BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Kolesterol merupakan suatu bahan metabolit yang mengandung lemak sterol (waxy steroid) yang ditemukan pada membran sel dan disirkulasikan dalam plasma darah. Kolesterol merupakan sejenis lipid berupa molekul lemak ataupun yang menyerupainya dan memiliki rumus molekul C27H46O. Struktur kimia dari molekul kolesterol terdiri atas 4 cincin aromatik yang memiliki ikatan rangkap C=C pada salah satu cincin aromatiknya seperti ditunjukkan pada Gambar I.1. Kolesterol sangat erat kaitannya dengan kesehatan manusia karena apabila kadarnya terlalu tinggi di dalam tubuh dapat menyebabkan berbagai penyakit, seperti jantung coroner, stroke, dan sebagainya. Oleh sebab itu, penentuan kadar kolesterol dalam suatu sampel serum menjadi sangat penting dalam hal mengontrol kesehatan. Gambar I.1 Struktur molekul kolesterol Saat ini telah banyak dikembangkan metode pengujian kolesterol. Penentuan kadar kolesterol secara selektif dapat dilakukan dengan cara analisis kromatografi dan sensor elektrokimia. Teknik ini dapat dibantu dengan menggunakan Molecularly Imprinted Polymer (MIP) untuk mengikat molekul target secara selektif, bahkan ketika bahan alam tersebut berada dalam matriks yang kompleks. Pada konteks ini, MIP merupakan bahan baru dan dikenal memiliki kemampuan biomimetik yang berfungsi sebagai peniru antibodi yang bersifat mengikat (Sellergen, 2001). Pengenalan karakter molekul ini memiliki 1
2 kegunaan di berbagai bidang selain untuk sensor, misalnya aplikasi biomedis, pemisahan enantiomer, dan aplikasi pemisahan/isolasi adsorben yakni ekstraksi fase padat dan lain-lain. Salah satu metode analisis kadar kolesterol menggunakan MIP yang dapat bekerja secara simultan dan cepat dapat dilakukan dengan penggunaan sensor array berbasis Quartz Crystal Microbalance (QCM). QCM dapat melakukan proses sensing atau pengukuran bahan-bahan secara serentak, selektif, dan akurat (Xu dkk, 2009). Sensor QCM adalah satu teknologi yang cukup menjanjikan untuk keperluan identifikasi analit karena harganya yang relatif murah, memiliki sensitivitas tinggi, dan berukuran kompak sehingga dapat bersifat portabel (Shafiqul dkk, 2005). Selektivitas QCM dapat diatur dengan pelapisan permukaan elektroda emas dengan bahan tertentu, misal dengan bahan pengisi kolom kromatografi (Shafiqul dkk, 2005) atau saat ini dengan penggunaan bahan baru yang selektif dengan satu target analit yakni polimer tercetak molekul atau MIP (Liu dkk, 2006). Kombinasi QCM-MIP ini dapat menghasilkan sensor QCM yang didesain untuk setiap target aditif bahan pangan dan kemudian dirangkai dalam suatu array. Dewasa kini, telah banyak dilakukan penelitian terkait dengan sintesis MIP. MIP merupakan suatu molekul polimer yang dapat dibuat atau disintesis dengan cara pencetakan molekul templat ke dalam matriks polimer yang berbentuk 3D. Setelah molekul templat tersebut dihilangkan, akan tercetak rongga yang berbentuk persis seperti molekul templatnya pada matriks polimer tersebut. Rongga tersebut bersifat sangat sensitif dan selektif, hanya akan menyerap molekul yang bentuknya sesuai dengan templatnya saja, sehingga molekul MIP dapat digunakan sebagai bahan sensor kimia. Oleh karena MIP memiliki afinitas, selektivitas, dan kepadatan yang sangat tinggi, maka MIP sangatlah sesuai apabila diaplikasikan untuk bahan sensor kimia, katalis, dan pemisahan melalui kromatografi. Sintesis MIP dilakukan berdasarkan prinsip polimerisasi yang melibatkan templat, monomer fungsional, cross-linker, inisiator dan pelarut (Kirsch dkk, 2000). Prosedur sintesis MIP dilakukan dengan mencampurkan templat sebagai
3 molekul target pada bahan polimer yang pada akhir proses templat akan dilepaskan kembali sehingga menghasilkan polimer dengan rongga yang secara bentuk, ukuran, dan pola situs kimia identik dengan molekul templat (Yan dan Row, 2006). MIP memiliki selektivitas yang tinggi terhadap molekul targetnya yang dalam hal ini berperan sebagai antibodi. Namun sebagai polimer buatan, MIP sangatlah mudah dan cepat dalam proses sintesisnya, juga sangat stabil dalam kondisi ekstrim (seperti adanya pelarut organik, asam kuat, dan lain-lain), dan memiliki banyak variasi kondisi pengikatan tanpa resiko kehilangan aktivitas pengikatannya. Untuk mendapatkan MIP yang selektif terhadap molekul templat maka ada beberapa hal yang perlu diperhatikan yaitu penggunaan monomer fungsional, pelarut, serta rasio templat-monomer fungsional yang sesuai dalam sintesisnya. Berdasarkan hasil analisis HPLC, Bakas dkk. (2013) dan Ahmadi dkk. (2011) melaporkan bahwa penggunaan monomer dan pelarut yang tidak sesuai dapat menurunkan tingkat absorptivitas MIP dikarenakan molekul templat tidak terikat cukup kuat dalam rongga MIP. Lebih lanjut, Tahir dkk. (2012 a ) melakukan uji binding dalam optimasi rasio antara templat kuersetin dengan monomer asam metakrilat dan dengan analisis UV-Vis didapatkan bahwa jumlah monomer yang berlebih akan mengurangi situs adsorpsi selektif dan meningkatkan resistensi transfer massa. Dengan demikian, optimasi komposisi menjadi pertimbangan yang penting sebelum sintesis MIP. Piletsky dkk. (2001) dan Davies dkk. (2004) telah melaporkan hasil desain MIP dengan pendekatan yang lebih rasional untuk memilih jenis monomer fungsional yang dapat mengikat molekul templat dengan lebih baik. Penggunaan kajian teoritik untuk desain MIP relatif dapat membantu misal untuk penentuan rasio mol antara templat dan monomer fungsional yang digunakan. Kajian ini berdasarkan interaksi antara monomer dan templat untuk membentuk struktur kompleks yang stabil dan hal ini dapat ditentukan dengan menggunakan parameter energi ikat untuk membentuk kompleks tersebut (Yao dkk, 2008). Pada aplikasi untuk bahan polimer tercetak molekul ini sendiri, kajian pemodelan
4 molekul telah banyak dilaporkan pada beberapa paper (Spivak, 2005; Karim dkk, 2005; Liu dkk, 2007; dan Yao dkk, 2008) dan berhasil menghasilkan data teoritik yang bermanfaat untuk sintesis selanjutnya. Dalam hal mengkaji interaksi monomer dan templat ini dapat dilakukan menggunakan perhitungan mekanika kuantum ab initio atau metode semiempirik. Salah satu metode semiempirik yang dapat digunakan untuk mempelajari interaksi antarmolekul adalah metode AM1. Perhitungan ini telah berhasil digunakan dalam mengevaluasi interaksi non-kovalen pada kasus jaringan ikatan hidrogen pada kristal organik (Hajnal dkk, 1999), homo polimerisasi spiroortokarbonat (Harris dkk, 2000), dan interaksi ikatan hidrogen antarmolekul pada stereoisomer asam α- fenil furilsinamat (Talaber dkk, 2003). Penggunaan metode semiempirik AM1 telah digunakan untuk keperluan desain MIP oleh beberapa peneliti (Farrington dan Regan, 2007; Yao dkk, 2008; Tahir dkk, 2012 b ) karena alasan kecepatan dan tingkat akurasi yang mampu memberikan hasil yang memuaskan. Pada penelitian kali ini, dilakukan pemodelan dan sintesis MIP dengan monomer asam itakonat. Pemodelan molekul dilakukan dengan pendekatan metode mekanika kuantum semiempirik AM1 guna memberikan informasi rasio MIP yang memiliki kapasitas adsorpsi yang paling baik yang ditandai dengan adanya energi interaksi templat-monomer yang paling besar. Sintesis MIP dilakukan menggunakan monomer asam itakonat. Asam itakonat dipilih sebagai monomer fungsional pada penelitian ini karena menyesuaikan gugus fungsi yang dimiliki oleh molekul templat sehingga interaksi antara templat-monomer dapat berjalan dengan maksimal. Selain itu, penggunaan monomer fungsional lain seperti asam metakrilat, dan lain-lain telah banyak digunakan dalam berbagai penelitian, sehingga pada penelitian ini digunakan asam itakonat sebagai monomer fungsional. Karakterisasi yang dilakukan antara lain menggunakan instrumen berikut ini FTIR, SEM, TG/DTA, dan BET.
5 I.2 Tujuan Penelitian 1. Mengetahui keberhasilan sintesis polimer tercetak molekul (MIP) kolesterol dengan monomer fungsional asam itakonat 2. Menentukan rasio mol kolesterol-asam itakonat yang optimum untuk menghasilkan MIP terbaik 3. Menguji kesesuaian hasil sintesis MIP kolesterol dengan monomer fungsional asam itakonat dengan hasil pemodelan molekul menggunakan metode mekanika kuantum semiempirik AM1 I.3 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai metode sintesis MIP kolesterol dengan monomer fungsional asam itakonat beserta rasio mol tertentu yang memiliki kapasitas adsorpsi yang paling baik. Pengujian hasil sintesis MIP dengan pemodelan molekul menggunakan metode mekanika kuantum semiempirik AM1 diharapkan dapat memberikan pemahaman tentang kesesuaian antara hasil sintesis yang dilakukan di laboratorium dengan teori yang ada.