsulasi) dilakukan dengan tiga tahap yaitu pembasahan partikel magnetik dengan larutan agar terdispersi dengan merata, proses emulsifikasi penguapan pelarut kloroform dalam air. Pertama disiapkan larutan dalam kloroform dengan konsentrasi tertentu. Ke dalam larutan ditambahkan serbuk magnet disonikasi selama 1 menit. Campuran hasil sonikasi kemudian dituangkan ke dalam aquadest di dalamnya telah terlarut PVA. Kemudian disonikasi kembali selama 2 menit Setelah proses sonikasi, emulsi terbentuk dituangkan ke dalam gelas beaker berisi 500 ml air sambil diaduk selama 1 jam dengan kecepatan 1000 rpm. Serbuk terbentuk selanjutnya dipisahkan dengan cara sentrifugasi selama 30 menit pada kecepatan 4000 rpm. Serbuk dicuci lagi dengan 300 ml aquadest disentrifugasi. Serbuk dihasilkan kemudian dikeringkan pada suhu ruang, selanjutnya dilakukan pengeringan dalam oven pada suhu 50 C selama 1 jam. Sampel dalam bentuk serbuk kering selanjutnya dikarakterisasi dengan Scanning Electron Microscope (SEM) untuk menentukan bentuk, ukuran mikrosfir X-Ray Difractometry (XRD), Vibrating Sampel Magnetometry (VSM) Neutron 229

3 Activation Analysis (NAA) untuk menentukan keberadaan. Formulasi emulsi dibuat dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Komposisi bahan dalam proses enkapsulasi dengan No. Sampel Lar 5% (ml) Lar PVA 5% (ml) Air (g) HASIL DAN PEMBAHASAN m/a : :55 5: :55 5: :55 5: :55 5: :55 5:1 Analisis Bentuk Ukuran Nanosfir + dengan SEM Hasil analisis SEM untuk mengetahui pengaruh variasi perbandingan fasa minyak (kloroform) fasa air terhadap morfologi ukuran hasil enkapsulasi dengan ditunjukkan pada Gambar 1. Pengukuran dengan SEM dilakukan dengan perbesaran X. Serbuk hasil enkapsulasi dengan berbentuk bulat dengan ukuran di bawah 1 mikron. (a) Tabel 2 menunjukkan peningkatan perbandingan fasa minyak terhadap air dari 6/55-14/55 menyebabkan ukuran nanosfir mengecil dari rata-rata 573 nm menjadi 382 nm. Tabel 2. Ukuran serbuk hasil enkapsulasi dengan variasi formulasi emulsi No. Hal ini dapat dilihat dari foto SEM (Gambar 1) bahwa makin tinggi volume fasa minyak maka distribusi ukuran nanosfir semakin merata terlihat dari nilai standar deviasi makin kecil. Peningkatan volume fasa minyak menyebabkan sistem emulsi menjadi lebih encer, akibatnya tetesan lebih mudah dipecah menjadi tetesan lebih kecil, sehingga menghasilkan nanosfir lebih kecil [7]. Selain itu, dalam sistem emulsi minyak dalam air (o/w), penambahan fasa minyak akan mempengaruhi kestabilan emulsi. Untuk mempertahankan kestabilan, (b) Formulasi emulsi (m/a) Ukuran rata-rata Standar deviasi 1 6/ / / / / (c) (d) (e) Gambar 1. Hasil SEM + variasi formulasi emulsi (a). m/a = 6/55 (b). m/a = 8/55 (c). m/a = 10/55 (d). m/a = 12/55 (e). m/a = 14/55 230

4 Pengaruh Formulasi Emulsi Terhadap Hasil Enkapsulasi Nanopartikel Magnetik dengan Poly(Lactic Acid) (Evi Yulianti) tetesan-tetesan emulsi harus lebih kecil dengan ukuran seragam [8]. Grafik Perubahan ukuran sebagai fungsi volume fasa minyak hasil analisis dari foto SEM ditampilkan pada Gambar 2. Analisis Fasa Nanosfir + Pola difraksi sinar-x + dihasilkan pada berbagai formulasi emulsi ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 3 (a) menunjukkan pola difraksi sinar-x sebelum dienkapsulasi, segkan Gambar 3(b), Gambar 3(c), Gambar 3(d), Gambar 3(e) Gambar 3(f) menunjukkan pola difraksi sudah dienkapsulasi dengan. Untuk polimer polilaktat, puncak difraksi terbentuk pada sudut 16,49, 19,04 23, segkan serbuk membentuk beberapa puncak difraksi antara lain pada sudut 31,25 36, (a) Volume fasa minyak (ml) Gambar 2. Grafik perubahan ukuran serbuk akibat perubahan formulasi emulsi (f) (e) (d) (c) (b) (a) Fe3O4 (b) Fe3O4 + (m/a= 6/55) (c) Fe3O4 + (m/a=8/55) (d) Fe3O4 + (m/a=10/55) (e) Fe3O4 + (m/a=12/55) (f) Fe3O4 + (m/a=14/55 ) Fe3O theta Gambar 3. Pola difraksi sinar-x telah dienkapsulasi dengan variasi formulasi emulsi Intensitas puncak difraksi pada sudut 36,82 ( ) meningkat dengan makin besarnya perbandingan fasa minyak air menunjukkan peningkatan keberadaan dalam serbuk. Perubahan perbandingan volume fasa minyak terhadap pada perbandingan : tetap (5 : 1) menunjukkan perubahan pola difraksi maupun (Gambar 3 (b) sampai dengan Gambar 3 (f))). Puncak difraksi makin nyata pada perbandingan fasa minyak terhadap fasa air makin tinggi. Hal ini menunjukkan bertambahnya kecenderungan terbentuknya fasa kristalin polilaktat. Makin tinggi kadar kloroform dalam sistem emulsi (w/o), maka proses penguapan kloroform dalam air pada tahap akhir proses enkapsulasi makin lambat. Dengan demikian memberi kesempatan kepada molekul-molekul untuk menata diri membentuk struktur kristalin teratur. Analisis Sifat Kemagnetan Tingkat Keberhasilan Proses Enkapsulasi Keberadaan dalam sistem nanosfir + selain teridentifikasi pada profil XRD (Gambar 3), juga dipastikan dengan pengukuran VSM. Kurva histeresis dari partikel sudah terenkapsulasi diperlihatkan pada Gambar 4. Terlihat terbentuknya struktur superparamagnetik dengan nilai saturasi magnetisasi semakin besar dengan bertambahnya volume fasa minyak dari 6 ml hingga 14 ml. Sumbu Y menyatakan momen magnetik dimiliki oleh 1 gram nanopartikel magnet terlapis. Nilai magnetisasi saturasi (M s ) akibat perubahan volume fasa minyak dapat dilihat pada Gambar Me H (Tesla) m/a = 14/55 m/a = 12/55 m/a = 8/55 m/a= 6/55 Gambar 4. Kurva histeresis + variasi formulasi emulsi Mengacu pada pengamatan selama proses enkapsulasi, terlihat bahwa tidak semua nanopartikel magnetik dapat terkungkung oleh. Nilai magnetisasi saturasi tanpa dienkapsulasi adalah 72 emu/gram.[9]. Secara teori apabila semua ditambahkan berhasil dienkapsulasi maka nilai magnetisasi saturasi sampel serbuk dihasilkan adalah 12 emu/gram karena komposisi awal dalam serbuk adalah 1 : 5. Nilai magnetisasi saturasi serbuk akan sebanding dengan makin banyaknya berhasil dienkapsulasi. Untuk mengkonfirmasi tingkat keberhasilan enkapsulasi partikel dengan dilakukan analisis kuantitatif dengan menggunakan metode Neutron Activation Analysis (NAA) dengan mengukur kadar Fe total terkandung dalam serbuk. Hasil analisis kadar Fe dalam bentuk dengan NAA dapat dilihat pada Tabel 3. Makin besar volume fasa minyak maka nano partikel terenkapsulasi juga semakin banyak. Semakin banyak kloroform, pendispersian partikel magnetik terjadi lebih efektif, karena ruang untuk mendispersikan nanopartikel magnet juga semakin besar. 231

5 Tabel 3. Pengaruh formulasi emulsi terhadap %enkapsulasi dengan KESIMPULAN Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan bahwa formulasi emulsi mempengaruhi hasil enkapsulasi nanopartikel magnet dengan. Makin besar perbandingan fasa minyak terhadap fasa air maka ukuran nanosfir dihasilkan makin kecil seragam dengan ukuran rata-rata terkecil 382 nm. Selain itu makin besar volume fasa minyak (kloroform) maka kemagnetan serta persen enkapsulasi juga semakin meningkat. Nilai magnetisasi jenuh tertinggi dari nanosfir dihasilkan adalah 2,556 emu/g sampel segkan persen enkapsulasi tertinggi adalah 24,94%. DAFTAR ACUAN [1]. HORAK, D., LEDNICKY F., PETROVSKY E., KAPICKA A., J. Macromolecular Materials and Engineering, 289 (2004) [2]. PANKHURST, Q.A., CONNOLYJ, JONES S.K., and DOBSON, J. Phys. D: Appl. Phys., 36 (2003) R167-R181 [3]. JOHNSON, J., Magnetic Targeted Carriers : An Innovative Drug Delivery Technology, Magnetic Magazine, (2004) [4]. GUPTA, A. K., GUPTA, M., Biomaterials, 26 (2005) [5]. SULUNGBUDI, G.T., MUJAMILAH RIDWAN, Jurnal Sains Materi Indonesia, 9 (1) (2007) [6]. GUERRO, DG., et al., Pharmaceut. Res., 15 (1998) 1056 [7]. LEE, S.J., et.al., Journal Colloids and Surface A: Physicochemical Engineering Aspects, (2005) [8]. ROSEN, M.J., Surfactant and Interfacial Phenomena, John Wiley & Sons, Inc., New York, (1978) [9]. SUDARYANTO, MUJAMILAH, WAHYU DIANINGSIH, HANDAYANI, A., RIDWAN MUTALIB, A., Jurnal Sains Materi Indonesia, 8 (2)(2007) [10]. AFFANDI, S., MUJAMILAH, KURNIATI, M. SUDARYANTO, Efek Kondisi Pembasahan dalam Pembentukan Nanosfir berbasis Oksida Besi, Jurnal Sains Materi Indonesia, 9 (1) (2007) Kadar No. m/a Awal ( : = 5/1 Setelah enkapsulasi % enkapsulasi 1. 6/55 166,7 14,40 8, /55 166,7 27,90 16, /55 166,7 29,74 17, /55 166,7 28,57 17, /55 166,7 41,58 24,94