Preparation and Characterization of Ketoprofen Coated with Chitosan-Alginate Nanoparticle

ABSTRAK
YENI ARUM SARI. Preparasi dan Pencirian Nanopartikel Ketoprofen Tersalut
Kitosan-Alginat. Dibimbing oleh PURWANTININGSIH SUGITA dan LAKSMI
AMBARSARI.
Nanopartikel ketoprofen dapat digunakan untuk membuat sistem pengantaran
terkendali ketoprofen. Komposisi material dan metode pembuatan nanopartikel
yang digunakan berpengaruh terhadap pembentukan nanopartikel ketoprofen.
Penelitian ini bertujuan membuat nanopartikel ketoprofen dengan meragamkan
konsentrasi kitosan, alginat, dan tripolifosfat (TPP) serta mencirikan efisiensi
penyalutan ketoprofen dan ukuran nanopartikel. Nanopartikel ketoprofen dibuat
dengan metode ultrasonikasi dan sentrifugasi. Efisiensi penyalutan ketoprofen
ditentukan dengan analisis spektrofotometri ultraviolet, sedangkan analisis
morfologi dan ukuran nanopartikel ditentukan dengan menggunakan mikroskop
elektron payaran. Formula terbaik diperoleh pada komposisi kitosan 1.50% (b/v),
alginat 0.625% (b/v), dan TPP 4.0% (b/v). Efisiensi dan jumlah nanopartikel
formula tersebut berturut-turut 78.84% dan 26.81%.

ABSTRACT
YENI ARUM SARI. Preparation and Characterization of Ketoprofen Coated with
Chitosan-Alginate Nanoparticle. Supervised by PURWANTININGSIH SUGITA
and LAKSMI AMBARSARI.

Ketoprofen nanoparticle can be used to make a controlled delivery system of
ketoprofen. Material composition and preparation method are influent to
formation of ketoprofen nanoparticle. The purpose of this research were to
produce ketoprofen nanoparticle with variation of chitosan, alginate, and
tripolyphosphate (TPP) concentration and to determine the encapsulation
efficiency of ketoprofen and the nanoparticle size. Ketoprofen nanoparticles were
produced by ultrasonication and sentrifugation methods. Ketoprofen
encapsulation efficiency was determined with ultraviolet spectrophotometry
analysis and nanoparticle size with scanning electron microscope. The best
formula was obtained with the composition of 1.50% (w/v) chitosan, 0.625%
(w/v) alginat, and 4.0% (w/v) TPP. The encapsulation efficiency and nanoparticle
size were 78.84 % and 26.81 %, respectively.

2

PENDAHULUAN
Peradangan merupakan suatu penyakit
yang disebabkan oleh mikroorganisme, bahan
kimia, atau benturan keras. Penyakit ini
ditandai dengan munculnya warna merah, rasa

nyeri dan panas, serta dapat menyebabkan
hilangnya fungsi dari suatu jaringan tubuh
(Fraser et al. 1991). Salah satu komponen
aktif yang banyak digunakan sebagai obat
anti-peradangan adalah ketoprofen.
Ketoprofen merupakan obat non-steroid
yang berfungsi sebagai obat antiradang,
analgesik, dan antipiretik (penurun panas).
Namun, ketoprofen memiliki waktu paruh
eliminasi terlalu cepat, yaitu 1.5–2.0 jam
(Patil et al. 2005), sehingga harus sering
dikonsumsi untuk mempertahankan kadar
terapi dalam plasma darah. Jika obat
terakumulasi sampai dosis >300 mg di dalam
tubuh, akan terjadi pendarahan lambung
(AMA 1991). Kelemahan ketoprofen ini
dapat diatasi dengan membuat sistem
pengantaran obat yang lebih terkendali. Cara
ini pernah dilakukan pada ketoprofen dan
indometasin dengan menggunakan kitosan

termodifikasi
sebagai
bahan
penyalut
(Yamada et al. 2001, Tiyaboonchai &
Ritthidej 2003).
Sistem pengantaran-terkendali ketoprofen
menggunakan kitosan termodifikasi sebagai
bahan penyalut telah banyak diteliti.
Modifikasi diperlukan untuk memperbaiki
sifat reologi gel kitosan seperti kekuatan
mekanik,
titik
pecah,
ketegaran,
pembengkakan, dan pengerutan yang sesuai
untuk sistem pengantaran obat. Modifikasi gel
kitosan yang pernah dilakukan adalah dengan
penambahan hidrokoloid, di antaranya alginat
(Sugita et al. 2006b; Cardenas et al. 2003;

Tan et al. 2003), dan karboksimetil selulosa
(Sugita et al. 2007a). Arianto (2010) telah
berhasil membuat sistem pengantaran
ketoprofen yang lebih terkendali dengan
menggunakan kitosan termodifikasi alginat
dan penaut-silang glutaraldehida dengan
persen pelepasan pada medium asam dan basa
berturut-turut 0.69 dan 99.58%, dan efisiensi
penyalutan sebesar 30.44%. Partikel yang
dihasilkan berukuran mikro (0.15–6.00 µm).
Bentuk mikrokapsul ini masih memiliki
kelemahan, salah satunya adalah kemampuan
penetrasi ke dalam jaringan tubuh terbatas.
Penelitian tentang pengubahan bentuk
mikropartikel menjadi nanopartikel saat ini
sedang berkembang. Bentuk nanopartikel
dengan kisaran ukuran 10–1000 nm memiliki
kelebihan dapat masuk ke dalam sistem

peredaran darah dan tepat mencapai target

pengobatan (Mohanraj & Chen 2006).
Napthaleni (2010) telah meneliti enkapsulasi
ketoprofen tersalut kitosan-alginat dengan
tripolifosfat (TPP) sebagai penaut-silang pada
ukuran nanometer dengan meragamkan
konsentrasi surfaktan dan lama waktu
sonikasi. Nanopartikel terbanyak diperoleh
sebesar 53.23% pada formula dengan
konsentrasi Tween 80 3% (v/v) dan waktu
sonikasi 15 menit. Nilai efisiensi penyalutan
terbesar (51.2–52.3%) diperoleh pada waktu
sonikasi 29–53 menit dengan kisaran
konsentrasi surfaktan 1.3–2.3% (v/v).
Penelitian ini bertujuan memodifikasi
metode nanoenkapsulasi yang dilakukan oleh
Napthaleni (2010) dengan menambahkan
perlakuan sentrifugasi serta meragamkan
konsentrasi kitosan, alginat, dan TPP pada
kondisi waktu sonikasi dan konsentrasi
surfaktan terbaik hasil penelitian Napthaleni

(2010). Modifikasi metode ini diharapkan
dapat memperbaiki efisiensi enkapsulasi dan
meningkatkan jumlah nanopartikel yang
dihasilkan. Peragaman konsentrasi kitosan,
alginat, dan TPP dilakukan dengan
menggunakan rancangan percobaan BoxBehnken.

TINJAUAN PUSTAKA
Gel Kitosan
Kitosan merupakan polimer yang dapat
diperoleh dari deasetilasi parsial kitin.
Struktur kitosan terdiri dari unit berulang poli(2-amino-2-deoksi-D-glukopiranosa)
yang
terhubung oleh ikatan β-(1,4) (Gambar 1).

CH2OH

CH2OH
O


O

O
O

OH

O

OH

R

R
n

Gambar 1

Struktur kitosan (R = sebagian
besar –NH2) (Sugita et al.

2009).

Kitosan menunjukkan sifat polimer
biomedis nontoksik, biokompatibel, dan
biodegradabel. Kitosan larut dalam pelarut
organik, asam asetat 1%, HCl encer, HNO3
encer, dan H3PO4 0.5%, tetapi tidak larut
dalam basa kuat dan H2SO4. Sifat kelarutan
kitosan ini dipengaruhi oleh bobot molekul

1

PENDAHULUAN
Peradangan merupakan suatu penyakit
yang disebabkan oleh mikroorganisme, bahan
kimia, atau benturan keras. Penyakit ini
ditandai dengan munculnya warna merah, rasa
nyeri dan panas, serta dapat menyebabkan
hilangnya fungsi dari suatu jaringan tubuh
(Fraser et al. 1991). Salah satu komponen

aktif yang banyak digunakan sebagai obat
anti-peradangan adalah ketoprofen.
Ketoprofen merupakan obat non-steroid
yang berfungsi sebagai obat antiradang,
analgesik, dan antipiretik (penurun panas).
Namun, ketoprofen memiliki waktu paruh
eliminasi terlalu cepat, yaitu 1.5–2.0 jam
(Patil et al. 2005), sehingga harus sering
dikonsumsi untuk mempertahankan kadar
terapi dalam plasma darah. Jika obat
terakumulasi sampai dosis >300 mg di dalam
tubuh, akan terjadi pendarahan lambung
(AMA 1991). Kelemahan ketoprofen ini
dapat diatasi dengan membuat sistem
pengantaran obat yang lebih terkendali. Cara
ini pernah dilakukan pada ketoprofen dan
indometasin dengan menggunakan kitosan
termodifikasi
sebagai
bahan

penyalut
(Yamada et al. 2001, Tiyaboonchai &
Ritthidej 2003).
Sistem pengantaran-terkendali ketoprofen
menggunakan kitosan termodifikasi sebagai
bahan penyalut telah banyak diteliti.
Modifikasi diperlukan untuk memperbaiki
sifat reologi gel kitosan seperti kekuatan
mekanik,
titik
pecah,
ketegaran,
pembengkakan, dan pengerutan yang sesuai
untuk sistem pengantaran obat. Modifikasi gel
kitosan yang pernah dilakukan adalah dengan
penambahan hidrokoloid, di antaranya alginat
(Sugita et al. 2006b; Cardenas et al. 2003;
Tan et al. 2003), dan karboksimetil selulosa
(Sugita et al. 2007a). Arianto (2010) telah
berhasil membuat sistem pengantaran

ketoprofen yang lebih terkendali dengan
menggunakan kitosan termodifikasi alginat
dan penaut-silang glutaraldehida dengan
persen pelepasan pada medium asam dan basa
berturut-turut 0.69 dan 99.58%, dan efisiensi
penyalutan sebesar 30.44%. Partikel yang
dihasilkan berukuran mikro (0.15–6.00 µm).
Bentuk mikrokapsul ini masih memiliki
kelemahan, salah satunya adalah kemampuan
penetrasi ke dalam jaringan tubuh terbatas.
Penelitian tentang pengubahan bentuk
mikropartikel menjadi nanopartikel saat ini
sedang berkembang. Bentuk nanopartikel
dengan kisaran ukuran 10–1000 nm memiliki
kelebihan dapat masuk ke dalam sistem

peredaran darah dan tepat mencapai target
pengobatan (Mohanraj & Chen 2006).
Napthaleni (2010) telah meneliti enkapsulasi
ketoprofen tersalut kitosan-alginat dengan
tripolifosfat (TPP) sebagai penaut-silang pada
ukuran nanometer dengan meragamkan
konsentrasi surfaktan dan lama waktu
sonikasi. Nanopartikel terbanyak diperoleh
sebesar 53.23% pada formula dengan
konsentrasi Tween 80 3% (v/v) dan waktu
sonikasi 15 menit. Nilai efisiensi penyalutan
terbesar (51.2–52.3%) diperoleh pada waktu
sonikasi 29–53 menit dengan kisaran
konsentrasi surfaktan 1.3–2.3% (v/v).
Penelitian ini bertujuan memodifikasi
metode nanoenkapsulasi yang dilakukan oleh
Napthaleni (2010) dengan menambahkan
perlakuan sentrifugasi serta meragamkan
konsentrasi kitosan, alginat, dan TPP pada
kondisi waktu sonikasi dan konsentrasi
surfaktan terbaik hasil penelitian Napthaleni
(2010). Modifikasi metode ini diharapkan
dapat memperbaiki efisiensi enkapsulasi dan
meningkatkan jumlah nanopartikel yang
dihasilkan. Peragaman konsentrasi kitosan,
alginat, dan TPP dilakukan dengan
menggunakan rancangan percobaan BoxBehnken.

TINJAUAN PUSTAKA
Gel Kitosan
Kitosan merupakan polimer yang dapat
diperoleh dari deasetilasi parsial kitin.
Struktur kitosan terdiri dari unit berulang poli(2-amino-2-deoksi-D-glukopiranosa)
yang
terhubung oleh ikatan β-(1,4) (Gambar 1).

CH2OH

CH2OH
O

O

O
O

OH

O

OH

R

R
n

Gambar 1

Struktur kitosan (R = sebagian
besar –NH2) (Sugita et al.
2009).

Kitosan menunjukkan sifat polimer
biomedis nontoksik, biokompatibel, dan
biodegradabel. Kitosan larut dalam pelarut
organik, asam asetat 1%, HCl encer, HNO3
encer, dan H3PO4 0.5%, tetapi tidak larut
dalam basa kuat dan H2SO4. Sifat kelarutan
kitosan ini dipengaruhi oleh bobot molekul

1

(BM) dan derajat deasetilasi (DD), yang
nilainya beragam bergantung pada sumber dan
metode isolasi (Muzi 1990 diacu dalam
Jamaludin 1994).
Kitosan bermanfaat sebagai matriks dalam
sistem
pengantaran
obat
dengan
kemampuannya membentuk gel dalam
suasana asam (Gurny 1998 diacu dalam
Sutriyo et al. 2005). Kitosan dapat
membentuk matriks gel dengan suatu counterion seperti TPP (Ko et al. 2003). Gel dapat
didefinisikan sebagai jejaring polimer yang
dapat menampung sejumlah tertentu air di
dalam strukturnya dan mengembang tanpa
melarut di dalamnya, lazim disebut juga
hidrogel (Wang et al. 2004). Hidrogel dapat
digolongkan menjadi hidrogel kimia dan
fisika. Hidrogel kimia dibentuk dari reaksi
tidak dapat-balik yang melibatkan tautansilang secara kovalen. Hidrogel fisika
dibentuk oleh reaksi yang dapat balik, dengan
ikatan silang terjadi secara ionik (Stevens
2001, Berger et al. 2004).
Gel kitosan bersifat rapuh sehingga perlu
dimodifikasi. Modifikasi gel kitosan yang
pernah dilakukan adalah dengan penambahan
hidrokoloid, di antaranya gom guar (Sugita et
al. 2006a), alginat (Sugita et al. 2006b;
Cardenas et al. 2003; Tan et al. 2003), dan
karboksimetil selulosa (CMC) (Sugita et al.
2007a;
Yundhana
2008).
Pelepasan
ketoprofen dari mikrokapsul dengan penyalut
rangkap kitosan termodifikasi-alginat lebih
terkendali (Setyani 2009).

Ketoprofen
memiliki
kemampuan
menghambat sikloksigenase dan lipoksigenase. Zat ini aktif sebagai analgesik,
antiradang, dan antipiretik. Ketoprofen
memiliki waktu paruh eliminasi dalam plasma
darah sekitar 1.52.0 jam. Konsentrasi
ketoprofen yang bertahan dalam plasma darah
setelah 24 jam hanya sekitar 0.07 mg/L. Oleh
karena itu, obat ini harus sering dikonsumsi
untuk mempertahankan kadar terapi dalam
plasma. Akan tetapi, penggunaan dalam dosis
tinggi dapat menyebabkan pendarahan pada
lambung. Untuk memperbaiki pelepasannya
dalam tubuh, ketoprofen perlu dienkapsulasi
(Patil et al. 2005). Bentuk sediaan lepas
lambat ketoprofen dapat mengurangi efek
samping terhadap saluran cerna dan dapat
menurunkan frekuensi pemberian obat (Mc
Evory 2002 diacu dalam Asnel 2008).
Yundhana
(2008)
melaporkan
bahwa
penyalutan ketoprofen dengan kitosan
termodifikasi-CMC mampu memperbaiki
pelepasan ketoprofen pada medium disolusi
pH 1.2 (pH lambung).
Alginat
Alginat merupakan polimer rantai linear
yang terdiri atas residu-residu asam -(1,4)-Dmanuronat (M) dan asam -(1,4)-L-guluronat
(G). Residu-residu ini membentuk blok
homopolimer M atau G dan blok
heteropolimer MG (Gambar 3).

Ketoprofen
Ketoprofen
[asam 2-(3-benzoilfenil)
propanoat]
merupakan
turunan
asam
propanoat dengan rumus molekul C16H14O3
dan bobot molekul 254,3 (Gambar 2).
Ketoprofen
berbentuk
serbuk
hablur,
berwarna putih atau hampir putih, dan tidak
berbau. Zat ini mudah larut dalam etanol,
kloroform, dan eter, tetapi tidak larut dalam
air. Suhu leburnya berkisar antara 93 dan 96
o
C (USP 2003).

Gambar 2

Struktur ketoprofen (Bidachem
2005).

Gambar 3 Struktur alginat (Chaplin 2005).
Alginat terdapat dalam bentuk asam dan
garam alginat. Natrium, kalium, amonium,
dan propilena glikol alginat merupakan bentuk
yang tersedia secara komersial. Asam alginat
memiliki kestabilan yang terbatas.
Sifat utama alginat yang diperoleh dari
strukturnya
adalah
kemampuannya
membentuk gel dengan adanya kation divalen
(Cardenas et al. 2003). Alginat dapat
digunakan untuk memperbaiki struktur dasar
kitosan melalui interaksi kitosan dengan
alginat membentuk kompleks polielektrolit
2

antara anion karboksil pada alginat dan kation
amino pada kitosan yang saling berikatan
ionik.
Nanoenkapsulasi
Nanoenkapsulasi merupakan suatu teknik
penyalutan bahan yang ukurannya sangat
kecil, dengan diameter rata-rata 101000 nm
(Mohanraj & Chen 2006). Nanoenkapsulasi
dapat membentuk 2 tipe penyalutan obat
dalam nanopartikel, yaitu terjerap di
permukaan atau terperangkap dalam rongga
matriks kapsul (Gambar 4) (Tiyaboonchai &
Ritthidej 2003). Nanopartikel didefinisikan
sebagai suatu padatan pengantar obat yang
berukuran submikron (nano), mungkin
bersifat biodegradabel atau tidak (Reis et al.
2005). Dalam sistem pengantaran obat,
nanopartikel berperan sebagai pembawa
(carrier) dengan cara melarutkan, menjebak,
mengenkapsulasi, atau menempelkan obat di
dalam matriksnya.
Bola nano

Gambar

4

Penyalutan obat dalam
nanopartikel
kitosan
(Tiyaboonchai & Ritthidej
2003).

Keuntungan penggunaan nanopartikel
sebagai sistem pengantaran terkendali obat
ialah ukuran dan karakteristik permukaan
nanopartikel mudah dimanipulasi untuk
mencapai target pengobatan. Nanopartikel
juga mengatur dan memperpanjang pelepasan
obat selama proses transpor ke sasaran, dan
obat dapat dimasukkan ke dalam sistem
nanopartikel tanpa reaksi kimia. Selain itu,
sistem nanopartikel dapat diterapkan untuk
berbagai
sasaran
pengobatan,
karena
nanopartikel masuk ke dalam sistem
peredaran darah dan dibawa oleh darah
menuju target pengobatan (Mohanraj & Chen
2006).
Banyak penelitian telah difokuskan pada
pembentukan nanopartikel menggunakan
polimer biodegradabel seperti kitosan, gelatin
dan natrium alginat. Nanopartikel yang
berasal dari bahan polimer potensial sebagai
sistem pengantaran obat karena kemampuan

penyebarannya di dalam organ tubuh selama
waktu tertentu, dan kemampuannya untuk
mengantarkan protein atau peptida (Mohanraj
& Chen 2006). Calvo et al. (1997) mengembangkan metode untuk membuat nanopartikel
ketoprofen dengan gelasi ionik. Metode ini
melibatkan campuran polimer kitosan dan
polianion natrium TPP. Dalam metode ini,
muatan positif pada gugus amonium kitosan
berinteraksi dengan muatan negatif TPP
membentuk
matriks
dengan
ukuran
nanometer. Menurut Tiyaboonchai & Ritthidej
(2003), nanopartikel ketoprofen dapat
dihasilkan dengan
4
metode,
yaitu
mikroemulsi, gelasi ionik, emulsifikasi difusi
pelarut, dan kompleks polielektrolit. Metode
yang paling banyak dikembangkan adalah
metode
gelasi
ionik
dan
kompleks
polielektrolit (Mohanraj & Chen 2006).
Menurut Haskell (2005), nanopartikel
dapat dibuat dengan 4 metode, yaitu
emulsifikasi, pemecahan, pengendapan, dan
difusi
emulsi.
Metode
emulsifikasi
menggunakan bahan dasar cairan dan energi
mekanik atau ultrasonik untuk mengurangi
ukuran partikel. Metode ini menggunakan
peralatan yang umum seperti penghomogen.
Namun, pengisian obat ke dalam nanopartikel
rendah, serta diperlukan energi tinggi untuk
dekomposisi kimia. Metode pemecahan
menggunakan bahan dasar berupa padatan
yang digiling. Metode ini cocok untuk
senyawa yang memiliki kelarutan rendah,
tetapi diperlukan energi dan waktu yang lebih
besar untuk pemecahan partikel jika
dibandingkan dengan bahan dasar cairan.
Metode ini juga menghasilkan kondisi proses
yang berbeda-beda antar obat, dan ukuran
partikel yang dihasilkan terbatas, yaitu >100
nm. Metode pengendapan dilakukan dengan
cara mengendalikan kelarutan bahan dalam
larutan melalui perubahan pH, suhu, atau
pelarut. Metode ini dapat menghasilkan
partikel dengan ukuran