GEL dan MIKROGEL

I. GEL

1.1 Pengertian Gel

Gel merupakan sistem semipadat yang terdiri dari suspensi yang dibuat dari

partikel anorganik yang kecil atau molekul organik yang besar, terpenetrasi oleh

suatu cairan (Departemen Kesehatan RI, 1995).

Gel merupakan sistem semipadat terdiri dari suspensi yang dibuat dari partikel

anorganik yang kecil atau molekul organik yang besar, terpenetrasi oleh suatu cairan.

gel kadang – kadang disebut jeli (FI IV, hal 7).

Gel adalah sediaan bermassa lembek, berupa suspensi yang dibuat dari zarah

kecil senyawaan organik atau makromolekul senyawa organik, masing-masing

terbungkus dan saling terserap oleh cairan (Formularium Nasional, hal 315).

Gel pada umumnya memiliki karakteristik yaitu strukturnya yang kaku. Gel

dapat berupa sediaan yang jernih atau buram, polar, atau non polar, dan

hidroalkoholik tergantung konstituennya. Gel biasanya terdiri dari gom alami

(tragacanth, guar, atau xanthan).

1.2 Sifat / Karakteristik Gel (Lachman, 496 – 499)

a) Sifat gel yang idela adalah

b) Aman dan inert (tidak bereaksi dengan komponen lain).

c) Pemilihan bahan pembentuk gel harus dapat memberikan bentuk padatan yang

baik selama penyimpanan tapi dapat rusak segera ketika sediaan diberikan

kekuatan atau daya yang disebabkan oleh pengocokan dalam botol, pemerasan

tube, atau selama penggunaan topikal.

d) Karakteristik gel harus disesuaikan dengan tujuan penggunaan sediaan yang

diharapkan.

e) Penggunaan bahan pembentuk gel yang konsentrasinya sangat tinggi atau BM

besar dapat menghasilkan gel yang sulit untuk dikeluarkan atau digunakan.

f) Karena mempunyai kadar air yang tinggi, maka gel dapat menghidrasi stratum

corneum dan mengurangi resiko timbulnya peradangan lebih lanjut akibat

menumpuknya minyak pada pori-pori.

1.3 Mekanisme Pembentukan Gel

Gel terbentuk karena ikatan hidogen antara gugus gugus karboksil bebas dan

gugus gugus hidroksil molekul pectin. Pada suasan larutan netral atau sedikit asam,

gugus karboksil pada pektin yang tidak teresterifikasi, terion. Ionisasi tersebut

bermuatan negative, dimana bersama dengan gugus hidroksil menarik lapisan air

sehingga terbentuk masa kental (gel).

1.4 Penggolongan Sediaan Gel

a) Berdasarkan sifat fasa koloid.

Gel Organik

Gel Anorganik

b) Berdasarkan sifat pelarut.

Hidrogel (pelarut air)

Hidrogel terbentuk dari molekul polimer hidrofilik yang berikatan melalui

ikatan kimia. Hidrogel mempunyai tegangan permukaan yang rendah dibanding

cairan biologi dan jaringan sehingga meminimalkan kekuatan adsorbsi protein dan

adhesi sel. Hidrogel merupakan gel yang mengandung polimer yang dapat menjerap

sejumlah air. Oleh karena itu, hidrogel bersifat lembut/lunak dan elastic, sehingga ia

juga dapat meminimalkan iritasi.

Gambar 1. Polimer hidrogel menjerat molekul air

Organogel (pelarut bukan air/pelarut organik).

Contoh : plastibase (suatu polietilen dengan BM rendah yang terlarut dalam

minyak mineral dan didinginkan secara shock cooled), dan dispersi logam stearat

dalam minyak.

Xerogel.

Xerogel dihasilkan oleh evaporasi pelarut, sehingga yang tersisa hanya kerangka

gel. Kondisi ini dapat dikembalikan pada keadaan semula dengan penambahan agen

yang mengembangkan matriks gel. Contoh : gelatin kering, tragakan ribbons dan

acacia tears, dan sellulosa kering dan polystyrene.

c) Berdasarkan jenis fase terdispersi:

Gel fase tunggal

Terdiri dari makromolekul organik yang tersebar serba sama dalam suatu

cairan sedemikian hingga tidak terlihat adanya ikatan antara molekul makro yang

terdispersi dan cairan. Gel fase tunggal dapat dibuat dari makromolekul sintetik

(misal karbomer) atau dari gom alam (misal tragakan). Molekul organik larut dalam

fasa kontinu.

Gel sistem dua fasa

Terbentuk jika masa gel terdiri dari jaringan partikel kecil yang terpisah.

Dalam sistem ini, jika ukuran partikel dari fase terdispersi relatif besar, masa gel

kadang-kadang dinyatakan sebagai magma. Partikel anorganik tidak larut, hampir

secara keseluruhan terdispersi pada fasa kontinu.

1.5 Komponen Gel

Komposisi sediaan gel umumnya terdiri dari komponen bahan yang dapat

mengembang dengan adanya air, humektan, dan pengawet, adakalanya dibutuhkan

bahan yang dapat meningkatkan penetrasi bahan berkhasiat.

Untuk kompenen gel di bagi menjadi dua gilling agents dan bahan tambahan.

Disetiap sedian gel harus memilik kedua komponen seperti yang ada di bawah ini:

a) Gelling Agent.

Sejumlah polimer digunakan dalam pembentukan struktur berbentuk jaringan

yang merupakan bagian penting dari sistem gel. Termasuk dalam kelompok ini

adalah gom alam, turunan selulosa, dan karbomer. Kebanyakan dari sistem tersebut

berfungsi dalam media air, selain itu ada yang membentuk gel dalam cairan non-

polar. Beberapa partikel padat koloidal dapat berperilaku sebagai pembentuk gel

karena terjadinya flokulasi partikel. Konsentrasi yang tinggi dari beberapa surfaktan

non-ionik dapat digunakan untuk menghasilkan gel yang jernih di dalam sistem yang

mengandung sampai 15% minyak mineral.

b) Bahan tambahan

Pengawet, meskipun beberapa basis gel resisten terhadap serangan

mikroba, tetapi semua gel mengandung banyak air sehingga membutuhkan

pengawet sebagai antimikroba. Dalam pemilihan pengawet harus

memperhatikan inkompatibilitasnya dengan gelling agent.

Penambahan bahan higroskopis, bertujuan untuk mencegah kehilangan air.

Contohnya gliserol, propilenglikol dan sorbitol dengan konsentrasi 10-20

%.

Chelating agent, bertujuan untuk mencegah basis dan zat yang sensitive

terhadap logam berat. Contohnya EDTA.

1.6 Penggolongan basis gel (Lachman, hal 496)

a) Basis gel hidrofobik

Dasar gel hidrofobik umumnya terdiri dari partikel-partikel anorganik (bentonit

magma), bila ditambahkan ke dalam fase pendispersi, hanya sedikit sekali interaksi

antara kedua fase. Berbeda dengan bahan hidrofilik, bahan hidrofobik tidak secara

spontan menyebar, tetapi harus dirangsang dengan prosedur yang khusus (Ansel,

1989).

b) Basis gel hidrofilik

Dasaar gel hidrofilik umumnya terdiri dari molekul-molekul organik yang besar

dan dapat dilarutkan atau disatukan dengan molekul dari fase pendispersi. Istilah

hidrofilik berarti suka pada pelarut. Umumnya daya tarik menarik pada pelarut dari

bahan-bahan hidrofilik kebalikan dari tidak adanya daya tarik menarik dari bahan

hidrofobik. Sistem koloid hidrofilik biasanya lebih mudah untuk dibuat dan memiliki

stabilitas yang lebih besar (Ansel, 1989). Gel hidrofilik umummnya mengandung

komponen bahan pengembang, air, humektan dan bahan pengawet (Voigt, 1994).

1.7 Bahan Pembentuk Gel (Gelling Agent)

Bahan pembentuk gel, biasanya sebuah polimer dengan konsentrasi beberapa

persen, memberikan konsistensi semisolid pada formulasi baik fisik ataupun cross-

linking (taut silang) kimia. Gelling agent bersifat hidrofilik dan hidrofobik.

Bahan pembentuk gel yang biasa digunakan adalah turunan selulosa seperti

CMC Na dan HPMC (hidroksipropilmetil selulosa). Basis ini dapat menghasilkan gel

yang netral, jernih, tidak berwarna dan tidak berasa, stabil pada pH 3 hingga 11 dan

punya resistensi yang baik terhadap serangan mikroba serta memberikan kekuatan

film yang baik bila mengering pada kulit.

Gom alam dan polimer berfungsi dengan membentuk lapisan tipis pada

permukaan partikel. Pada saat dikempa, partikel cenderung beraglomerasi. Bahan

sangat larut seperti gula, mengikat partikel bersama dengan membentuk jembatan

kristal. Pengikat untuk proses granulasi basah biasanya dilarutkan dalam air atau

suatu pelarut biasanya berupa alkohol dan larutan pengikat digunakan untuk

membentuk masa basah/granul.

Dalam pengikatan partikel bersama yang berperan adalah ikatan van der walls

dan ikatan hidrogen. Contoh : mikrokristalin selulosa, gom arab. Penggunaan gelling

agent dengan konsentrasi yang tinggi mengakibatkan viskositas dari gel meningkat

pula sehingga bisa mengakibatkan gel akan sulit dikeluarkan dari wadahnya.

Temperatur yang tinggi pada saat penyimpanan akan mengakibatkan konsistensi dari

basis berubah, misalnya pada hydrogel yang sebagian besar solvennya berupa air

maka temperature yang tinggi akan mengakibatkan sebagian dari solvennya akan

menguap sehingga akan mengakibatkan perubahan pada struktur gel.

I.8 Cara Memperoleh Polimer Gel

b)a Gel tautan silang secara kimia.

Masa gel dapat diperoleh dengan cara memodifikasi suatu polimer, misalnya

mencampur dua eksipien yang dapat berinteraksi tertaut-silang (cross-linked) secara

kovalen merupakan bentuk yang paling sederhana untuk penghantaran obat, karena

dapat diperbaiki secara permanen dengan menggunakan ikatan kimia yang stabil.

Parameter yang penting dalam aplikasi penghantaran obat dari sediaan gel terletak

pada derajat mengembang dari gel tersebut.

b)b Gel yang terbentuk oleh polimer polisakarida.

Kelompok yang penting dari polimer pembentuk gel adalah polisakarida.

Pembentukan gel dalam system polisakarida cair umumnya diinduksi oleh

pembentukan heliks, kadang diikuti dengan agregasi dari heliks. Karena pembentukan

heliks melibatkan transisi dari bentuk koil menjadi struktur heliks, selanjutnya

menjadi heliks ganda (heliks agregat).

1.9 Sifat dan karakteristik gel dalam system dispersi

a) Sweling

Gel dapat mengembang karena komponen pembentuk gel dapat mengabsorbsi

larutan sehinga terjadi pertambahan volume. Pelarut akan berpenetrasi diantara

matriks gel dan terjadi interaksi antara pelarut dengan gel. Pengembangan gel

kurang sempurna bila terjadi ikatan silang antara polimer didalam matriks gel yang

dapat menyebabkan kelarutan kompoen gel berkurang.

b)Sineresis

Suatu proses yang terjadi akibat adanya kontraksi didalam massa gel. Cairan

yang terjerat akan keluar dan berada diatas permukaan gel. Pada waktu pembentukan

gel terjadi tekanan yang elastis, sehingga terbentuk massa gel yang tegar. Mekanisme

terjadi kontraksi berhubungan dengan fase relaksasi akibat adanya tekanan elastis

pada saat terbentuknya gel. Adanya perubahan pada ketegaan gel aka mengakibatkan

jarak antar matrik berubah, sehingga memungkinkan cairan bergerak menuju

permukaan sineresis dapat terjadi pada hidrogel maupun organogel.

c) Efek suhu

Efek suhu mempengaruhi gel. Gel dapat terbentuk melalui penurunan

temperatur tapi dapat juga pembentukan gel terjadi setelah pemanasan hingga suhu

tertentu.paa peningkaktan suhu larutan tersebut membentuk gel. Fenomena

pembentukan gel atau pemisahan fase yang disebabkan oleh pemanasan disebut

thermogelation.

d) Efek elektrolit

Kosentrasi elektrolit yang tinggi akan berpengaruh pada gel hidrofilik dimana

ion berkompetisi secara efektif dengan koloid terhadap pelarut yang ada dan koloid

digaramkan (melarut). Gel yang tidak terlalu hidrofilik dengan konsentrasi elektrolit

kecil akan meningkatkan rigiditas gel dan mengurangi waktu ntuk menyusun diri

sesudah pemberian tekanan geser. Gel Na-alginat akan segera mengeras dengan

adanya sejumlah konsentrasi ion kalsium yang disebabkan kerena terjadinya

pengendapan parsial dari alginat sebagai kalsium alginat yang tidak larut.

e) Elastisitas dan rigiditas

Sifat ini merupakan kaateristi dari gel gelatin agar dan nitroselulosa,selama

transformasi dari bentuk sol menjadi gel terjadi peningkatan elastisitas dengan

peningkatan konsntrasi pemrasi pembentuk gel.

f) Rheologi

Larutan pembentuk gel (gelling agent) dan dispersi padatan yang terflokulasi

memberikan sifat aliran pseudoplastis yang khas, dan menunjukkan jalan aliran non –

Newton yang dikarakterisasi oleh penurunan viskositas dan peningkatan laju aliran.

1.10 Evaluasi Sediaan

a) Organoleptis

Evaluasi organoleptis menggunakan panca indra, mulai dari bau, warna,

tekstur sedian, konsistensi pelaksanaan menggunakan subyek responden (dengan

kriteria tertentu) dengan menetapkan kriterianya pengujianya (macam dan item),

menghitung prosentase masing-masing kriteria yang di peroleh, pengambilan

keputusan dengan analisa statistik.

b) Homogenitas

Homogenitas sediaan gel ditunjukkan dengan tercampurnya bahan-bahan

yang digunakan dalam formula gel, baik bahan aktif maupun bahan tambahan secara

merata. Cara pengujian homogenitas yaitu dengan meletakkan gel pada objek glass

kemudian meratakannya untuk melihat adanya partikel-partikel kecil yang tidak

terdispersi sempurna.

c) Evaluasi pH

Evaluasi pH menggunakan alat pH meter, dengan cara perbandingan 60 g :

200 ml air yang di gunakan untuk mengencerkan, kemudian aduk hingga homogen,

dan diamkan agar mengendap, dan airnya yang di ukur dengan pH meter, catat hasil

yang tertera pada alat pH meter.

d) Evaluasi daya sebar

Dengan cara sejumlah zat tertentu di letakkan di atas kaca yang berskala.

Kemudian bagian atasnya di beri kaca yang sama, dan di tingkatkan bebannya, dan di

beri rentang waktu 1-2 menit. Kemudian diameter penyebaran diukur pada setiap

penambahan beban, saat sediaan berhenti menyebar (dengan waktu tertentu secara

teratur).

1.11 Keuntungan sediaan gel

a) Efek pendinginan pada kulit saat digunakan

b) Penampilan sediaan yang jernih dan elegan

c) Pada pemakaian di kulit setelah kering meninggalkan film tembus pandang,

elastis, daya lekat tinggi yang tidak menyumbat pori sehingga pernapasan pori

tidak terganggu

d) Mudah dicuci dengan air;

e) Pelepasan obatnya baik

f) Kemampuan penyebarannya pada kulit baik.

1.12 Kekurangan sediaan gel.

a) Gel dengan kandungan alkohol yang tinggi dapat menyebabkan pedih pada

wajah dan mata, penampilan yang buruk pada kulit bila terkena pemaparan

cahaya matahari.

b) Alkohol akan menguap dengan cepat dan meninggalkan film yang berpori

atau pecah-pecah sehingga tidak semua area tertutupi atau kontak dengan zat

aktif.

1.13 Hal yang Harus Diperhatikan dalam Pembuatan Gel.

a) Penampilan gel : transparan atau berbentuk suspensi partikel koloid yang

terdispersi, dimana dengan jumlah pelarut yang cukup banyak membentuk gel

koloid yang mempunyai struktur tiga dimensi.

b) Inkompatibilitas dapat terjadi dengan mencampur obat yang bersifat kationik

pada kombinasi zat aktif, pengawet atau surfaktan dengan pembentuk gel

yang bersifat anionik (terjadi inaktivasi atau pengendapan zat kationik

tersebut).

c) Gelling agents yang dipilih harus bersifat inert, aman dan tidak bereaksi

dengan komponen lain dalam formulasi.

d) Penggunaan polisakarida memerlukan penambahan pengawet sebab

polisakarida bersifat rentan terhadap mikroba.

e) Viskositas sediaan gel yang tepat, sehingga saat disimpan bersifat solid tapi

sifat soliditas tersebut mudah diubah dengan pengocokan sehingga mudah

dioleskan saat penggunaan topikal.

f) Pemilihan komponen dalam formula yang tidak banyak menimbulkan

perubahan viskositas saat disimpan di bawah temperatur yang tidak terkontrol.

g) Konsentrasi polimer sebagai gelling agents harus tepat sebab saat

penyimpanan dapat terjadi penurunan konsentrasi polimer yang dapat

menimbulkan syneresis (air mengambang diatas permukaan gel)

h) Pelarut yang digunakan tidak bersifat melarutkan gel, sebab bila daya adhesi

antar pelarut dan gel lebih besar dari daya kohesi antar gel maka sistem gel

akan rusak.

II. Mikrogel

Mikrogel dikenal juga dengan hidrogel dalam ukuran mikro (micronized

hydrogels). Hidrogel merupakan aplikasi yang berpotensi luar biasa dalam ilmu

biologi dan farmasi. Hidrogel sintesis merupakan polimer polimer dari grup hidrofilik

yang mengandung rantai rantai yang mengembang dalam air.

Dalam pembuatan mikrogel, monomer yang sering digunakan adalah (poly N-

isopropylacrylamide) (pNIPAm).

Gambar 2. Sifat Fisika pNIPAm

Mekanisme sintesis pNIPAm

2.2 Contoh pembuatan mikrogel

a) Penyiapan bulk hidrogel

(3-Acrylamidopropyl)-trimethylammonium chloride (APTMACl), acrylamide

(AAm) dan 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) digunakan sebagai monomer dan

siapkan seperti di bawah. Satu gram monomer dilarutkan dalam 0,5ml air yang

mengandung sejumlah cross-linker dan 100 mikro liter tetramethylethylenediamine

ditambahkan.0,5 ml dari 1 mol % ammonium perrsulfate ditambahkan ke campuran.

Setelah dicampur, larutan diinjeksi ke plastic straws (untuk mensintesis bulk).

Setelah itu ditunggu 24 jam untuk terjasinya polimerisasi/reaksi cross-linking dalalam

suhu ruang.

Gambar 3. Skema representasi dari formasi hidrogel a. struktur kimia dari sintesis hidrogel kationi, b. Pengembangan monomer yang memiliki misel ke bentuk nanogel

dan melepaskan surfaktan

Hidogel disimpan dalam air destilasi selama dua hari.

b) Penyiapan microgel atau nanogel

Mikrogel kation disintesis dalam larutan lecithin dalam sikloheksana melalui

teknik iradiasi UV dari jumlah yang berbeda dari Xs yang mengandung larutan

APTMACI dan azobisisobutyronitrile (AIBN). Ketika mencampur 0,1 ml larutan

prekursor APTMACI dengan 15 ml, 0,1 M larutan lecithin, sebuah gel transparan

bewarna kekuningan seperti larutan terbentuk. Gel ini diiradiasi selama delapan jam,

yang diikuti dengan proses pencucian atau penghilangan surfaktan. Aceton dan etanol

dalam volume 1:1 dipilih sebagai pelarut surfaktan. Untuk penghilangan surfaktan,

selanjutnya disentrifus 2500rpm selama 10 menit. Pengulangan sentrifus dan

pencucian dengan aseton dilakukan berulang.