BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Hidrogelrepository.ump.ac.id/4356/3/BAB II_ROYYAN IFANI DINI_TKIM...4...
Transcript of BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Hidrogelrepository.ump.ac.id/4356/3/BAB II_ROYYAN IFANI DINI_TKIM...4...
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Hidrogel
Hidrogel adalah salah satu jenis makro molekul polimer hidrofilik yang
berbentuk jaringan berikatan silang, mempunyai kemampuan mengembang dalam
air (swelling), serta memiliki daya diffusi air yang tinggi. Oleh karena sifat fisik
yang khas tersebut, pada awalnya hidrogel disintesis untuk digunakan sebagai
matriks pengekang/pelepasan obat, kontak lensa, immobilisasi enzim dan sel.
Lebih jauh lagi, sesuai dengan perkembangan teknologi dan kebutuhan akan
bahan baru yang dapat diaplikasikan di bidang kesehatan, aplikasi hidrogel pada
beberapa tahun belakangan ini diteliti dan dikembangkan untuk aplikasi di bidang
biomedis. Salah satu aplikasi hidrogel dengan prospek yang menjajikan adalah
untuk pembalut luka bakar. Hal ini didasarkan pada sifat fisik lainnya dari
hidrogel yaitu kemampuannya dalam mengekang air, bersifat sebagai pembasah
permukaan dan biokompatibel terhadap tubuh. Khususnya untuk pembalut luka
bakar, pemakaian hidrogel tidak memberikan efek penyembuhan yang maksimal
dikarenakan hidrogel hanya bersifat sebagai pendingin. Oleh karena itu, perlu
ditambahkan suatu antibiotik yang akan menaikkan kinerja dari hidrogel untuk
penyembuh luka, misalnya antibiotik (Erizal,2008).
Hidrogel merupakan jaringan makro molekul yang mampu menyerap dan
melepas air secara reversibel berdasarkan stimulan eksternal (Sannino et al.,
2009).
2.2 Polietilen Oksida
Etilen Oksida merupakan struktur carbon membentuk cincin oksigen yang
bersenyawa tiga dengan rumus struktur -O(CH2–CH2)O-. Meskipun senyawa ini
digunakan sebagai insektisida, sebagai furmigan dan sebagai agen sterilisasi,
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
5
namun dalam penggunaan fungsionalnya bervariasi. Kegunaan terpenting dari
etilen oksida sebagai zat antara kimia yang sangat reaktif. Faktor – factor yang
menyebabkan reaktivitas tinggi karena etilen oksida mempunyai energy regangan
besar dari cincin oksigen yang bersenyawa tiga, adanya ikatan piena etena-
oksigen, dan adanya bentuk hybrid resonansi + CH2–CH2O dan -OCH2–CH2 +.
Sebagian besar senyawa yang mengandung atom hydrogen aktif akan
menambah etilen oksida. Contohnya etilen oksida bereaksi dengan air membentuk
etilen glikol, dengan hydrogen halida membentuk monoalkyl etilen glikol, dan
dengan alcohol membentuk monoalkiletil etilena glikol. Namun dalam hal ini
fokus utamanya membentuk polimerisasi etilen oksida yaitu dengan penambahan
etilen oksida ke molekul etilen oksida lainnya untuk membentuk poli (etilen
oksida).
Polietilen oksida adalah kristal yang termasuk termoplastik dan merupakan
polimer hidrofilik artinya dapat larut dalam air dengan struktur kimia relatif
sangat sederhana, yaitu tersusun dari pengulangan unit: -CH2-CH2-O. Polietilen
oksida tersedia secara komersial dalam berbagai macam berat molekul seperti
etilena glikol, dietilen glikol dan seterusnya sampai polimer dengan berat molekul
lebih dari satu juta. Berat molekul rendah sampai 150 umumnya berupa polietilen
glikol sedangkan berat molekul yan lebih tinggi dikenal sebagai poli (etilena
oksida), poli oksietilen atau polioksiran. Berbagai jenis polietilen oksida dilihat
dari berat molekulnya dibagi menjadi dua, yaitu berat molekul yang rendah
berwujud cairan viskos sampai padat seperti lilin sedangkan jika semakin tinggi
berupa termoplastik yang dapat di bentuk sesuai cetakan.
Kelarutan polietilen oksida adalah air dan sejumlah pelarut organic seperti
asetonitril, anisol, chloroform, etilen diklorida, dan dimetil formida. Tidak larut
dalam hidrokarbon alifatik, dietilen glikol, etilen glikol dan gliserin. Meskipun
polimer dalam hidrokarbon aromatik memiliki kelarutan suhu ruangan yang
rendah, namun pada suhu tinggi dapat larut dalam benzen dan toluene.
PEO bersifat inert terhadap biopolimer (termasuk protein, darah, dan
jaringan sel), maka PEO dapat digunakan sebagai bahan dasar, terutama dalam
bentuk hidrogel untuk pembuatan berbagai jenis alat kedokteran, kesehatan dan
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
6
farmasi, seperti: pembalut luka, "suture", kontak lens, membran dialisis, dan alat
pelepas obat secara terkontrol. Di samping itu, PEO dapat pula digunakan untuk
melapisi beberapa alat kedokteran/kesehatan yang berhubungan langsung dengan
jaringan tubuh dan darah, misalnya kateter dan vaskuler protese. Salah satu cara
yang mudah untuk menghasilkan hidrogel PEO ialah dengan mengiradiasi larutan
PEO dengan radiasi pengion, baik dengan sinar gamma maupun dengan berkas
elektron. Beberapa peneliti telah mempelajari radiolisis PEO yang diiradiasi
dalam larutan air, tetapi belum satu pun yang membahas secara menyeluruh
bagaimana proses yang terjadi dalam larutan PEO yang diiradiasi mulai dari tahap
awal (terbentuknya makro radikal PEO) sampai terbentuknya hidrogel yang
merupakan jaringan tiga dimensi (crosslinking) (Zainudin, 1996).
Gambar 2.1. Struktur molekul Polietilen Oksida
Polietilen glikol (PEG) adalah polimer yang dapat dirumuskan oleh
formula HOCH2(CH2OCH2)nCH2OH. Nilai n dapat berkisar dari 1 sampai nilai
yang sangat besar, karena itu berat molekul dari PEG ini dapat berkisar antara
150-10.000. Senyawa yang memiliki berat molekul dari 150-700 berbentuk
cairan, dimana senyawa yang berat molekulnya 1.000-10.000 berbentuk padatan.
Senyawa glikol dengan berat molekul yang rendah biasanya digunakan untuk
larutan kental dimana campuran glikol ini biasanya dimanfaatkan sebagai basis
salep larut air (Grosser, et al., 2011).
Polietilen glikol 400 adalah polietilen glikol H(O-CH2-CH2)n OH dimana
harga n antara 8,2 dan 9,1. Pemerian: cairan kental jernih, tidak berwarna atau
praktis tidak berwarna, bau khas lemah, agak higroskopik. Kelarutan: larut dalam
air, dalam etanol (95%) P, dalam aseton P, dalam glikol lain dan dalam
hidrokarbon aromatik, praktis tidak larut dalam eter P dan dalam hidrokarbon
alifatik. Bobot molekul rata-rata: 380-420. Kandungan Lembab:Sangat
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
7
higroskopis walaupun higroskopis turun dengan meningkatnya bobot molekul,
titik beku 4-8ºC (Depkes RI, 1979).
Polietilen glikol 4.000, 6.000 dan 8.000 berbentuk serbuk putih dengan
tekstur seperti lilin dan berwarna seperti parafin. Sangat larut dalam air dan dalam
diklorometan, dan sedikit larut dalam alkohol (Sweetman, 2009).
Polietilen glikol dapat menunjukkan aktivitas oksidasi jika terjadi
inkompatibilitas. Aktivitas anti bakteri dari bactricin atau benzil penicilin dapat
dikurangi jika diformulasi dengan salep yang mengandung basis PEG ini
(Sweetman, 2009).
Salah satu polimer yang umum digunakan pada pembuatan dispersi padat
adalah PEG. PEG disebut juga makrogol, merupakan polimer sintetik dari
oksietilen dengan rumus struktur H(OCH2CH2)nOH, dimana n adalah jumlah rata-
rata gugus oksietilen. PEG umumnya memiliki bobot molekul antara 200-
300.000. Penamaan PEG umumnya ditentukan dengan bilangan yang
menunjukkan bobot molekul rata-rata. Konsistensinya sangat dipengaruhi oleh
bobot molekul. PEG dengan bobot molekul 200-600 (PEG 200-600) berbentuk
cair, PEG 1500 semi padat, dan PEG 3000-20.000 atau lebih berupa padatan semi
kristalin dan PEG dengan bobot molekul lebih besar dari 100.000 berbentuk
seperti resin pada suhu kamar. Umumnya PEG dengan bobot molekul 1.500-
20.000 yang digunakan untuk pembuatan dispersi padat (Leuner dan Dressman,
2000; Rowe, et al., 2003).
PEG merupakan salah satu jenis bahan pembawa yang sering digunakan
sebagai bahan tambahan dalam suatu formulasi untuk meningkatkan pelarutan
obat yang sukar larut. Bahan ini merupakan salah satu jenis polimer yang dapat
membentuk komplek polimer pada molekul organik apabila ditambahkan dalam
formulasi. Cangkang kapsul dengan menggunakan basis polietilen glikol memiliki
beberapa keuntungan karena sifatnya yang inert, tidak mudah terhidrolisis, tidak
membantu pertumbuhan jamur (Martin, dkk., 1993).
Polietilen glikol (PEG) yang dikenal juga dengan nama polietilen
oksida (PEO) atau polioksi etilen (POE) merupakan jenis polieter komersil
yang paling penting. PEG, PEO atau POE merupakan oligomer atau polimer
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
8
dari etilen oksida. Perbedaan ketiga nama tersebut terletak pada masa
molekulnya.
PEG merupakan oligomer dan polimer dengan massa molekul di
bawah 20.000 g/mol. PEG dibuat melalui polimerisasi etilen oksida dan
secara komersil tersedia dalam rentang berat molekul yang luas dari 300
g/mol sampai 10.000 g/mol. Walaupun PEG dan PEO dengan berat molekul
yang berbeda digunakan dalam aplikasi yang berbeda dan mempunyai
perbedaan fisika seperti (viskositas) karena pengaruh panjang rantai, tetapi
sifat fisik kimia keduanya hampir sama.
Polietilen glikol (PEG) merupakan jenis polieter komersil yang paling
penting. Polietilen glikol mempunyai beberapa sifat kimia yang membuatnya
istimewa dalam berbagai bidang seperti biologi, kimia dan farmasi. Sifat-sifat
tersebut diantaranya, tidak beracun (non-toksik), hidrofilik dan memiliki
fleksibilitas yang tinggi. PEG dibuat melalui polimerisasi etilen glikol pada
Gambar 2.3.
Gambar 2.2. Reaksi polimerisasi etilen glikol
PEG sering digunakan dalam bidang farmasi karena sifat biokompatibilitas
dan non-toksik serta kelarutannya yang baik dalam air maupun pelarut
umum lainnya. PEG juga sering digunakan sebagai platisizer yang baik
dalam industri polimer (Arfah, 2013).
2.3 Polietilen Glikol Diakrilat
Polietilena glikol diakrilat (PEGDA) merupakan polimer sintetik yang
telah digunakan untuk menyelidiki rekayasa jaringan termasuk tulang rawan dan
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
9
kornea. PEGDA merupakan senyawa non-toksik dan menghasilkan respon
minimal imunogenik. Variasi berat molekul PEGDA atau konsentrasi larutan
mengubah kinetika polimerisasi dan mengubah sifat mekanik darigel. Dimana gel
ini digunakan untuk pencegahan restenosis dan adhesi luka pasca bedah. (Amelia
Zellander, et.al, 2013)
PEGDA merupakan aplikasi polimer yang terdiri dari molekul yang sangat
panjang dengan rantai atom karbon sebagai tulang punggung. Molekul-molekul
panjang yang dibuat dengan menghubungkan bersama serangkaian molekul yang
lebih kecil (monomer) atau kelompok molekul yang lebih kecil (oligomer). Ikatan
molekul kecil yang panjang biasanya dilakukan untuk memecah ikatan tak jenuh
karbon dalam molekul monomer, yang menciptakan reaksi berantai dari monomer
membentuk rantai panjang. Untuk mendapatkan reaksi berantai ini dimulai pada
polimerisasi foto, yang digunakan untuk foto inisiator. Foto-inisiator ini sensitive
terhadap cahaya dan pada penyerapan foton, serta membentuk radikal yang
mampu memecah ikatan tak jenuh dalam monomer dan mengikatnya untuk
menghasilkan monomer radikal dengan molekul foto-inisiator yang melekat pada
monomer tersebut. Setelahnya terbentuk radikal yang selanjutnya dapat memecah
ikatan jenuh lain dan menempel pada monomer kedua. Hasil proses ini dalam
reaksi berantai sampai dua radikal bertemu dan membentuk selesai rantai.
Salah satu karakteristik dari PEGDA adalah mampu bertahan pada
permukaan dan struktur berbagai jenis sel dimana PEGDA itu adalah bio-
kompatibel. PEGDA telah digunakan untuk sejumlah aplikasi yang berbeda
seperti rekayasa jaringan. Beberapa contoh aplikasi tersebut untuk rekayasa
jaringan katup jantung atau penciptaan partikel PEGDA yang mengandung sel-sel
dengan tujuan sebagai obat.
Berat molekul PEGDA 3460 pada suhu kamar berupa bubuk putih,
sementara itu PEGDA BM 700 berbentuk gel ketika dipadatkan pada suhu 6°C
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
10
dan cair pada suhu kamar. Selanjutnya PEGDA BM 600 berbentuk cair ketika
disimpan dalam suhu kamar.
Berbagai jenis PEGDA digunakan berbeda sesuai berat molekul, dan
mempunyai rantai panjang yang berbeda. Selain itu crosslinking dari berat
molekul yang berbeda akan merubah densitas polimer serta sifat mekanik dari
polimer tersebut (Diedrik, 2014).
Gambar 2.3. Polietilena Glikol dan turunannya
2.4 Material dan Aplikasi Hidrogel
Hidrogel dapat disintesis baik menggunakan polimer alami maupun
sintetis.Terdapat tiga komponen utama material hidrogel yaitu polimer utama,
polimer sekunder, dan material perantara pengkait silang (cross-linking agents).
Polimer utama digunakan sebagai basis struktur hidrogel. Sedangkan polimer
sekunder diutamakan untuk menambah properti hidrogel untuk tujuan
peningkatan performa. Keberadaan dua polimer tersebut dapat saling
dipertukarkan tergantung sifat-sifat hidrogel yang akan dicapai. Penggunaan
material perantara pengkait silang bersifat opsional tergantung metode sintesis
yang diterapkan. Beberapa teknik sintesis hidrogel, seperti metoda radiasi, tidak
menggunakan material pengkait silang, melainkan menggunakan radiasi berenergi
tinggi (sinar gamma dan radiasi elektron) (Hari adi, 2012).
Beberapa polimer yang sudah digunakan sebagai material dasar hidrogel
terkait dengan aplikasinya disajikan pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1. Material dan aplikasi hidrogel.
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
11
Bidang Aplikasi Material Poimer Sumber
Pertanian,
pengelolaan limbah,
teknologi separasi
starch, xanthan, polyvinyl
alcohol,poly (vinyl methyl ether),
poly (N-isopropyl acrylamide),
hitosan, carboxymethyl cellulose
(Aouada et al, 2011) ;
(Reman et al., 2011),
(Chatterjee et al.,
2010)
Kedokteran,
perawatan luka
polyurethane, poly(ethylene
glycol), poly(propylene glycol),
poly(vinyl pyrolidone),
polyethylene glycol, xanthan,
methyl cellulose, carboxymethyl
celllose, alginate, hyaluronan dan
hydrocolloids
(Yang et al., 2010)
Farmasi (drug
delivery)
poly(vinylpyrrolidone), starch,
poly(vinylpyrrolidone),
poly(acrylic acid) carboxymethyl
cellulose, hydroxypropyl methyl
cellulose, polyvinyl alcohol,
acrylic acid, methacrylic acid,
chitosan, αβ-glycerophosphate, k-
carrageenan, acrylic acid, 2-
acrylamido-2-
methylpropanesulfonic acid
acrylic acid, carboxymethyl
cellulose
(Rani et al., 2010;Zhou
et al., 2011)
Material gigi hydrocolloids (Ghatti karaya,
Kerensisgum)
(Gulrez et al., 2011)
Tissue Engineerig,
teknologi implan
poly(vinylalcohol), poly(acrylic
acid), hyaluronan, collagen
(Gulrez et al., 2011)
Sistem injeksi
polimer
polyesters, polyphospaxenes,
polypeptides, chitosan, β-hairpin
peptide
(Gulrez et al., 2011)
Kosmetik starch, gum arabic, xanthan,
pectin, carrageenan, gellan,
welan, guar gum, locust, bean
gum, alginate, heparin, chitin dan
chitosan
(Gulrez et al., 2011)
Sensor Poly(vinyl alcohol), poly(acrylic
acid), methacrylic acid,
poly(ethylene glycol)
dimethacrylate
(Richter et al., 2008)
2.5 Struktur dan Komposisi Hidrogel
Sebagai akibat proses reaksi radikal bebas yang berkesinambungan
membentuk ikatan silang, maka makromolekul yang terbentuk pada tahap awal
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
12
reaksi selanjutnya berinteraksi secara kontinyu dengan molekul lainnya baik
secara kimia maupun fisika sehingga tercapai kondisi yang stabil. Sebagai hasil
akhir proses reaksi tersebut adalah terbentuknya suatu kerangka jaringan unik
yang penampilannya secara mikroskopik disajikan pada Gambar 2.5. dan 2.6.
Gambar 2.4. Struktur kerangka jaringan hidrogel
Gambar 2.5. Struktur penampang hidrogel
Keterangan gambar :
A) Rantai hidrofilik, B) Rantai antar cabang (inter chain /inks), C) Lilitan
(Entang element), D) Lingkar 1 (loop 1), E) Lingkar 2 ( loop 2), F) Air terikat
(bound water), G) Air bebas (free water) dalam pori.
Dari Gambar 3 terlihat bahwa hidrogel berpori dalam struktur jaringannya.
Ditinjau dari penampangnya (Gambar 4) terlihat bahwa hidrogel pada dasarnya
adalah jaringan yang dibentuk dari rantai hidrofilik, rantai antar cabang yang
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
13
berbentuk lingkaran dan lilitan-lilitan rantai kimia membentuk pori. Adanya rantai
hidrofilik dan pori tersebut menyebabkan hidrogel dapat mengikat air secara be
bas dan terikat, dan hal inilah menyebabkan hidrogel bersifat swelling dalam air.
Bentuk jaringan hidrogel dengan adanya pori-pori, sifat fisiko-kimia yang
khas serta komposisi jaringan, telah banyak dimanfaatkan untuk keperluan
imobilisasi obat, sel, dan enzim. Selain itu, struktur jaringan tersebut dapat
dipenetrasi oleh zat-zat bioaktif antara lain sel, obat dan baik zat organik maupun
anorganik Struktur jaringan ini dikenal secara umum sebagai interpenetrating
polymer networks (IPNs) (Erizal, 2010).
2.6 Hidrofilisitas dan Hidrofobisitas Hidrogel
Hidrofilisitas dan hidrofobisitas merupakan bagian hidrogel yang penting
berfungsi mengontrol karakter sifat fisiko-kimianya. Hidrofilisitas hidrogel
disebabkan oleh gugus fungsi hidrofilik pada rantai hidrofilik yang dapat dihidrasi
oleh air dengan ikatan hidrogen yang relatif kuat (bound water). Air yang terikat
ini relatif sukar dikeluarkan dari jaringan hidrogel dibandingkan dari air bebas
(free water) yang mengisi pori-pori hidrogel.
Berdasarkan sifat kimia gugus fungsi hidrofilik yang terikat pada rantai
hidrofilik, rantai hidrofilik dapat saling berikatan satu dengan lainnya membentuk
cabang yang kompleks dengan struktur tiga dimensi yaitu ikatan kovalen maupun
ikatan fisika yang stabil dalam air. Beberapa jenis unit hidrofilik yang mengontrol
hidrofilisitas hidrogel antara lain adalah gugus -OH, -COOH, CONH2, S03H,
NH2, S02-, S03-, CO2-. Selain mengandung sisi hidrofilik, hidrogel juga
mengandung sisi hidrofobik yang memegang peranan penting dalam mengontrol
karakter hidrogel. Sisi hidrofobik hidrogel pada umumnya terdapat pada cabang
ikatan kovalen C-C dan ikatan hetero kovalen yang terbentuk selama proses
sintesis berlangsung. Sifat hidrofobik lainnya disumbangkan oleh ikatan hetero
kovalen berasal dari gugus rantai eter, imida, amida, diester, dan glutaraldehid.
Selain itu, ikatan kovalen C-C dan hetero kovalen merupakan bagian hidrogel
yang sukar disolvasi oleh air serta ikatan C-C backbone, rantai non polar, dan
ikatan -C=C terkonjugasi.
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
14
Bagian-bagian tersebut dapat berinteraksi dengan bagian lainnya
berdasarkan ikatan intermolekuler yang bersifat interaksi kohesif misalnya, ikatan
non polar, polar, interaksi ionik, dan ikatan hidrogen. Hidrofilisitas dan
hidrofobisitas hidrogel selalu berada dalam keadaan setimbang. Namun demikian,
keadaan setimbang tersebut dapat terganggu oleh adanya perubahan dari kondisi
lingkungan misalnya, perubahan pH, medan listrik, suhu, cahaya, radiasi,
mekanik, dan medan magnit.
2.7 Sifat Fisiko-Kimia Hidrogel
2.7.1. Termoplastik dan Termoset
Hidrogel berdasarkan asal-usulnya dapat berasal sebagai hasil proses
sintesis alami dan proses kimia atau fisika. Hidrogel yang terbentuk secara alami
pada umumnya berasal dari proses biologis yang terjadi di dalam tanaman dan
hewan misalnya, agar, gel lidah buaya, dekstran, gelatin dan alginat, sedangkan
hidrogel sintetik pada umumnya sebagai komponen utamanya adalah
monomer/polimer sintetik. Sifat fisik produk yang dihasilkan dari hidrogel
sintetik bersifat sebagai termoplastik dan termoset. Termoplastik hidrogel dapat
larut dalam air, alkohol dan ikatan silang yang terbentuk terjadi berdasarkan
proses interaksi fisika dan mudah meleleh, sedangkan termoset adalah jenis
hidrogel yang dibentuk berdasarkan ikatan silang kovalen bersifat rapuh serta
bentuk relatif stabil.
2.7.2. Penyerapan Air (Water absorption)
Jika hidrogel kering direndam dalam air, pada awalnya molekul air akan
menghidrasi gugus yang paling polar dalam rantai molekulnya, gugus hidrofilik,
dan gugus ionik serta gugus-gugus fungsi yang dapat membentuk ikatan hidrogen.
Air yang terikat sebagai akibat ikatan hidrogen kovalen dikenal sebagai air terikat
utama. Hal selanjutnya yang terjadi selama proses tersebut yaitu rantai molekul
dalam jaringan hidrogel mulai mengembang disertai dengan gugus-gugus fungsi
hidrofobik mulai tersingkap (exposed) pada molekul-molekul air dan berinteraksi
melalui interaksi hidrofobik membentuk sistem dengan entropi yang relatif rendah
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
15
melapisi gugus hidrofobik. Air yang dihasilkan dari proses interaksi tesebut
dikenal sebagai air terikat sekunder. Jika interaksi antara air dengan pungung
polimer telah mencapai keadaan jenuh, jaringan hidrogel akan menghambat air
dan selanjutnya berekspansi membentuk keadaan setimbang. Air yang dihasilkan
dari proses tersebut dikenal sebagai air bebas (free water) yang mengisi pori-pori
dan mikropori atau lobang-Iobang dalam hidrogel yang menyebabkan hidrogel
swelling. Proses swelling pada hidrogel berlangsung secara kontinyu yang
disebabkan oleh adanya tekanan osmosa, dan akhirnya mencapai keadaan
setimbang. Keadaan setimbang hidrogel disebut sebagai kondisi swelling.
Parameter yang umumnya digunakan untuk menyatakan jumlah air terserap pada
hidrogel digunakan rumus :
Air yang terserap = W1-W0/W1 x 100%
dengan
W0 = Berat hidrogel dalam keadaan kering (gr)
W1 =Berat hidrogel dalam keadaan basah (gr)
Selain parameter tersebut digunakan untuk menyatakan kondisi swelling hidrogel
dapat pula digunakan parameter lainnya khusus untuk kondisi swelling hidrogel
yang relative besar yaitu dengan rumus :
Rasio Swellig = WS / WK
dengan
WS = Berat hidrogel dalam keadan swelling (gr)
WK = Berat hidrogel dalam keadan kering(gr)
2.7.3. Fraksi Gel
Fraksi gel merupakan ukuran jumlah ikatan silang (crosslink) molekul
primer yang terbentuk akibat proses freezing and thawing dan dinyakatan dalam
persen. Evaluasi fraksi gel dilakukan dengan mengeringkan basis hidrogel pada
suhu 50°C untuk menghilangkan air yang terkandung didalam hidrogel kemudian
dilakukan perendaman selama 24 jam dalam aquades. Metode ini menggunakan
metode gravimetri. Hidrogel hasil perendaman kemudian dikeringkan kembali
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
16
untuk melihat fraksi yang masih tersisa. Banyaknya fraksi yang tidak terlarut
menunjukan ikatan silang yang terbentuk dari hidrogel. (Rikka, 2015)
2.7.4. Swelling-Deswelling
Swelling (pengembangan) adalah peningkatan volume suatu material pada
saat kontak dengan cairan, gas, atau uap. Pengujian ini dilakukan antara lain untuk
memprediksi zat yang bisa terdifusi melalui material-material tertentu. Ketika
suatu biopolimer kontak dengan cairan, misalnya air, terjadinya pengembangan
disebabkan adanya termodinamika yang bersesuaian antara rantai polimer dan air
serta adanya gaya tarik yang disebabkan efek ikatan silang yang terjadi pada
rantai polimer. Kesetimbangan swelling dicapai, ketika kedua kekuatan ini sama
besar. Berhubung sifat termodinamika polimer dalam larutan berbeda-beda, maka
tidak ada teori yang bisa memprediksikan dengan pasti tentang sifat
pengembangan. Ketika matriks mengembang, mobilitas rantai polimer bertambah,
sehingga memudahkan penetrasi pelarut. Selain itu, ion-ion kecil yang
terperangkap dalam matriks, berdifusi meninggalkan matriks, sehingga
memberikan peluang yang lebih besar bagi pelarut untuk mengisi ruang-ruang
kosong yang ditinggalkan. Pengembangan matriks alginat-kitosan, kemungkinan
disebabkan masih adanya ion COO- yang bersifat hidrofilik dalam matriks.
Sediaan lepas lambat merupakan bentuk sediaan yang dirancang untuk
melepaskan obatnya ke dalam tubuh secara perlahan-lahan atau bertahap supaya
pelepasannya lebih lama dan memperpanjang aksi obat (Arfah, 2013).
Deswelling adalah kondisi hidrogel dalam kondisi menciut (shrinked).
Terjadinya kondisi swelling-deswelling hidrogel merupakan keadaan perubahan
fisika yang dapat ditinjau dari hukum termodinamika materi berdasarkan energi
bebas Gibbs (G), entalpy (H) dan entropi (S) terhadap system terdiri dari hidrogel
yang diwakili oleh polimer (P) berikatan silang dan pelarut (W). Kondisi swelling-
deswelling secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan:
∆G = Gsol – Go
∆G < 0 (deswelling)
∆G > 0 (swelling)
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
17
Go adalah kondisi air dan polimer terpisah dan masing-masing berada
dalam keadaan setimbang dengan nilai S =0 dan Gso1 adalah kondisi hidrogel
swelling (air masuk ke dalam kerangka jaringan hidrogel). Keadaan setimbang
tersebut dipengaruhi oleh suhu, entalpi dan entropi sistem. Hubungan fungsi-
fungsi tersebut dengan energi bebas Gibbs dirumuskan sebagai:
∆G = ∆H – T ∆S
Jika suhu dinaikkan, entropi sistem akan meningkat, maka t.G>O,
hidrogel akan swelling atau sebaliknya t.G < 0, hidrogel akan deswelling. Pada
kondisi swelling, air akan masuk secara acak ke dalam hidrogel hingga tercapai
keadaan setimbang.
2.7.5. Absorpsi
Sifat absorbsi hidrogel adalah sifat permukaan yang khas hidrogel. Pada
umumnya senyawa yang dapat diabsorpsi oleh hidrogel adalah senyawa larut
dalam air yang dipengaruhi oleh ukuran diameter senyawa, sedang sebagian besar
senyawa non polar tidak dapat diabsorpsi oleh hidrogel. Parameter yang
umumnya digunakan untuk mengontrol terjadinya absorpsi senyawa pada hidrogel
adalah koefisien partisi dan derajat hidrasi yang dirumuskan sebagai :
H = V1 / V0
R = Cs / Cs’
dengan
H = Derajat hidrasi, V1 dan Vo = volume cairan dan volume gel r= koefisien
partisi, Cs dan Cs' = konsentrasi senyawa dalam hidrogel dan cairan. Sifat
absorpsi hidrogel dipengaruhi oleh sifat interaksi antara senyawa dengan hidrogel
dan beberapa kemungkinan yang terjadi sebagai akibat interaksi tersebut antara
lain adalah:
• Solvasi gugus hidrofilik Solvasi gugus hidrofilik yang menyebabkan derajat
hidrasi meningkat, hidrogel akan swelling dan koefisien partisi naik.
• Interaksi ionik
Interaksi ionik dapat berupa interaksi dengan muatan ionik yang sama dan muatan
yang berbeda antara hidrogel dan senyawa. Pada muatan yang sama, senyawa
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
18
tidak dapat diabsorpsi oleh hidrogel, sedangkan pada keadaan muatan yang
berbeda terjadi ikatan ionik antara senyawa dengan hidrogel.
• Penolakan senyawa oleh hidrogel
Hal ini disebabkan oleh tidak larutnya senyawa pada matriks polimer hidrogel dan
karena ukuran senyawa relatif besar dibandingkan ukuran pori hidrogel. Karena
adanya sifat absorpsi tersebut, hidrogel dapat digunakan untuk pelepasan obat
terkendali, ekstraksi kontaminan dalam suatu sistem, pembersih bercak pada
ermukaan, dan pemisahan senyawa secara spesifik.
2.7.6. Sifat Permukaan Hidrogel
Berdasarkan sifat fisiko-kimianya, setiap jenis hidrogel mempunyai sifat
yang khas pada permukaannya. Pada aplikasinya diperlukan suatu kondisi standar
sifat permukaan hidrogel misalnya, pada aplikasi hidrogel sebagai bahan blood
compatibility yang perlu dikontrol adalah sifat adsorpsi permukaannya.
Sifat permukaan hidrogel dipengaruhi oleh sifat komponen utamanya yang terdiri
dari gugus hidrofilik dan hidrofobik. Jika hidrofilisitas hidrogel relatif dominan
dibandingkan hidrofobisitasnya, hidrogel dengan mudah dibasahi oleh air (sudut
kontak 0), sedangkan pada hidrogel dengan sifat permukaannya didominasi oleh
gugus hidrofobik, permukaannya relatif sukar dibasahi oleh air dan mudah
dibasahi oleh minyak. Selain itu, jika hidrogel terdiri dari gugus hidrofilik dan
hidrofobik yang terdistribusi secara heterogen, permukaan hidrogel dapat dibasahi
oleh oleh air maupun minyak.
2.7.7. Permeable dan Difusi
Pada umumnya hidrogel permeable terhadap senyawa yang larut dalam
air, jarang sekali terjadi pada senyawa yang non polar misalnya, pada senyawa
steroid. Proses difusi senyawa ke dalam hidrogel adalah melalui perantara seluruh
air yang terserap (sekitar 80%) atau baik dengan atau tidak melalui interaksi
senyawa-pelarut. Sifat permeable hidrogel sangat penting kegunaannya dalam
proses pemisahan senyawa berdasarkan ukuran molekul, pengontrolan pelepasan
obat, penghilangan residu, dan sebagai barrier metabolit. Zat yang dapat berdifusi
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
19
pada umumnya dan yang sering diuji adalah oksigen, air, garam (NaCI dan KCI),
sakarida/polisakarida, protein dan obat spesifik. Model difusi zat terlarut pada
hidrogel dapat terjadi melalui dua cara yaitu model free volume dan model filtrasi.
2.7.8. Sifat Mekanik Hidrogel
Adanya ikatan kovalen dan sifat plastik menyebabkan hidrogel
mempunyai sifat mekanik Adanya yang mirip ikatan dengan kovalen sifat dan
elastomer. sifat plastik. Beberapa menyebabkan sifat mekanik hidrogel yang
mempunyai dapat diukur sifat dari hidrogel antara lain adalah tegangan tarik,
ketahanan sobek, dan ketahanan penetrasi. Pada umumnya pengujian sifat
mekanik dari hidrogel didasarkan pada prosedur metode American Standard
Testing Materials (ASTM) khusus untuk pengujian hidrogel.
2.8 Biokompatibilitas
Ditinjau berdasarkan beberapa sifat fisika-kimia yang khas dari hidrogel
dapat memenuhi syarat sebagai bahan biomaterial dengan beberapa keunggulan
antara lain adalah
• Permeable terhadap zat dalam larutan encer
• Permeable terhadap cairan tubuh
• Lunak dalam kedaan terhidrasi
• Mempunyai friksi yang rendah dalam kondisi swelling
• Absorpsi dan swelling
• Kering (keras), basah (Iunak)
• Permeable dalam larutan obat
2.9 Sifat Biologis Hidrogel
Ditinjau dari sifat biologisnya yang diperoleh dari hasil sintetis maupun
proses alamiah, hidrogel dapat bersifat biodegradable (mudah terdegradasi), non
biodegradable (sukar terdegradasi) dan bio-erodible (mudah terkikis dalam air).
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017
20
Hidrogel biodegradable umumnya berasal dari senyawa-senyawa alami
misalnya asam-asam amino dan turunannya yang mudah terdegradasi oleh enzim,
sedang hidrogel non-biodegradable umumnya terdapat pada hidrogel yang
terbentuk dari senyawa-senyawa sintetik.
Pengaruh Penambahan Polietilen…, Royyan Ifani Dini, Fakultas Teknik UMP, 2017