Kecepatan Release Asam Salisilat dari Crosslinked Pectin Film : Pengaruh Konsentrasi CaCl2 Sebagai Crosslinker.
STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA
METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn2+
DAN BENZEN-1,3,5-TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI
MATRIK
Disusun oleh:
MARIA ARVINAWATI
M0312042
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar
Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Agustus, 2016
i
HALAMAN PERSETUJUAN
Skripsi
STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA
METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs)
BERBASIS Zn2+ DAN BENZEN-1,3,5-TRI-KARBOKSILAT
(BTC) SEBAGAI MATRIK
MARIA ARVINAWATI
M0312042
Lembar Siap Uji
Skripsi ini dibimbing oleh:
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr.rer.net. Witri Wahyu Lestari, M.Sc.
Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si.
NIP. 19801222 200312 2003
NIP. 19730124 199903 2001
Mengetahui,
Kepala Program Studi Kimia FMIPA UNS
Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si.
NIP. 19730124 199903 2001
ii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “STUDI
ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA METAL-ORGANIC
FRAMEWORKS
(MOFs)
BERBASIS
Zn2+
DAN
BENZEN-1,3,5-TRI-
KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK” belum pernah diajukan untuk
memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang
pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain,
kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar
pustaka.
Hak publikasi terkait data dan hasil skripsi ini harus dengan ijin pembimbing.
Surakarta, Agustus 2016
MARIA ARVINAWATI
iii
STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA METALORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn2+ DAN BENZEN-1,3,5TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK
MARIA ARVINAWATI
Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret
Abstrak
Telah dilakukan enkapsulasi dan pelepasan ibuprofen pada metal-organic
frameworks (MOFs) berbasis Zn2+ dan benzen-1,3,5-trikarboksilat (H3BTC) yang
disebut [Zn3(BTC)2]. [Zn3(BTC)2] disintesis menggunakan metode elektrokimia
dan sonokimia. Elektrosintesis [Zn3(BTC)2] dilakukan dalam pelarut EtOH:H2O
(1:1) v/v, pada suhu ambien dan tegangan 15 V. Metode sonokimia berlangsung
pada suhu ambien, frekuensi 40 KHz dengan pelarut EtOH:H2O (1:1) v/v, dan
variasi waktu reaksi 30, 60, serta 90 menit. Ibuprofen selanjutnya dienkapsulasi
pada [Zn3(BTC)2] selama 3 hari. Karakterisasi XRD menunjukkan [Zn3(BTC)2]
berhasil disintesis dengan kedua metode ini dan memiliki kemurnian cukup tinggi.
Karakterisasi FTIR juga menunjukkan keberhasilan sintesis [Zn3(BTC)2] karena
adanya pergeseran bilangan gelombang menandakan terjadinya deprotonasi gugus
karboksilat dan berikatan dengan Zn(II). [Zn3(BTC)2] hasil sintesis secara
elektrokimia, sonokimia selama 30 dan 60 menit memiliki morfologi berbentuk
balok memanjang, bulat dan kubik dengan ukuran rata-rata 18,43 ± 8,10 µm;
89,3± 23,29 nm; dan 112,94± 29,06 nm. Semakin lama waktu reaksi, maka
ukuran partikel [Zn3(BTC)2] yang disintesis secara sonokimia semakin besar.
Berdasarkan analisis TGA, [Zn3(BTC)2] memiliki ketahanan termal hingga 300
°C.
Pelepasan ibuprofen dilakukan dalam phoshate buffer saline (PBS) pada
suhu 37 °C dan pH 7,4. Konsentrasi ibuprofen yang terlepas dianalisis
menggunakan spektroskopi UV-Vis. Hasil pelepasan setelah 24 jam menunjukkan
bahwa ibuprofen yang dienkapsulasi dalam [Zn3(BTC)2] secara rata-rata berhasil
dilepaskan sebanyak 28% dan ibuprofen tanpa [Zn3(BTC)2] dilepaskan 81%,
selanjutnya menunjukkan hasil yang konstan. Hal ini menunjukkan bahwa
[Zn3(BTC)2] merupakan matrik yang membantu terjadinya slow release pada
ibuprofen sehingga efek analgesik, antipiretik, dan antiinflamasi dapat dirasakan
oleh jaringan tubuh yang membutuhkan.
Keyword: [Zn3(BTC)2], ibuprofen, elektrokimia, enkapsulasi,
sonokimia.
iv
pelepasan,
THE ENCAPSULATION AND RELEASE STUDIES OF IBUPROFEN IN
METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFS) BASED ON
Zn2+ AND BENZENE 1,3,5-TRI CARBOXYLATE (BTC) AS MATRIX
MARIA ARVINAWATI
Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences,
Sebelas Maret University
Abstract
The encapsulation of ibuprofen into metal-organic frameworks (MOFs)
based on Zn2+ and benzen-1,3,5-tri-carboxylate (BTC), namely [Zn3(BTC)2], as a
matrix and the release process have been investigated. [Zn3(BTC)2] was
synthesized through electrochemical and sonochemical methods. The
elecrosynthesis of [Zn3(BTC)2] was conducted in the solvents mixture of EtOH:
H2O (1:1) v/v at ambient temperature and 15 volt. The sonochemical method was
carried out at room temperature, frequency 40 Hz in the solvent mixture of EtOH :
H2O (1:1) v/v, and time variations of 30, 60 and 90 minutes. Furthermore, the
ibuprofen was loaded into [Zn3(BTC)2] for 3 days. Diffractogram showed that
[Zn3(BTC)2] successfully synthesized in high purity. FTIR spectra confirmed that
the deprotonation and coordination of carboxylate groups with zinc(II) took place.
Electrochemical, sonochemical for 30 and 60 minutes method produced
[Zn3(BTC)2] with elongated block, spherical and cubic morphology with average
particle size ca. 18,43±8,10 µm; 89,3±23,29 nm; and 112,94±29,06 nm,
respectively. The longer of reaction time in sonochemical method is the bigger
particle size of [Zn3(BTC)2]. According to TGA analysis, the [Zn3(BTC)2] is
thermally stable up to 300 °C.
The release of ibuprofen was conducted in phoshate buffered saline (PBS)
at 37°C, pH 7.4 and the concentrations were monitored using UV-Vis
spectroscopy. The results showed that after 24 hours the ibuprofen loaded into
[Zn3(BTC)2] can be released with average ca. 28% and ibuprofen without
[Zn3(BTC)2] released ca. 81% and a constant rate afterward. It shows that
[Zn3(BTC)2] act as a matrix that assist the slow release of ibuprofen. By this
method, the analgesic, antipyretic and anti-inflammatory effect from the ibuprofen
could be perceived by the body tissue in a better way.
Keyword: [Zn3(BTC)2], ibuprofen, electrochemical, encapsulation, release,
sonochemical.
v
MOTTO
“Janganlah hendaknya kamu kuatir tentang apapun juga, tetapi nyatakanlah dalam
segala hal keinginanmu kepada Allah dalam doa dan permohonan dengan ucapan
syukur” (Filipi 4:6)
“It is good to be important, but It is more important to be good”
“Orang-orang hebat di bidang apapun bukan baru bekerja karena mereka
terinspirasi, namun mereka menjadi terinspirasi karena mereka lebih suka bekerja.
Mereka tidak menyia-nyiakan waktu, entah mereka menyukainya atau tidak”
(Ernest Newman)
vi
PERSEMBAHAN
Puji syukur atas terselesainya skripsi ini, karya ini kupersembahkan untuk
1. Kedua orang tua (Bapak dan Ibu)
2. Keluarga di rumah (Simbah Kakung, Simbah Putri, Bulik Anung, Mas
Arno) dan semua saudara yang selalu mendoakan dan memberi semangat.
3. Joni Hartono, Reva Edra, Ilma Dwi, Wulan Cahya, serta teman-teman
seperjuangan di WWL Research Group
4. Rahmat Jaya, Rizky Mahdia, Syaiful Ahmad, Karina
5. Hanik, Fatmawati, Uswatul, Ijah, Liya, Yesi yang telah menemani selama
lembur
6. Wahyu Nur Utomo yang selalu memberi semangat.
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah
melimpahkan kasih dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi
yang berjudul STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN
DALAM METAL ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn2+ DAN
BENZEN-1,3,5-TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK dengan
sebaik-baiknya
Penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan berbagai
pihak. Maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada
semua pihak yang telah membantu yaitu:
1. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Prodi Kimia FMIPA
Universitas Sebelas Maret Surakarta dan selaku Pembimbing II.
2. Dr.rer.nat Witri Wahyu Lestari, M.Sc selaku pembimbing I.
3. Dr. Fitria Rahmawati, M.Si selaku Pembimbing Akademik.
4. Keluarga besarku atas doa, kasih sayang, dan dukungan yang telah
diberikan.
5. Teman-teman angkatan 2012 yang selalu menyemangati dan memberikan
saran, kritik, serta dukungan.
6. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah
membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari sempurna, oleh karena itu
penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk
kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengharapkan agar skripsi ini dapat
bermanfaat bagi kita semua.
Surakarta, Agustus 2016
Maria Arvinawati
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL........................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN .........................................................................
ii
PERNYATAAN...............................................................................................
iii
ABSTRAK .......................................................................................................
iv
ABSTRACT ....................................................................................................
v
MOTTO ...........................................................................................................
vi
PERSEMBAHAN ............................................................................................
vii
KATA PENGANTAR .....................................................................................
viii
DAFTAR ISI ....................................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ............................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................
xv
DAFTAR SINGKATAN .................................................................................
xvi
BAB I. PENDAHULUAN ...............................................................................
1
A. Latar Belakang Masalah................................................................
1
B. Perumusan Masalah ......................................................................
3
1.
Identifikasi Masalah .. ............................................................
3
2.
Batasan Masalah ....................................................................
5
3.
Rumusan Masalah ..................................................................
5
C. Tujuan Penelitian. .........................................................................
6
D. Manfaat Penelitian .......................................................................
6
BAB II. LANDASAN TEORI .........................................................................
7
A. Tinjauan Pustaka ...........................................................................
7
1. Metal-Organik Frameworks (MOFs) ........................................
7
2. Aplikasi MOFs dalam biomedis................................................
9
3. MOFs berbasis zink(II) dan BTC ..............................................
11
4. Sintesis MOFs ...........................................................................
14
B. Kerangka Pemikiran ......................................................................
16
C. Hipotesis ........................................................................................
17
ix
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN .......................................................
18
A. Metodologi Penelitian ...................................................................
18
B. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................
18
C. Alat dan Bahan yang digunakan....................................................
18
1.
Alat .........................................................................................
18
2.
Bahan......................................................................................
19
D. Prosedur Kerja ...............................................................................
19
1.
Sintesis [Zn3(BTC)2] secara elektrokimia ..............................
19
2.
Sintesis [Zn3(BTC)2] secara sonokimia .................................
20
3.
Sintesis ibuprofen dari Na-ibuprofen .....................................
21
4.
Enkapsulasi ibuprofen dalam [Zn3(BTC)2] ............................
21
5.
Pembuatan phosphate buffer saline (PBS).............................
22
6.
Pembuatan larutan standar .....................................................
22
7.
Pelepasan ibuprofen dalam PBS ............................................
23
E. Teknik Pengumpulan Data ............................................................
23
1.
Teknik Pengumpulan data ......................................................
23
2.
Teknik analisis data ................................................................
24
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................
25
A. Karakterisasi [Zn3(BTC)2].............................................................
25
1.
Analisis kristalinitas [Zn3(BTC)2] dengan XRD ...................
24
2.
Analisis gugus fungsi [Zn3(BTC)2] dengan FTIR ..................
27
3.
Hasil sintesis [Zn3(BTC)2] .....................................................
28
4.
Analisis luas permukaan [Zn3(BTC)2] dengan SAA ..............
29
B. Karakterisasi ibu@[Zn3(BTC)2] ....................................................
30
1.
Analisis XRD ibu@[Zn3(BTC)2] ...........................................
30
2.
Analisis FTIR ibu@[Zn3(BTC)2] ...........................................
31
3.
Analisis morfologi [Zn3(BTC)2] dan ibu@[Zn3(BTC)2]........
32
4.
Analisis TGA [Zn3(BTC)2] dan ibu@[Zn3(BTC)2] ...............
38
5.
Kapasitas enkapsulasi sesuai analisis UV-Vis .......................
39
C. Pelepasan ibuprofen dalam PBS ...................................................
30
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................
43
x
A. Kesimpulan ...............................................................................
43
B. Saran .........................................................................................
43
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
44
LAMPIRAN .....................................................................................................
51
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Karakteristik MOFs dan kemampuan enkapsulasi/pelepasan
ibuprofen (Horjacada et al., 2011) .....................................................
11
Tabel 2. Variasi Jumlah ibuprofen dan [Zn3(BTC)2] .......................................
21
Tabel 3. Hasil Refinement [Zn3(BTC)2] ..........................................................
26
Tabel 4. Hasil sintesis [Zn3(BTC)2] secara elektrokimia dan sonokimia ........
28
Tabel 5. Luas permukaan spesifik (BET) dari [Zn3(BTC)2] ............................
29
Tabel 6. Jumlah ibuprofen terenkapsulasi dalam [Zn3(BTC)2]........................
40
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Struktur ibuprofen (Bushra dan Aslam, 2010) ...............................
1
Gambar 2. Obat dalam metal-organic frameworks (Imaz et al., 2010) ...........
2
Gambar 3. Jumlah publikasi MOFs (Gangu et al., 2016) ................................
7
Gambar 4. Skema pembentukan MOFs dari ion metal dan linker organik
(Gliemann dan Wöll, 2012) ...........................................................
8
Gambar 5. Struktur MOFs berbasis ion zink(II) (Tranchemontagne et al.,
2008)..............................................................................................
8
Gambar 6. MOFs untuk biomedis (McKinlay et al., 2010) .............................
9
Gambar 7. Proses enkapsulasi dan pelepasan obat ( Imaz et al., 2011)...........
10
Gambar 8. Skema in vivo nano MOFs (Baati et al., 2013)..............................
10
Gambar 9. Struktur H3BTC (a) dan bentuk koordinasi M-BTC (b-d) (Yaghi
et al., 1997)....................................................................................
12
Gambar 10. Reaksi pembentukan [Zn3(BTC2)] (Kumar et al., 2013) .............
13
Gambar 11. Struktur (a) dan Frameworks (b) dari [Zn3(BTC2)] (Yaghi et al.,
1996)..............................................................................................
13
Gambar 12. Skema sintesis Zn-BTC secara elektrokimia (Li et al. 2014) ......
15
Gambar 13. Skema sintesis [Zn3(BTC2)] secara elektrokimia .........................
20
Gambar 14. Skema sintesis [Zn3(BTC2)] secara sonokimia ............................
21
Gambar 15. Difraktogram [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara elektrokimia
dan sonokimia ...............................................................................
25
Gambar 16. Hasil analisis FTIR [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara
elektrokimia dan sonokimia ..........................................................
27
Gambar 17. Difraktogram ibu@[Zn3(BTC2)] yang disintesis secara
sonokimia 60 menit (a) dan elektrokimia (b) ................................
30
Gambar 18. Spektra FTIR hasil enkapsulasi ibuprofen dalam [Zn3(BTC2)]
yang disintesis secara elektrokimia (a), sonokimia 60 menit (b),
dan sonokimia 30 menit (c) ...........................................................
xiii
32
Gambar 19. Morfologi [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara elektrokimia ......
33
Gambar 20. Histogram distribusi partikel [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara
elektrokimia ...................................................................................
Gambar 21.Morfologi
ibu@[Zn3(BTC2)]
yang
disintesis
33
secara
elektrokimia...................................................................................
34
Gambar 22. Morfologi [Zn3(BTC2)] (a) dan ibu@[Zn3(BTC2)] (b) yang
disintesis secara sonokimia 30 menit ............................................
34
Gambar 23. Histogram distribusi partikel [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara
sonokimia 30 menit .......................................................................
35
Gambar 24. Morfologi [Zn3(BTC2)] (a) dan ibu@[Zn3(BTC2)] (b) yang
disintesis secara sonokimia 60 menit ............................................
36
Gambar 25. Histogram distribusi partikel [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara
sonokimia 60 menit .......................................................................
36
Gambar 26. Morfologi [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara sonokimia 90
menit ..............................................................................................
37
Gambar 27. Hasil analisis TGA [Zn3(BTC2)] dan Ibu@[Zn3(BTC2)] yang
disintesis secara sonokimia 60 menit (a) dan elektrokimia (b) .....
38
Gambar 28. Spektra UV-Vis ibuprofen dalam n-heksana ...............................
39
Gambar 29. Spektra UV-Vis ibuprofen dalam PBS + Tween80 .....................
40
Gambar 29. Kumulatif persen pelepasan ibuprofen dalam [Zn3(BTC2)]
dalam PBS suhu 37 C dan pH 7,4 .................................................
xiv
41
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan Rendemen [Zn3(BTC)2]...........................................
51
Lampiran 2. Analisis H2O dengan TG-DTA....................................................
54
Lampiran 3. Hasil Analisis XRD .....................................................................
55
Lampiran 4. Hasil analisis FTIR ......................................................................
68
Lampiran 5. Hasil analisis luas permukaan [Zn3(BTC)2] ................................
70
Lampiran 6. Perhitungan ukuran partikel [Zn3(BTC)2] ...................................
72
Lampiran 6. Perhitungan Pelepasan Ibuprofen ................................................
76
xv
DAFTAR SINGKATAN
MOFs
: metal-organic frameworks
Ibu@[Zn3(BTC)2]
: ibuprofen dalam [Zn3(BTC)2]
H3BTC
: Benzene-1,3,5-tri-karboksilat
CCDC
: Cambridge crystallographic data center
JCPDS
: Joint committe on powder diffraction standards
PBS
: Phosphate buffer saline
XRD
: X-Ray diffraction
FTIR
: fourier transform infrared
SEM
: Scanning Electron microscopy
TEM
: Transmition Electron microscopy
SAA
: Surface Area Analyzer
TGA
: Thermo Gravimetric analysis
EtOH
: Etanol
TBATFB
: tetrabutyl ammonium tetrafluoro borate
xvi
METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn2+
DAN BENZEN-1,3,5-TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI
MATRIK
Disusun oleh:
MARIA ARVINAWATI
M0312042
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar
Sarjana Sains dalam bidang ilmu kimia
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
Agustus, 2016
i
HALAMAN PERSETUJUAN
Skripsi
STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA
METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs)
BERBASIS Zn2+ DAN BENZEN-1,3,5-TRI-KARBOKSILAT
(BTC) SEBAGAI MATRIK
MARIA ARVINAWATI
M0312042
Lembar Siap Uji
Skripsi ini dibimbing oleh:
Pembimbing I
Pembimbing II
Dr.rer.net. Witri Wahyu Lestari, M.Sc.
Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si.
NIP. 19801222 200312 2003
NIP. 19730124 199903 2001
Mengetahui,
Kepala Program Studi Kimia FMIPA UNS
Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si.
NIP. 19730124 199903 2001
ii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “STUDI
ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA METAL-ORGANIC
FRAMEWORKS
(MOFs)
BERBASIS
Zn2+
DAN
BENZEN-1,3,5-TRI-
KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK” belum pernah diajukan untuk
memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang
pengetahuan saya juga belum pernah ditulis atau dipublikasikan oleh orang lain,
kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar
pustaka.
Hak publikasi terkait data dan hasil skripsi ini harus dengan ijin pembimbing.
Surakarta, Agustus 2016
MARIA ARVINAWATI
iii
STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN PADA METALORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn2+ DAN BENZEN-1,3,5TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK
MARIA ARVINAWATI
Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret
Abstrak
Telah dilakukan enkapsulasi dan pelepasan ibuprofen pada metal-organic
frameworks (MOFs) berbasis Zn2+ dan benzen-1,3,5-trikarboksilat (H3BTC) yang
disebut [Zn3(BTC)2]. [Zn3(BTC)2] disintesis menggunakan metode elektrokimia
dan sonokimia. Elektrosintesis [Zn3(BTC)2] dilakukan dalam pelarut EtOH:H2O
(1:1) v/v, pada suhu ambien dan tegangan 15 V. Metode sonokimia berlangsung
pada suhu ambien, frekuensi 40 KHz dengan pelarut EtOH:H2O (1:1) v/v, dan
variasi waktu reaksi 30, 60, serta 90 menit. Ibuprofen selanjutnya dienkapsulasi
pada [Zn3(BTC)2] selama 3 hari. Karakterisasi XRD menunjukkan [Zn3(BTC)2]
berhasil disintesis dengan kedua metode ini dan memiliki kemurnian cukup tinggi.
Karakterisasi FTIR juga menunjukkan keberhasilan sintesis [Zn3(BTC)2] karena
adanya pergeseran bilangan gelombang menandakan terjadinya deprotonasi gugus
karboksilat dan berikatan dengan Zn(II). [Zn3(BTC)2] hasil sintesis secara
elektrokimia, sonokimia selama 30 dan 60 menit memiliki morfologi berbentuk
balok memanjang, bulat dan kubik dengan ukuran rata-rata 18,43 ± 8,10 µm;
89,3± 23,29 nm; dan 112,94± 29,06 nm. Semakin lama waktu reaksi, maka
ukuran partikel [Zn3(BTC)2] yang disintesis secara sonokimia semakin besar.
Berdasarkan analisis TGA, [Zn3(BTC)2] memiliki ketahanan termal hingga 300
°C.
Pelepasan ibuprofen dilakukan dalam phoshate buffer saline (PBS) pada
suhu 37 °C dan pH 7,4. Konsentrasi ibuprofen yang terlepas dianalisis
menggunakan spektroskopi UV-Vis. Hasil pelepasan setelah 24 jam menunjukkan
bahwa ibuprofen yang dienkapsulasi dalam [Zn3(BTC)2] secara rata-rata berhasil
dilepaskan sebanyak 28% dan ibuprofen tanpa [Zn3(BTC)2] dilepaskan 81%,
selanjutnya menunjukkan hasil yang konstan. Hal ini menunjukkan bahwa
[Zn3(BTC)2] merupakan matrik yang membantu terjadinya slow release pada
ibuprofen sehingga efek analgesik, antipiretik, dan antiinflamasi dapat dirasakan
oleh jaringan tubuh yang membutuhkan.
Keyword: [Zn3(BTC)2], ibuprofen, elektrokimia, enkapsulasi,
sonokimia.
iv
pelepasan,
THE ENCAPSULATION AND RELEASE STUDIES OF IBUPROFEN IN
METAL-ORGANIC FRAMEWORKS (MOFS) BASED ON
Zn2+ AND BENZENE 1,3,5-TRI CARBOXYLATE (BTC) AS MATRIX
MARIA ARVINAWATI
Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences,
Sebelas Maret University
Abstract
The encapsulation of ibuprofen into metal-organic frameworks (MOFs)
based on Zn2+ and benzen-1,3,5-tri-carboxylate (BTC), namely [Zn3(BTC)2], as a
matrix and the release process have been investigated. [Zn3(BTC)2] was
synthesized through electrochemical and sonochemical methods. The
elecrosynthesis of [Zn3(BTC)2] was conducted in the solvents mixture of EtOH:
H2O (1:1) v/v at ambient temperature and 15 volt. The sonochemical method was
carried out at room temperature, frequency 40 Hz in the solvent mixture of EtOH :
H2O (1:1) v/v, and time variations of 30, 60 and 90 minutes. Furthermore, the
ibuprofen was loaded into [Zn3(BTC)2] for 3 days. Diffractogram showed that
[Zn3(BTC)2] successfully synthesized in high purity. FTIR spectra confirmed that
the deprotonation and coordination of carboxylate groups with zinc(II) took place.
Electrochemical, sonochemical for 30 and 60 minutes method produced
[Zn3(BTC)2] with elongated block, spherical and cubic morphology with average
particle size ca. 18,43±8,10 µm; 89,3±23,29 nm; and 112,94±29,06 nm,
respectively. The longer of reaction time in sonochemical method is the bigger
particle size of [Zn3(BTC)2]. According to TGA analysis, the [Zn3(BTC)2] is
thermally stable up to 300 °C.
The release of ibuprofen was conducted in phoshate buffered saline (PBS)
at 37°C, pH 7.4 and the concentrations were monitored using UV-Vis
spectroscopy. The results showed that after 24 hours the ibuprofen loaded into
[Zn3(BTC)2] can be released with average ca. 28% and ibuprofen without
[Zn3(BTC)2] released ca. 81% and a constant rate afterward. It shows that
[Zn3(BTC)2] act as a matrix that assist the slow release of ibuprofen. By this
method, the analgesic, antipyretic and anti-inflammatory effect from the ibuprofen
could be perceived by the body tissue in a better way.
Keyword: [Zn3(BTC)2], ibuprofen, electrochemical, encapsulation, release,
sonochemical.
v
MOTTO
“Janganlah hendaknya kamu kuatir tentang apapun juga, tetapi nyatakanlah dalam
segala hal keinginanmu kepada Allah dalam doa dan permohonan dengan ucapan
syukur” (Filipi 4:6)
“It is good to be important, but It is more important to be good”
“Orang-orang hebat di bidang apapun bukan baru bekerja karena mereka
terinspirasi, namun mereka menjadi terinspirasi karena mereka lebih suka bekerja.
Mereka tidak menyia-nyiakan waktu, entah mereka menyukainya atau tidak”
(Ernest Newman)
vi
PERSEMBAHAN
Puji syukur atas terselesainya skripsi ini, karya ini kupersembahkan untuk
1. Kedua orang tua (Bapak dan Ibu)
2. Keluarga di rumah (Simbah Kakung, Simbah Putri, Bulik Anung, Mas
Arno) dan semua saudara yang selalu mendoakan dan memberi semangat.
3. Joni Hartono, Reva Edra, Ilma Dwi, Wulan Cahya, serta teman-teman
seperjuangan di WWL Research Group
4. Rahmat Jaya, Rizky Mahdia, Syaiful Ahmad, Karina
5. Hanik, Fatmawati, Uswatul, Ijah, Liya, Yesi yang telah menemani selama
lembur
6. Wahyu Nur Utomo yang selalu memberi semangat.
vii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah
melimpahkan kasih dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi
yang berjudul STUDI ENKAPSULASI DAN PELEPASAN IBUPROFEN
DALAM METAL ORGANIC FRAMEWORKS (MOFs) BERBASIS Zn2+ DAN
BENZEN-1,3,5-TRI-KARBOKSILAT (BTC) SEBAGAI MATRIK dengan
sebaik-baiknya
Penyusunan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan bimbingan berbagai
pihak. Maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada
semua pihak yang telah membantu yaitu:
1. Dr. Triana Kusumaningsih, M.Si selaku Kepala Prodi Kimia FMIPA
Universitas Sebelas Maret Surakarta dan selaku Pembimbing II.
2. Dr.rer.nat Witri Wahyu Lestari, M.Sc selaku pembimbing I.
3. Dr. Fitria Rahmawati, M.Si selaku Pembimbing Akademik.
4. Keluarga besarku atas doa, kasih sayang, dan dukungan yang telah
diberikan.
5. Teman-teman angkatan 2012 yang selalu menyemangati dan memberikan
saran, kritik, serta dukungan.
6. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, yang telah
membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini jauh dari sempurna, oleh karena itu
penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun untuk
kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengharapkan agar skripsi ini dapat
bermanfaat bagi kita semua.
Surakarta, Agustus 2016
Maria Arvinawati
viii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL........................................................................................
i
HALAMAN PERSETUJUAN .........................................................................
ii
PERNYATAAN...............................................................................................
iii
ABSTRAK .......................................................................................................
iv
ABSTRACT ....................................................................................................
v
MOTTO ...........................................................................................................
vi
PERSEMBAHAN ............................................................................................
vii
KATA PENGANTAR .....................................................................................
viii
DAFTAR ISI ....................................................................................................
ix
DAFTAR TABEL ............................................................................................
xii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
xiii
DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................
xv
DAFTAR SINGKATAN .................................................................................
xvi
BAB I. PENDAHULUAN ...............................................................................
1
A. Latar Belakang Masalah................................................................
1
B. Perumusan Masalah ......................................................................
3
1.
Identifikasi Masalah .. ............................................................
3
2.
Batasan Masalah ....................................................................
5
3.
Rumusan Masalah ..................................................................
5
C. Tujuan Penelitian. .........................................................................
6
D. Manfaat Penelitian .......................................................................
6
BAB II. LANDASAN TEORI .........................................................................
7
A. Tinjauan Pustaka ...........................................................................
7
1. Metal-Organik Frameworks (MOFs) ........................................
7
2. Aplikasi MOFs dalam biomedis................................................
9
3. MOFs berbasis zink(II) dan BTC ..............................................
11
4. Sintesis MOFs ...........................................................................
14
B. Kerangka Pemikiran ......................................................................
16
C. Hipotesis ........................................................................................
17
ix
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN .......................................................
18
A. Metodologi Penelitian ...................................................................
18
B. Tempat dan Waktu Penelitian .......................................................
18
C. Alat dan Bahan yang digunakan....................................................
18
1.
Alat .........................................................................................
18
2.
Bahan......................................................................................
19
D. Prosedur Kerja ...............................................................................
19
1.
Sintesis [Zn3(BTC)2] secara elektrokimia ..............................
19
2.
Sintesis [Zn3(BTC)2] secara sonokimia .................................
20
3.
Sintesis ibuprofen dari Na-ibuprofen .....................................
21
4.
Enkapsulasi ibuprofen dalam [Zn3(BTC)2] ............................
21
5.
Pembuatan phosphate buffer saline (PBS).............................
22
6.
Pembuatan larutan standar .....................................................
22
7.
Pelepasan ibuprofen dalam PBS ............................................
23
E. Teknik Pengumpulan Data ............................................................
23
1.
Teknik Pengumpulan data ......................................................
23
2.
Teknik analisis data ................................................................
24
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................
25
A. Karakterisasi [Zn3(BTC)2].............................................................
25
1.
Analisis kristalinitas [Zn3(BTC)2] dengan XRD ...................
24
2.
Analisis gugus fungsi [Zn3(BTC)2] dengan FTIR ..................
27
3.
Hasil sintesis [Zn3(BTC)2] .....................................................
28
4.
Analisis luas permukaan [Zn3(BTC)2] dengan SAA ..............
29
B. Karakterisasi ibu@[Zn3(BTC)2] ....................................................
30
1.
Analisis XRD ibu@[Zn3(BTC)2] ...........................................
30
2.
Analisis FTIR ibu@[Zn3(BTC)2] ...........................................
31
3.
Analisis morfologi [Zn3(BTC)2] dan ibu@[Zn3(BTC)2]........
32
4.
Analisis TGA [Zn3(BTC)2] dan ibu@[Zn3(BTC)2] ...............
38
5.
Kapasitas enkapsulasi sesuai analisis UV-Vis .......................
39
C. Pelepasan ibuprofen dalam PBS ...................................................
30
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN..........................................................
43
x
A. Kesimpulan ...............................................................................
43
B. Saran .........................................................................................
43
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................
44
LAMPIRAN .....................................................................................................
51
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Karakteristik MOFs dan kemampuan enkapsulasi/pelepasan
ibuprofen (Horjacada et al., 2011) .....................................................
11
Tabel 2. Variasi Jumlah ibuprofen dan [Zn3(BTC)2] .......................................
21
Tabel 3. Hasil Refinement [Zn3(BTC)2] ..........................................................
26
Tabel 4. Hasil sintesis [Zn3(BTC)2] secara elektrokimia dan sonokimia ........
28
Tabel 5. Luas permukaan spesifik (BET) dari [Zn3(BTC)2] ............................
29
Tabel 6. Jumlah ibuprofen terenkapsulasi dalam [Zn3(BTC)2]........................
40
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Struktur ibuprofen (Bushra dan Aslam, 2010) ...............................
1
Gambar 2. Obat dalam metal-organic frameworks (Imaz et al., 2010) ...........
2
Gambar 3. Jumlah publikasi MOFs (Gangu et al., 2016) ................................
7
Gambar 4. Skema pembentukan MOFs dari ion metal dan linker organik
(Gliemann dan Wöll, 2012) ...........................................................
8
Gambar 5. Struktur MOFs berbasis ion zink(II) (Tranchemontagne et al.,
2008)..............................................................................................
8
Gambar 6. MOFs untuk biomedis (McKinlay et al., 2010) .............................
9
Gambar 7. Proses enkapsulasi dan pelepasan obat ( Imaz et al., 2011)...........
10
Gambar 8. Skema in vivo nano MOFs (Baati et al., 2013)..............................
10
Gambar 9. Struktur H3BTC (a) dan bentuk koordinasi M-BTC (b-d) (Yaghi
et al., 1997)....................................................................................
12
Gambar 10. Reaksi pembentukan [Zn3(BTC2)] (Kumar et al., 2013) .............
13
Gambar 11. Struktur (a) dan Frameworks (b) dari [Zn3(BTC2)] (Yaghi et al.,
1996)..............................................................................................
13
Gambar 12. Skema sintesis Zn-BTC secara elektrokimia (Li et al. 2014) ......
15
Gambar 13. Skema sintesis [Zn3(BTC2)] secara elektrokimia .........................
20
Gambar 14. Skema sintesis [Zn3(BTC2)] secara sonokimia ............................
21
Gambar 15. Difraktogram [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara elektrokimia
dan sonokimia ...............................................................................
25
Gambar 16. Hasil analisis FTIR [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara
elektrokimia dan sonokimia ..........................................................
27
Gambar 17. Difraktogram ibu@[Zn3(BTC2)] yang disintesis secara
sonokimia 60 menit (a) dan elektrokimia (b) ................................
30
Gambar 18. Spektra FTIR hasil enkapsulasi ibuprofen dalam [Zn3(BTC2)]
yang disintesis secara elektrokimia (a), sonokimia 60 menit (b),
dan sonokimia 30 menit (c) ...........................................................
xiii
32
Gambar 19. Morfologi [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara elektrokimia ......
33
Gambar 20. Histogram distribusi partikel [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara
elektrokimia ...................................................................................
Gambar 21.Morfologi
ibu@[Zn3(BTC2)]
yang
disintesis
33
secara
elektrokimia...................................................................................
34
Gambar 22. Morfologi [Zn3(BTC2)] (a) dan ibu@[Zn3(BTC2)] (b) yang
disintesis secara sonokimia 30 menit ............................................
34
Gambar 23. Histogram distribusi partikel [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara
sonokimia 30 menit .......................................................................
35
Gambar 24. Morfologi [Zn3(BTC2)] (a) dan ibu@[Zn3(BTC2)] (b) yang
disintesis secara sonokimia 60 menit ............................................
36
Gambar 25. Histogram distribusi partikel [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara
sonokimia 60 menit .......................................................................
36
Gambar 26. Morfologi [Zn3(BTC2)] yang disintesis secara sonokimia 90
menit ..............................................................................................
37
Gambar 27. Hasil analisis TGA [Zn3(BTC2)] dan Ibu@[Zn3(BTC2)] yang
disintesis secara sonokimia 60 menit (a) dan elektrokimia (b) .....
38
Gambar 28. Spektra UV-Vis ibuprofen dalam n-heksana ...............................
39
Gambar 29. Spektra UV-Vis ibuprofen dalam PBS + Tween80 .....................
40
Gambar 29. Kumulatif persen pelepasan ibuprofen dalam [Zn3(BTC2)]
dalam PBS suhu 37 C dan pH 7,4 .................................................
xiv
41
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan Rendemen [Zn3(BTC)2]...........................................
51
Lampiran 2. Analisis H2O dengan TG-DTA....................................................
54
Lampiran 3. Hasil Analisis XRD .....................................................................
55
Lampiran 4. Hasil analisis FTIR ......................................................................
68
Lampiran 5. Hasil analisis luas permukaan [Zn3(BTC)2] ................................
70
Lampiran 6. Perhitungan ukuran partikel [Zn3(BTC)2] ...................................
72
Lampiran 6. Perhitungan Pelepasan Ibuprofen ................................................
76
xv
DAFTAR SINGKATAN
MOFs
: metal-organic frameworks
Ibu@[Zn3(BTC)2]
: ibuprofen dalam [Zn3(BTC)2]
H3BTC
: Benzene-1,3,5-tri-karboksilat
CCDC
: Cambridge crystallographic data center
JCPDS
: Joint committe on powder diffraction standards
PBS
: Phosphate buffer saline
XRD
: X-Ray diffraction
FTIR
: fourier transform infrared
SEM
: Scanning Electron microscopy
TEM
: Transmition Electron microscopy
SAA
: Surface Area Analyzer
TGA
: Thermo Gravimetric analysis
EtOH
: Etanol
TBATFB
: tetrabutyl ammonium tetrafluoro borate
xvi