Sintesis dan Pencirian Nanopartikel Fe3O4 dalam Hidrogel Kitosan - e-Repository BATAN

  Vol. 19, No.1, Juni 2016

  ISSN 1410-7864 No. Akreditasi: 698/Akred/P2MI-LIPI/07/2015 Majalah

POLIMER INDONESIA

  Indonesian Polymer Journal

  ISSN 1410-7864 MAJALAH POLIMER INDONESIA Indonesian Polymer Journal Vol. 19, No. 1, Juni 2016 MAJALAH POLIMER INDONESIA, terbit secara berkala, dua kali setahun.

  MAJALAH POLIMER INDONESIA menyajikan informasi hasil penelitian di bidang polimer.

DEWAN REDAKSI

  Ketua: Dr. Rike Yudianti, LIPI Anggota: Dr. Mochamad Chalid, UI Dr. Myrtha Karina, LIPI Dr. Edy Giri Rachman Putra, BATAN Dr. Hermawan Judawisastra, ITB Drs. Sudirman, M.Sc., APU, BATAN Indriyati, M.Eng., LIPI

MITRA BESTARI

  REVIEWER Dr. Agus Haryono, LIPI Dr. Sunit Hendrana, LIPI Prof. I Made Arcana, ITB Dr. Darmawan Darwis, BATAN Dr. Emil Budianto, UI

  D. Sudaryanto, BATAN Dr. Chandra Liza, BPPT Dr. Siti Nurul Aisyiyah Jenie, LIPI Ir. Wiwik Pujiastuti, M.Sc., Kemenperin REDAKTUR PELAKSANA EXECUTIVE EDITORIAL Elsy Rahimi Chaldun, M.T., Indriyati, M.Eng.

  Penerbit : Perhimpunan Polimer Indonesia (HPI) Terbit pertama kali : Januari 1998 Alamat Redaksi /Editorial Address: Pusat Penelitian Kimia – LIPI Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan 15314 Telepon (021) 7560929, Fax (021) 7560549 E-mail: mpi@hpi-polimer.org, Website: http://hpi-polimer.org/mpi

  Vol. 19, No. 1, Juni 2016

ISSN 1410-7864

  Majalah Polimer Indonesia

KATA PENGANTAR

  Majalah Polimer Indonesia (MPI) merupakan majalah ilmiah yang diterbitkan oleh

organisasi profesi, Perhimpunan Polimer Indonesia (HPI) sejak 1998. Penerbitan MPI ini

merupakan bentuk kontribusi HPI dalam meningkatkan pengetahuan masyarakat di bidang

ilmu pengetahuan dan teknologi polimer yang diharapkan berperan aktif meningkatkan

perkembangan iptek di Indonesia.

  MPI Vol. 19, No. 1, 2016 menerbitkan 6 (enam) artikel ilmiah yang berjudul : 1) ₁₇₇

Synthesis of DOTA-TOC Conjugate as a Precursor of Lu-DOTA-TOC

Radiopharmaceutical for Therapy and Diagnosis of Somatostatin Receptor Positive

Cancer ; 2) Emulsion Stability with PLA as Co-Surfactant; 3) Sintesis dan Pencirian

Nanopartikel Fe O dalam Hidrogel Kitosan; 4) Pengaruh Perendaman Membran Komposit

  3

4 Hidroksiapatit-Kitosan-Poli(Vinil Alkohol) dalam Larutan Simulated Body Fluid (SBF)

  

terhadap Karakteristiknya; 5) The Effect of Plasticization on Properties of Polymer

Electrolyte PVDF Incorporated with LiPF ^{6 ; dan 6) An Effort on Homogenizing Size}

Distribution of Magnetic Nanosphere (MN) Fe O -Poly-Lactic Acids (PLA) for

_{3 4} Hyperthermia Treatment .

  Pada edisi ini dipaparkan hasil penelitian tentang tentang sintesis konjugat DOTA- 177

tyr3-octreotide (DOTA-TOC), prekursor dari Lu-DOTA-Tyr3-Octreotide sebagai

kandidat radiofarmaka yang bermanfaaat untuk terapi kanker positif reseptor somatostatin

dan penggunaan poly lactic acid (PLA) untuk stabilitas emulsi stirena sebagai ko-surfaktan

hidrofobik. Pada edisi ini juga dibahas tentang sintesis hidrogel kitosan menggunakan

penaut-silang glutaraldehida (GLA) untuk menginduksi ion-ion Fe membentuk ferrogel

sebagai nanopartikel magnetik Fe O . Pengaruh perendaman membran komposit

  3

  4

hidroksiapatit-kitosan-poli(Vinil Alkohol) dalam larutan simulated body fluid (SBF)

terhadap karakteristiknya dan upaya meningkatkan homogenisasi distribusi ukuran

nanosfer magnetik (MN) Fe O -Poli Asam Laktat untuk Terapi Hipertermia merupakan

  3

  4

bagian dari edisi ini. Hasil penelitian yang dipublikasikan di MPI ini diharapkan menjadi

sumber informasi terhadap perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang

polimer. Media publikasi ini diharapkan sebagai media informasi dan komunikasi publik

untuk mendiseminasikan iptek dan wawasan tentang polimer.

  Hasil penelitian yang dipublikasikan di MPI ini diharapkan menjadi sumber

informasi terhadap perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi di bidang polimer.

Media publikasi ini diharapkan sebagai media informasi dan komunikasi publik untuk

mendiseminasikan iptek dan wawasan tentang polimer.

  Komentar, kritik dan saran atas penerbitan jurnal ini, sangat berharga bagi peningkatan mutu dan kemajuan Majalah Polimer Indonesia.

  

MAJALAH POLIMER INDONESIA Vol. 19, No. 1, Juni 2016

ISSN 1410-7864

  Indonesian Polymer Journal No. Akreditasi: 698/Akred/P2MI-LIPI/07/2015

  Daftar Isi Kata Pengantar

  ……………………………………………………………………….. i

  Daftar Isi

  …………………………………………………………………………….. ii

  Synthesis of DOTA-TOC Conjugate as a Precursor of 177Lu-DOTA-TOC Radiopharmaceutical for Therapy and Diagnosis of Somatostatin Receptor Positive Cancer

Rien Ritawidya, Sutari, Sri Setiyowati, Mochamad Subur, Yunilda Alwi, Veronika Yulianti

Susilo, Titis Sekar Humani, and Martalena Ramli

  …………………………………… 1

  Emulsion Stability with PLA as Co-Surfactant

Yenny Meliana and Melati Septiyanti …………………………………....……...….. 15

Sintesis dan Pencirian Nanopartikel Fe3O4 dalam Hidrogel Kitosan Agrin Febrian Pradana, Wildan Zakiah Lubis, Grace Tj. Sulungbudi, Ari Handajani,

Mujamilah, dan Budi Arifin …………………………………………………………. 23

Pengaruh Perendaman Membran Komposit Hidroksiapatit-Kitosan-Poli(Vinil Alkohol) dalam Larutan Simulated Body Fluid (SBF) terhadap Karakteristiknya Yessy Warastuti dan Darmawan Darwis

  ………………………….…………….…. 40

  

The Effect of Plasticization on Properties of Polymer Electrolyte PVDF Incorporated

with LiPF ₆ Evi Yulianti, Achmad Salafuddin, Sudaryanto, Mashadi, and Deswita

  ……….....… 54

  An Effort on Homogenizing Size Distribution of Magnetic Nanosphere (MN) Fe ^{3 O 4 -Poly-Lactic Acids (PLA) for Hyperthermia Treatment}

Grace Tj. Sulungbudi and Mujamilah ....................................................................... 68

  Majalah Polimer Indonesia Vol. 19, No. 1, Juni 2016 ISSN 1410-7864 _______________________________________________________________________________________ Rien Ritawidya, Sutari, Sri Setiyowati, Mochamad Subur, Yunilda Alwi, Veronika Yulianti Susilo, Titis Sekar Humani, and Martalena Ramli Centre for Technology of Radioisotopes and Radiopharmaceuticals, BATAN Kawasan Puspiptek Serpong, Gedung 11, Serpong, Tangerang 15314, Indonesia

  177 Synthesis of DOTA-TOC Conjugate as a Precursor of Lu-DOTA-TOC Radiopharmaceutical for Therapy and Diagnosis of Somatostatin Receptor Positive Cancer

  

177

Sintesis Konjugat DOTA-TOC sebagai Prekursor Lu-DOTA-TOC untuk Terapi dan Diagnosis Kanker Positif Reseptor Somatostatin Majalah Polimer Indonesia 19 (1) 2016: 1-14

Somatostatin receptor is overexpressed in some cancers such as neuroendocrine, breast cancers, etc.

  177

Somatostatin analog, octreotide, which is labelled as lutetium-177 ( Lu), can act as a ligand that

  177

serves as both diagnostic and therapeutic agent of cancer. The chosen of Lu is mainly due to its

favourable characteristic. It emits gamma and beta particles that are useful for the above mentioned

purposes. This research aims to prepare a conjugate of N,N’,N”,N”’-tetraazacyclododecane tetra

  177

  3

  3

acetic acid (DOTA)-tyr -octreotide (DOTA-TOC) a precursor of Lu-DOTA-Tyr -Octreotide, a

candidate of radiopharmaceutical for diagnosis and therapy of somatostatin receptors positive cancers.

  

The DOTA-TOC conjugate was synthesised using two-step reactions: conjugation of ester NHS-

DOTA to BOC-TOC and hydrolisis to form DOTA-TOC. The chromatogram of the DOTA-TOC

conjugate gave peaks with retention time (tR) of 11.2 mins. ESI-MS analysis revealed +2 charge of the

DOTA-TOC conjugate gave a peak at 711.32 Da which indicated the formation of the DOTA-TOC

with m/z of (1420.616+ 2 H)/2 Da (exact mass of literature 1420.616 Da). The radiolabel of conjugate

  177 177

with Lu resulted in of Lu -DOTA-TOC with radiochemical purity of 87%. These results showed

  177 that the DOTA-TOC conjugate was a promising precursor for preparation of the Lu -DOTA-TOC.

  : ligand, analog, targeted, radionuclide, chromatogram Keywords

  Majalah Polimer Indonesia Vol. 19, No. 1, Juni 2016 ISSN 1410-7864 _________________________________________________________________________________________________ Yenny Meliana and Melati Septiyanti

• – Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan 15314, Indonesia Emulsion Stability with PLA as Co-Surfactant Stabilitas Emulsi Menggunakan PLA sebagai Ko-Surfaktan Majalah Polimer Indonesia 19 (1) 2016: 15-22

  Polystyrene emulsion based plastic raw material requires emulsion surfactant stabilizer to control its

  stability. Sometimes, single surfactant is not enough to reduce surface tension to the required value,

  hence co-surfactant is added into the system to reduce the particle size and narrow the size

  distribution. However, surfactant and co-surfactant concentration affect stability of the droplets by

  preventing Ostwald ripening. This study investigated styrene emulsion stability using Poly Lactic Acid

  (PLA) as hydrophobic co-surfactant and Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) as the surfactant. PLA

  concentration was ranged from 1 to 5wt%, while SDS concentrations were 5 and 10 wt%. Emulsion

  stability was monitored by droplet size which was analyzed for 2 h and the data were recorded for

  every 10 min. The best condition resulted from this research is emulsion system with concentration

  PLA 5 wt% and SDS 10 wt%, with the particle size range 59-97.5 nm.

  Keywords : miniemulsion polymerization, co-surfactant, biopolymer, nanomaterial, poly lactic acid (PLA)

  Majalah Polimer Indonesia Vol. 19, No. 1, Juni 2016 ISSN 1410-7864 _______________________________________________________________________________________ Agrin Febrian Pradana, Budi Arifin Bogor, 16680, Indonesia Wildan Zakiah Lubis, Grace Tj. Sulungbudi, Ari Handajani, Mujamilah

Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM), Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN), Gedung

43, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang, 15314, Indonesia Sintesis dan Pencirian Nanopartikel Fe O dalam Hidrogel Kitosan

  3

4 Synthesis and Characterization of Fe O Nanoparticles within Chitosan Hydrogel.

  3

4 Majalah Polimer Indonesia 19 (1) 2016: 23-39

  Nanopartikel Fe

  3 O 4 telah berhasil disintesis melalui proses perakitan ion-ion Fe dalam hidrogel kitosan

(iron ions assembly). Hidrogel kitosan disintesis menggunakan penaut-silang glutaraldehida (GLA)

  2+ 3+

dan direndam dalam larutan garam Fe dan Fe dengan nisbah konsentrasi 1:2 untuk menginduksi

ion-ion Fe membentuk ferrogel. Nanopartikel magnetik Fe O

  4 selanjutnya dibentuk dengan

  3

menambahkan basa NaOH, dan produk dikeringkan pada suhu 60 °C. Peragaman konsentrasi larutan

  2+

garam dan waktu pengeringan menunjukkan sifat magnet terbaik pada penggunaan Fe 0,15 M dan

  3+

Fe 0,30 M serta waktu pengeringan 16 jam. Pencirian produk dengan difraktometer sinar-X

  3

  

4

menunjukkan telah terbentuk fase magnetik Fe O . Pencirian sifat magnet menggunakan vibrating

menunjukkan sifat superparamagnetik dengan nilai saturasi magnetik tertinggi sample magnetometer 26,87 emu/gram yang setara dengan induksi nanopartikel magnetik Fe

  3 O 4 mencapai 30% berat dalam

hidrogel kitosan. Pencirian dengan penganalisis ukuran partikel dan mikroskop elektron transmisi

menunjukkan distribusi ukuran ~ 10 nm dari Fe

  

3 O

4 tersalut oleh hidrogel kitosan. Terjadinya taut-

silang kitosan oleh GLA terpantau pada spektrum inframerah dengan keberadaan serapan baru pada

• 1

  3

  4

bilangan gelombang 1710 cm . Hadirnya Fe O terpantau dari munculnya serapan pada bilangan

• 1 gelombang 632 cm .

  3

  4 Kata Kunci : kitosan, hidrogel, glutaraldehid, nanopartikel, Fe O

  Majalah Polimer Indonesia Vol. 19, No. 1, Juni 2016 ISSN 1410-7864 _________________________________________________________________________________________________ Yessy Warastuti, Darmawan Darwis Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi (PAIR), Badan Tenaga Nuklir Nasional, Jl. Lebak Bulus Raya No. 49, Jakarta 12440 Indonesia

Pengaruh Perendaman Membran Komposit Hidroksiapatit-Kitosan-Poli(Vinil Alkohol) dalam Larutan

Simulated Body Fluid (SBF) terhadap Karakteristiknya The Effect of Immersion of Hidroxyapatite-Chitosan-Poly(Vinyl Alcohol) Composite Membranes in Simulated Body Fluid (SBF) Solutions on Their Properties Majalah Polimer Indonesia 19 (1) 2016: 40-53

Telah dilakukan perendaman membran komposit hidroksiapatit-kitosan-poli(vinil alkohol) dalam

larutan simulated body fluid (SBF) dengan variasi waktu perendaman. Larutan SBF digunakan untuk

menguji bioaktivitas dari biomaterial. Kemampuan material membentuk ikatan dengan tulang

dievaluasi dengan memeriksa apatit yang terbentuk pada permukaan material dalam larutan SBF.

Karakterisasi setelah perendaman dalam SBF antara lain pengukuran pH larutan perendam, uji sifat

mekanis, identifikasi gugus fungsi menggunakan Fourier Transform Infra Red Spectroscopy (FTIR)

dan analisis struktur morfologi permukaan membran menggunakan mikroskop optik serta Scanning

Electron Microscope (SEM). Hasil yang diperoleh menunjukkan pH larutan perendam berubah

menjadi basa dari semula 7,4 setelah dilakukan perendaman. Hal tersebut dikonfirmasi dengan analisa

FTIR kontrol M10-320 (PVA-kitosan) dimana PVA larut seiring dengan bertambahnya waktu

  2

perendaman dan menyisakan kitosan yang memiliki gugus NH . Uji sifat mekanis menunjukkan

pengurangan nilai kekuatan tarik dan perpanjangan putus untuk komposisi M3-323 setelah 12 minggu

perendaman, yaitu 41,85% dan 52,54%. Analisis morfologi struktur permukaan membran

menunjukkan terbentuknya lapisan apatit sebagai indikator sifat bioaktivitas dari material. Penelitian

ini menghasilkan komposisi membran yang prospektif untuk dikembangkan lebih lanjut sebagai bahan

biomaterial untuk aplikasi klinis.

  Kata Kunci : hidroksiapatit-kitosan-PVA, bioaktivitas, Simulated Body Fluid (SBF), membran komposit

  Majalah Polimer Indonesia Vol. 19, No. 1, Juni 2016 ISSN 1410-7864 _______________________________________________________________________________________ Evi Yulianti, Sudaryanto, Mashadi, Deswita Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang, 15314, Indonesia Achmad Salafuddin

Department of Physic, Faculty of Science and Technology, Syarif Hidayatullah Islamic State

University, Jl. Ir. H. Juanda No. 95, Ciputat, Tangerang Selatan, Indonesia The Effect of Plasticization on Properties of Polymer Electrolyte PVDF Incorporated with LiPF

  6 Pengaruh Plastisizer terhadap Sifat Polimer Elektrolit PVDF yang telah Ditambah Garam LiPF

  6 Majalah Polimer Indonesia 19 (1) 2016: 54-67 The effect of plasticization on properties of polymer electrolyte PVDF incorporated with LiPF 6 has

been studied. Ethylene carbonate with high dielectric constant was used as the plasticizer and added

with various compositions (0-60% w/w). The polymer electrolyte thin films were prepared by solution

casting technique. The successful of doping of the polymer with lithium salt and plasticizer has been

confirmed by Fourier transformation infra red spectroscopy (FTIR) by analyzing the C-F vibration

region of the polymer. Microstructure and surface morphology were studied by X-ray diffractometer

(XRD) and Scanning Electron microscope (SEM), respectively. The thermal properties of polymer

electrolytes studied by Differential Scanning calorimeter has shown that the plasticizer addition to

PVDF promotes a decreasing in the crystallinity degree. The electrical property studies revealed that

• 4 -1

  

the highest conductivity was 3.46 x 10 Scm obtained with addition of 60% w/w plasticizer. The

study of tangent loss suggests that there are relaxing dipoles in the polymer electrolyte that shift

towards higher frequency region.

6 Keywords : PVDF, LiPF , plasticizer, ethylene carbonate

  Majalah Polimer Indonesia Vol. 19, No. 1, Juni 2016 ISSN 1410-7864 _________________________________________________________________________________________________ Grace Tj. Sulungbudi, Mujamilah Kawasan Puspiptek, Serpong, Tangerang, 15314, Indonesia

An Effort on Homogenizing Size Distribution of Magnetic Nanosphere (MN) Fe O -Poly-Lactic Acids

  3

  4 (PLA) for Hyperthermia Treatment Upaya Homogenisasi Distribusi Ukuran pada Nanosfer Magnetik Fe O -Poly-Lactic Acids (PLA)

  3

  4 untuk Perlakuan Hipertermia Majalah Polimer Indonesia 19 (1) 2016: 68-79

An effort on homogenizing the size distribution of magnetic nanosphere (MN) based on iron oxide

nanoparticle coated with Poly-lactic acid (PLA) has been carried out. MN synthesis parameters were

optimized to obtain MN with narrow size distribution but still maintaining other properties especially

its magnetic property. The synthesis process was then followed by sequential centrifugation with

different speed for selective separation of MNP with different size distribution. The size distribution

characteristics of the magnetic nanosphere-poly lactic acid (MNP) were evaluated by Scanning

Electron Microscopy (SEM), TRansmission Electron Micsroscope (TEM), and Particle Size Analyzer

(PSA). As a result, fractional MNPs having different size distribution smaller than 400 nm were

successfully obtained. The highest fraction was achieved for MNP with size distribution <150 nm

which almost reached 73% of total weight. However, the colloidal stability was still rather poor due to

agglomeration tendency of MNP which were observed clearly in its SEM and TEM images. The

magnetic properties were analyzed by VSM which gave teh Ms values. These values were slightly

affected by the MNP size distributions with maximum Ms value of 15.3 emu/gr. Considering the

composition used within the experiment and from the Ms values, the iron oxide nanoparticle loading

efficiency of around 78.9% could be determined. Reffering to these results, the colloidal stability

problem could be overcomed by co-polymer grafting on PLA surface, hence the MNP could be

expected to applied for magnetic hyperthermia based therapy.

  

Keywords : magnetic nanosphere, iron oxide, poly-lactic acid, size distribution, magnetic hyperthermia

  Sintesis dan Pencirian Nanopartikel Fe O dalam Hidrogel Kitosan (Agrin Febrian _{3 4} Pradana)

Sintesis dan Pencirian Nanopartikel Fe O dalam

  3

  4 _{a b b}

Hidrogel Kitosan

Agrin Febrian Pradana , Wildan Zakiah Lubis , Grace Tj. Sulungbudi ,

_{b b* a a}

Ari Handajani , Mujamilah , dan Budi Arifin

  

Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor, Gedung Kimia Wing 1, Tanjung

_b

Kampus IPB Dramaga Bogor, 16680, Indonesia

Pusat Sains dan Teknologi Bahan Maju (PSTBM), Badan Tenaga Nuklir Nasional

(BATAN), Gedung 43, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang Selatan, 15314,

Indonesia

• *E-mail: ian@batan.go.id

  Diterima: 16-Feb-2016 Diperbaiki: 1-Apr-2016 Disetujui: 24-Mei-2016

  ABSTRAK Sintesis dan Pencirian Nanopartikel Fe ^{3 O 4 dalam Hidrogel Kitosan.}

  

Nanopartikel Fe O telah berhasil disintesis melalui proses perakitan ion-ion Fe

  3

  4

dalam hidrogel kitosan (iron ions assembly). Hidrogel kitosan disintesis

menggunakan penaut-silang glutaraldehida (GLA) dan direndam dalam larutan

  2+ 3+

garam Fe dan Fe dengan nisbah konsentrasi 1:2 untuk menginduksi ion-ion Fe

membentuk ferrogel. Nanopartikel magnetik Fe O selanjutnya dibentuk dengan

  3

  4

menambahkan basa NaOH, dan produk dikeringkan pada suhu 60 °C. Peragaman

konsentrasi larutan garam dan waktu pengeringan menunjukkan sifat magnet terbaik

  2+ 3+

pada penggunaan Fe 0,15 M dan Fe 0,30 M serta waktu pengeringan 16 jam.

  

Pencirian produk dengan difraktometer sinar-X menunjukkan telah terbentuk fase

magnetik Fe O . Pencirian sifat magnet menggunakan vibrating sample

  3

  4

magnetometer menunjukkan sifat superparamagnetik dengan nilai saturasi magnetik

tertinggi 26,87 emu/gram yang setara dengan induksi nanopartikel magnetik Fe O

  3

  4

mencapai 30% berat dalam hidrogel kitosan. Pencirian dengan penganalisis ukuran

partikel dan mikroskop elektron transmisi menunjukkan distribusi ukuran ~ 10 nm

dari Fe O tersalut oleh hidrogel kitosan. Terjadinya taut-silang kitosan oleh GLA

  3

  4

terpantau pada spektrum inframerah dengan keberadaan serapan baru pada bilangan

• 1

  

gelombang 1710 cm . Hadirnya Fe O terpantau dari munculnya serapan pada

  3

  4

• 1 bilangan gelombang 632 cm .

  Kata kunci: kitosan, hidrogel, glutaraldehid, nanopartikel, Fe O

  3

  4 ABSTRACT Synthesis and Characterization of Fe O Nanoparticles within Chitosan _{3 4} Hydrogel. Fe ^{3 O 4 nanoparticles have been synthesized through assembly process of}

iron ions in the chitosan hydrogel. Chitosan hydrogel was synthesized using

  Vol. 19, No. 1, Juni 2016, hal: 23-39 Majalah Polimer Indonesia

  ISSN 1410-7864 _{2+ 3+} glutaraldehyde (GLA) as crosslinker and soaked in salt solutions of Fe and Fe to induce the iron ions to form ferrogel. Fe ^{3 O 4 magnetic nanoparticles was then}

formed by adding NaOH, and the products were dried at 60 °C. Varying the

concentration of salt solutions and drying time of hydrogel, the highest magnetic

_{2+ 3+}

properties was obtained for 0.15 M Fe and 0.30 M Fe , in 16 h of drying time.

Characterization of the product by X-ray diffractometer has shown the formation of

Fe O phase. Magnetization measurements using a vibrating sample magnetometer

_{3 4}

showed superparamagnetic property with magnetic saturation value of 26,87

emu/gram. Characterization using particle size analyzer and transmission electron

microscope showed Fe O nanometer of ~ 10 nm coated by chitosan hydrogel.

_{3 4} Crosslinking between chitosan and GLA was indicated by the presence of a new _-1 peak at 1710 cm in the infrared spectrum while the existence Fe

• _-1
^{3 O 4 was showed by} a peak at 632 cm .

  Keywords: chitosan, hydrogel, glutaraldehyde, nanoparticle, Fe _{3 O 4} PENDAHULUAN

  Nanopartikel oksida besi banyak diteliti karena sifat magnet yang dimilikinya dapat dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi, diantaranya sebagai bahan pengontras untuk pencitraan resonans magnet (MRI) [1], sistem pengantaran obat terarah [2], sensor [3] dan aplikasi biomedis lainnya [4]. Salah satu metode untuk mensintesis oksida besi ialah kopresipitasi. Metode ini didasarkan pada pengendapan lebih dari satu zat secara bersama-sama ketika melewati titik jenuhnya. Teknik kopresipitasi merupakan cara yang paling mudah dan efisien secara kimia untuk membuat oksida besi. Melalui metode ini, oksida besi magnetik (Fe O ) lazim disintesis dari campuran

  3

  4 2+ 3+

  stoikiometris garam besi Fe dan Fe dalam medium basa. Metode kopresipitasi dari segi ekonomi dan sifat ramah lingkungan dianggap paling ideal karena menggunakan air sebagai medium reaksinya [5]. Pengendalian ukuran partikel ke tingkat nanometer dilakukan dengan pengaturan parameter proses meliputi nilai pH, suhu dan kecepatan [6].

  Agar dapat diaplikasikan di bidang biomedis, nanopartikel magnetik juga tidak boleh teraglomerasi, karena dapat menyebabkan kematian akibat penyumbatan pembuluh darah (emboli). Untuk menghindari aglomerasi serta untuk mendapatkan sifat-sifat yang diinginkan seperti stabilitas dan kemampuan dispersi dalam air, permukaan nanopartikel magnetik perlu dimodifikasi. Misalnya, agar nanopartikel magnetik dapat terdispersi dalam air, permukaannya dilapisi dengan suatu polimer hidrofilik, seperti pati atau dekstran, baik melalui konjugasi secara kimiawi atau dengan terikat secara ionik pada lapisan luar polimer [7]. Polimer kitosan juga dapat digunakan sebagai pelapis karena memiliki gugus reaktif yang dapat berinteraksi dengan

  Sintesis dan Pencirian Nanopartikel Fe O dalam Hidrogel Kitosan (Agrin Febrian _{3 4} Pradana)

  material anorganik seperti oksida besi. Beberapa tahun terakhir, kitosan banyak diteliti sebagai pelapis material obat [8]. Hal ini disebabkan oleh tidak toksik [9].

  Sintesis nanopartikel magnetik terlapis kitosan telah banyak dilakukan baik dengan menggunakan penautsilang (cross-linker) maupun tanpa penautsilang. Sintesis nanopartikel magnetik dengan metode kopresipitasi dalam larutan kitosan menggunakan penautsilang biasanya akan menghasilkan pelapisan kitosan pada kluster nanopartikel magnetik dan memberikan nanosfer akhir berukuran ratusan nanometer. Koloid yang terbentuk dari nanosfer ini cenderung akan tidak stabil untuk waktu yang panjang karena terjadinya peningkatan ukuran nanosfer selama penyimpanan [10]. Untuk sintesis tanpa penautsilang, kitosan tidak akan terikat kuat satu sama lain maupun pada nanopartikel magnetik sehingga nanopartikel magnetik akan mudah terkoagulasi terutama pada medium asam dan memberikan hasil akhir pengendapan pada koloid [11].

  Untuk mendapatkan nanopartikel magnetik terlapis kitosan yang lebih kecil dan nantinya akan menghasilkan koloid yang lebih stabil, pada penelitian ini kitosan dalam bentuk hidrogel akan digunakan untuk merakit dan membungkus nanopartikel magnetik. Nanopartikel magnetik Fe O

  3

  4

  dibuat dengan metode iron ions assembly dalam hidrogel kitosan [12]. Dalam

  2+ 3+

  metoda ini, ion-ion garam besi Fe dan Fe berdifusi ke dalam hidrogel kitosan dan selanjutnya dengan adanya basa akan terendapkan sebagai Fe O

  3

  4

  yang terlapisi oleh kitosan. Wang [13] memvariasikan pH dan konsentrasi larutan garam dan mendapatkan bahwa partikel nanopartikel magnetik Fe O

  3

  4

  berukuran 16 nm dengan kristalinitas yang halus dan magnetisasi tinggi akan diperoleh pada proses dengan pH rendah. Kandungan Fe O tertinggi dicapai

  3

  4

  sebesar 13,8% namun tanpa penjelasan berapa lama proses pemanasan dilakukan. Untuk meningkatkan kandungan Fe O dalam hidrogel kitosan,

  3

  4

  pada penelitian ini konsentrasi larutan garam Fe divariasikan pada komposisi yang lebih tinggi dan proses pemanasan divariasikan untuk mendapatkan hasil sintesis yang optimal.

  METODOLOGI Bahan

  Bahan-bahan yang digunakan adalah FeCl O dan FeCl O,

  2 •4H

  2 3 •6H

  2

  glutaraldehida (GLA), asam asetat glasial serta NaOH dari Merck. Kitosan yang digunakan merupakan produksi dari Departemen Teknologi Hasil Perairan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor (IPB) dari bahan dasar kulit udang dengan derajat deasetilasi 86,64% dan ukuran partikel 30 mesh. Bahan lain yang digunakan adalah air deionisasi.

  Vol. 19, No. 1, Juni 2016, hal: 23-39 Majalah Polimer Indonesia

ISSN 1410-7864

  Preparasi Hidrogel Kitosan

  Sebanyak 3 g serbuk kitosan dilarutkan dalam 100 mL larutan asam ke dalam 100 mL larutan kitosan tersebut dengan diaduk kuat agar homogen. Larutan terus diaduk sampai mengental dan selanjutnya disimpan di lemari pendingin hingga terbentuk hidrogel.

  Pembentukan Nanopartikel Magnetik Fe ^{3 O 4 dalam Hidrogel Kitosan}

  Proses pelapisan mengacu pada proses yang dilakukan oleh Wang [12] dengan modifikasi ragam kondisi sintesis yang ditunjukkan pada Tabel 1. Sebanyak 10 mL hidrogel kitosan direndam dalam 50 mL larutan FeCl

  3

  selama 30 menit, kemudian dicuci dengan air de-ionisasi, sebelum direndam kembali dalam 50 mL larutan FeCl selama 30 menit. Setelah itu, hidrogel

  2

  kitosan yang mengandung ion besi dicuci dengan air deionisasi. Siklus tersebut diulangi 3 kali. Akhirnya, hidrogel kitosan-ion besi direndam dalam 3 mL larutan NaOH 5 M selama 12 jam, dan terbentuk hidrogel berwarna hitam atau ferrogel (FG). Untuk menghilangkan NaOH yang menempel pada permukaan hidrogel, dilakukan pencucian dengan air deionisasi sampai pH air bilasan sama dengan pH air de-ionisasi dan kemudian dikeringkan dalam

  o

  oven pada suhu 60 C dengan variasi waktu 1 jam dan 16 jam. Sampel selanjutnya disimpan dalam botol tertutup sebelum proses karakterisasi dan analisis.

  

Tabel 1. Kondisi sintesis nanopartikel magnetik Fe O dalam hidrogel kitosan

  3

  4 Sampel Lama Pengeringan

  2+ 3+ [Fe ] (mol/L) [Fe ] (mol/L) Ferrogel

  (jam) FG1-P1 0,075 0,15

  1 FG2-P1 0,100 0,20

  1 FG3-P1 0,125 0,25

  1 FG4-P1 0,150 0,30

  1 FG5-P1 0,175 0,35

  1 FG1-P16 0,075 0,15

  16 FG2-P16 0,100 0,20

  16 FG3-P16 0,125 0,25

  16 FG4-P16 0,150 0,30

  16 FG5-P16 0,175 0,35

  16

  Sintesis dan Pencirian Nanopartikel Fe O dalam Hidrogel Kitosan (Agrin Febrian _{3 4} Pradana) Analisis Fasa

  Nanopartikel magnetik Fe O -kitosan yang telah disintesis diidentifikasi

  3

  4

  dengan sumber radiasi CuK

  α (λ = 0,154056 nm) dan rentang sudut 2θ sebesar o o

  10 -80 serta kecepatan pemayaran 0,05°/detik. Sampel serbuk dipersiapkan dengan memasukkannya ke dalam cekungan dari penahan (holder) sampel yang terbuat dari kaca.

  Analisis Sifat Magnetik

  Nanopartikel magnetik Fe O -kitosan yang telah disintesis dianalisis

  3

  4

  sifat magnetiknya menggunakan Vibrating Sample Magnetometer (VSM) Oxford 1.2H. Sampel yang berupa serbuk dimasukkan ke dalam tabung ukuran mikro dan ditimbang dengan neraca analitik. Sampel dianalisis dengan mengaplikasikan medan magnet sebesar 1 Tesla pada suhu ruang.

  Analisis Ukuran Partikel

  Nanopartikel magnetik Fe O -kitosan yang telah disintesis dianalisis

  3

  4

  ukuran partikelnya menggunakan alat Particle Size Analyzer (PSA) Malvern

  

Zetasizer Nano ZS . Sampel didispersikan di dalam air deionisasi

  menggunakan penangas ultrasonik (ultrasonic bath, UB) dan kuar ultrasonik (ultrasonic probe, UP) selama 5 menit (5 × 1 menit). Suhu campuran diatur

  o

  sehingga tidak melebihi 50

  C. Sebanyak 2 mL campuran dipindahkan ke dalam vial kosong dan bersih menggunakan pipet.

  Analisis Morfologi

  Nanopartikel magnetik Fe O -kitosan yang telah disintesis dianalisis

  3

  4

  morfologinya menggunakan mikroskop elektron transmisi (TEM) JEOL JEM

  

1400 . Sebanyak 0,01 g didispersikan dalam 1 mL air de-ionisasi

  menggunakan penangas ultrasonik selama 20 menit dan diteteskan sedikit pada grid tembaga berlapis karbon dan dikeringkan sebelum pengamatan.

  Analisis Gugus Fungsi

  Nanopartikel magnetik Fe O -kitosan yang telah disintesis dianalisis

  3

  4

  interaksi antarmolekulnya menggunakan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR) Bruker Tensor 27. Sampel serbuk disiapkan sesuai dengan ukuran pada penahan sampel, lalu dicampur dengan serbuk KBr dengan nisbah 1:1000.

  Vol. 19, No. 1, Juni 2016, hal: 23-39 Majalah Polimer Indonesia

ISSN 1410-7864

  Oksida besi Fe O disintesis dengan metode kopresipitasi yang

  3

  4

  dimodifikasi dengan mendifusikan ion-ion besi ke dalam hidrogel kitosan

  2+

  (iron ions assembly). Kondisi sintesis mengikuti kaidah nisbah Fe dengan

  3+ Fe adalah 1:2, tetapi diragamkan konsentrasi ion besinya (Tabel 1).

  Menurut Mascolo [14], nisbah 1:2 adalah nisbah stoikiometris untuk mendapatkan magnetit (Fe O ) dengan kemurnian yang tinggi. Beberapa

  3

  4

  faktor dapat menjadi parameter penentu dalam sintesis oksida besi antara lain garam besi, medium basa, dan suhu [4]. Mekanisme pembentukan Fe O

  3

  4

  mengikuti rangkaian persamaan di bawah ini [14]:

• 3+

  Fe + 3 OH → Fe(OH)

  3 (s) … (1)

  Fe(OH) + H O

  3 (s) → FeOOH (s) 2 … (2)

• 2+

  Fe + 2 OH → Fe(OH)

  2 (s) … (3)

  2 FeOOH + Fe(OH) O + 2 H O

  (s) 2 (s)

  

3

4 (s)

  2

  → Fe … (4) yang memberikan persamaan reaksi keseluruhan

• 2+ 3+

  Fe + 2 Fe + 8 OH O + 4 H O → Fe

  

3

  4 2 … (5) 2+ 3+

  Metode iron ions assembly membuat ion Fe dan Fe berdifusi secara bersama-sama ke dalam hidrogel kitosan membentuk kitosan yang terisi oleh

  2+ 3+

  ion-ion tersebut. Selanjutnya dengan penambahan basa, ion Fe dan Fe tersebut akan berubah dengan cepat menjadi besi(II) dan besi(III) hidroksida. Besi(III) hidroksida kemudian terdekomposisi secara perlahan menjadi

• FeOOH yang akan bereaksi dengan besi(II) hidroksida membentuk partikel hitam nanopartikel magnetik Fe O di dalam hidrogel kitosan.

  3

  4 Gambar 1a menunjukkan wujud produk sintesis berupa padatan

  berwarna hitam. Sampel FG4-P16 terlihat lebih kering dibandingkan dengan sampel FG4-P1. Hal ini menunjukkan bahwa pengeringan selama 1 jam belum cukup lama untuk mengeringkan sampel, dan masih terlihat adanya air menempel pada produk sintesis. Gambar 1b menunjukkan kedua sampel memiliki sifat magnet karena menempel pada batang magnet, yang dididekatkan. Masih adanya air menyebabkan sebagian sampel FG4-P1 merekat pada dinding dalam vial kaca dan tidak tertarik batang magnet.

  Sintesis dan Pencirian Nanopartikel Fe O dalam Hidrogel Kitosan (Agrin Febrian _{3 4} Pradana) FG4-P1 FG4-P16

  (a) (b)

Gambar 1. Produk sintesis Ferrogel Fe O -kitosan: (a) sebelum diberi magnet, (b)

  3

  

4

dan sesudah diberi magnet

  Fasa Ferrogel Fe ^{3 O 4 -Kitosan}

  Untuk memastikan produk sintesis yang terbentuk adalah oksida besi Fe O , pola difraksi XRD sampel dibandingkan dengan data dari JCPDS

  3

  4

  untuk Fe O (No. 19-0629). Gambar 2a dan 2b menunjukkan pola difraksi

  3

  4

  sampel FG4-P1 yang mewakili sampel dengan pengeringan selama 1 jam dan FG4-P16 yang mewakili sampel dengan pengeringan selama 16 jam serta hasil pencocokan puncak-puncak difraksi Fe O dan kitosan. Terdapat 6

  3

  4

  puncak khas untuk sudut O , yaitu pada 30,3°, 35,5°, 43,2°, 57,1°, 2θ (°) Fe

  3

  4

  dan 62,7°. Sementara puncak pada 2θ = 20,0° merupakan puncak khas dari kitosan [15].

  (a) (b)

Gambar 2. Pola difraksi sinar-X pada (a) sampel FG4-P1, dan (b) FG4-P16

  3

  

( O )

●: kitosan, ♦: Fe

  4 Berdasarkan kesesuaian pola difraksi tersebut, telah terbentuk fase Fe O

  3

  4

  dalam sampel FG4-P1 dan FG4-P16. Puncak kitosan terlihat lebih jelas pada sampel FG4-P1. López et al. melaporkan bahwa proses pelapisan

  Vol. 19, No. 1, Juni 2016, hal: 23-39 Majalah Polimer Indonesia

  ISSN 1410-7864 menggunakan kitosan tidak menghasilkan perubahan fase Fe O [16].

  3

  4 Kitosan yang tertaut-silang oleh GLA meningkat sifat amorfnya [15]. Hal ini

  interaksi ikatan hidrogen antar kitosan, karena terbentuk ikatan kovalen antara kitosan dan GLA membentuk basa Schiff [17]. Semakin lama waktu pengeringan sampel, fase amorf kitosan ini menjadi makin rusak atau hilang, sehingga Fe O menjadi lebih tipis pelapis kitosannya. Hal ini menyebabkan

  3

  4

  puncak kitosan hampir tidak terlihat pada difraktogram sampel FG4-P16 (Gambar 2b).

  Sifat Magnet Nanopartikel Fe O -Kitosan _{3 4} Sifat magnet sampel dianalisis secara kuantitatif menggunakan alat

vibrating sample magnetometer (VSM). Hasilnya dinyatakan dengan saturasi