Sintesis Hibrid Hidrogel Dari N-Suksinil Kitosan dan Pati Dialdehid
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Hidrogel yang terbuat dari polisakarida alami sudah secara luas di teliti dalam
bidang farmasi dan kesehatan, seperti rekayasa jaringan, penghantaran obat,
imobilisasi sel dan enzim. Penggunaan hidrogel sebagai material penutup luka dalam
bidang industri kesehatan telah di dokumentasi dalam literatur. Hidrogel memiliki
fungsi untuk menyerap cairan dan puing-puing dari area luka (Straccia et al, 2014).
Hidrogel yang biodegradable telah banyak di gunakan sebagai bahan perancah
secara in situ pada berbagai aplikasi biomedis, sebagai contoh penghantar obat,
enkapsulasi sel, atau perancah pada rekayasa jaringan, yang membantu untuk
menggabungkan sel atau obat-obatan tanpa mengubah ukuran atau bentuk pada
pembentukan hidrogel (Kamoun, 2015).
Hidrogel adalah kelas polimer yang sangat mirip dengan jaringan lunak
dengan kandungan air yang banyak, sifat mekanik (modulus rendah dan elastis),
kelunakan, permeabilitas oksigen, dan biokompabilitas yang sangat baik. Berdasarkan
sumber dari material, hidrogel dapat dibagi menjadi dua kelas: hidrogel yang berbasis
bahan sintetik dan hidrogel yang berbasis bahan alami. Pada hidrogel yang berbasis
bahan sintetik terdapat beberapa kelemahan yaitu termasuk reaksi inflamasi, migrasi
bahan serta sulit dihilangkan dan sebagainya. Belakangan ini, banyak perhatian
berorientasi kepada hidrogel yang biokompatibel. Kitosan salah satu bahan yang
biodegradasi yang merupakan polimer alami yang rentan terhadap degradasi
enzimatik (Liet al, 2012).
Berdasarkan jenis ikatannya, hidrogel dapat diklasifikasikan menjadi hidrogel
fisika dan kimia. Hidrogel kimia dibentuk oleh reaksi yang tidak dapat balik,
sedangkan hidrogel fisika dibentuk oleh reaksi yang dapat balik (Sugita et al, 2009).
Universitas Sumatera Utara
Hidrogel dapat diaplikasikan sebagai padatan atau film tipis elastis yang lembut
(Straccia et al, 2014).
Salah satu senyawa turunan kitin yang banyak dikembangkan karena
aplikasinya yang luas adalah kitosan (Bhuvana, 2006). Kitosan merupakan
polisakarida yang banyak terdapat di alam setelah selulosa. Keberadaan kitosan di
alam terutama terdapat sebagai limbah dari kulit udang dan kepiting. Kitosan
mempunyai sifat spesifik yaitu adanya sifat bioaktif, biokompatibel, pengkelat, anti
bakteri dan dapat terbiodegradasi (Struszczyk, 1993).
Derivat kitosan memiliki berbagai macam aplikasi didalam industri farmasi,
dan bioteknologi, dan bahan pembalut luka (Zhao, 2003).
Kitosan merupakan polimer linear β(1-4)-amino-2-deoksi-D-glikopiranosa yang
dihasilkan dari N-deasetilasi kitin. Kitosan mudah mengalami biodegradasi, tidak
beracun, dan biokompatibel. Adanya gugus amina (-NH2) dan gugus hidroksil (-OH)
menyebabkan kitosan mempunyai reaktifitas yang tinggi (Dutta, 2006). Salah satu
reaksi yang yang terjadi pada gugus amin adalah N-asilasii kitosan yaitu reaksi
antara kitosan dengan asil anhidrida (Roberts,1992).
Beberapa turunan N-karboksiasil kitosan yang larut dalam air telah disintetis
dengan memvariasi jenis dari dikarboksilat anhidridanya, seperti maleat, suksinat,
phathalat, sitrakonat (Vanichvattana et al, 2008).
Untuk mengatasi permasalahan mengenai sifat kelarutan kitosan, cara yang
dapat ditempuh adalah dengan membuat turunan kitosan melalui modifikasi kimia.
Salah satu hasil modifikasi itu adalah kitosan suksinat, yang diperoleh dengan
memasukkan gugus suksinil dari anhidrida suksinat pada gugus amina kitosan
(Cecilia, 2011).
N-suksinil kitosan (NSK) merupakan derivat kitosan yang larut dalam air
dalam kondisi normal. Kebutuhan akan NSK mulai menarik perhatian sebagai
polimer penghantar obat dibandingkan dengan kitosan yang murni. Ini dikarenakan
sifatnya yang menarik dan alami, seperti kelarutan yang mudah didalam pH yang
berbeda tanpa perlu pengasaman, sifat hidrofilik yang besar, biokompabilitas, dan
sifat antibakteri yang sama seperti kitosan murni. Sebelumnya NSK disintesa dan
Universitas Sumatera Utara
diikat silang dengan polimer lain, seperti asam hialuronik, alginat, laktosaminat, dan
lipoprotein yang mempunyai densitas rendah untuk aplikasi biomedis (Kamoun,
2015).
Pati yang termodifikasi sudah banyak digunakan dalam berbagai aplikasi,
seperti dalam produk makanan sebagai bahan pengisi, stabilizer atau emulsifier.
Dalam bidang farmasi digunakan sebagai disintegran, dan obat-obatan. Dan juga
digunakan pada berbagai aplikasi lainnya (Anto, 2006 dan Cavalho, 2003).
Beberapa pati termodifikasi dibuat dengan menggunakan
metode yang
beragam; secara fisika, enzim, atau secara kimia dengan menggunakan pati murni
dengan berbagai senyawa lain, yang mana akan merubah sifat dari pati tersebut
(Carvalhoet al, 2003).
Oksidasi pati merupakan cara lain dari modifikasi pati secara kimia. Dimana
gugus hidroksil dari pati diganti dengan gugus aldehid yang menunjukkan sifat
hidrofobisitas yang lebih besar dan rekristalisasi terhambat. (Zang, et al, 2009). Pati
dialdehid (PDA) dibuat dengan menggunakan asam periodat dan periodat merupakan
bentuk yang paling baik dalam mengoksidasi pati dan dapat digunakan dalam
beberapa bidang industri, seperti makanan, pelapis kertas, dan bidang biomaterial
(Tokhadze et al, 1975).
PDA memiliki sifat degradasi biologis, dan karakteristik biokimia alami,
seperti kelarutannya semi-basa, mengandung banyak gugus fungsi aldehid, ikatan
yang kuat, sumber melimpah, lebih murah dibandingkan dengan polimer
biodegradabel lainnya, dan lebih mudah membentuk ikat-silang (Onishi et al, 1986
dan SuYao et al, 2012).
Beberapa peneliti sudah pernah melakukan sintesa N-suksinil kitosan, seperti
Noerati (2007) yang mensintesis kitosan suksinat yang larut dalam air dengan
menggunakan asam asetat 2% sebagai pelarut kitosan, dan Kamoun (2015) yang
mensintesis kitosa suksinat dengan menggunakan asam laktat sebagai pelarut kitosan.
Sama dengan N-Suksinil Kitosan (NSK), beberapa peneliti sudah pernah
meneliti PDA sebelumnya. Salisu (2013) mengoksidasi pati singkong dengan
Universitas Sumatera Utara
menggunakan oksidator kalium periodat, dan Kamoun (2015) yang mengoksidasi pati
dengan menggunakan oksidator natrium periodat.
Beberapa penelti yang telah mensintesis hidrogel, adalah Aisyah (2005) yang
mensintesi hidrogel kitosan dengan PVA, Sugita et al (2006) mensintesis hidrogel
kitosan-gom guar, Sugita et al (2007) yang mensintesis hidrogel kitosan-gom xantan
dan Kamoun (2015) yang mensintesis hidrogel NSK-PDA.
Peneliti sebelumnya (Kamoun 2015) telah mensintesis hidrogel dari kitosan
suksinat dengan pati dialdehid. Dalam penelitian ini, peneliti bermaksud melakukan
sintesis hibrid hidrogel antara N-suksinil kitosan (NSK) dan pati dialdehid (PDA)
dengan memodifikasi prosedur pembentukan ikatan basa Schiff antara NSK dengan
PDA.
Kemudian
hidrogel
yang
diperolehdianalisa
dengan
menggunakan
spektofotometer FT-IR.serta diuji derajat mengembang (swelling) dan waktu gelasi.
1.2 Permasalahan
1. Apakah N-suksinil kitosan dapat disintesis melalui reaksi asilasi antara
kitosan dengan suksinat anhidrat ?
2. Apakah pati aldehid dapat disintesis melalui oksidasi pati dengan natrium
periodat?
3. Bagaimana membentuk hibrid hidrogel dari N-suksinil kitosan dan pati
aldehid?
1.2 Tujuan Penelitian
1. Untuk mensintesis N-suksinil kitosan melalui reaksi asilasi kitosan dengan
suksinat anhidrat.
2. Untuk mensintesis pati dialdehid melalui oksidasi pati dengan natrium
periodat.
3. Untuk membentuk hibrid hidrogel dari N-suksinil kitosan dan pati aldehid.
Universitas Sumatera Utara
1.4 Pembatasan Masalah
1. Kitosan yang digunakan adalah kitosan komersial dari salah satu perusahaan
swasta dengan derajat deasetilasi sekitar 80%.
2. Pati yang digunakan adalah pati komersial dari salah satu perusahaan swasta.
3. N-Suksinil kitosan diperoleh dari hasil reaksi asilasi kitosan dengan suksinat
anhidrat
1.5 Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini diharapkan diperoleh informasi mengenai reaksi sintesis dan
pengembangan dari reaksi-reaksi organik dalam reaksi suksinilasi kitosan dan
oksidasi pati untuk menghasilkan modifikasi kitosan dan modifikasi pati yang
memiliki penggunaan yang lebih luas, misalnya sebagai bahan penghantar obatobatan.
1.6 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan
di laboratorium Kimia Organik FMIPA USU. Proses
sentrifugasi dilakukan di laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU.
Analisis
Spektroskopi FT – IR di laboratorium kimia organik UGM.
1.7 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimen laboratorium dimana pada tahap pertama dilakukan
reaksi oksidasi pati dengan menggunakan oksidator natrium periodat yang
menghasilkan pati dialdehid. Kemudian tahap kedua di reaksikan suksinat anhidrat
dengan kitosan menghasilkan N-suksinil kitosan. Kemudian hasil kedua reaksi
direaksikan menghasilkan senyawa hidrogel.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Hidrogel yang terbuat dari polisakarida alami sudah secara luas di teliti dalam
bidang farmasi dan kesehatan, seperti rekayasa jaringan, penghantaran obat,
imobilisasi sel dan enzim. Penggunaan hidrogel sebagai material penutup luka dalam
bidang industri kesehatan telah di dokumentasi dalam literatur. Hidrogel memiliki
fungsi untuk menyerap cairan dan puing-puing dari area luka (Straccia et al, 2014).
Hidrogel yang biodegradable telah banyak di gunakan sebagai bahan perancah
secara in situ pada berbagai aplikasi biomedis, sebagai contoh penghantar obat,
enkapsulasi sel, atau perancah pada rekayasa jaringan, yang membantu untuk
menggabungkan sel atau obat-obatan tanpa mengubah ukuran atau bentuk pada
pembentukan hidrogel (Kamoun, 2015).
Hidrogel adalah kelas polimer yang sangat mirip dengan jaringan lunak
dengan kandungan air yang banyak, sifat mekanik (modulus rendah dan elastis),
kelunakan, permeabilitas oksigen, dan biokompabilitas yang sangat baik. Berdasarkan
sumber dari material, hidrogel dapat dibagi menjadi dua kelas: hidrogel yang berbasis
bahan sintetik dan hidrogel yang berbasis bahan alami. Pada hidrogel yang berbasis
bahan sintetik terdapat beberapa kelemahan yaitu termasuk reaksi inflamasi, migrasi
bahan serta sulit dihilangkan dan sebagainya. Belakangan ini, banyak perhatian
berorientasi kepada hidrogel yang biokompatibel. Kitosan salah satu bahan yang
biodegradasi yang merupakan polimer alami yang rentan terhadap degradasi
enzimatik (Liet al, 2012).
Berdasarkan jenis ikatannya, hidrogel dapat diklasifikasikan menjadi hidrogel
fisika dan kimia. Hidrogel kimia dibentuk oleh reaksi yang tidak dapat balik,
sedangkan hidrogel fisika dibentuk oleh reaksi yang dapat balik (Sugita et al, 2009).
Universitas Sumatera Utara
Hidrogel dapat diaplikasikan sebagai padatan atau film tipis elastis yang lembut
(Straccia et al, 2014).
Salah satu senyawa turunan kitin yang banyak dikembangkan karena
aplikasinya yang luas adalah kitosan (Bhuvana, 2006). Kitosan merupakan
polisakarida yang banyak terdapat di alam setelah selulosa. Keberadaan kitosan di
alam terutama terdapat sebagai limbah dari kulit udang dan kepiting. Kitosan
mempunyai sifat spesifik yaitu adanya sifat bioaktif, biokompatibel, pengkelat, anti
bakteri dan dapat terbiodegradasi (Struszczyk, 1993).
Derivat kitosan memiliki berbagai macam aplikasi didalam industri farmasi,
dan bioteknologi, dan bahan pembalut luka (Zhao, 2003).
Kitosan merupakan polimer linear β(1-4)-amino-2-deoksi-D-glikopiranosa yang
dihasilkan dari N-deasetilasi kitin. Kitosan mudah mengalami biodegradasi, tidak
beracun, dan biokompatibel. Adanya gugus amina (-NH2) dan gugus hidroksil (-OH)
menyebabkan kitosan mempunyai reaktifitas yang tinggi (Dutta, 2006). Salah satu
reaksi yang yang terjadi pada gugus amin adalah N-asilasii kitosan yaitu reaksi
antara kitosan dengan asil anhidrida (Roberts,1992).
Beberapa turunan N-karboksiasil kitosan yang larut dalam air telah disintetis
dengan memvariasi jenis dari dikarboksilat anhidridanya, seperti maleat, suksinat,
phathalat, sitrakonat (Vanichvattana et al, 2008).
Untuk mengatasi permasalahan mengenai sifat kelarutan kitosan, cara yang
dapat ditempuh adalah dengan membuat turunan kitosan melalui modifikasi kimia.
Salah satu hasil modifikasi itu adalah kitosan suksinat, yang diperoleh dengan
memasukkan gugus suksinil dari anhidrida suksinat pada gugus amina kitosan
(Cecilia, 2011).
N-suksinil kitosan (NSK) merupakan derivat kitosan yang larut dalam air
dalam kondisi normal. Kebutuhan akan NSK mulai menarik perhatian sebagai
polimer penghantar obat dibandingkan dengan kitosan yang murni. Ini dikarenakan
sifatnya yang menarik dan alami, seperti kelarutan yang mudah didalam pH yang
berbeda tanpa perlu pengasaman, sifat hidrofilik yang besar, biokompabilitas, dan
sifat antibakteri yang sama seperti kitosan murni. Sebelumnya NSK disintesa dan
Universitas Sumatera Utara
diikat silang dengan polimer lain, seperti asam hialuronik, alginat, laktosaminat, dan
lipoprotein yang mempunyai densitas rendah untuk aplikasi biomedis (Kamoun,
2015).
Pati yang termodifikasi sudah banyak digunakan dalam berbagai aplikasi,
seperti dalam produk makanan sebagai bahan pengisi, stabilizer atau emulsifier.
Dalam bidang farmasi digunakan sebagai disintegran, dan obat-obatan. Dan juga
digunakan pada berbagai aplikasi lainnya (Anto, 2006 dan Cavalho, 2003).
Beberapa pati termodifikasi dibuat dengan menggunakan
metode yang
beragam; secara fisika, enzim, atau secara kimia dengan menggunakan pati murni
dengan berbagai senyawa lain, yang mana akan merubah sifat dari pati tersebut
(Carvalhoet al, 2003).
Oksidasi pati merupakan cara lain dari modifikasi pati secara kimia. Dimana
gugus hidroksil dari pati diganti dengan gugus aldehid yang menunjukkan sifat
hidrofobisitas yang lebih besar dan rekristalisasi terhambat. (Zang, et al, 2009). Pati
dialdehid (PDA) dibuat dengan menggunakan asam periodat dan periodat merupakan
bentuk yang paling baik dalam mengoksidasi pati dan dapat digunakan dalam
beberapa bidang industri, seperti makanan, pelapis kertas, dan bidang biomaterial
(Tokhadze et al, 1975).
PDA memiliki sifat degradasi biologis, dan karakteristik biokimia alami,
seperti kelarutannya semi-basa, mengandung banyak gugus fungsi aldehid, ikatan
yang kuat, sumber melimpah, lebih murah dibandingkan dengan polimer
biodegradabel lainnya, dan lebih mudah membentuk ikat-silang (Onishi et al, 1986
dan SuYao et al, 2012).
Beberapa peneliti sudah pernah melakukan sintesa N-suksinil kitosan, seperti
Noerati (2007) yang mensintesis kitosan suksinat yang larut dalam air dengan
menggunakan asam asetat 2% sebagai pelarut kitosan, dan Kamoun (2015) yang
mensintesis kitosa suksinat dengan menggunakan asam laktat sebagai pelarut kitosan.
Sama dengan N-Suksinil Kitosan (NSK), beberapa peneliti sudah pernah
meneliti PDA sebelumnya. Salisu (2013) mengoksidasi pati singkong dengan
Universitas Sumatera Utara
menggunakan oksidator kalium periodat, dan Kamoun (2015) yang mengoksidasi pati
dengan menggunakan oksidator natrium periodat.
Beberapa penelti yang telah mensintesis hidrogel, adalah Aisyah (2005) yang
mensintesi hidrogel kitosan dengan PVA, Sugita et al (2006) mensintesis hidrogel
kitosan-gom guar, Sugita et al (2007) yang mensintesis hidrogel kitosan-gom xantan
dan Kamoun (2015) yang mensintesis hidrogel NSK-PDA.
Peneliti sebelumnya (Kamoun 2015) telah mensintesis hidrogel dari kitosan
suksinat dengan pati dialdehid. Dalam penelitian ini, peneliti bermaksud melakukan
sintesis hibrid hidrogel antara N-suksinil kitosan (NSK) dan pati dialdehid (PDA)
dengan memodifikasi prosedur pembentukan ikatan basa Schiff antara NSK dengan
PDA.
Kemudian
hidrogel
yang
diperolehdianalisa
dengan
menggunakan
spektofotometer FT-IR.serta diuji derajat mengembang (swelling) dan waktu gelasi.
1.2 Permasalahan
1. Apakah N-suksinil kitosan dapat disintesis melalui reaksi asilasi antara
kitosan dengan suksinat anhidrat ?
2. Apakah pati aldehid dapat disintesis melalui oksidasi pati dengan natrium
periodat?
3. Bagaimana membentuk hibrid hidrogel dari N-suksinil kitosan dan pati
aldehid?
1.2 Tujuan Penelitian
1. Untuk mensintesis N-suksinil kitosan melalui reaksi asilasi kitosan dengan
suksinat anhidrat.
2. Untuk mensintesis pati dialdehid melalui oksidasi pati dengan natrium
periodat.
3. Untuk membentuk hibrid hidrogel dari N-suksinil kitosan dan pati aldehid.
Universitas Sumatera Utara
1.4 Pembatasan Masalah
1. Kitosan yang digunakan adalah kitosan komersial dari salah satu perusahaan
swasta dengan derajat deasetilasi sekitar 80%.
2. Pati yang digunakan adalah pati komersial dari salah satu perusahaan swasta.
3. N-Suksinil kitosan diperoleh dari hasil reaksi asilasi kitosan dengan suksinat
anhidrat
1.5 Manfaat Penelitian
Dari penelitian ini diharapkan diperoleh informasi mengenai reaksi sintesis dan
pengembangan dari reaksi-reaksi organik dalam reaksi suksinilasi kitosan dan
oksidasi pati untuk menghasilkan modifikasi kitosan dan modifikasi pati yang
memiliki penggunaan yang lebih luas, misalnya sebagai bahan penghantar obatobatan.
1.6 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan
di laboratorium Kimia Organik FMIPA USU. Proses
sentrifugasi dilakukan di laboratorium Kimia Anorganik FMIPA USU.
Analisis
Spektroskopi FT – IR di laboratorium kimia organik UGM.
1.7 Metodologi Penelitian
Penelitian ini bersifat eksperimen laboratorium dimana pada tahap pertama dilakukan
reaksi oksidasi pati dengan menggunakan oksidator natrium periodat yang
menghasilkan pati dialdehid. Kemudian tahap kedua di reaksikan suksinat anhidrat
dengan kitosan menghasilkan N-suksinil kitosan. Kemudian hasil kedua reaksi
direaksikan menghasilkan senyawa hidrogel.
Universitas Sumatera Utara