RATIH ARYANI, M.Farm.,Apt.

STIKES BTH TASIKMALAYA

MIKROEMULSI DAN NANOEMULSI

DEFINISI

Nanoemulsi adalah sistem emulsi yang transparent , tembus cahaya dan merupakan dispersi minyak air yang distabilkan oleh lapisan film dari surfaktan atau molekul surfaktan, yang memiliki ukuran droplet 50 nm – 500 nm.

Nanoemulsi telah diterapkan dalam berbagai industri farmasi, diantaranya untuk sistem penghantar transdermal, bahan atau unsur yang potensial dalam beberapa produk perawatan tubuh, dan pembawa yang baik pada obat sehingga dapat meningkatkan bioavailabilitas obat dalam tubuh

DEFINISI

Termodinamika yang stabil : Tegangan antar muka yang sangat rendah 10-2-10-4

mN/m mN/m maka energi antaraksi diantara tetes diabaikan.

Memberikan energi bebas yang sangat rendah , sehingga dispersi secara termodinamika stabil.

Ukuran droplet nanoemulsi yang kecil membuat nanoemulsi stabil secara kinetik sehingga mencegah terjadinya kriming.

Keuntungan Sistem Nanoemulsi

Nanoemulsi memiliki keuntungan sebagai berikut : Ukuran tetesan sangat kecil menyebabkan penurunan pada gaya

gravitasi dan gerak brown yang mungkin cukup untuk mengatasi gravitasi. Hal ini berarti tidak terjadi creaming selama penyimpanan.

Ukuran tetesan yang kecil mencegah terjadinya flokulasi dan memungkinkan sistem untuk tetap tersebar tanpa adanya pemisahan, serta dapat mencegah koalesens.

Nanoemulsi cocok untuk penghantaran bahan aktif melewati kulit. Luas permukaan yang besar dari sistem emulsi memungkinkan penetrasi yang cepat dari bahan aktif.

Keuntungan Sistem Nanoemulsi

Nanoemulsi memiliki keuntungan sebagai berikut : Karena sifatnya yang transparan dan fluiditasnya (pada konsentrasi

minyak yang sesuai) dapat memberikan estetika yang menarik dan menyenangkan saat digunakan.

Karena ukuran yang kecil, nanoemulsi dapat melewati permukaan kulit yang kasar dan dapat meningkatkan penetrasi obat.

Ukuran tetesan yang kecil memudahakan penyebarannya dan penetrasi mungkin dapat ditingkatkan karena tegangan permukaan dan tegangan antarmuka yang rendah

Penggunaan nanoemulsion sebagai sistem penghantaran dapat meningkatkan efektivitas obat, sehingga dosis total dapat dikurangi dan dengan demikian meminimalkan efek samping.

Kekurangan Sistem Nanoemulsi

Nanoemulsi memiliki kerugian sebagai berikut : Penggunaan konsentrasi besar surfaktan kosurfaktan

yang diperlukan untuk menstabilkan nanodroplet.

Kapasitas pelarut terbatas untuk melarutkan zat yang memiliki titik lebur tinggi

Surfaktan yang digunakan harus tidak boleh beracun

Stabilitas nanoemulsion dipengaruhi oleh parameter lingkungan seperti suhu dan pH. Parameter ini dapat berubah setelah sampai pada pasien.

Surfaktan yang dipilih

Surfaktan yang dipilih untuk minyak tertentu haruslah :Menurunkan tegangan antarmuka menjadi nilai sangat rendah untuk membantu proses dispersi selama preparasi nanoemulsiyaitu yang dapat menurunkan tegangan antar muka sangat rendah (<10 -3 mN/m) antarmuka minyak / air yang untuk menghasilkan nanoemulsion.

Menunjukkan karakteristik hidrofil-lipofil yang sesuai untuk membentuk lapisan penutup antarmuka yang tepat pada daerah antarmuka untuk tipe mikroemulsi yang diinginkan, M/A, A/M atau bikontinu.

Membentuk lapisan tipis yang fleksibel yang segera dapat mengubah bentuk disekeliling tetesan halus.

Campuran Surfaktan-Kosurfaktan

Kebanyakan surfaktan berantai tunggal tidak menurunkan tegangan antarmuka secara mencukupi untuk membentuk mikro/nanoemulsi, atau tidak membentuk struktur yang benar (misal HLB).

Kosurfaktan ditambahkan untuk menurunkan lebih lanjut tegangan antarmuka diantara fasa minyak dan air, mengencerkan daerah hidrokarbon lapis tipis antarmuka, dan mempengaruhi lapis tipis penutupan.

Kosurfaktan yang sesuai umumnya molekul kecil, tipikal alkohol berantai pendek sampai medium (C3-C8) yang dapat berdifusi secara cepat diantara fasa ruahan minyak-air dan antarmuka.

Campuran Surfaktan-Kosurfaktan

Kosurfaktan dengan panjang rantai alkohol pendek hingga medium juga akan menjamin bahwa lapis tipis/film cukup fleksibel untuk segera mengalami deformasi di sekitar tetesan karena antaraksi diantara molekul surgaktan primer, baik antaraksi gugus kepala polar maupun antaraksi rantai hidrokarbon, menurun.

Bila menggunakan kosurfaktan rantai panjang lebih sering terbentuk fasa kristalin cair lamelar dibandingkan dengan bentuk fasa mikro/nanoemulsi

Surfaktan Berantai Rangkap Lesitin

Sistem yang mengandung minyak non toksik dan surfaktan fosfolipid rantai rangkap yang berasal dari alam seperti lesitin menunjukkan prospek yang baik.

Karakteristik larutan lesitin yang perlu diperhatikan : Suatu bagian nonpolar yang kuat disebabkan oleh 2 rantai

hidrokarbon panjang Suatu bagian polar yang kuat disebabkan oleh gugus kepala

polar “zwitter ionik” yang terhidrasi secara kuat. Suatu kesetimbangan mendekati daerah antara polar dan

nonpolar, walaupun sedikit agak bias ke arah lipofilik. Suatu tendensi kuat membentuk kristal cair lamelar.

Teori Pembentukan Mikro/Nanoemulsi

Pembentukan dan stabilitas suatu mikro/nanoemulsi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor, termasuk sifat dan berat molekul surfaktan, panjang rantai alkohol dan konsentrasi, serta kegaraman (salinity) dan temperatur.

Teori :1. Teori lapis tipis campuran antarmuka2. Teori solubilisasi3. Teori termodinamika

Teori Lapis Tipis Campuran Antarmuka

Lapis tipis (film) yang terbentuk pada antarmuka merupakan lapis tipis rangkap dua dari tipe M/A atau

A/M dari mikroemulsi yang terbentuk, tergantung pada lekukan atau penutupan pada antarmuka

(Schulman, dkk 1959).

Teori Solubilisasi

Minyak disolubilisasi oleh misel normal dan air disolubilisasi oleh misel terbalik (reverse micelles/

Gilbery dkk, 1970).

Teori Termodinamika

Pembentukan energi bebas harus bernilai negatif untuk membentuk mikroemulsi yang stabil secara

termodinamika (Paul dan Monlik. 1997; Attword, 1994)

Nanoemulsi VS Mikroemulsi

Nanoemulsi MikroemulsiStabil secara kinetika dan termodinamika.Tidak memiliki stabilitas jangka panjangMembutuhkan konsentrasi surfaktan yang lebih rendah untuk pembentukannya.Nanoemulsions umumnya mahal

Stabil secara termodinamikaStabilitas jangka panjangKonsentrasi surfaktan yang lebih tinggiLebih murah dibandingkan nanoemulsi

Nanoemulsi

NanoemulsiMakro emulsi

Teknik Pembuatan

Homogenisasi tekanan tinggi (high pressure homogenization)

Mikrofluidisasi (microfluidization)

High Pressure Homogenization

Metode ini menggunakan homogenisasi tekanan tinggi / piston homogenisasi untuk menghasilkan nanoemulsi dengan ukuran tetesan (droplet) hingga 1 nm

Microfluidisasi

Konsep dasar dari prosesor pompa microfluidizer tunggal dan interaksi ruang

Microfluidisasi

Melibatkan penggunaan perangkat yang Fluidizer mikroMenggunakan tekanan tinggi, pompa/tekanan

perpindahan (500-20000) psi, yang memaksa produk melewati ruang interaksi, yang terdiri dari saluran kecil yang disebut saluran mikro

Produk mengalir melalui saluran mikro menghasilkan partikel yang sangat halus dengan rentang submikron. Kedua larutan (fase air dan fase minyak) digabungkan bersama-sama dan diproses untuk mendapatkan nanoemulsion stabil.

Karakterisasi nanoemulsi

Transmission electron microscopyAnalisis ukuran droplet nanoemulsiPenentuan viskositasIndeks refraksiIn vitro skin permeation studiesTes iritasi kulitStudi invivoStudi stabilitas termodinamikaKarakterisasi permukaan

Transmission Electron Microscopy

Morfologi dan struktur nanoemulsion Formulasi nanoemulsion diencerkan dengan air (1/100)Setetes nanoemulsion disimpan pada film jaringan

berlubang dan diamati setelah pengeringan

Studi Stabilitas Termodinamika

Untuk mengatasi masalah formulasi metastabilFormulasi yang dipilih disentrifugasi pada 3500 rpm

selama 30 menitSiklus pemanasan dan pendinginan siklusDilakukan enam siklus antara suhu kulkas dari 4oC dan

45oC selama 48 jam.Freeze-thaw siklus dilakukan antara -21oC dan +25oC.

Ananlisis Ukuran Droplet (Tetesan)

Ukuran tetesan dari nanoemulsion ditentukan oleh spektroskopi korelasi foton (photon correlation spectroscopy)

Sebanyak (0,1 ml) nanoemulsi didispersikan dalam air 50 ml.

Pengukuran dilakukan dengan menggunakan Zetasizer 1000 HS

Cahaya hamburan dipantau pada temperatur 25oC pada sudut 90o

Penentuan Viskositas

Viskositas formulasi (0,5 g) ditentukan tanpa pengenceran menggunakan brokfiled DV III ultra-V6.0 RV kerucut dan plat Rheometer pada 25 ± 0.5oC.

Salah satu software yang digunakan untuk perhitungan viskositas adalah v2.6 rheocalc.

Aplikasi Nanoemulsion

KosmetikAntimikrobaVaksin mukosaDisinfektan Nanoemulsion dalam pengobatan berbagai kondisi penyakit

lainnyaFormulasi nanoemulsion untuk meningkatkan pemberian oral obat

yang sukar larutNanoemulsions sebagai vehicle untuk sediaan transdermalNanoemulsion dalam teknologi kultur selNanoemulsion dalam terapi kanker dan dalam pemberian obat

yang ditargetkan

Aplikasi Nanoemulsion

Parenteral deliveryOral drug deliveryTopical drug deliveryOcular and Pulmonary deliveryNanoemulsion in biotechnology

Aplikasi Nanoemulsion

Parenteral deliveryFormulasi nanoemulsion memiliki keunggulan yang berbeda atas sistem macroemulsion ketika diberikan secara parenteral karena partikel nanoemulsi lebih lambat termetabolisme (dibersihkan) dari emulsi partikel kasar dan karena itu memiliki waktu tinggal lebih lama di dalam tubuh.

Oral drug deliveryFormulasi nanoemulsion menawarkan beberapa keuntungan atas formulasi oral konvensional untuk pemberian oral termasuk peningkatan penyerapan, meningkatkan potensi klinis, dan penurunan toksisitas obat. Oleh karena itu, nanoemulsion telah dilaporkan merupakan penghantaran yang ideal obat-obatan seperti steroid, hormon, diuretik dan antibiotik

Aplikasi Nanoemulsion

Topical drug deliveryPenggunaan lesitin / IPP / air nanoemulsi untuk penghantaran transdermal indometasin dan diklofenak juga telah dilaporkan dapat meningkatkan permeabilitas stratum korneum manusia.

Ocular and Pulmonary deliveryO/W nanoemulsi telah diteliti untuk penghantaran okular, untuk melarutkan obat yang sukar larut, untuk meningkatkan penyerapan dan untuk mencapai memperpanjang profil rilis.Nanoemulsi yang mengandung pilocarpin dirumuskan menggunakan lesitin, propilen glikol dan PEG 200 sebagai kosurfaktan dan IPM sebagai fase minyak.

Aplikasi Nanoemulsion

Nanoemulsion in biotechnologyDalam sistem biologis banyak enzim beroperasi pada

antarmuka antara hidrofobik dan hidrofilik dan antarmuka ini dapat stabil oleh lipid polar dan amfifilik alami lainnya.

Katalisis enzimatik dalam nanoemulsion telah digunakan untuk berbagai reaksi, seperti sintesis ester, peptided dan gula asetal transesterifikasi; berbagai reaksi hidrolisis dan transformasi steroid. Enzim lipase adalah yang paling banyak digunakan dalam reaksi mikroemulsi.