8/11/2019 1411-2213-2012-1-0901

1/4

90

Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2012

Serpong, 3 Oktober 2012 I SSN 1411-2213

SINTESIS NANOPARTIKEL KITOSAN-TRYPOLY

PHOSPHATE DENGAN METODE GELASI IONIK:

PENGARUH KONSENTRASI DAN RASIO VOLUMETERHADAP KARAKTERISTIK PARTIKEL

Etik Mardliyati, Sjaikhurrizal El Muttaqien dan Damai Ria SetyawatiPusat Teknologi Farmasi dan Medika - BPPT

Jl. M.H. Thamrin 8, Jakarta

e-mail: jaksjdaskd

ABSTRAK

SINTESIS NANOPARTIKEL KITOSAN-TRYPOLI PHOSPHATE DENGAN METODE GELASI

IONIK: PENGARUH KONSENTRASI DAN RASIO VOLUME TERHADAP KARAKTERISTIK

PARTIKEL.Nanopartikel dari bahan polimer alam kitosan banyak diaplikasikan pada sistempenghantaran obatkarenasifat-sifatnya yang istimewa seperti biokompatibel, biodegradabel, mukoadhesif dan meningkatkanpermeasi.

Penelitianini bertujuan untuk mensintesisnanopartikelkitosan dengan metode gelasiionik, menggunakan crosslinker

Polianion Tripolyphosphate(TPP). Untuk mendapatkan kondisi preparasi yang dapat menghasilkan partikel

berukuran di bawah 200 nm dengan tingkat dispersitas dan stabilitas yang baik, dilakukan kajian pengaruh

konsentrasi dan rasio volume kitosan-TPPterhadap karakteristik partikel, yang meliputi distribusi ukuran partikel,

nilai indeks polidispersitas dan nilai potensial zeta. Hasil penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi dan rasio

volume sangat mempengaruhi ukuran partikel dan stabilitasnya. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa

kondisi optimal proses sintesis nanopartikel kitosan adalah konsentrasi kitosan 0,2%, konsentrasi TPP 0,1% dan

rasio volume kitosan : TPP sebesar = 5 : 1. Nanopartikel kitosan yang diperoleh selanjutnya akan dipergunakan

sebagaicarrierpenghantaran protein terapeutik.

Kata kunci: Kitosan, Tripolyphosphate, Nanopartikel

ABSTRACT

SYNTHESIS OF CHITOSAN-TRYPOLYPHOSPHATE NANOPARTICLES B Y IONIC

GELATIONMETHOD: EFFECTS OF CONCENTRATIONAND VOLUME RATIO ON THE PARTICLE

CHARACTERISTICS.Currently, nanoparticles based on natural polymer such as chitosan have been widely

applied as drugdeliverysystem due to theirspecific properties suchas biocompatible, biodegradable, mucoadhesive

and enhanced intestinal permeation. The aim of this study is to synthesize chitosan nanoparticles by ionic

gelation method with using tripolyphosphate (TPP) ion as anionic crosslinker. In order to obtain the optimum

condition process for preparing chitosan nanoparticles below 200 nm with good monodispersity and stability,

the effects of concentration and volume ratio of chitosan and TPP on the nanoparticle characteristic, i.e., particle

size distribution, polydispersity index, and zeta potential, were studied. The results indicate that the formation,

particle size and zeta potential of chitosan nanoparticles has significantly influenced by both of the concentration

andvolume ratio of chitosan andTPP. In this study it was foundthat theoptimal condition for preparing chitosan

nanoparticles is chitosan concentration of 0.2%, TPP concentrationof 0.1%, andtheirvolume ratio of 5 to 1. Thechitosan nanoparticles prepared will further be applied as drug delivery carrier of therapeutic protein.

Keywords: Chitosan, Tripolyphosphate, Nanoparticles

PENDAHULUAN

Kitosan merupakan biopolimer alam, berbentuk

polisakarida linier yang tersusun atas -(1-4)-linked D-

glu co sam ine dan N-acetyl-D-glucosami ne dengan

distribusi acak. Kitosan diproduksi melalui proses

deasetilasi senyawa kitin, yakni komponen utama pada

cangkang binatang crustaceae seperti rajungan danudang. Dewasa ini kitosan telah banyak diaplikasikan

secara komersiil pada industri kimia, pangan dan

farmasi [1]. Karena sifat-sifat istimewa seperti

mukoadhesif, biokompatibel, biodegradabel, nontoksik

dan tingkat imonogenisitas yang rendah [2], kitosan

merupakan biomaterial yang sangat menjanjikan untuk

penggunaannya sebagai pembawa (carrier) pada sistem

penghantaran obat.Sebagai carrierobat, kitosan telah dikembangkan

dalam berbagai bentuk sediaan farmasi, seperti tablet,

8/11/2019 1411-2213-2012-1-0901

2/4

91

Sintesis Nanoparti kel K itosan-Tr ipolyphosphate dengan M etode Gelasi I onik : Pengaruh Konsentr asi dan Rasio

Volume terhadap Karakteristik Partikel

bead, microspherdan nanopartikel[3]. Dari semua bentuk

ini, nanopartikel dipandang sebagaicarrieryang sangat

menjanjikan untuk meningkatkan bioavailabilitas

biomolekul, karena memiliki kemampuan difusi dan

penetrasi yang lebih baik ke dalam lapisan mukus [4].

D ia nt ar a b er b ag ai m et o de p em bu at annanopartikel kitosan, gelasi ionik merupakan metode

yang banyak menarik perhatian peneliti dikarenakan

prosesnya yang sederhana, tidak menggunakan pelarut

organik, dan dapat dikontrol dengan mudah. Prinsip

pembentukan partikel pada metode ini adalah terjadinya

interaksi ionik antara gugus amino pada kitosan yang

bermuatan positif dengan polianion yang bermuatan

negatif membentuk struktur network inter- dan/atau

intramolekul tiga dimensi [5]. Crosslinkerpolianion yang

paling banyak digunakan adalah sodium tripolifosfat,

karena berifat tidaktoksis dan memiliki multivalen. Proses

crosslinkingsecara fisika ini tidak hanya menghindaripenggunaan pelarut organik, namun juga mencegah

kemungkinan rusaknya bahan aktif yang akan

dienkapsulasi dalam nanopartikel kitosan [6].

Nanopartikel kitosan yang dipreparasi dengan

metode gelasi ionik ini pada umumnya memiliki distibusi

ukuran partikel yang sangat lebar (indeks polidispersitas

yang tinggi) dan tingkat stabilitas yang rendah. Kedua

hal ini sangat tidak diharapkan dalam aplikasi

nanopartikel kitosan sebagai sistem penghantaran obat.

Oleh karenanya, metode yang efektif dan sederhana

untuk membuat nanopartikel kitosan dengan tingkat

keseragaman ukuran dan stabilitas yang tinggi masih

terus dikaji oleh berbagai peneliti [7].

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan

kondisi optimal preparasi nanopartikel kitosan pada

ukuran kurang dari 100 nm, dengan tingkat keseragaman

ukuran dan stabiilitas yang baik. Parameter yang

digunakan untuk menentukan tingkat keseragaman

ukuran adalah nilai indeks polidispersitas, sedangkan

parameter untuk menentukan stab ilitas adalah nilai

potensial zeta. Pada makalah ini dilaporkan hasil kajian

pengaruh konsentrasi dan volume rasio kitosan-TPP

terhadap karakteristik partikel yang dihasilkan.

METODE PERCOBAAN

Bahan

Bahan yang digunakan pada penelitian ini

adalah kitosan (sumber cangkang udang, derajat

deasetilasi >75%,Sigma), natrium tripolifosfat (Sigma)

dan asam asetat glasial (Merck). Air yang digunakan

pada penelitian adalah air deionisasi.

Sintesis Nanopartikel Kitosan-TPP

Nanop artikel kit osan dibuat men ggu nak an

metode gelasi ionik, yakni kompleksasi polilektrolit antara

kitosan yang bermuatan positif dengan tripolifosfat yang

ber muatan negati f. Lar uta n kit osa n pad a ber bag ai

konsetrasi (0,1 hingga 0,4 %) dibuat dengan cara

melarutkan kitosan ke dalam larutan asam asetat,

kemudian diaduk menggunakan pengaduk magnetik

pada suhu rua ng selam a semalam. Dal am hal ini,

konsentrasi asam asetat yang digunakan adalah 1,5 kalikonsentrasi kitosan. Larutan kitosan kemudian disaring

untuk menghilangkan sisa partikel yang tidak terlarut.

Larutan TriPolyPhosphate (TPP) pada konsentrasi 0,1%

dan 0,2 % dibuat dengan cara melarutkan Na TPP

kedalam air deionisasi, kemudian disaring untuk

menghilangkan sisa partikel yang tidak terlarut.

Nanopartikel dibuat dengan cara: larutan kitosan

sebanyak 50 mL diletakkan dalam beaker, kemudian

diaduk menggunakan pengaduk magnetik. LarutanTPP

pada berbagai variasi rasio volume ditambahkan secara

per lahan-l ahan ke dal am larutan kitosa n, sehingga

terbentuk suspensi nanopartikel. Pengadukan terusdilanjutkan selama 1 jam agar proses crosslinking

berlangsung sempurna . Susp ensi nanopartikel yang

terbentuk kemudian disimpan dalam lemari es hingga

dilakukan karakterisasi.

Karakterisasi Nanopartikel

Partikel yang terbentuk kemudian dikarakterisasi,

meliputi ukuran partikeldan zetapotential. Ukuran partikel

dianalisis dengan Zetasizer Nano ZS (Malvern Instrument

Lt d. , Grov ew ood , Worc es ter shi re , UK) ya ng

menggunakan teknikDynamic Light Scattering(DLS).

Sistem ini dilengkapi dengan 4mW laser helium/neon

pada panjang gelombang 633 nm, yang mengukur partikel

dengan teknologi backscattering pada sudut deteksi

173. Parameter yang dianalisa meliputi diameter

partikel rerata (ZAve) dan indeks polidispersitas (PI).

Potensial Zeta diukur dengan metode Laser Droppler

Electrophoresis (LDE) menggunakan peralatan yang

sama.

Morfologi nanopartikel diperiksa menggunakan

Transmission Electron Microscope (TEM). Droplet

suspensi nanopartikel diteteskan grid tembaga, setelah

meresap dan kering kemudian dicoatingdengan karbon,

kemudian dianalisis menggunakan TEM (JEM1400,JEOL).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari

karakteristik nanopartikel kitosan-TriPolyPhosphate

(TPP) yang dipreparasi pada berbagai variasi konsentrasi

dan rasio volume kitosan dan TPP, guna mendapatkan

kondisi proses yang optimal dalam nanopartikel kitosan

dengan tingkat monodispersitas dan stabilitas yang

tinggi. Parameter yang digunakan untuk tingkat

keseragaman ukuran adalah nilai indeks polidispersitas

dari distribusi ukuran partikel, sedangkan parameter

untuk menentukan stabilitas adalah nilai potensial zeta.

8/11/2019 1411-2213-2012-1-0901

3/4

92

Prosiding Pertemuan Ilmiah Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2012

Serpong, 3 Oktober 2012 I SSN 1411-2213

Hasil penelitian ditunjukkan pada Tabel 1. Dari

hasil ini dapat diketahui bahwa ukuran partikel sangat

dipengaruhi oleh konsentrasi dan rasio volume kitosan

dan TPP yang digunakan, dimana ukuran partikelmeningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi dan

volume rasio kitosan dan TPP. Hal ini selaras dengan

hasil penelitian sebelumnya [6].

Pengaruh Konsentrasi Kitosan dan TPP

Pengaruh konsentrasi kitosan dan TPP pada

pembe ntuka n nan op arti kel di pelaja ri de nga n car a

memvariasikan konsentrasi kitosan dari 0,1% hingga

0,4% dan konsentrasi TPPdari 0,1% hingga 0,2%. Hasil

pe ne li tia n me nu nj uk ka n ba hw a pe mb en tu ka n

nanopartikel kitosan-TPP hanya akan terbentuk pada

konsentrasi kitosan tertentu. Pada penelitian ini

diketahui bahwa untuk mencegah terbentuknya partikel

pada ukuran mikro, konsentrasi kitosan yang digunakan

haruslah di bawah 0,3%. Pada proses pembuatan partikel

dengan konsentrasi kitosan 0.4%, dengan penambahan

TPPdalam jumlah yang sedikit saja partikel berukuran

mikro dengan cepat terbentuk, yang ditandai dengan

segera terlihat adanya kabut suspensi pada larutan reaksi.

Sementara itu, pada konsentrasi kitosan 0,3% , partikel

be ruk ur an na no da pa t dip er ole h ha ny a de ng an

penggunaanTPPdalam konsentrasi yang sangat rendah

dan jumlah yang sangat sedikit. Konsentrasi dan rasio

volume kritis TPPyang dapat digunakan adalah 0,1%dan 5 : 1, jika lebih dari itu dengan mudah akan terbentuk

nanopartikel heterogen berukuran di atas 200 nm hingga

mikrometer. Pada konsentrasi kitosan 0,2% ke bawah,

pembuatan partikel berukuran nano relatif lebih mudah

dilakukan, dimana pengaruh dari konsentrasi TPP

terhadap terbentuknya partikel berukuran mikro tidak

terlalu signifikan. Pengaruh konsentrasi TPPini semakin

kecil dengan semakin rendahnya konsentrasi kitosan.

Hal ini terjadi karena jumlah polikation dari kitosan yang

akan bereaksi dengan polioanion dari TPPsangat sedikit,

sehingga pembentukan nanopartikel hanya bergantung

pada konsentrasi kitosan. Akan tetapi, meskipun kitosan

pada konsentrasi 0,1% dapat menghasilkan nanopartikel

yang lebih seragam (PI 0,3) dan sangat kecil (Zave 1,3

nm), namun jumlah partikel yang terbentuk sangat sedikit

sehingga tidak menguntungkan dari sisi proses. Dari

keseluruhan hasil ini dapat disimpulkan bahwa

konsentrasi kitosan yang paling optimal adalah 0,2%.Sebagaimana telah diuraikan pada pengaruh

konsentrasi kitosan di atas, konsentrasiTPPjuga harus

dikontrol untuk memcegah terbentuknya partikel pada

ukuran mikro. Pada penelitian ini, konsentrasi TPPyang

digunakan hanya 2 variasi yakni 0,1 dan 0,2%. Hal ini

be rda sa rka n pe rt im ba ng an ba hwa tar ge t uk ur an

nanopartikel yang diinginkan adalah di bawah 100 nm,

sehingga konsentrasi TPP yang digunakan haruslah

serendah mungkin guna mencegah terjadinya solidifikasi

droplet secara cepat ketika proses reaksi gelasi ionik

berlangsung. Dari hasil Tabel 1 dapat diketahui bahwa

konsentrasi optimalTPPadalah 0,1%

Pengaruh Rasio Volume Kitosan dan TPP

Pengaruh perbandingan volume penggunaan

kitosan dan TPP pada pembentukan nanopartikel

dipelajari dengan cara menggunakan dua rasio volume

yang sangat berbeda, yakni 5 : 1 (rasio volumekecil) dan

2 : 1 (rasio volume besar). Hal ini dimaksudkan untuk

mendapatkan gambaran kasar data distribusi ukuran

partikel, tingkat keseragaman dan tingkat stabilitas pada

kedua rentang tersebut.

Dari hasil penelitian yang ditampilkan pada

Tabel 1 di atas, dapat diketahui bahwa rasio volumesangat mempengaruhi pola distribusi (jumlah puncak

yang terbentuk), ukuran dan stabilitas partikel. Partikel

kitosan yang dipreparasi pada rasio volume 5 : 1 secara

umum menunjukkan pola distribusi yang bersifat

unimodal (1 puncak), kecuali partikel yang dibuat pada

konsentrasi kitosan 0,4% yang menunjukkan pola

bimodal (2 puncak). Diduga pada konsentrasi kitosan

yang tinggi, partikel-partikel yang terbentuk dari reaksi

elektrostatis antara kitosan dan TPPsangat banyak dan

pa da t, sehingg a berg eromb ol membe ntuk agr egat

menjadi partikel berukuran mikro. Pada konsentrasi

kitosan 0,3% dan TPP0,2%, partikel yang dihasilkan

masih berukuran nanometer dan memiliki pola distribusi

yang unimodal, namun demikian rentangnya cukup lebar.

KonsentrasiKitosan (%)

Konsentrasi TPP(%)

VolumeKitosan:TPP

Pola Distribusi UkuranPartikel

ZAve(nm)

PI ZP(mV)

0,1 0,1 5 : 1 Unimodal 1,3 0,363 n.m.

0,2 0,1 5 : 1 Unimodal 45,9 0,352 36,060,2 0,1 2 : 1 Bimodal 759.9 2,255 17.92

0,2 0,2 5 : 1 Unimodal 143,3 0,341 37,80

0,2 0,2 2 : 1 Bimodal 6058,3 2,877 14,290,3 0,1 5 : 1 Unimodal 162.5 0.315 n.m.

0,3 0,2 5 : 1 Broad Unimodal 230,5 0,453 27,19

0,4 0,1 5 : 1 Bimodal 22247,8 0,632 n.m.

Tabel 1.Karakteristik nanopartikel kitosan-TPP pada berbagai kondisi preparasi

Keterangan:

ZAve: Z Average; ukuran partikel rata-rata

PI : Polydispersity Index; indeks polidispersitas

ZP : Zeta Potential; potensial zeta

8/11/2019 1411-2213-2012-1-0901

4/4

93

Sintesis Nanoparti kel K itosan-Tr ipolyphosphate dengan M etode Gelasi I onik : Pengaruh Konsentr asi dan Rasio

Volume terhadap Karakteristik Partikel

Hal ini terlihat dengan nilai indeks polidispersitas yang

cukup tinggi (0,45), namun karena masih jauh di bawah

nilai 1 sehingga bisa diartikan tingkat keseragaman

sedikit baik. Pada kondisi selain itu, nanopartikel yang

dipreparasi pada rasio volume 5 : 1 menunjukkan nilai

indeks polidispersitas yang bagus yakni sekitar 0,3 yangberarti nanopartikel yang terbentuk memiliki rentang

distribusi ukuran yang pendek atau dengan kata lain

tingkat keseragaman cukup baik. Berbeda dengan hal di

atas, partikel kitosan yang dipreparasi pada rasio volume

kitosan dan TPP2 : 1 kesemuanya menunjukkan pola

distribusi yang bersifat bimodal, meskipun konsentrasi

kitosan dan TPPyang digunakan sangat rendah. Partikel

y an g t er b en tu k c uk up b es a r d en ga n i nd ek s

polidispersitas jauh lebih tinggi dari 1, yang berarti

sangat tidak seragam.

Analisis potensial zeta menujukkan hasil yang

relevan dan menguatkan data pola distribusi dan indekspolidispersitas. Nanopartikel pada ukuran sangat kecil

dan indeks polidispersitas rendah menunjukkan nila

potensial zeta yang tinggi (di atas 30 mV) yang berarti

cukup stabil. Sedangkan partikel pada ukuran besar dan

indeks polidispersitas tinggi, nilai potensial zeta yang

ditunjukkan juga rendah.

KESIMPULAN

Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan

kondisi optimal preparasi nanopartikel kitosan-

Tripolyphosphate (TPP) pada ukuran di bawah 100 nm

dengan tingkat keseragaman dan stabilitas yang tinggi,

dengan melihat pengaruh konsentrasi dan rasio volume

kitosan dan TPPterhadap ukuran, indeks polidispersitas

dan potensial zeta. Dari hasil penelitian ini dapat diketahui

bahwa pada kondisi preparasi konsentrasi kitosan 0,2%,

konsentrasi TPP 0,1% dan rasio volume kitosan TPP

sebesar 5:1, nanopartikel kitosan yang terbentuk

berukuran dibawah 100 nm, cukup seragam dan relatifstabil.

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terimakasih disampaikan kepada

Kementerian Riset dan Teknologi yang telah mendanai

penelitian ini melalui Program Insentif SINas tahun

anggaran 2012.

DAFTAR ACUAN

[1]. SONIA T.A. and SHARMA C.P., AdvancedPolymer Sciences, 243 (2011) 23-54

[2]. CHENX.,LIUC.S.,LIUC.G.,MENGX.H.,LEEC.M.,

PARK H.J, Biochemical Engineering Journal, 27

(2006)269-274

[3] MA Z., YEOH H.H., LIM L.Y., Journal of

Pharmaceutical Sciences, 91 (2002) 1396-1404

[4]. T AK E UC HI H . , Y AM AM OT O H . , a nd

KAWASHIMA, Y., Advanced Drug Delivery

Reiews, 47 (2001) 39-54

[5]. AGNIHOTRI, S.A., MALLIKARJUNA, N.N.,

AMINABHAVI, T.M., Journal of Controlled

Release, 100 (2004) 5-28

[6]. FAN W., YAN W., XU Z., NI H., Colloids and

Surfaces B: Biointerfaces, 90 (2012) 21-27