makalah polimer hidrogel kelompok 1
Post on 01-Jan-2016
442 Views
Preview:
TRANSCRIPT
POLIMER HIDROGEL
Disusun oleh :
Kelompok 1
Astina Sicilia (1106000312)Tazkia Khairina (1106051736)Arifa Rafrilia (1106000294)Andika Galih (1106020472)Afifah Thohiroh (1106006285)Sri Puji Astuti (1106065691)
FAKULTAS FARMASI
UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
2013
POLIMER HIDROGEL
Selama beberapa dekade terakhir, penelitian tentang hidrogel telah berkembang secara
signifikan karena partisipasi dari banyak ilmuwan dari berbagai bidang penelitian. Aplikasi luas
dari hidrogel terkait dengan properti unik mereka menunjukkan perilaku perantara antara bahan
padat dan cair. Hidrogel adalah jaringan tiga dimensi rantai polimer hidrofilik yang tidak larut
tetapi dapat membengkak dalam air. Karena sifat hidrofilik rantai polimer, mereka mampu
mempertahankan sejumlah besar air dalam struktur mereka. Biokompatibilitas tinggi hasil
hidrogel dari kandungan air yang tinggi dan sifat lembut permukaan.
Selain itu, hidrogel adalah bahan serbaguna karena mereka dapat dibuat untuk memiliki
berbagai properti dengan memanipulasi metode sintetik atau pengolahan. Sifat fisikokimia,
mekanik, dan biologis, serta sifat fungsional baru, dapat dengan mudah diatur. Misalnya,
hidrogel dapat dibuat untuk menanggapi rangsangan lingkungan, seperti suhu, pH, cahaya, dan
molekul tertentu. Sifat ini menarik telah membuat hidrogel yang berguna untuk berbagai aplikasi
mulai dari farmasi dan biomedis untuk aplikasi industri lainnya. Dari sekian banyak aplikasi
hidrogel, pemberian obat terkontrol adalah salah satu daerah di mana hidrogel telah memainkan
peran penting. Hasil matriks terhidrasi dalam kompatibilitas yang baik dengan protein serta sel-
sel hidup dan cairan tubuh.
Sejak laporan pertama pada penggunaan biomedis poli (2-hidroksietil metakrilat)
hidrogel oleh Wichterle dan Lim pada tahun 1960, berbagai hidrogel lain telah dikembangkan
untuk aplikasi biomedis dan farmasi, terutama untuk pengiriman obat-obatan dan zat bioaktif.
2. 1 Klasifikasi Hidrogel
Hidrogel telah mengalami banyak perkembangan dan modifikasi sejak pertama kali
ditemukan. Oleh karena itu, akan sulit untuk mengelompokkan jenis hidrogel berdasarkan satu
kriteria. Hidrogel bisa digolongkan berdasarkan banyak kriteria, seperti berdasarkan sumber,
berdasarkan kecepatan swelling, berdasarkan ukuran pori-pori, berdasarkan jenis ikatan,
berdasarkan kemampuan terurai, berdasarkan penyusun, dan berdasarkan muatannya.
Hidrogel bisa berasal dari bahan-bahan alam seperti protein, polisakarida, dan DNA.
Protein, polisakarida, dan DNA dapat berikatan untuk membentuk suatu hidrogel. Namun ikatan
ini sulit untuk dibentuk. Ikatan yang terbentuk bisa melalui cara kimia ataupun fisika. Sementara
itu, hidrogel yang terbentuk dari bahan-bahan sintesis biasanya cenderung lebih mudah untuk
berikatan satu sama lain. Hidrogel yan tersusun dari bahan alam cenderung bersifat
biodegradable, sementara hidrogel yang tersusun dari bahan sintesis biasanya bersifat
nondegredable.
Modifikasi pada hidrogel juga mempengaruhi kecepatan swelling hidrogel. Hidrogel
dengan pori-pori yang banyak dan terhubung biasanya memiliki kecepatan swelling yang tinggi
yang dikenal dengan Superabsorbent. Selain suberabsorbent, ada high swelling, medium
swelling, dan juga low swelling. Kecepatan swelling yang bervariasi ini bisa disesuaikan dengan
jenis pelepasan obat yang diinginkan. Hidrogel ada yang tidak memiliki pori sehingga kecepatan
swelling-nya rendah. Selain itu, terdapat juga hidrogel microporous (10 to 100 nm range),
macroporous (100 nm to 10 µm range), dan superporous (10 to 1000 µm range).
Hidrogel tersusun atas polimer-polimer yang saling berikatan. Berdasarkan jenis
ikatannya, hidrogel dapat dibagi menjadi chemical gels dan physical gels. Chemical
gels/chemical cross-linking tersusun atas polimer yang berikatan secara kovalen. Ikatan ini
sangat kuat sehingga hidrogel tidak bisa berubah bentuk. Oleh karena itu, disebut juga dengan
thermoset hydrogels. Physical gels tersusun atas polimer yang berikatan menggunakan ikatan
non-kovalen seperti ikatan hydrogen, kompleks ionisasi, kristalisasi, dan sebagainya yang
bersifat reversible sehingga sering disebut juga dengan thermoplastic hydrogels.
Hidrogel yang tersusun dari satu jenis monomer yang bersifat hidrofil disebut dengan
homopolimer hidrogel. Sementara yang tersusun dari dua unit komonomer disebut ko-polimer
hidrogel. Hidrogel yang tersusun dari tiga atau lebih komonomer yang saling bereasi disebut
multipolimer hidrogel. Sementara hidrogel yang Terbuat dari jaringan pertama yang berada pada
monomer yang mengembang, kemudian bereaksi untuk membentuk jaringan kedua disebut
Interpenetrating polymeric hydrogel.
Berdasarkan muatannya, hidrogel dibagi menjadi dua, yaitu hidrogel yang tidak
bermuatan (Neutral Hydrogel) dan hidrogel yang bermuatan (Ionic Hydrogel). Neutral Hydrogel
akan mengalami swelling akibat pengaruh termodinamika, sementara Ionic Hydrogel swelling-
nya dipengaruhi oleh interaksi polimer yang bermuatan dengan ion bebas.
2.2 Reaksi Kimia
1. Ikatan Silang Gel secara Kimia
a. Ikatan Silang Polimer
Terbentuk oleh polimerisasi radikal berat molekul yang rendah atau percabangan
homopolimer atau kopolimer yang terdapat pada agen crosslink. Reaksi ini kebanyakan
dalam bentuk larutan untuk aplikasi biomedik. Pelarut yang digunakan biasanya air,
metanol, etanol ataupun benzil alkohol.
b. Kopolimerisasi / Reaksi Ikatan Silang
Reaksi ini digunakan untuk menghasilkan polimer gel. Inisiator dalam reaksi ini adalah
radikal dan anionik inisiator. Contoh inisiator yaitu Azobisisobutyronitrile (AIBN),
benzol peroksida dan lain-lain. Pelarut dapan ditambahkan selama reaksi untuk
menurunkan viskositas dari larutan
c. Ikatan Silang dengan Radiasi Energi Tinggi
Radiasi energi tinggi seperti gamma dan radiasi sinar elektron dapat digunakan untuk
polimerisasi senyawa tak jenuh. Contohnya PEG diderivatisasi untuk PEGDA yang dapat
membentuk hidrogel setelah diradiasi dengan radiasi UV. Paparan gamma atau radiasi
sinar elektron akan menyebabkan larutan polimer membentuk radikal pada rantai polimer.
Radiolisis dari molekul air akan menghasilkan pembentukan gugus hidroksil yang dapat
menyerang rantai polimer juga menghasilkan pembentukan mikroradikal. Rekombinasi
dari mikroradikal dalam rantai yang berbeda akan menghasilkan ikatan kovalen dan
akhirnya terbentuk struktur crosslinked.
2. Ikatan Silang Gel secara Fisik
a. Ikatan silang dengan interaksi ionik
Contohnya adalah crosslinking dari Alginat. Alginat terdiri dari residu asam glukoronik
dan residu manuronik dan dapat disilang dengan ion kalsium. Reaksi ini dapat terjadi pada
suhu dan pH yang normal. Gel ini digunakan sebagai matrik untuk enkapsulasi sel dan
untuk melepaskan protein.
b. Ikatan silang dengan kristalisasi
Larutan PVA yang mengalami pembekuan dan pencairan akan menghasilkan gel elastis
yang sangat kuat. Pembentukan gel dimaksudkan untuk pembentukan kristal PVA yang
bertindak sebagai tempat terjadinya silang dalam jaringan. Sifat gel dapat dimodofikasi
dengan memvariasikan konsentrasi polimer, suhu, dan waktu pembekuan-pencairan.
2.3 Mekanisme Kerja
Pada dasarnya, hidrogel memiliki kekuatan mekanik yang rendah. Untuk memperkuat
strukturnya, hidrogel diikat silang (crosslink) oleh agen-agen pengikatnya
Crosslink merupakan suatu ikatan yang menghubungkan satu rantai polimer lainnya,
dapat berupa interasi kovalen (kimia) maupun interaksi non kovalen (fisik) dan dapat
meningkatkan massa molekul polimer
Senyawa kimia yang digunakan sebagai agen pengikat silang adalah seperti senyawa
epoksi dan aldehida (glutaraldehid)
Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan daya absorbs hidrogel terhadap
mediumnya :
1. Variasi agen pengikat silang (formaldehid, asetal dehid dan glutaral dehid
2. Komposisi agen pengikat silang
3. Waktu reaksi ikat silang
4.
Namun, semakin banyak komposisi agen pengikat silang dan semakin lama waktu reaksi
ikat silang yang digunakan, strukturnya semakin kuat dengan adanya peningkatan derajat ikat
silangnya sehingga daya absorb dan kemampuan mengembang (swelling) hidrogel terhadap
mediumnya akan berkurang
Berikut ini merupakan mekanisme terjadinya swelling pada hidrogel :
1. Polimer yang terikat secara silang (crosslink)
2. Dimasukkan ke dalam suatu pelarut
3. Polimer akan mengembang ( swelling) tanpa larut didalamnya
4. Total volume akan bertambah
5. Sedangkan, fraksi yang larut dari bahan polimer tersebut akan larut
6. Berdifusi keluar dari polimer yang mengembang
7. Bahan pengikat silang tersebut akan mengembang dalam fase gel polimer 3
dimensi
8. Sampai kekuatan osmotik yang seimbang dengan regangan rantai polimer tersebut
2.4 Contoh-Contoh
1. Galactoxyloglucan
Galactoxyloglucan adalah polisakarida yang diperoleh dari biji Tamarindus indica.
Sifat Fisikokimia :
a. Viskositas tinggi
b. Toleransi pH yang luas dan adhesivity
c. Non-karsinogenik
d. Mucoadhesivity
e. Biokompatibilitas
f. Termal stability
Kegunaan :
a. Stabilizer
b. Pengental
c. Pembentuk gel
d. Pengikat dalam industri makanan
Rumus struktur :
2. Gellan Gum
Deacylated Gellan gum (Gellan) adalah mikroba anionik polisakarida, dihasilkan dari
Sphingomonas elodea, terdiri dari unit berulang tetrasaccharide glukosa, asam
glukuronat dan residu rhamnose dalam rasio 2:1:1.
Sifat fisikokimia :
a. Gellan gum stabil pada suhu tinggi dan mampu mempertahankan kekuatannya
pada 90⁰C.
b. Pada suhu rendah gellan membentuk heliks untai ganda, sedangkan pada suhu
tinggi beruntai tunggal, yang secara signifikan mengurangi viskositas larutan.
c. Jenis dan konsentrasi ion berdampak pada kekuatan gel dan kerapuhan.Gellan
tidak membentuk gel dalam air deionisasi, tetapi penambahan garam kalsium,
kalium, natrium, dan magnesium menyebabkan peningkatan pembuatan gel.
d. Sanderson dan Clark menunjukkan kekuatan gel meningkat dalam rentang pH
3,5-8, yang sesuai dengan kisaran pH alami sebagian besar makanan.
Perubahan pH mempengaruhi suhu leleh dalam beberapa kasus.
Kegunaan :
Sebagai obat semprot hidung (nasal)
Gellan telah diuji in vivo untuk nasal. Gellan seperti cairan pada awalnya, tetapi
membentuk gel yang kaku bila terkena kation. Oleh karena itu, cocok untuk
pompa semprot hidung dengan awal rendah viskositas dan membentuk gel
berikutnya pada kontak dengan mukosa.
Rumus struktur :
3. Scleroglucan
Scleroglucan adalah eksopolisakarida alami yang dihasilkan oleh jamur Sclerotium
rolfsii yang telah dipelajari secara ekstensif untuk berbagai aplikasi komersial dan
juga menunjukkan beberapa sifat farmakologis.
Sifat fisikokimia :
a. Menyebar lebih mudah dalam air pada suhu ruang karena adanya
β-D-(1-6) - glukopiranosil yang meningkatkan kelarutan polisakarida dan
mengurangi kemampuan untuk membentuk gel.
b. Kompatibel, dan menghasilkan sifat yang menguntungkan untuk pelepasan obat
yang dimodifikasi.
Kegunaan:
a. Di industri kosmetik, scleroglucan dapat digunakan dalam komposisi krim rambut
dan dalam berbagai persiapan perawatan kulit, krim dan lotion pelindung.
b. Untuk produk farmasi scleroglucan dapat digunakan sebagai Laksatif dalam
lapisan tablet dan secara umum untuk menstabilkan suspensi.
c. Penggunaan scleroglucan sebagai antitumor, senyawa antivirus dan antimikroba
juga telah diselidiki. Scleroglucan telah menunjukkan efek stimulasi kekebalan
tubuh dibandingkan dengan biopolimer lain.
Rumus struktur:
4. Asam Akrilat
Asam Akrilat termasuk ke dalam golongan asam karboksilat
Sifat fisikokimia Pemerian dari asam akrilat yaitu berupa cairan, tidak berwarna, bau tajam khas, mudah terbakar. Rumus molekul : C3H4O2 dengan berat molekul 72,06 g/mol. Titik didih 141 ºC sedangkan titik leleh 14 ºC.
Struktur kimia
Asam akrilat memiliki banyak kegunaan terutama dalam industri dekoratif, batu dan coating serta kegunaan lainnya seperti perekat, pelapis kertas dan kulit, pemoles, dan coating tablet.
Asam akrilat terdapat dalam pati seperti singkong dan berbagai polisakarida lain.
5. PVA (Polivinil Alkohol) Sifat fisikokimia
Pemerian berupa serbuk putih, hingga berwarna krem, atau serbuk granul. PVA larut dalam air (dapat larut dalam air pada suhu 80 oC ), sedikit larut dalam etanol, praktis tidak larut dalam aseton .Memiliki densitas : 1,2000-1,3020 g/cm3.
Struktur Kimia
PVA merupakan golongan :alkohol . Polivinil alkohol digunakan sebagai polimerisasi emulsi bantuan, sebagai pelindung koloid,untuk membuat polivinil asetat dispersi. Juga digunakan sebagai stabilizing agent dan penambah viskositas.
Polivinil alkohol merupakan suatu material yang dibuat melalui proses alkoholisis dari polivinil asetat (PVAc).
6. Chitosan Sifat fisikokimia
Chitosan tidak larut dalam air, larutan basa kuat, sedikit larut dalam HCl dan HNO3, dan H3 PO4, dan tidak larut dalam H2SO4. Senyawa in tidak beracun, mudah mengalami biodegradasi dan bersifat polielektrolitik (Hirano, 1986).Chitosan dapat dengan mudah berinteraksi dengan zat-zat organik lainnya seperti protein.
Struktur Kimia
Chitosan merupakan golongan polisakarida . Kegunaannya yaitu sebagai bahan penjernih. Kitin juga banyak digunakan di dunia farmasi dan kosmetik, misalnya sebagai penurun kadar kolesterol darah, mempercepat penyembuhan luka, dan pelindung kulit dari kelembaban. Sumber penghasil chitosan yaitu dari kitin (cangkang) udang
DAFTAR PUSTAKA
Hoffman, A.S., Hydrogels for biomedical application, Adv. Drug Delivery Rev., 43, 3, 2002.
Bae, Y.H. and Kim, S.W., Hydrogel delivery systems based on polymer blends, block copolymers or interpenetrating networks, Adv. Drug Delivery Rev., 11, 109, 1993.
Wichterle, O. and Lim, D., Hydrophilic gels for biological use, Nature, 185, 117, 1960.
Siti Prilia Muthoharoh. Sintesis Polimer Superabsorben Dari Hidrogel Kitosan Terikat Silang. Juli.2012.
Saxena, S.K. 2004. POLYVINYL ALCOHOL (PVA) Chemical and Technical Assessment (CTA).
FAO
Badan POM RI. 2012. Asam Akrilat. Sentra Informasi Keracunan Nasional (SIKerNas)
Erizal.2012. SYNTHESIS OF POLY(ACRYLAMIDE-CO-ACRYLIC ACID)-STARCH BASED
SUPERABSORBENT HYDROGELS BY GAMMA RADIATION: STUDY ITS SWELLING
BEHAVIOR. Centre for the Applications Isotopes and Radiation Technology, BATAN
Jakarta .
Abdel-Mohzen, A.M.,Aly,A.S.,Hrdina,R, Montaser, A.S., Hebeish, A. (2011). Eco- Synthesis of PVA/Chitosan Hydrogels for Biomedical Aplication. J Polym Environ, 19 : 1005-1012.
Gallego Feller, Gloria. 2001. Structure and properties of polymer hydrogels based on interpenetration of a hydrophilic and a hydrophobic network. Thesis, Polytechnical University of Valencia, Valencia.
www.researchgate.net/... Hydrogels ... Excipients /.../d912f50fa9f593f3fb.pdf diunduh pada
tanggal 14 September 2013 pukul 17.25
http://sphinxsai.com/sphinxsaiVol_2No.1/ChemTech_Vol_2No.1/ChemTech_Vol_2No.1PDF/
CT=82%20%28509-525%29.pdf diunduh pada tanggal 14 September 2013 pukul 17.55
top related