Sintesis Dan Pencirian Koloid Nanoferrogel Fe3o4-Kitosan Sebagai Bahan Pengontras Mri
SINTESIS DAN PENCIRIAN KOLOID NANOFERROGEL
Fe3O4-KITOSAN SEBAGAI BAHAN PENGONTRAS MRI
AGRIN FEBRIAN PRADANA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sintesis dan Pencirian Koloid
Nanoferrogel Fe3O4-kitosan sebagai Bahan Pengontras MRI adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa
pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis
ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2016
Agrin Febrian Pradana
NIM G451150316
RINGKASAN
AGRIN FEBRIAN PRADANA. Sintesis dan Pencirian Koloid Nanoferrogel
Fe3O4-kitosan
sebagai
Bahan
Pengontras
MRI.
Dibimbing
oleh
PURWANTININGSIH SUGITA dan EDY GIRI RACHMAN PUTRA.
Ferrogel Fe3O4-kitosan telah berhasil disintesis melalui proses assembly ionion Fe3+ dan Fe2+ ke dalam hidrogel kitosan yang tertautsilang dengan
glutaraldehida (GLA), serta dipresipitasi menggunakan NaOH. Ferrogel tersebut
dikeringkan dengan memragamkan waktu pengeringan 2 (S2), 3 (S3), 4 (S4), dan
5 jam (S5) pada suhu 60 0C. Tujuan penelitian ini adalah menyintesis koloid
nanoferrogel Fe3O4-kitosan yang stabil serta injectable sebagai agen pengontras
pada MRI. Pencirian ferrogel dengan difraktometer sinar-X menunjukkan telah
terbentuk fase Fe3O4. Analisis spektrum FTIR-nya diperoleh bahwa ragam
pengeringan tidak menunjukkan adanya perubahan struktur kimia ferrogel yang
signifikan dan hilangnya serapan gugus N−H primer kitosan di 1548 cm-1 pada
sampel S2, S3, S4, dan S5 menandakan adanya interaksi berupa kelat antara Fe3O4
dengan gugus −NH2 kitosan.
Pengeringan ferrogel hanya menghilangkan kandungan air tipe imbisi pada
ferrogel dan berpengaruh pada sifat magnet yang dihasilkan. Magnet saturasi
maksimum sebesar 6.21 emu/gram diperoleh pada sampel S5. Meredispersikan
ferrogel menggunakan ultrasonik ke dalam medium asam asetat dan air deionisasi
secara bertahap diperoleh koloid nanoferrogel Fe3O4-kitosan yang stabil.
Pengamatan dengan TEM menunjukkan morfologi Fe3O4 berbentuk bola dengan
ukuran ~ 5 nm telah terlapisi oleh kitosan dengan ukuran ~ 20 nm. Ukuran ini juga
telah dikonfirmasi menggunakan PSA. Hasil pengukuran dengan VSM
menunjukkan koloid nanoferrogel tersebut bersifat superparamagnetik yang baik.
Semua hasil pencirian produk koloid nanoferrogel Fe3O4-kitosan menunjukkan
koloid tersebut berpotensi digunakan sebagai agen pengontras pada MRI.
Kata kunci: Fe3O4, iron ions assembly, kitosan, nanoferrogel
SUMMARY
AGRIN FEBRIAN PRADANA. Synthesis and Characterization of Colloidal
Nanoferrogel Fe3O4-chitosan as Contrast Agent MRI. Supervised by
PURWANTINIGSIH SUGITA and EDY GIRI RACHMAN PUTRA.
Fe3O4-chitosan ferrogels had been successfully synthesized through the
assembly process of iron ions into the chitosan hydrogel. Chitosan hydrogel,
synthesized using glutaraldehyde crosslinker, was soaked in saline solution of Fe2+
and Fe3+ to induce iron ions and precipitated by using NaOH to form ferrogel.
Ferrogels were then dried by heating at temperature of 60 oC with varying drying
time of 2 (S2), 3 (S3), 4 (S4) and 5 (S5) hours. The aim of this study to synthesis a
stable colloidal of nanoferrogel Fe3O4-chitosan injectable as contrast agent on
MRI. Characterization of the product by X-ray diffractometer has shown the
formation of Fe3O4 phase. Analysis of functional groups from FTIR spectra showed
that variation of drying time hasn’t changes any chemical structure of ferrogel and
peak at 1548 cm-1 disappeared shown that there was interaction between Fe3O4 and
−NH2 groups of chitosan by chelation mechanism.
The heating process will only result in decreasing the imbition water type
content within ferrogel. This water decreasing give more significant effect to
ferrogel magnetic properties by increasing ferrogel magnetic saturation value.
Maximum magnetic saturation of 6.21 emu/g was obtained for the sample dried for
5 hours. Redispersing ferrogel by step-wise ultrasonic process within acetic acids
and DI water give final result of stable colloidal nanoferrogel. Observation using
transmission electron microscope (TEM) revealed the formation of single spherical
magnetic nanoparticle of ~ 5 nm homogeneously coated by chitosan and
establishing ~ 20 nm nanoferrogel particles disperse within aquabase medium. This
nanoferrogel size was also confirm by Particle Size Analyzer (PSA) measurement.
VSM measurement on this colloid system showed a good superparamagnetic
system. All the result support the prospect of nanoferrogel colloid to be applied as
an MRI contrast agent.
Keywords: chitosan, Fe3O4, iron ions assembly, nanoferrogel,
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
SINTESIS DAN PENCIRIAN KOLOID NANOFERROGEL
Fe3O4-KITOSAN SEBAGAI BAHAN PENGONTRAS MRI
AGRIN FEBRIAN PRADANA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Deden Saprudin, MSi
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2015 ini ialah
bahan magnet sebagai aplikasi biomedis, dengan judul Sintesis dan Pencirian
Nanoferrogel Fe3O4-kitosan sebagai Bahan Pengontras MRI.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita,
MS sebagai ketua komisi pembimbing dan Edy Giri Rachman Putra, PhD sebagai
anggota komisi pembimbing atas bimbingan, arahan, dan sarannya kepada penulis.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita
yang telah membiayai studi penulis serta kepada PSTBM Batan Serpong yang telah
membiayai seluruh biaya penelitian penulis. Penulis juga ucapkan terima kasih
kepada Ibu Mujamilah, MSc, Ibu Grace Tj. Sulungbudi, Msc, Ibu Wildan Z Lubis,
Amd, Ibu Ari Handayani, BSc, Kak Ade Mulyawan, SSi, Lutfi, Teguh, Novita, Isty,
serta semua staff PSTBM gedung 42 yang telah membantu dan memberi dukungan
baik secara langsung dan tidak langsung kepada penulis selama mengerjakan
penelitian. Penghargaan juga penulis sampaikan kepada Alm. Abah J. Jun Zaenal
Arifin Abdullah yang telah memberi motivasi, semangat, do’a, dan kasih sayangnya
sehingga penulis menyelesaikan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga
penulis sampaikan kepada Ayah, Ibu, dan Adik-adik atas segala doa dan kasih
sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2016
Agrin Febrian Pradana
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
1
1
2
2
2
2 METODE
Bahan
Alat
Prosedur
2
3
3
3
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Ferrogel Fe3O4-kitosan
Analisis Fase Fe3O4 pada Ferrogel Fe3O4-kitosan
Analisis FTIR Ferrogel Fe3O4-kitosan
Koloid Nanoferrogel Fe3O4-kitosan
Sifat Magnet Koloid Nanoferrogel Fe3O4-kitosan
Distribusi Ukuran Koloid Nanoferrogel Fe3O4-kitosan
Morfologi Koloid Nanoferrogel Fe3O4-kitosan
4
4
6
6
9
9
10
11
4 SIMPULAN
Simpulan
Saran
12
12
12
DAFTAR PUSTAKA
13
LAMPIRAN
15
RIWAYAT HIDUP
18
DAFTAR GAMBAR
1 Proses sintesis oksida besi Fe3O4 dilapisi hidrogel kitosan dengan
metode iron ions assembly
2 Produk sintesis Fe3O4 dilapisi hidrogel kitosan dengan metode iron
ions assembly: hidrogel kitosan (A), hidrogel kitosan terinduksi ionion Fe3+ dan Fe2+ (B), dan ferrogel Fe3O4-kitosan(C)
3 Jumlah air yang hilang pada Ferrogel Fe3O4-kitosan dengan
meningkatnya waktu pemanasan
4 Pola difraksi sinar-X: sampel kitosan (A), Fe3O4 (B), dan sampel
ferrogel Fe3O4-kitosan S5 (C)
5 Spektra FTIR dari sampel ragam waktu pemanasan ferrogel Fe3O4kitosan dibandingkan dengan hidrogel kitosan GLA
6 Pembentukan basa Schiff (imina) dari hasil reaksi kitosan dan
pentautsilang GLA
7 Skema proses kelat antara Fe3O4 dan gugus −NH2 pada kitosan
8 Koloid nanoferrogel Fe3O4-kitosan stabil berdasarkan: tidak terjadinya
aglomerasi (A), dan pengujian pH (B) selama 3 bulan pengamatan
9 Kurva histeresis nilai Ms nanoferrogel Fe3O4-kitosan
10 Distribusi ukuran sampel koloid hidrogel kitosan (A), dan sampel
koloid nanoferrogel Fe3O4-kitosan S5 (B)
11 Foto TEM sampel koloid nanoferrogel Fe3O4-kitosan S5 tanpa
pewarnaan (A= skala 50 nm, B= skala 20 nm), dan dengan pewarnaan
(C= skala 50 nm, D= skala 20 nm)
4
5
5
6
8
8
9
10
11
11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian
2 Pola difraksi Fe3O4 (FeFe2O4) menurut JCPDS No. 19-0629
16
17
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Teknik diagnosa penyakit organ dalam tubuh manusia yang powerful dan
sensitif pada bidang biomedis saat ini adalah magnetic resonance imaging (MRI)
(Laurent et al. 2008). Prinsip kerja teknik MRI ini berdasarkan waktu relaksasi
magnet dari proton air dalam organ manusia (Figuerola et al. 2010). Teknik ini
digunakan karena tidak menggunakan radiasi yang besar dan menghindari efek
samping yang berbahaya (Stephen et al. 2011). Meskipun banyak keuntungan yang
diperoleh dari MRI, masih diperlukan tingkat sensitifitas yang lebih tinggi serta
diagnosa yang lebih akurat (Yoo et al. 2011). Salah satu cara untuk meningkatkan
hal tersebut adalah penggunaan agen pengontras. Agen pengontras memiliki peran
membedakan image antara jaringan sehat dan jaringan sakit dengan meningkatkan
kualitas kontras yang dihasilkannya (Cho et al. 2010). Secara umum terdapat dua
tipe agen pengontras MRI yaitu, tipe T1 dan tipe T2. Tipe T1 seperti kompleks
gadolinium atau ion mangan yang kerjanya mengurangi waktu relaksasi proton
secara longitudinal dan menimbulkan kontras positif (sinyal terang). Material
superparamagnetik (berbasis oksida besi Fe3O4) adalah contoh agen pengontras tipe
T2 (Yanga et al. 2011). Kerja agen pengontras tersebut mempersingkat waktu
relaksasi proton secara transversal dan menimbulkan kontrast negatif (sinyal gelap)
(Santra et al. 2012). Disebabkan oleh toksisitasnya penggunaan gadolinium sebagai
pengontras (Estelrich et al. 2015), penggunaan agen pengontras superparamagentik
Fe3O4 menjadi menarik perhatian peneliti karena menunjukkan berbagai
keuntungan, yaitu ukuran dan bentuk dapat diatur, memungkinkan untuk
dimodifikasi permukaannya, dan efektif pada konsentrasi rendah serta tidak toksik
(Sadighian et al. 2015).
Sebagai agen pengontras, Fe3O4 harus dipreparasi dalam bentuk koloid yang
stabil. Namun, terdapat masalah yang dihadapi dari material Fe3O4 karena sifat
tarikan magnetik antar partikel Fe3O4 yang sangat kuat sehingga cenderung untuk
teraglomerasi dan menghasilkan koloid yang tidak stabil (Shukla et al. 2015).
Diperlukan suatu cara untuk menghindari aglomerasi tersebut, salah satunya adalah
dengan memodifikasi permukaan Fe3O4 agar interaksi tarik-menarik magnet antar
partikel Fe3O4 menjadi berkurang. Banyak penelitian yang telah melakukan
modifikasi permukaan Fe3O4 agar meningkatkan kestabilannya, yaitu dengan
menyalut permukaan Fe3O4 dengan senyawa karboksilat, anorganik, dan polimer
(Laurent et al. 2008). Dekstran merupakan senyawa polimer berbasis senyawa
karboksilat yang digunakan sebagai pelapis Fe3O4 sebagai agen pengontras yang
secara komersial dikenal dengan FeridexTM. Namun, Feridex ini telah ditarik dari
pasaran disebabkan penemuan beberapa reaksi yang kurang baik dalam
penggunaannya secara klinis (Weissleder et al. 2014). Alternatif penggunaan
polimer berbasis senyawa karboksilat lainnya adalah kitosan yang telah banyak
diteliti sebagai pelapis material (He et al. 2010).
Kitosan telah banyak digunakan sebagai pelapis obat (Kariminia et al. 2016).
Hal ini disebabkan oleh kelebihan kitosan sebagai penyalut seperti biokompatibel
dengan sistem tubuh manusia dan non-toksik (Kean dan Thanou 2009). Sifat lain
yang dimiliki oleh kitosan adalah bersifat hidrofilisitas yang tinggi dan
2
biodegradabel sehingga sangat cocok untuk diaplikasikan pada bidang biologis
(Unsoy et al. 2012). Penelitian ini menggunakan polimer berupa hidrogel kitosan
sebagai penyalut permukaan Fe3O4 agar menghasilkan koloid yang stabil.
Penelitian ini mencoba untuk menggabungkan konsep metode kopresipitasi dan
iron ions assembly (Wang et al. 2008) dalam menyintesis material Fe3O4
termodifikasi kitosan dalam bentuk gel kitosan yang berisi Fe3O4 (ferrogel). Dengan
memanfaatkan kedua metode tersebut, pembentukan ferrogel Fe3O4-kitosan
dihipotesa akan menghasilkan produk yang homogen, yaitu semua Fe3O4 akan
termodifikasi permukaannya dengan kitosan secara menyeluruh. Selanjutnya
ferrogel akan dibuat menjadi bentuk koloid agar dapat diaplikasi pada bidang
biomedis dengan sistem injectable (Tsai et al. 2010).
Perumusan Masalah
Ferrogel Fe3O4-kitosan telah disintesis menggunakan prinsip iron ions
assembly oleh Pradana (2015) dengan dua variasi waktu pengeringan dan diperoleh
ferrogel yang berisi nanopartikel Fe3O4 dengan ukuran
Fe3O4-KITOSAN SEBAGAI BAHAN PENGONTRAS MRI
AGRIN FEBRIAN PRADANA
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sintesis dan Pencirian Koloid
Nanoferrogel Fe3O4-kitosan sebagai Bahan Pengontras MRI adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa
pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis
ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2016
Agrin Febrian Pradana
NIM G451150316
RINGKASAN
AGRIN FEBRIAN PRADANA. Sintesis dan Pencirian Koloid Nanoferrogel
Fe3O4-kitosan
sebagai
Bahan
Pengontras
MRI.
Dibimbing
oleh
PURWANTININGSIH SUGITA dan EDY GIRI RACHMAN PUTRA.
Ferrogel Fe3O4-kitosan telah berhasil disintesis melalui proses assembly ionion Fe3+ dan Fe2+ ke dalam hidrogel kitosan yang tertautsilang dengan
glutaraldehida (GLA), serta dipresipitasi menggunakan NaOH. Ferrogel tersebut
dikeringkan dengan memragamkan waktu pengeringan 2 (S2), 3 (S3), 4 (S4), dan
5 jam (S5) pada suhu 60 0C. Tujuan penelitian ini adalah menyintesis koloid
nanoferrogel Fe3O4-kitosan yang stabil serta injectable sebagai agen pengontras
pada MRI. Pencirian ferrogel dengan difraktometer sinar-X menunjukkan telah
terbentuk fase Fe3O4. Analisis spektrum FTIR-nya diperoleh bahwa ragam
pengeringan tidak menunjukkan adanya perubahan struktur kimia ferrogel yang
signifikan dan hilangnya serapan gugus N−H primer kitosan di 1548 cm-1 pada
sampel S2, S3, S4, dan S5 menandakan adanya interaksi berupa kelat antara Fe3O4
dengan gugus −NH2 kitosan.
Pengeringan ferrogel hanya menghilangkan kandungan air tipe imbisi pada
ferrogel dan berpengaruh pada sifat magnet yang dihasilkan. Magnet saturasi
maksimum sebesar 6.21 emu/gram diperoleh pada sampel S5. Meredispersikan
ferrogel menggunakan ultrasonik ke dalam medium asam asetat dan air deionisasi
secara bertahap diperoleh koloid nanoferrogel Fe3O4-kitosan yang stabil.
Pengamatan dengan TEM menunjukkan morfologi Fe3O4 berbentuk bola dengan
ukuran ~ 5 nm telah terlapisi oleh kitosan dengan ukuran ~ 20 nm. Ukuran ini juga
telah dikonfirmasi menggunakan PSA. Hasil pengukuran dengan VSM
menunjukkan koloid nanoferrogel tersebut bersifat superparamagnetik yang baik.
Semua hasil pencirian produk koloid nanoferrogel Fe3O4-kitosan menunjukkan
koloid tersebut berpotensi digunakan sebagai agen pengontras pada MRI.
Kata kunci: Fe3O4, iron ions assembly, kitosan, nanoferrogel
SUMMARY
AGRIN FEBRIAN PRADANA. Synthesis and Characterization of Colloidal
Nanoferrogel Fe3O4-chitosan as Contrast Agent MRI. Supervised by
PURWANTINIGSIH SUGITA and EDY GIRI RACHMAN PUTRA.
Fe3O4-chitosan ferrogels had been successfully synthesized through the
assembly process of iron ions into the chitosan hydrogel. Chitosan hydrogel,
synthesized using glutaraldehyde crosslinker, was soaked in saline solution of Fe2+
and Fe3+ to induce iron ions and precipitated by using NaOH to form ferrogel.
Ferrogels were then dried by heating at temperature of 60 oC with varying drying
time of 2 (S2), 3 (S3), 4 (S4) and 5 (S5) hours. The aim of this study to synthesis a
stable colloidal of nanoferrogel Fe3O4-chitosan injectable as contrast agent on
MRI. Characterization of the product by X-ray diffractometer has shown the
formation of Fe3O4 phase. Analysis of functional groups from FTIR spectra showed
that variation of drying time hasn’t changes any chemical structure of ferrogel and
peak at 1548 cm-1 disappeared shown that there was interaction between Fe3O4 and
−NH2 groups of chitosan by chelation mechanism.
The heating process will only result in decreasing the imbition water type
content within ferrogel. This water decreasing give more significant effect to
ferrogel magnetic properties by increasing ferrogel magnetic saturation value.
Maximum magnetic saturation of 6.21 emu/g was obtained for the sample dried for
5 hours. Redispersing ferrogel by step-wise ultrasonic process within acetic acids
and DI water give final result of stable colloidal nanoferrogel. Observation using
transmission electron microscope (TEM) revealed the formation of single spherical
magnetic nanoparticle of ~ 5 nm homogeneously coated by chitosan and
establishing ~ 20 nm nanoferrogel particles disperse within aquabase medium. This
nanoferrogel size was also confirm by Particle Size Analyzer (PSA) measurement.
VSM measurement on this colloid system showed a good superparamagnetic
system. All the result support the prospect of nanoferrogel colloid to be applied as
an MRI contrast agent.
Keywords: chitosan, Fe3O4, iron ions assembly, nanoferrogel,
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2016
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
SINTESIS DAN PENCIRIAN KOLOID NANOFERROGEL
Fe3O4-KITOSAN SEBAGAI BAHAN PENGONTRAS MRI
AGRIN FEBRIAN PRADANA
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Deden Saprudin, MSi
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Desember 2015 ini ialah
bahan magnet sebagai aplikasi biomedis, dengan judul Sintesis dan Pencirian
Nanoferrogel Fe3O4-kitosan sebagai Bahan Pengontras MRI.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita,
MS sebagai ketua komisi pembimbing dan Edy Giri Rachman Putra, PhD sebagai
anggota komisi pembimbing atas bimbingan, arahan, dan sarannya kepada penulis.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Ibu Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita
yang telah membiayai studi penulis serta kepada PSTBM Batan Serpong yang telah
membiayai seluruh biaya penelitian penulis. Penulis juga ucapkan terima kasih
kepada Ibu Mujamilah, MSc, Ibu Grace Tj. Sulungbudi, Msc, Ibu Wildan Z Lubis,
Amd, Ibu Ari Handayani, BSc, Kak Ade Mulyawan, SSi, Lutfi, Teguh, Novita, Isty,
serta semua staff PSTBM gedung 42 yang telah membantu dan memberi dukungan
baik secara langsung dan tidak langsung kepada penulis selama mengerjakan
penelitian. Penghargaan juga penulis sampaikan kepada Alm. Abah J. Jun Zaenal
Arifin Abdullah yang telah memberi motivasi, semangat, do’a, dan kasih sayangnya
sehingga penulis menyelesaikan karya ilmiah ini. Ungkapan terima kasih juga
penulis sampaikan kepada Ayah, Ibu, dan Adik-adik atas segala doa dan kasih
sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2016
Agrin Febrian Pradana
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
1
1
2
2
2
2 METODE
Bahan
Alat
Prosedur
2
3
3
3
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Ferrogel Fe3O4-kitosan
Analisis Fase Fe3O4 pada Ferrogel Fe3O4-kitosan
Analisis FTIR Ferrogel Fe3O4-kitosan
Koloid Nanoferrogel Fe3O4-kitosan
Sifat Magnet Koloid Nanoferrogel Fe3O4-kitosan
Distribusi Ukuran Koloid Nanoferrogel Fe3O4-kitosan
Morfologi Koloid Nanoferrogel Fe3O4-kitosan
4
4
6
6
9
9
10
11
4 SIMPULAN
Simpulan
Saran
12
12
12
DAFTAR PUSTAKA
13
LAMPIRAN
15
RIWAYAT HIDUP
18
DAFTAR GAMBAR
1 Proses sintesis oksida besi Fe3O4 dilapisi hidrogel kitosan dengan
metode iron ions assembly
2 Produk sintesis Fe3O4 dilapisi hidrogel kitosan dengan metode iron
ions assembly: hidrogel kitosan (A), hidrogel kitosan terinduksi ionion Fe3+ dan Fe2+ (B), dan ferrogel Fe3O4-kitosan(C)
3 Jumlah air yang hilang pada Ferrogel Fe3O4-kitosan dengan
meningkatnya waktu pemanasan
4 Pola difraksi sinar-X: sampel kitosan (A), Fe3O4 (B), dan sampel
ferrogel Fe3O4-kitosan S5 (C)
5 Spektra FTIR dari sampel ragam waktu pemanasan ferrogel Fe3O4kitosan dibandingkan dengan hidrogel kitosan GLA
6 Pembentukan basa Schiff (imina) dari hasil reaksi kitosan dan
pentautsilang GLA
7 Skema proses kelat antara Fe3O4 dan gugus −NH2 pada kitosan
8 Koloid nanoferrogel Fe3O4-kitosan stabil berdasarkan: tidak terjadinya
aglomerasi (A), dan pengujian pH (B) selama 3 bulan pengamatan
9 Kurva histeresis nilai Ms nanoferrogel Fe3O4-kitosan
10 Distribusi ukuran sampel koloid hidrogel kitosan (A), dan sampel
koloid nanoferrogel Fe3O4-kitosan S5 (B)
11 Foto TEM sampel koloid nanoferrogel Fe3O4-kitosan S5 tanpa
pewarnaan (A= skala 50 nm, B= skala 20 nm), dan dengan pewarnaan
(C= skala 50 nm, D= skala 20 nm)
4
5
5
6
8
8
9
10
11
11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian
2 Pola difraksi Fe3O4 (FeFe2O4) menurut JCPDS No. 19-0629
16
17
1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Teknik diagnosa penyakit organ dalam tubuh manusia yang powerful dan
sensitif pada bidang biomedis saat ini adalah magnetic resonance imaging (MRI)
(Laurent et al. 2008). Prinsip kerja teknik MRI ini berdasarkan waktu relaksasi
magnet dari proton air dalam organ manusia (Figuerola et al. 2010). Teknik ini
digunakan karena tidak menggunakan radiasi yang besar dan menghindari efek
samping yang berbahaya (Stephen et al. 2011). Meskipun banyak keuntungan yang
diperoleh dari MRI, masih diperlukan tingkat sensitifitas yang lebih tinggi serta
diagnosa yang lebih akurat (Yoo et al. 2011). Salah satu cara untuk meningkatkan
hal tersebut adalah penggunaan agen pengontras. Agen pengontras memiliki peran
membedakan image antara jaringan sehat dan jaringan sakit dengan meningkatkan
kualitas kontras yang dihasilkannya (Cho et al. 2010). Secara umum terdapat dua
tipe agen pengontras MRI yaitu, tipe T1 dan tipe T2. Tipe T1 seperti kompleks
gadolinium atau ion mangan yang kerjanya mengurangi waktu relaksasi proton
secara longitudinal dan menimbulkan kontras positif (sinyal terang). Material
superparamagnetik (berbasis oksida besi Fe3O4) adalah contoh agen pengontras tipe
T2 (Yanga et al. 2011). Kerja agen pengontras tersebut mempersingkat waktu
relaksasi proton secara transversal dan menimbulkan kontrast negatif (sinyal gelap)
(Santra et al. 2012). Disebabkan oleh toksisitasnya penggunaan gadolinium sebagai
pengontras (Estelrich et al. 2015), penggunaan agen pengontras superparamagentik
Fe3O4 menjadi menarik perhatian peneliti karena menunjukkan berbagai
keuntungan, yaitu ukuran dan bentuk dapat diatur, memungkinkan untuk
dimodifikasi permukaannya, dan efektif pada konsentrasi rendah serta tidak toksik
(Sadighian et al. 2015).
Sebagai agen pengontras, Fe3O4 harus dipreparasi dalam bentuk koloid yang
stabil. Namun, terdapat masalah yang dihadapi dari material Fe3O4 karena sifat
tarikan magnetik antar partikel Fe3O4 yang sangat kuat sehingga cenderung untuk
teraglomerasi dan menghasilkan koloid yang tidak stabil (Shukla et al. 2015).
Diperlukan suatu cara untuk menghindari aglomerasi tersebut, salah satunya adalah
dengan memodifikasi permukaan Fe3O4 agar interaksi tarik-menarik magnet antar
partikel Fe3O4 menjadi berkurang. Banyak penelitian yang telah melakukan
modifikasi permukaan Fe3O4 agar meningkatkan kestabilannya, yaitu dengan
menyalut permukaan Fe3O4 dengan senyawa karboksilat, anorganik, dan polimer
(Laurent et al. 2008). Dekstran merupakan senyawa polimer berbasis senyawa
karboksilat yang digunakan sebagai pelapis Fe3O4 sebagai agen pengontras yang
secara komersial dikenal dengan FeridexTM. Namun, Feridex ini telah ditarik dari
pasaran disebabkan penemuan beberapa reaksi yang kurang baik dalam
penggunaannya secara klinis (Weissleder et al. 2014). Alternatif penggunaan
polimer berbasis senyawa karboksilat lainnya adalah kitosan yang telah banyak
diteliti sebagai pelapis material (He et al. 2010).
Kitosan telah banyak digunakan sebagai pelapis obat (Kariminia et al. 2016).
Hal ini disebabkan oleh kelebihan kitosan sebagai penyalut seperti biokompatibel
dengan sistem tubuh manusia dan non-toksik (Kean dan Thanou 2009). Sifat lain
yang dimiliki oleh kitosan adalah bersifat hidrofilisitas yang tinggi dan
2
biodegradabel sehingga sangat cocok untuk diaplikasikan pada bidang biologis
(Unsoy et al. 2012). Penelitian ini menggunakan polimer berupa hidrogel kitosan
sebagai penyalut permukaan Fe3O4 agar menghasilkan koloid yang stabil.
Penelitian ini mencoba untuk menggabungkan konsep metode kopresipitasi dan
iron ions assembly (Wang et al. 2008) dalam menyintesis material Fe3O4
termodifikasi kitosan dalam bentuk gel kitosan yang berisi Fe3O4 (ferrogel). Dengan
memanfaatkan kedua metode tersebut, pembentukan ferrogel Fe3O4-kitosan
dihipotesa akan menghasilkan produk yang homogen, yaitu semua Fe3O4 akan
termodifikasi permukaannya dengan kitosan secara menyeluruh. Selanjutnya
ferrogel akan dibuat menjadi bentuk koloid agar dapat diaplikasi pada bidang
biomedis dengan sistem injectable (Tsai et al. 2010).
Perumusan Masalah
Ferrogel Fe3O4-kitosan telah disintesis menggunakan prinsip iron ions
assembly oleh Pradana (2015) dengan dua variasi waktu pengeringan dan diperoleh
ferrogel yang berisi nanopartikel Fe3O4 dengan ukuran