STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn 2+ DAN BENZEN-1,3,5-TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK

Transkripsi

1 STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn 2+ DAN BENZEN-1,3,5-TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK Disusun oleh: MARIA ARVINAWATI M SKRIPSI Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA Agustus, 2016 i

2 HALAMAN PERSETUJUAN Skripsi STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn 2+ DAN BENZEN-1,3,5-TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK MARIA ARVINAWATI M Lembar Siap Uji Skripsi ini dibimbing oleh: Pembimbing I Pembimbing II Dr.rer.net. Witri Wahyu Lestari, M.Sc. NIP Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si. NIP Mengetahui, Kepala Program Studi Kimia FMIPA UNS Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si. NIP ii

3 PERNYATAAN Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn 2+ DAN BENZEN-1,3,5-TRI- KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK belum pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka. Hak publikasi terkait data dan hasil skripsi ini harus dengan ijin pembimbing. Surakarta, Agustus 2016 MARIA ARVINAWATI iii

4 STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA METAL- ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn 2+ DAN BENZEN-1,3,5- TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK MARIA ARVINAWATI Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sebelas Maret Abstrak Telah dilakukan enkapsulasi dan pelepasan ibuprofen pada metal-organic frameworks (MOFs) berbasis Zn 2+ dan benzen-1,3,5-trikarboksilat (H3BTC) yang disebut [Zn3(BTC)2]. [Zn3(BTC)2] disintesis menggunakan metode elektrokimia dan sonokimia. Elektrosintesis [Zn3(BTC)2] dilakukan dalam pelarut EtOH:H2O (1:1) v/v, pada suhu ambien dan tegangan 15 V. Metode sonokimia berlangsung pada suhu ambien, frekuensi 40 KHz dengan pelarut EtOH:H2O (1:1) v/v, dan variasi waktu reaksi 30, 60, serta 90 menit. Ibuprofen selanjutnya dienkapsulasi pada [Zn3(BTC)2] selama 3 hari. Karakterisasi XRD menunjukkan [Zn3(BTC)2] berhasil disintesis dengan kedua metode ini dan memiliki kemurnian cukup tinggi. Karakterisasi FTIR juga menunjukkan keberhasilan sintesis [Zn3(BTC)2] karena adanya pergeseran bilangan gelombang menandakan terjadinya deprotonasi gugus karboksilat dan berikatan dengan Zn(II). [Zn3(BTC)2] hasil sintesis secara elektrokimia, sonokimia selama 30 dan 60 menit memiliki morfologi berbentuk balok memanjang, bulat dan kubik dengan ukuran rata-rata 18,43 ± 8,10 µm; 89,3± 23,29 nm; dan 112,94± 29,06 nm. Semakin lama waktu reaksi, maka ukuran partikel [Zn3(BTC)2] yang disintesis secara sonokimia semakin besar. Berdasarkan analisis TGA, [Zn3(BTC)2] memiliki ketahanan termal hingga 300 C. Pelepasan ibuprofen dilakukan dalam phoshate buffer saline (PBS) pada suhu 37 C dan ph 7,4. Konsentrasi ibuprofen yang terlepas dianalisis menggunakan spektroskopi UV-Vis. Hasil pelepasan setelah 24 jam menunjukkan bahwa ibuprofen yang dienkapsulasi dalam [Zn3(BTC)2] secara rata-rata berhasil dilepaskan sebanyak 28% dan ibuprofen tanpa [Zn3(BTC)2] dilepaskan 81%, selanjutnya menunjukkan hasil yang konstan. Hal ini menunjukkan bahwa [Zn3(BTC)2] merupakan matrik yang membantu terjadinya slow release pada ibuprofen sehingga efek analgesik, antipiretik, dan antiinflamasi dapat dirasakan oleh jaringan tubuh yang membutuhkan. Keyword: [Zn3(BTC)2], ibuprofen, elektrokimia, enkapsulasi, sonokimia. pelepasan, iv

5 THE ENCAPSULATION AND RELEASE STUDIES OF IBUPROFEN IN METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFS) BASED ON Zn 2+ AND BENZENE 1,3,5-TRI CARBOXYLATE (BTC) AS MATRIX MARIA ARVINAWATI Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Sebelas Maret University Abstract The encapsulation of ibuprofen into metal-organic frameworks (MOFs) based on Zn 2+ and benzen-1,3,5-tri-carboxylate (BTC), namely [Zn3(BTC)2], as a matrix and the release process have been investigated. [Zn3(BTC)2] was synthesized through electrochemical and sonochemical methods. The elecrosynthesis of [Zn3(BTC)2] was conducted in the solvents mixture of EtOH: H2O (1:1) v/v at ambient temperature and 15 volt. The sonochemical method was carried out at room temperature, frequency 40 Hz in the solvent mixture of EtOH : H2O (1:1) v/v, and time variations of 30, 60 and 90 minutes. Furthermore, the ibuprofen was loaded into [Zn3(BTC)2] for 3 days. Diffractogram showed that [Zn3(BTC)2] successfully synthesized in high purity. FTIR spectra confirmed that the deprotonation and coordination of carboxylate groups with zinc(ii) took place. Electrochemical, sonochemical for 30 and 60 minutes method produced [Zn3(BTC)2] with elongated block, spherical and cubic morphology with average particle size ca. 18,43±8,10 µm; 89,3±23,29 nm; and 112,94±29,06 nm, respectively. The longer of reaction time in sonochemical method is the bigger particle size of [Zn3(BTC)2]. According to TGA analysis, the [Zn3(BTC)2] is thermally stable up to 300 C. The release of ibuprofen was conducted in phoshate buffered saline (PBS) at 37 C, ph 7.4 and the concentrations were monitored using UV-Vis spectroscopy. The results showed that after 24 hours the ibuprofen loaded into [Zn3(BTC)2] can be released with average ca. 28% and ibuprofen without [Zn3(BTC)2] released ca. 81% and a constant rate afterward. It shows that [Zn3(BTC)2] act as a matrix that assist the slow release of ibuprofen. By this method, the analgesic, antipyretic and anti-inflammatory effect from the ibuprofen could be perceived by the body tissue in a better way. Keyword: [Zn3(BTC)2], ibuprofen, electrochemical, encapsulation, release, sonochemical. v

6 MOTTO Janganlah hendaknya kamu kuatir tentang apapun juga, tetapi nyatakanlah dalam segala hal keinginanmu kepada Allah dalam doa dan permohonan dengan ucapan syukur (Filipi 4:6) It is good to be important, but It is more important to be good Orang-orang hebat di bidang apapun bukan baru bekerja karena mereka terinspirasi, namun mereka menjadi terinspirasi karena mereka lebih suka bekerja. Mereka tidak menyia-nyiakan waktu, entah mereka menyukainya atau tidak (Ernest Newman) vi

7 PERSEMBAHAN Puji syukur atas terselesainya skripsi ini, karya ini kupersembahkan untuk 1. Kedua orang tua (Bapak dan Ibu) 2. Keluarga di rumah (Simbah Kakung, Simbah Putri, Bulik Anung, Mas Arno) dan semua saudara yang selalu mendoakan dan memberi semangat. 3. Joni Hartono, Reva Edra, Ilma Dwi, Wulan Cahya, serta teman-teman seperjuangan di WWL Research Group 4. Rahmat Jaya, Rizky Mahdia, Syaiful Ahmad, Karina 5. Hanik, Fatmawati, Uswatul, Ijah, Liya, Yesi yang telah menemani selama lembur 6. Wahyu Nur Utomo yang selalu memberi semangat. vii

8 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan kasih dan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN DALAM METAL ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn 2+ DAN BENZEN-1,3,5-TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK dengan sebaik-baiknya Penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu yaitu: 1. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Prodi Kimia FMIPA Universitas Sebelas Maret Surakarta dan selaku Pembimbing II. 2. Dr.rer.nat Witri Wahyu Lestari, M.Sc selaku pembimbing I. 3. Dr. Fitria Rahmawati, M.Si selaku Pembimbing Akademik. 4. Keluarga besarku atas doa, kasih sayang, dan dukungan yang telah diberikan. 5. Teman-teman angkatan 2012 yang selalu menyemangati dan memberikan saran, kritik, serta dukungan. 6. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengharapkan agar skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Surakarta, Agustus 2016 Maria Arvinawati viii

9 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i HALAMAN PERSETUJUAN... ii PERNYATAAN... iii ABSTRAK... iv ABSTRACT... v MOTTO... vi PERSEMBAHAN... vii KATA PENGANTAR... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xv DAFTAR SINGKATAN... xvi BAB I. PENDAHULUAN... 1 A. Latar Belakang Masalah... 1 B. Perumusan Masalah Identifikasi Masalah Batasan Masalah Rumusan Masalah... 5 C. Tujuan Penelitian D. Manfaat Penelitian... 6 BAB II. LANDASAN TEORI... 7 A. Tinjauan Pustaka Metal-Organik Frameworks (MOFs) Aplikasi MOFs dalam biomedis MOFs berbasis zink(ii) dan BTC Sintesis MOFs B. Kerangka Pemikiran C. Hipotesis ix

10 BAB III. METODOLOGI PENELITIAN A. Metodologi Penelitian B. Tempat dan Waktu Penelitian C. Alat dan Bahan yang digunakan Alat Bahan D. Prosedur Kerja Sintesis [Zn3(BTC)2] secara elektrokimia Sintesis [Zn3(BTC)2] secara sonokimia Sintesis ibuprofen dari Na-ibuprofen Enkapsulasi ibuprofen dalam [Zn3(BTC)2] Pembuatan phosphate buffer saline (PBS) Pembuatan larutan standar Pelepasan ibuprofen dalam PBS E. Teknik Pengumpulan Data Teknik Pengumpulan data Teknik analisis data BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Karakterisasi [Zn3(BTC)2] Analisis kristalinitas [Zn3(BTC)2] dengan XRD Analisis gugus fungsi [Zn3(BTC)2] dengan FTIR Hasil sintesis [Zn3(BTC)2] Analisis luas permukaan [Zn3(BTC)2] dengan SAA B. Karakterisasi Analisis XRD Analisis FTIR Analisis morfologi [Zn3(BTC)2] dan Analisis TGA [Zn3(BTC)2] dan Kapasitas enkapsulasi sesuai analisis UV-Vis C. Pelepasan ibuprofen dalam PBS BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN x

11 A. Kesimpulan B. Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR TABEL Tabel 1. Karakteristik MOFs dan kemampuan enkapsulasi/pelepasan ibuprofen (Horjacada et al., 2011) Tabel 2. Variasi Jumlah ibuprofen dan [Zn3(BTC)2] Tabel 3. Hasil Refinement [Zn3(BTC)2] Tabel 4. Hasil sintesis [Zn3(BTC)2] secara elektrokimia dan sonokimia Tabel 5. Luas permukaan spesifik (BET) dari [Zn3(BTC)2] Tabel 6. Jumlah ibuprofen terenkapsulasi dalam [Zn3(BTC)2] xii

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 1. Struktur ibuprofen (Bushra dan Aslam, 2010)... 1 Gambar 2. Obat dalam metal-organic frameworks (Imaz et al., 2010)... 2 Gambar 3. Jumlah publikasi MOFs (Gangu et al., 2016)... 7 Gambar 4. Skema pembentukan MOFs dari ion metal dan linker organik (Gliemann dan Wöll, 2012)... 8 Gambar 5. Struktur MOFs berbasis ion zink(ii) (Tranchemontagne et al., 2008)... 8 Gambar 6. MOFs untuk biomedis (McKinlay et al., 2010)... 9 Gambar 7. Proses enkapsulasi dan pelepasan obat ( Imaz et al., 2011) Gambar 8. Skema in vivo nano MOFs (Baati et al., 2013) Gambar 9. Struktur H3BTC (a) dan bentuk koordinasi M-BTC (b-d) (Yaghi et al., 1997) Gambar 10. Reaksi pembentukan [Zn3(BTC2)] (Kumar et al., 2013) Gambar 11. Struktur (a) dan Frameworks (b) dari [Zn3(BTC2)] (Yaghi et al., 1996) Gambar 12. Skema sintesis Zn-BTC secara elektrokimia (Li et al. 2014) Gambar 13. Skema sintesis [Zn3(BTC2)] secara elektrokimia Gambar 14. Skema sintesis [Zn3(BTC2)] secara sonokimia Gambar 15. Difraktogram [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara elektrokimia dan sonokimia Gambar 16. Hasil analisis FTIR [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara elektrokimia dan sonokimia Gambar 17. Difraktogram ibu@[zn3(btc2)] yang disintesis secara sonokimia 60 menit (a) dan elektrokimia (b) Gambar 18. Spektra FTIR hasil enkapsulasi ibuprofen dalam [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara elektrokimia (a), sonokimia 60 menit (b), dan sonokimia 30 menit (c) xiii

14 Gambar 19. Morfologi [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara elektrokimia Gambar 20. Histogram distribusi partikel [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara elektrokimia Gambar 21.Morfologi yang disintesis secara elektrokimia Gambar 22. Morfologi [Zn3(BTC2)] (a) dan (b) yang disintesis secara sonokimia 30 menit Gambar 23. Histogram distribusi partikel [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara sonokimia 30 menit Gambar 24. Morfologi [Zn3(BTC2)] (a) dan (b) yang disintesis secara sonokimia 60 menit Gambar 25. Histogram distribusi partikel [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara sonokimia 60 menit Gambar 26. Morfologi [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara sonokimia 90 menit Gambar 27. Hasil analisis TGA [Zn3(BTC2)] dan yang disintesis secara sonokimia 60 menit (a) dan elektrokimia (b) Gambar 28. Spektra UV-Vis ibuprofen dalam n-heksana Gambar 29. Spektra UV-Vis ibuprofen dalam PBS + Tween Gambar 29. Kumulatif persen pelepasan ibuprofen dalam [Zn3(BTC2)] dalam PBS suhu 37 C dan ph 7, xiv

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Perhitungan Rendemen [Zn3(BTC)2] Lampiran 2. Analisis H2O dengan TG-DTA Lampiran 3. Hasil Analisis XRD Lampiran 4. Hasil analisis FTIR Lampiran 5. Hasil analisis luas permukaan [Zn3(BTC)2] Lampiran 6. Perhitungan ukuran partikel [Zn3(BTC)2] Lampiran 6. Perhitungan Pelepasan Ibuprofen xv

16 DAFTAR SINGKATAN MOFs H3BTC CCDC JCPDS PBS XRD FTIR SEM TEM SAA TGA EtOH TBATFB : metal-organic frameworks : ibuprofen dalam [Zn3(BTC)2] : Benzene-1,3,5-tri-karboksilat : Cambridge crystallographic data center : Joint committe on powder diffraction standards : Phosphate buffer saline : X-Ray diffraction : fourier transform infrared : Scanning Electron microscopy : Transmition Electron microscopy : Surface Area Analyzer : Thermo Gravimetric analysis : Etanol : tetrabutyl ammonium tetrafluoro borate xvi