BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Hidrogel - BAB II ROYYAN IFANI DINI TKIM'17

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Hidrogel

Hidrogel adalah salah satu jenis makro molekul polimer hidrofilik yang berbentuk jaringan berikatan silang, mempunyai kemampuan mengembang dalam air (swelling), serta memiliki daya diffusi air yang tinggi. Oleh karena sifat fisik yang khas tersebut, pada awalnya hidrogel disintesis untuk digunakan sebagai matriks pengekang/pelepasan obat, kontak lensa, immobilisasi enzim dan sel. Lebih jauh lagi, sesuai dengan perkembangan teknologi dan kebutuhan akan bahan baru yang dapat diaplikasikan di bidang kesehatan, aplikasi hidrogel pada beberapa tahun belakangan ini diteliti dan dikembangkan untuk aplikasi di bidang biomedis. Salah satu aplikasi hidrogel dengan prospek yang menjajikan adalah untuk pembalut luka bakar. Hal ini didasarkan pada sifat fisik lainnya dari hidrogel yaitu kemampuannya dalam mengekang air, bersifat sebagai pembasah permukaan dan biokompatibel terhadap tubuh. Khususnya untuk pembalut luka bakar, pemakaian hidrogel tidak memberikan efek penyembuhan yang maksimal dikarenakan hidrogel hanya bersifat sebagai pendingin. Oleh karena itu, perlu ditambahkan suatu antibiotik yang akan menaikkan kinerja dari hidrogel untuk penyembuh luka, misalnya antibiotik (Erizal,2008).

Hidrogel merupakan jaringan makro molekul yang mampu menyerap dan melepas air secara reversibel berdasarkan stimulan eksternal (Sannino et al., 2009).

2.2 Polietilen Oksida

Etilen Oksida merupakan struktur carbon membentuk cincin oksigen yang

bersenyawa tiga dengan rumus struktur -O(CH –CH )O-. Meskipun senyawa ini digunakan sebagai insektisida, sebagai furmigan dan sebagai agen sterilisasi, namun dalam penggunaan fungsionalnya bervariasi. Kegunaan terpenting dari etilen oksida sebagai zat antara kimia yang sangat reaktif. Faktor

– factor yang menyebabkan reaktivitas tinggi karena etilen oksida mempunyai energy regangan besar dari cincin oksigen yang bersenyawa tiga, adanya ikatan piena etena- oksigen, dan adanya bentuk hybrid resonansi + CH

2 O dan -OCH

2 2 +.

–CH –CH Sebagian besar senyawa yang mengandung atom hydrogen aktif akan menambah etilen oksida. Contohnya etilen oksida bereaksi dengan air membentuk etilen glikol, dengan hydrogen halida membentuk monoalkyl etilen glikol, dan dengan alcohol membentuk monoalkiletil etilena glikol. Namun dalam hal ini fokus utamanya membentuk polimerisasi etilen oksida yaitu dengan penambahan etilen oksida ke molekul etilen oksida lainnya untuk membentuk poli (etilen oksida).

Polietilen oksida adalah kristal yang termasuk termoplastik dan merupakan polimer hidrofilik artinya dapat larut dalam air dengan struktur kimia relatif sangat sederhana, yaitu tersusun dari pengulangan unit: -CH

2 -CH 2 -O. Polietilen

oksida tersedia secara komersial dalam berbagai macam berat molekul seperti etilena glikol, dietilen glikol dan seterusnya sampai polimer dengan berat molekul lebih dari satu juta. Berat molekul rendah sampai 150 umumnya berupa polietilen glikol sedangkan berat molekul yan lebih tinggi dikenal sebagai poli (etilena oksida), poli oksietilen atau polioksiran. Berbagai jenis polietilen oksida dilihat dari berat molekulnya dibagi menjadi dua, yaitu berat molekul yang rendah berwujud cairan viskos sampai padat seperti lilin sedangkan jika semakin tinggi berupa termoplastik yang dapat di bentuk sesuai cetakan.

Kelarutan polietilen oksida adalah air dan sejumlah pelarut organic seperti asetonitril, anisol, chloroform, etilen diklorida, dan dimetil formida. Tidak larut dalam hidrokarbon alifatik, dietilen glikol, etilen glikol dan gliserin. Meskipun polimer dalam hidrokarbon aromatik memiliki kelarutan suhu ruangan yang rendah, namun pada suhu tinggi dapat larut dalam benzen dan toluene.

PEO bersifat inert terhadap biopolimer (termasuk protein, darah, dan jaringan sel), maka PEO dapat digunakan sebagai bahan dasar, terutama dalam bentuk hidrogel untuk pembuatan berbagai jenis alat kedokteran, kesehatan dan farmasi, seperti: pembalut luka, "suture", kontak lens, membran dialisis, dan alat pelepas obat secara terkontrol. Di samping itu, PEO dapat pula digunakan untuk melapisi beberapa alat kedokteran/kesehatan yang berhubungan langsung dengan jaringan tubuh dan darah, misalnya kateter dan vaskuler protese. Salah satu cara yang mudah untuk menghasilkan hidrogel PEO ialah dengan mengiradiasi larutan PEO dengan radiasi pengion, baik dengan sinar gamma maupun dengan berkas elektron. Beberapa peneliti telah mempelajari radiolisis PEO yang diiradiasi dalam larutan air, tetapi belum satu pun yang membahas secara menyeluruh bagaimana proses yang terjadi dalam larutan PEO yang diiradiasi mulai dari tahap awal (terbentuknya makro radikal PEO) sampai terbentuknya hidrogel yang merupakan jaringan tiga dimensi (crosslinking) (Zainudin, 1996).

Gambar 2.1. Struktur molekul Polietilen Oksida

Polietilen glikol (PEG) adalah polimer yang dapat dirumuskan oleh

formula HOCH (CH OCH )nCH OH. Nilai n dapat berkisar dari 1 sampai nilai yang sangat besar, karena itu berat molekul dari PEG ini dapat berkisar antara 150-10.000. Senyawa yang memiliki berat molekul dari 150-700 berbentuk cairan, dimana senyawa yang berat molekulnya 1.000-10.000 berbentuk padatan. Senyawa glikol dengan berat molekul yang rendah biasanya digunakan untuk larutan kental dimana campuran glikol ini biasanya dimanfaatkan sebagai basis salep larut air (Grosser, et al., 2011).

2 Polietilen glikol 400 adalah polietilen glikol H(O-CH -CH )n OH dimana

harga n antara 8,2 dan 9,1. Pemerian: cairan kental jernih, tidak berwarna atau praktis tidak berwarna, bau khas lemah, agak higroskopik. Kelarutan: larut dalam air, dalam etanol (95%) P, dalam aseton P, dalam glikol lain dan dalam hidrokarbon aromatik, praktis tidak larut dalam eter P dan dalam hidrokarbon alifatik. Bobot molekul rata-rata: 380-420. Kandungan Lembab:Sangat higroskopis walaupun higroskopis turun dengan meningkatnya bobot molekul, titik beku 4-8ºC (Depkes RI, 1979).

Polietilen glikol 4.000, 6.000 dan 8.000 berbentuk serbuk putih dengan tekstur seperti lilin dan berwarna seperti parafin. Sangat larut dalam air dan dalam diklorometan, dan sedikit larut dalam alkohol (Sweetman, 2009).

Polietilen glikol dapat menunjukkan aktivitas oksidasi jika terjadi inkompatibilitas. Aktivitas anti bakteri dari bactricin atau benzil penicilin dapat dikurangi jika diformulasi dengan salep yang mengandung basis PEG ini (Sweetman, 2009).

Salah satu polimer yang umum digunakan pada pembuatan dispersi padat adalah PEG. PEG disebut juga makrogol, merupakan polimer sintetik dari

oksietilen dengan rumus struktur H(OCH CH )nOH, dimana n adalah jumlah rata- rata gugus oksietilen. PEG umumnya memiliki bobot molekul antara 200- 300.000. Penamaan PEG umumnya ditentukan dengan bilangan yang menunjukkan bobot molekul rata-rata. Konsistensinya sangat dipengaruhi oleh bobot molekul. PEG dengan bobot molekul 200-600 (PEG 200-600) berbentuk cair, PEG 1500 semi padat, dan PEG 3000-20.000 atau lebih berupa padatan semi kristalin dan PEG dengan bobot molekul lebih besar dari 100.000 berbentuk seperti resin pada suhu kamar. Umumnya PEG dengan bobot molekul 1.500- 20.000 yang digunakan untuk pembuatan dispersi padat (Leuner dan Dressman, 2000; Rowe, et al., 2003).

PEG merupakan salah satu jenis bahan pembawa yang sering digunakan sebagai bahan tambahan dalam suatu formulasi untuk meningkatkan pelarutan obat yang sukar larut. Bahan ini merupakan salah satu jenis polimer yang dapat membentuk komplek polimer pada molekul organik apabila ditambahkan dalam formulasi. Cangkang kapsul dengan menggunakan basis polietilen glikol memiliki beberapa keuntungan karena sifatnya yang inert, tidak mudah terhidrolisis, tidak membantu pertumbuhan jamur (Martin, dkk., 1993).

Polietilen glikol (PEG) yang dikenal juga dengan nama polietilen oksida (PEO) atau polioksi etilen (POE) merupakan jenis polieter komersil yang paling penting. PEG, PEO atau POE merupakan oligomer atau polimer dari etilen oksida. Perbedaan ketiga nama tersebut terletak pada masa molekulnya.

PEG merupakan oligomer dan polimer dengan massa molekul di bawah 20.000 g/mol. PEG dibuat melalui polimerisasi etilen oksida dan secara komersil tersedia dalam rentang berat molekul yang luas dari 300 g/mol sampai 10.000 g/mol. Walaupun PEG dan PEO dengan berat molekul yang berbeda digunakan dalam aplikasi yang berbeda dan mempunyai perbedaan fisika seperti (viskositas) karena pengaruh panjang rantai, tetapi sifat fisik kimia keduanya hampir sama.

Polietilen glikol (PEG) merupakan jenis polieter komersil yang paling penting. Polietilen glikol mempunyai beberapa sifat kimia yang membuatnya istimewa dalam berbagai bidang seperti biologi, kimia dan farmasi. Sifat-sifat tersebut diantaranya, tidak beracun (non-toksik), hidrofilik dan memiliki fleksibilitas yang tinggi. PEG dibuat melalui polimerisasi etilen glikol pada Gambar 2.3.

Gambar 2.2. Reaksi polimerisasi etilen glikol

PEG sering digunakan dalam bidang farmasi karena sifat biokompatibilitas dan non-toksik serta kelarutannya yang baik dalam air maupun pelarut umum lainnya. PEG juga sering digunakan sebagai platisizer yang baik dalam industri polimer (Arfah, 2013).

2.3 Polietilen Glikol Diakrilat

Polietilena glikol diakrilat (PEGDA) merupakan polimer sintetik yang telah digunakan untuk menyelidiki rekayasa jaringan termasuk tulang rawan dan kornea. PEGDA merupakan senyawa non-toksik dan menghasilkan respon minimal imunogenik. Variasi berat molekul PEGDA atau konsentrasi larutan mengubah kinetika polimerisasi dan mengubah sifat mekanik darigel. Dimana gel ini digunakan untuk pencegahan restenosis dan adhesi luka pasca bedah. (Amelia Zellander, et.al, 2013)

PEGDA merupakan aplikasi polimer yang terdiri dari molekul yang sangat panjang dengan rantai atom karbon sebagai tulang punggung. Molekul-molekul panjang yang dibuat dengan menghubungkan bersama serangkaian molekul yang lebih kecil (monomer) atau kelompok molekul yang lebih kecil (oligomer). Ikatan molekul kecil yang panjang biasanya dilakukan untuk memecah ikatan tak jenuh karbon dalam molekul monomer, yang menciptakan reaksi berantai dari monomer membentuk rantai panjang. Untuk mendapatkan reaksi berantai ini dimulai pada polimerisasi foto, yang digunakan untuk foto inisiator. Foto-inisiator ini sensitive terhadap cahaya dan pada penyerapan foton, serta membentuk radikal yang mampu memecah ikatan tak jenuh dalam monomer dan mengikatnya untuk menghasilkan monomer radikal dengan molekul foto-inisiator yang melekat pada monomer tersebut. Setelahnya terbentuk radikal yang selanjutnya dapat memecah ikatan jenuh lain dan menempel pada monomer kedua. Hasil proses ini dalam reaksi berantai sampai dua radikal bertemu dan membentuk selesai rantai.

Salah satu karakteristik dari PEGDA adalah mampu bertahan pada permukaan dan struktur berbagai jenis sel dimana PEGDA itu adalah biokompatibel. PEGDA telah digunakan untuk sejumlah aplikasi yang berbeda seperti rekayasa jaringan. Beberapa contoh aplikasi tersebut untuk rekayasa jaringan katup jantung atau penciptaan partikel PEGDA yang mengandung sel-sel dengan tujuan sebagai obat.

Berat molekul PEGDA 3460 pada suhu kamar berupa bubuk putih, sementara itu PEGDA BM 700 berbentuk gel ketika dipadatkan pada suhu 6°C dan cair pada suhu kamar. Selanjutnya PEGDA BM 600 berbentuk cair ketika disimpan dalam suhu kamar.

Berbagai jenis PEGDA digunakan berbeda sesuai berat molekul, dan mempunyai rantai panjang yang berbeda. Selain itu crosslinking dari berat molekul yang berbeda akan merubah densitas polimer serta sifat mekanik dari polimer tersebut (Diedrik, 2014).

Gambar 2.3. Polietilena Glikol dan turunannya

2.4 Material dan Aplikasi Hidrogel

Hidrogel dapat disintesis baik menggunakan polimer alami maupun sintetis.Terdapat tiga komponen utama material hidrogel yaitu polimer utama, polimer sekunder, dan material perantara pengkait silang (cross-linking agents). Polimer utama digunakan sebagai basis struktur hidrogel. Sedangkan polimer sekunder diutamakan untuk menambah properti hidrogel untuk tujuan peningkatan performa. Keberadaan dua polimer tersebut dapat saling dipertukarkan tergantung sifat-sifat hidrogel yang akan dicapai. Penggunaan material perantara pengkait silang bersifat opsional tergantung metode sintesis yang diterapkan. Beberapa teknik sintesis hidrogel, seperti metoda radiasi, tidak

material

menggunakan pengkait silang, melainkan menggunakan radiasi berenergi tinggi (sinar gamma dan radiasi elektron) (Hari adi, 2012).

Beberapa polimer yang sudah digunakan sebagai material dasar hidrogel terkait dengan aplikasinya disajikan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Material dan aplikasi hidrogel.

Bidang Aplikasi Material Poimer Sumber Pertanian, starch, xanthan, polyvinyl (Aouada et al, 2011) ; pengelolaan limbah, alcohol,poly (vinyl methyl ether), (Reman et al., 2011), teknologi separasi poly (N-isopropyl acrylamide), (Chatterjee et al.,

2010)

hitosan, carboxymethyl cellulose

Kedokteran, polyurethane, poly(ethylene (Yang et al., 2010) perawatan luka glycol), poly(propylene glycol),

poly(vinyl pyrolidone), polyethylene glycol, xanthan, methyl cellulose, carboxymethyl celllose, alginate, hyaluronan dan hydrocolloids

Farmasi (drug poly(vinylpyrrolidone), starch, (Rani et al., 2010;Zhou

delivery) poly(vinylpyrrolidone), et al., 2011) poly(acrylic acid) carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, polyvinyl alcohol, acrylic acid, methacrylic acid, chitosan, αβ-glycerophosphate, k- carrageenan, acrylic acid, 2- acrylamido-2- methylpropanesulfonic acid acrylic acid, carboxymethyl cellulose

Material gigi hydrocolloids (Ghatti karaya, (Gulrez et al., 2011)

Kerensisgum) Tissue Engineerig, poly(vinylalcohol), poly(acrylic (Gulrez et al., 2011)

teknologi implan acid), hyaluronan, collagen Sistem injeksi polyesters, polyphospaxenes, (Gulrez et al., 2011) polimer

polypeptides, chitosan, β-hairpin peptide

Kosmetik starch, gum arabic, xanthan, (Gulrez et al., 2011)

pectin, carrageenan, gellan, welan, guar gum, locust, bean gum, alginate, heparin, chitin dan chitosan

Sensor Poly(vinyl alcohol), poly(acrylic (Richter et al., 2008)

acid), methacrylic acid, poly(ethylene glycol) dimethacrylate

2.5 Struktur dan Komposisi Hidrogel

Sebagai akibat proses reaksi radikal bebas yang berkesinambungan membentuk ikatan silang, maka makromolekul yang terbentuk pada tahap awal reaksi selanjutnya berinteraksi secara kontinyu dengan molekul lainnya baik secara kimia maupun fisika sehingga tercapai kondisi yang stabil. Sebagai hasil akhir proses reaksi tersebut adalah terbentuknya suatu kerangka jaringan unik yang penampilannya secara mikroskopik disajikan pada Gambar 2.5. dan 2.6.

Gambar 2.4. Struktur kerangka jaringan hidrogelGambar 2.5. Struktur penampang hidrogel

Keterangan gambar :

A) Rantai hidrofilik,

B) Rantai antar cabang (inter chain /inks), C) Lilitan

(Entang element), D) Lingkar 1 (loop 1), E) Lingkar 2 ( loop 2), F) Air terikat (bound water),

G) Air bebas (free water) dalam pori. Dari Gambar 3 terlihat bahwa hidrogel berpori dalam struktur jaringannya.

Ditinjau dari penampangnya (Gambar 4) terlihat bahwa hidrogel pada dasarnya adalah jaringan yang dibentuk dari rantai hidrofilik, rantai antar cabang yang berbentuk lingkaran dan lilitan-lilitan rantai kimia membentuk pori. Adanya rantai hidrofilik dan pori tersebut menyebabkan hidrogel dapat mengikat air secara be bas dan terikat, dan hal inilah menyebabkan hidrogel bersifat swelling dalam air.

Bentuk jaringan hidrogel dengan adanya pori-pori, sifat fisiko-kimia yang khas serta komposisi jaringan, telah banyak dimanfaatkan untuk keperluan imobilisasi obat, sel, dan enzim. Selain itu, struktur jaringan tersebut dapat dipenetrasi oleh zat-zat bioaktif antara lain sel, obat dan baik zat organik maupun anorganik Struktur jaringan ini dikenal secara umum sebagai interpenetrating polymer networks (IPNs) (Erizal, 2010).

2.6 Hidrofilisitas dan Hidrofobisitas Hidrogel

Hidrofilisitas dan hidrofobisitas merupakan bagian hidrogel yang penting berfungsi mengontrol karakter sifat fisiko-kimianya. Hidrofilisitas hidrogel disebabkan oleh gugus fungsi hidrofilik pada rantai hidrofilik yang dapat dihidrasi oleh air dengan ikatan hidrogen yang relatif kuat (bound water). Air yang terikat ini relatif sukar dikeluarkan dari jaringan hidrogel dibandingkan dari air bebas (free water) yang mengisi pori-pori hidrogel.

Berdasarkan sifat kimia gugus fungsi hidrofilik yang terikat pada rantai hidrofilik, rantai hidrofilik dapat saling berikatan satu dengan lainnya membentuk cabang yang kompleks dengan struktur tiga dimensi yaitu ikatan kovalen maupun ikatan fisika yang stabil dalam air. Beberapa jenis unit hidrofilik yang mengontrol

hidrofilisitas hidrogel antara lain adalah gugus -OH, -COOH, CONH , S0

2 NH , S0 , S0 -, CO -. Selain mengandung sisi hidrofilik, hidrogel juga

mengandung sisi hidrofobik yang memegang peranan penting dalam mengontrol karakter hidrogel. Sisi hidrofobik hidrogel pada umumnya terdapat pada cabang ikatan kovalen C-C dan ikatan hetero kovalen yang terbentuk selama proses sintesis berlangsung. Sifat hidrofobik lainnya disumbangkan oleh ikatan hetero kovalen berasal dari gugus rantai eter, imida, amida, diester, dan glutaraldehid. Selain itu, ikatan kovalen C-C dan hetero kovalen merupakan bagian hidrogel yang sukar disolvasi oleh air serta ikatan C-C backbone, rantai non polar, dan ikatan -C=C terkonjugasi.

Bagian-bagian tersebut dapat berinteraksi dengan bagian lainnya berdasarkan ikatan intermolekuler yang bersifat interaksi kohesif misalnya, ikatan non polar, polar, interaksi ionik, dan ikatan hidrogen. Hidrofilisitas dan hidrofobisitas hidrogel selalu berada dalam keadaan setimbang. Namun demikian, keadaan setimbang tersebut dapat terganggu oleh adanya perubahan dari kondisi lingkungan misalnya, perubahan pH, medan listrik, suhu, cahaya, radiasi, mekanik, dan medan magnit.

2.7 Sifat Fisiko-Kimia Hidrogel

2.7.1. Termoplastik dan Termoset

Hidrogel berdasarkan asal-usulnya dapat berasal sebagai hasil proses sintesis alami dan proses kimia atau fisika. Hidrogel yang terbentuk secara alami pada umumnya berasal dari proses biologis yang terjadi di dalam tanaman dan hewan misalnya, agar, gel lidah buaya, dekstran, gelatin dan alginat, sedangkan hidrogel sintetik pada umumnya sebagai komponen utamanya adalah monomer/polimer sintetik. Sifat fisik produk yang dihasilkan dari hidrogel sintetik bersifat sebagai termoplastik dan termoset. Termoplastik hidrogel dapat larut dalam air, alkohol dan ikatan silang yang terbentuk terjadi berdasarkan proses interaksi fisika dan mudah meleleh, sedangkan termoset adalah jenis hidrogel yang dibentuk berdasarkan ikatan silang kovalen bersifat rapuh serta bentuk relatif stabil.

2.7.2. Penyerapan Air (Water absorption)

Jika hidrogel kering direndam dalam air, pada awalnya molekul air akan menghidrasi gugus yang paling polar dalam rantai molekulnya, gugus hidrofilik, dan gugus ionik serta gugus-gugus fungsi yang dapat membentuk ikatan hidrogen. Air yang terikat sebagai akibat ikatan hidrogen kovalen dikenal sebagai air terikat utama. Hal selanjutnya yang terjadi selama proses tersebut yaitu rantai molekul dalam jaringan hidrogel mulai mengembang disertai dengan gugus-gugus fungsi hidrofobik mulai tersingkap (exposed) pada molekul-molekul air dan berinteraksi melalui interaksi hidrofobik membentuk sistem dengan entropi yang relatif rendah melapisi gugus hidrofobik. Air yang dihasilkan dari proses interaksi tesebut dikenal sebagai air terikat sekunder. Jika interaksi antara air dengan pungung polimer telah mencapai keadaan jenuh, jaringan hidrogel akan menghambat air dan selanjutnya berekspansi membentuk keadaan setimbang. Air yang dihasilkan dari proses tersebut dikenal sebagai air bebas (free water) yang mengisi pori-pori dan mikropori atau lobang-Iobang dalam hidrogel yang menyebabkan hidrogel

swelling. Proses swelling pada hidrogel berlangsung secara kontinyu yang

disebabkan oleh adanya tekanan osmosa, dan akhirnya mencapai keadaan setimbang. Keadaan setimbang hidrogel disebut sebagai kondisi swelling. Parameter yang umumnya digunakan untuk menyatakan jumlah air terserap pada hidrogel digunakan rumus :

1 Air yang terserap = W -W /W x 100%

dengan W = Berat hidrogel dalam keadaan kering (gr)

1 W =Berat hidrogel dalam keadaan basah (gr)

Selain parameter tersebut digunakan untuk menyatakan kondisi swelling hidrogel dapat pula digunakan parameter lainnya khusus untuk kondisi swelling hidrogel yang relative besar yaitu dengan rumus :

S K

Rasio Swellig = W / W dengan W S = Berat hidrogel dalam keadan swelling (gr)

W = Berat hidrogel dalam keadan kering(gr)

2.7.3. Fraksi Gel

Fraksi gel merupakan ukuran jumlah ikatan silang (crosslink) molekul primer yang terbentuk akibat proses freezing and thawing dan dinyakatan dalam persen. Evaluasi fraksi gel dilakukan dengan mengeringkan basis hidrogel pada suhu 50°C untuk menghilangkan air yang terkandung didalam hidrogel kemudian dilakukan perendaman selama 24 jam dalam aquades. Metode ini menggunakan metode gravimetri. Hidrogel hasil perendaman kemudian dikeringkan kembali untuk melihat fraksi yang masih tersisa. Banyaknya fraksi yang tidak terlarut menunjukan ikatan silang yang terbentuk dari hidrogel. (Rikka, 2015)

2.7.4. Swelling-Deswelling Swelling (pengembangan) adalah peningkatan volume suatu material pada

saat kontak dengan cairan, gas, atau uap. Pengujian ini dilakukan antara lain untuk memprediksi zat yang bisa terdifusi melalui material-material tertentu. Ketika suatu biopolimer kontak dengan cairan, misalnya air, terjadinya pengembangan disebabkan adanya termodinamika yang bersesuaian antara rantai polimer dan air serta adanya gaya tarik yang disebabkan efek ikatan silang yang terjadi pada rantai polimer. Kesetimbangan swelling dicapai, ketika kedua kekuatan ini sama besar. Berhubung sifat termodinamika polimer dalam larutan berbeda-beda, maka tidak ada teori yang bisa memprediksikan dengan pasti tentang sifat pengembangan. Ketika matriks mengembang, mobilitas rantai polimer bertambah, sehingga memudahkan penetrasi pelarut. Selain itu, ion-ion kecil yang terperangkap dalam matriks, berdifusi meninggalkan matriks, sehingga memberikan peluang yang lebih besar bagi pelarut untuk mengisi ruang-ruang kosong yang ditinggalkan. Pengembangan matriks alginat-kitosan, kemungkinan disebabkan masih adanya ion COO- yang bersifat hidrofilik dalam matriks. Sediaan lepas lambat merupakan bentuk sediaan yang dirancang untuk melepaskan obatnya ke dalam tubuh secara perlahan-lahan atau bertahap supaya pelepasannya lebih lama dan memperpanjang aksi obat (Arfah, 2013).

Deswelling adalah kondisi hidrogel dalam kondisi menciut (shrinked).

Terjadinya kondisi swelling-deswelling hidrogel merupakan keadaan perubahan fisika yang dapat ditinjau dari hukum termodinamika materi berdasarkan energi bebas Gibbs (G), entalpy (H) dan entropi (S) terhadap system terdiri dari hidrogel yang diwakili oleh polimer (P) berikatan silang dan pelarut (W). Kondisi swelling-

deswelling secara matematis dapat dinyatakan dengan persamaan: sol o

∆G = G – G ∆G < 0 (deswelling)

∆G > 0 (swelling) Go adalah kondisi air dan polimer terpisah dan masing-masing berada dalam keadaan setimbang dengan nilai S =0 dan Gso1 adalah kondisi hidrogel

swelling (air masuk ke dalam kerangka jaringan hidrogel). Keadaan setimbang

tersebut dipengaruhi oleh suhu, entalpi dan entropi sistem. Hubungan fungsi- fungsi tersebut dengan energi bebas Gibbs dirumuskan sebagai: ∆G = ∆H – T ∆S

Jika suhu dinaikkan, entropi sistem akan meningkat, maka t.G>O, hidrogel akan swelling atau sebaliknya t.G < 0, hidrogel akan deswelling. Pada kondisi swelling, air akan masuk secara acak ke dalam hidrogel hingga tercapai keadaan setimbang.

2.7.5. Absorpsi

Sifat absorbsi hidrogel adalah sifat permukaan yang khas hidrogel. Pada umumnya senyawa yang dapat diabsorpsi oleh hidrogel adalah senyawa larut dalam air yang dipengaruhi oleh ukuran diameter senyawa, sedang sebagian besar senyawa non polar tidak dapat diabsorpsi oleh hidrogel. Parameter yang umumnya digunakan untuk mengontrol terjadinya absorpsi senyawa pada hidrogel adalah koefisien partisi dan derajat hidrasi yang dirumuskan sebagai :

H = V / V ’

R = Cs / Cs dengan

H = Derajat hidrasi, V1 dan Vo = volume cairan dan volume gel r= koefisien

partisi, Cs dan Cs' = konsentrasi senyawa dalam hidrogel dan cairan. Sifat absorpsi hidrogel dipengaruhi oleh sifat interaksi antara senyawa dengan hidrogel dan beberapa kemungkinan yang terjadi sebagai akibat interaksi tersebut antara lain adalah:

Solvasi gugus hidrofilik Solvasi gugus hidrofilik yang menyebabkan derajat hidrasi meningkat, hidrogel akan swelling dan koefisien partisi naik.
Interaksi ionik Interaksi ionik dapat berupa interaksi dengan muatan ionik yang sama dan muatan yang berbeda antara hidrogel dan senyawa. Pada muatan yang sama, senyawa

tidak dapat diabsorpsi oleh hidrogel, sedangkan pada keadaan muatan yang berbeda terjadi ikatan ionik antara senyawa dengan hidrogel.

Penolakan senyawa oleh hidrogel Hal ini disebabkan oleh tidak larutnya senyawa pada matriks polimer hidrogel dan karena ukuran senyawa relatif besar dibandingkan ukuran pori hidrogel. Karena adanya sifat absorpsi tersebut, hidrogel dapat digunakan untuk pelepasan obat terkendali, ekstraksi kontaminan dalam suatu sistem, pembersih bercak pada ermukaan, dan pemisahan senyawa secara spesifik.

2.7.6. Sifat Permukaan Hidrogel

Berdasarkan sifat fisiko-kimianya, setiap jenis hidrogel mempunyai sifat yang khas pada permukaannya. Pada aplikasinya diperlukan suatu kondisi standar sifat permukaan hidrogel misalnya, pada aplikasi hidrogel sebagai bahan blood

compatibility yang perlu dikontrol adalah sifat adsorpsi permukaannya.

Sifat permukaan hidrogel dipengaruhi oleh sifat komponen utamanya yang terdiri dari gugus hidrofilik dan hidrofobik. Jika hidrofilisitas hidrogel relatif dominan dibandingkan hidrofobisitasnya, hidrogel dengan mudah dibasahi oleh air (sudut kontak 0), sedangkan pada hidrogel dengan sifat permukaannya didominasi oleh gugus hidrofobik, permukaannya relatif sukar dibasahi oleh air dan mudah dibasahi oleh minyak. Selain itu, jika hidrogel terdiri dari gugus hidrofilik dan hidrofobik yang terdistribusi secara heterogen, permukaan hidrogel dapat dibasahi oleh oleh air maupun minyak.

2.7.7. Permeable dan Difusi

Pada umumnya hidrogel permeable terhadap senyawa yang larut dalam air, jarang sekali terjadi pada senyawa yang non polar misalnya, pada senyawa

steroid. Proses difusi senyawa ke dalam hidrogel adalah melalui perantara seluruh

air yang terserap (sekitar 80%) atau baik dengan atau tidak melalui interaksi senyawa-pelarut. Sifat permeable hidrogel sangat penting kegunaannya dalam proses pemisahan senyawa berdasarkan ukuran molekul, pengontrolan pelepasan obat, penghilangan residu, dan sebagai barrier metabolit. Zat yang dapat berdifusi pada umumnya dan yang sering diuji adalah oksigen, air, garam (NaCI dan KCI), sakarida/polisakarida, protein dan obat spesifik. Model difusi zat terlarut pada hidrogel dapat terjadi melalui dua cara yaitu model free volume dan model filtrasi.

2.7.8. Sifat Mekanik Hidrogel

Adanya ikatan kovalen dan sifat plastik menyebabkan hidrogel mempunyai sifat mekanik Adanya yang mirip ikatan dengan kovalen sifat dan elastomer. sifat plastik. Beberapa menyebabkan sifat mekanik hidrogel yang mempunyai dapat diukur sifat dari hidrogel antara lain adalah tegangan tarik, ketahanan sobek, dan ketahanan penetrasi. Pada umumnya pengujian sifat mekanik dari hidrogel didasarkan pada prosedur metode American Standard

Testing Materials (ASTM) khusus untuk pengujian hidrogel.

2.8 Biokompatibilitas

Ditinjau berdasarkan beberapa sifat fisika-kimia yang khas dari hidrogel dapat memenuhi syarat sebagai bahan biomaterial dengan beberapa keunggulan antara lain adalah

• Permeable terhadap zat dalam larutan encer
• Permeable terhadap cairan t>Lunak dalam kedaan terhidrasi
Mempunyai friksi yang rendah dalam kondisi swelling
Absorpsi dan swelling
Kering (keras), basah (Iu
• Permeable dalam larutan obat

2.9 Sifat Biologis Hidrogel

Ditinjau dari sifat biologisnya yang diperoleh dari hasil sintetis maupun proses alamiah, hidrogel dapat bersifat biodegradable (mudah terdegradasi), non

biodegradable (sukar terdegradasi) dan bio-erodible (mudah terkikis dalam air).

Hidrogel biodegradable umumnya berasal dari senyawa-senyawa alami misalnya asam-asam amino dan turunannya yang mudah terdegradasi oleh enzim, sedang hidrogel non-biodegradable umumnya terdapat pada hidrogel yang terbentuk dari senyawa-senyawa sintetik.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Hidrogel - BAB II ROYYAN IFANI DINI TKIM'17