Research and Development on Nanotechnology in Indonesia, Vol.1, No.2, 2014, pp. 58-63 ISSN : 2356-3303 Sintesis dan Enkapsulasi Partikel Nanomagnetik Nikel dengan Alginat-Kitosan dan Senyawa Aktif Mangosteen Debby Chairubby Lubis 1, Ahmad Nuruddin 1, Abdul Halim Daulay 2, Bambang Sunendar Purwasasmita 1 1 Program Studi Teknik Fisika Institut Teknologi Bandung 2 Program Studi Ilmu dan Teknik Material Institut Teknologi Bandung Received : 10 January 2014 Accepted : 15 February 2014 ABSTRAK New Drugs Delivery System (NDDS) adalah metode baru dalam pengobatan penyakit kanker. Pada NDDS digunakan partikel nanomagnetik sebagai pembawa obat yang diarahkan menggunakan medan magnet menuju sel kanker. Pada penelitian ini dibuat partikel nanomagnetik nikel yang dienkapsulasi dengan alginat-kitosan dan senyawa aktif mangosteen sebagai obat kanker. Partikel nanomagnetik nikel disintesis dari NiCl 2.6H 2 O 1 M, N 2 H 5 OH2,5 dan 5 ml, serta KOH 2,5 ml pada temperatur 80 90 o C. Enkapsulasi partikel nanomagnetik nikel menggunakan alginat-kitosan dengan rasio volume sebesar 1:1 dan 1:2. Partikel nanomagnetik nikel terenkapsulasi kemudian di-entrapment dengan senyawa aktif mangosteen dengan konsentrasi 0,1 mg dalam 1 ml metanol. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa morfologi partikel nanomagnetik nikel terenkapsulasi cenderung teraglomerasi, meskipun telah berbentuk bulat dengan ukuran 30 160 nm untuk rasio 1:1. Pengamatan gugus fungsi mengindikasikan partikel nanomagnetik nikel telah terenkapsulasi oleh alginat-kitosan dan mangosteen. Terdapatnya senyawa kristal Ni(OH) 2 diperkirakan sebagai penyebab berkurangnya sifat magnetisasi partikel. Namun demikian, partikel nanomagnetik nikel yang dihasilkan masih bersifat superparamagnetik dengan magnetisasi saturasi sebesar 7 emu/gram. Ukuran partikel terkecil yang dihasilkan adalah 206,8 nm. Kata-kata kunci: enkapsulasi, superparamagnetik, NDDS, dan partikel nanomagnetik nikel. 58 CAS Center for Advanced Sciences
PENDAHULUAN Drug delivery systems adalah suatu sistem atau mekanisme penghantaran obat ke dalam tubuh manusia. Contoh drug delivery systems yang banyak digunakan sejak dulu adalah obat-obatan alami yang berasal dari tumbuh-tumbuhan yang dimasukkan ke dalam tubuh dengan cara dimakan ataupun dihirup. Namun cara ini tidak dapat memenuhi kebutuhan dasar dari drug delivery systems yaitu konsistensi dan ketahanan obat di dalam tubuh. Hal ini kemudian menyebabkan terjadinya perkembangan metode drug delivery systems, salah satunya menggunakan obat berbentuk pil, sirup, tablet, kapsul, larutan, ekstrak, dan lainnya. [1] New Drug Delivery Systems (NDDS) adalah metode terbaru dari drug delivery systems yang mampu menghantarkan obat ke dalam tubuh manusia secara akurat dan tidak mengganggu jaringan tubuh yang lain. Kelebihan dari metode ini adalah penggunaan dosis obat yang tepat, sesuai dengan kebutuhan dan lebih sedikitnya efek samping dari obat yang digunakan. Pada metode NDDS, digunakan partikel nanomagnetik sebagai drug carrier yang akan dimasukkan ke dalam tubuh. [2] Dalam bidang kedokteran atau medis, NDDS dimanfaatkan sebagai salah satu metode untuk membantu pengobatan penyakit, salah satunya adalah kanker. Partikel nanomagnetik baik digunakan karena memiliki sifat kimia dan fisika seperti perbandingan luas permukaan dengan berat yang lebih besar daripada partikel lain, nilai quantum properties, dan kemampuan yang baik dalam mengikat, menyerap, dan membawa senyawa lain. [2] Selain itu, partikel nanomagnetik juga memiliki sifat kimia yang sangat aktif dan mudah teroksidasi di udara sehingga menyebabkan nilai momen magnet dan dispersibility partikel menurun. Untuk mengatasi kekurangan-kekurangan tersebut, pada penggunaannya partikel nanomagnetik kerap kali dienkapsulasi dengan senyawa organik dan senyawa non-organik. [3] Berdasarkan hal tersebut, pada penelitian kali ini dilakukan sintesis partikel nanomagnetik yang akan dienkapsulasi menggunakan polimer untuk menjaga sifat kimia dan fisika yang dimilikinya serta ditambahkan dengan senyawa aktif mangosteen sebagai obat kemoterapi. Hasil sintesis yang dihasilkan diharapkan dapat digunakan dalam metode NDDS untuk alternatif terapi kanker. METODOLOGI PENELITIAN Pada penelitian ini, NiCl 2.6H 2 O, N 2 H 5 OH, dan KOH masing-masing digunakan sebagai prekursor, agen reduktor, dan agen basa. NiCl 2.6H 2 O dilarutkan dalam aqua DM dan dipanaskan hingga mencapai temperatur 80 90 o C. Larutan ditambahkan dengan N 2 H 5 OH dengan volume bervariasi yaitu 2,5 dan 5 ml. Larutan ditambahkan lagi dengan KOH sebanyak 2,5 ml. Setelah terbentuk endapan hitam homogen berbentuk serbuk kemudian dilakukan 59 CAS Center for Advanced Sciences
proses homogenisasi dan proses vacuum sehingga menghasilkan serbuk partikel nanomagnetik nikel.proses enkapsulasi dilakukan dengan cara menambahkan larutan alginat 0,5% (w/v) dan larutan kitosan 2% (w/v) pada proses sintesis partikel nanomagnetik nikel. Perbandingan volume larutan alginat dan larutan kitosan yang digunakan bervariasi yaitu 1:1 dan 1:2. Proses entrapment dilakukan dengan terlebih dahulu melarutkan serbuk mangosteen dalam metanol dengan konsentrasi 0,01 mg/1 ml metanol. Selanjutnya partikel nanomagnetik nikel yang sudah dienkapsulasi dimasukkan ke dalam larutan mangosteen.partikel nanomagnetik nikel yang dihasilkan dikarakterisasi dengan metode SEM, FTIR, XRD, VSM, dan PSA. HASIL DAN PEMBAHASAN Gambar 1.a.menunjukkan bahwa morfologi beberapa partikel nanomagnetik nikel terenkapsulasi telah berbentuk bulat dan kecenderungan aglomerasi antar partikel tidak terlalu tinggi. Ukuran partikel yang dihasilkan sekitar 30-160 nm. b Gambar 1.Hasil SEM partikel nanomagnetik nikel terenkapsulasi untuk perbandingan volume alginate:kitosan(a) 1:1 dan (b) 1:2 Gambar 1.b. menunjukkan bahwa morfologi dari hampir seluruh partikel nanomagnetik nikel terenkapsulasi telah berbentuk bulat dengan kecenderungan aglomerasi antar partikel yang tidak terlalu tinggi. Ukuran partikel yang dihasilkan lebih kecil sekitar 30-120 nm. Sehingga disimpulkan bahwa penambahan alginat dan kitosan sebagai enkapsulan partikel nanomagnetik nikel tidak banyak mempengaruhi ukuran partikel yang dihasilkan. Ukuran yang lebih kecil serta kecenderungan aglomerasi yang lebih rendah disebabkan volume larutan kitosan yang lebih banyak pada perbandingan volume 1:2. Karena sifat kitosan yang mampu mengikat logam termasuk Ni, maka kondisi tersebut akan memberikan lebih banyak kemungkinan unsur nitrogen bebas pada kitosan (yang tidak berikatan dengan alginat) untuk berikatan dengan elektron bebas dari logam nikel. Hal ini 60 CAS Center for Advanced Sciences
menyebabkan lebih banyak logam yang berikatan dan pori permukaan yang terbentuk lebih kecil. Gambar 2. Hasil XRD untuk perbandingan volume alginate:kitosansebesar 1:1 dan 1:2 Gambar 2. menunjukkan bahwa pada partikel nanomagnetik terenkapsulasi terdapat dua fasa kristalin yaitu Ni dan Ni(OH) 2. Munculnya fasa Ni(OH) 2 disebabkan karena pereduksian NiCl 2.6H 2 O oleh N 2 H 5 OH yang tidak sempurna akibat temperatur saat reaksi berlangsung yang sulit dikontrol stabil dan adanya reaksi langsung antara partikel nanomagnetik nikel dengan udara sehingga menyebabkan nikel teroksidasi. Gambar 3. Hasil VSM untuk perbandingan volume alginate:kitosan(a) 1:1 dan (b) 1:2 61 CAS Center for Advanced Sciences
Gambar 3. menunjukkan bahwa partikel nanomagnetik terenkapsulasi memiliki nilai magnetisasi sebesar ±40 dan ±25 emu/gr masing-masing untuk perbandingan volume alginate:kitosansebesar 1:1 dan 1:2. Perbedaan nilai magnetisasi ini diperkirakan akibat volume larutan kitosan yang lebih banyak pada perbandingan 1:2 sehingga menyebabkan seluruh elektron bebas dari nikel diikat oleh nitrogen bebas dari kitosan. Akibatnya tidak ada elektron nikel yang tidak berpasangan dan tidak ada reaksi magnetisasi yang mungkin terjadi. 100 %T 95 90 85 80 3373.50 2920.23 1523.76 1440.83 1377.17 1280.73 1153.43 75 70 65 1606.70 821.68 1058.92 767.67 669.30 526.57 60 3635.82 4500 HA 4000 3500 3000 2500 2000 Gambar 4. Hasil FTIR setelah prosesentrapment senyawa aktif mangosteen Berdasarkan pengamatan padagambar 4.di atas, tampak bahwa partikel yang dihasilkan mengandung gugus fungsi alginat, kitosan, dan senyawa aktif mangosteen. Gugus fungsi senyawa aktif mangosteen yang terkandung adalah gugus fungsi OH, C=C, C-C, -CH 3, C-O-C, dan C-O. Sedangkan gugus fungsi alginat dan kitosan yang terkandung adalah gugus fungsi OH, C=C, -NH 2, C- C, C-O-C, dan C-O. 1750 1500 1250 1000 750 500 1/cm Gambar 5. Hasil VSM setelah prosesentrapment senyawa aktif mangosteen 62 CAS Center for Advanced Sciences
Gambar 5. menunjukkan bahwa partikel yang dihasilkan memiliki nilai magnetisasi sebesar ±7 emu/gr. Penurunan nilai magnetisasi yang cukup tinggi disebabkan partikel nanomagnetik memiliki sifat kimia yang mudah teroksidasi di udara sehingga dapat menyebabkan nilai magnetisasi menurun. Pada proses entrapment, digunakan metanol sebagai pelarut dari serbuk mangosteen. Metanol, seperti yang diketahui, memiliki gugus fungsi OH, dapat mengoksidasi partikel nanomagnetik nikel. Hasil PSAsetelah prosesentrapment senyawa aktif mangosteenmenunjukkan bahwa ukuran partikel terkecil adalah sekitar 206,8 nm. Hasil ini belum memenuhi kriteria optimal dari NDDS (<100 nm), namun sudah memenuhi kriteria standar yaitu <500 nm. Hal ini terjadi diperkirakan karena partikel nanomagnetik nikel teroksidasi dengan pelarut metanol sehingga menyebabkan tingkat dispersibility partikel menurun dan aglomerasi antar partikel meningkat. KESIMPULAN Telah berhasil dilakukan sintesis partikel nanomagnetik nikel yang dienkapsulasi dengan larutan alginat, kitosan, dan senyawa aktif mangosteen. Partikel nanomagnetik nikel yang dihasilkan memiliki morfologi berbentuk bulat dan kecenderungan aglomerasi, serta memiliki dua fasa kristalin yaitu Ni dan Ni(OH) 2. Partikel nanomagnetik nikel yang dihasilkan bersifat superparamagnetik dengan magnetisasi saturasi sebesar ±40 emu/gram dan tereduksi menjadi ±7 emu/gram setelah terenkapsulasi alginat, kitosan, dan mangosteen.partikel nanomagnetik nikel yang dihasilkan memiliki ukuran terkecil sebesar 206,8 nm dan ukuran ini telah memenuhi kriteria standar NDDS yaitu <500 nm. DAFTAR PUSTAKA [1] P. Donatella, F. Massimo, S. Piyush, and F. Mauro, Drug Delivery Systems, Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation, Second Edition, 2006. [2] H. D. J. Wim and J. A. B. Paul, Drug Delivery and Nanoparticles: Applications and Hazards, Laboratory for Toxicology, Pathology and Genetics, National Institute for Public Health and The Environment (RIVM), The Netherlands, 2008. [3] An-Hui Lu, E. L. Salabas, and Ferdi Schuth, Magnetic Nanoparticles: Synthesis, Protection, Functionalization, and Application, Wiley Inter Science, 2007. 63 CAS Center for Advanced Sciences