21jan12_180443_erizal

Sintesis Hidrogel Poliakrilamida (PAAM)-Ko-Alginat dengan Iradiasi Sinar Gamma dan Karakterisasinya (Erizal)

13

PENDAHULUAN

Pada beberapa tahun belakangan ini penelitiandan pengembangan penggunaan bahan biomaterialdalam bidang kesehatan, kedokteran dan farmasi untukmeningkatkan, memelihara ataupun memperbaikikesehatan sedang dilakukan secara intensif. Salah satubahan biomaterial potensial yang akan dikembangkanadalah hidrogel. Hidrogel merupakan polimer hidrofilikyang membentuk struktur tiga dimensi dengan ikatansilang (crosslinking) bersifat tidak larut dalam air. Namundemikian dapat mengembang dalam air (swelling) dandapat mempertahankan bentuk aslinya. Berdasarkan

sifatnya yang dapat menyerap air dan hidrogel jugamempunyai sifat biokompatibel terhadap cairan tubuh,darah dan jaringan hidup maka hidrogel diaplikasikansebagai lensa kontak, matriks pelepasan obat, personelcare (pembalut luka, pembalut wanita), imobilisasienzim, sel, obat dan bidang pertanian [1-9].

Akrilamida (AAM) adalah salah satu jenismonomer hidrofilik yang merupakan bahan baku palingpopuler untuk pembuatan polimer poliakrilamida(PAAM) yang digunakan sebagai media penunjangdalam elektroforesis [10]. Sesuai dengan kemajuan dalam

Akreditasi LIPI Nomor : 536/D/2007

Tanggal 26 Juni 2007

SINTESIS HIDROGEL POLIAKRILAMIDA(PAAM)-KO-ALGINAT DENGAN IRADIASI

SINAR GAMMA DAN KARAKTERISASINYA

Erizal, Tita P. dan Dewi S. P.Pusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi (PATIR) - BATAN

Jl. Cinere Ps. Jumat PO BOX 7002, JKSKL 12070e-mail : [email protected]

ABSTRAK

SINTESIS HIDROGEL POLIAKRILAMIDA (PAAM)-KO-ALGINAT DENGAN IRADIASISINAR GAMMA DAN KARAKTERISASINYA. Telah dilakukan sintesis hidrogel PAAM-ko-alginatberikatan silang dengan metode iradiasi sinar gamma. Pengaruh dosis iradiasi dan konsentrasi alginat dipelajari.Jika campuran larutan AAM–alginat dipapari radiasi sinar gamma akan dihasilkan hidrogel PAAM-ko-alginatdengan kemampuan daya serap terhadap air (swelling) yang beragam tergantung pada kondisi sintesisnya(dosis iradiasi > 20 kGy) dan konsentrasi alginat (0,5-1%). Dengan naiknya dosis iradiasi dan konsentrasialginat, fraksi gel hidrogel dan kemampuan hidrogel dalam swelling meningkat. Kemampuan swelling hidrogelPAAM-ko-alginat dalam larutan urea, NaCl, dan pengaruh suhu juga diteliti. Penurunan intensitas puncakgugus fungsi OH dan NH

2pada spektrum FT-IR dalam hidrogel mengindikasikan terjadinya struktur jaringan

IPN (Interpenetrating network) dalam hidrogel. Hidrogel PAAM-ko-alginat dengan kemampuan menyerapdan mempertahankan air yang relatif besar, selayaknya dapat dipakai sebagai bahan produk kesehatan danpertanian.

Kata kunci : Alginat, Hidrogel, Iradiasi , Akrilamida, Ikatan silang

ABSTRACT

SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF CROSSLINKED HYDROGELPOLYACRYLAMIDE (PAAM)-CO-ALGINATE PREPARED BY GAMMA IRRADIATION. Crosslinkedpoly(acrylamide) (PAAM)-co-alginate hydrogels were prepared by gamma irradiation (γ-irradiation) andtheir conditions such as irradiation dose and alginate concentration were studied. PAAM-co-alginate wascrosslinked to yield water sorption materials with various ability to absorb water (swelling) depending on thepreparation conditions (e.g. γ-irradiation dosage>20 kGy) and alginate concentration (0,5-1 wt %). With anincrease of γ-irradiation dosage and alginate concentration, the gels content and water absorption were increasingmarkedly. The swelling properties of hydrogel in urea and NaCl solution and the effect of temperature werealso investigated. Intensity decreasing of functional groups of OH and NH

2in the IR spectrum indicated

that IPN (Interpenetrating Network) structure occurred in the network of hydrogels. The ability of hydrogelto absorb and retain a large amount of water suggested their possible uses in health care and agriculture.

Key words : Alginate, hydrogel, irradiation, acrylamide, crosslinking

Jurnal Sains Materi IndonesiaIndonesian Journal of Materials Science

Edisi Khusus Desember 2008, hal : 13 - 20

ISSN : 1411-1098

14

pengembangan di bidang penelitian dan teknologi, makapada beberapa tahun belakangan ini penelitian yangberkaitan dengan polimer PAAM sedang dikembangkansecara intensif sebagai bahan dasar (base material)untuk bahan biomaterial baru seperti hidrogel PAAMdigunakan di bidang kosmetik sebagai pengganti silikondalam bedah plastik [11-14].

Hal ini dikarenakan hidrogel PAAM mempunyaisifat biokompatibel dengan tubuh, elastis, tidaktoksik, tidak menyebabkan sensititasi pada kulit, tidakpirogen, dan tidak menyebabkan hidrolisis protein.Selain itu, hidrogel PAAM digunakan untuk matrikspenyimpan air dan yang paling menjanjikan ke depanadalah sebagai bahan penyerap (absorbent) dalampersonel care misalnya, popok bayi, pembalut wanitadan pembalut luka [15]. Namun demikian, hidrogelPAAM menpunyai kelemahan seperti kemampuannyadalam menyerap air (swelling) terbatas dan merupakanhomopolimer dengan sifat fisik yang relatif rendah,sehingga pengembangan untuk aplikasinya jugaterbatas.

Untuk menaikkan sifat swellingnya perluditambahkan suatu zat lain misalnya polimer yang jugabersifat menyerap air. Pada umumnya penambahanpolimer lain yang kompatibel pada suatu jenishomopolimer akan menaikkan sifat fisiknya baikmodifikasinya dilakukan dengan cara reaksi kimiamaupun radiasi.

Alginat merupakan salah satu jenis polimer alamyang diperoleh dari proses ekstraksi rumput laut coklat.Alginat pada umumnya digunakan sebagai pengentaldan penstabil emulsi dalam industri pangan, kosmetikdan tekstil. Sedang dalam industri farmasi dan kesehatanalginat digunakan untuk enkapsulasimikro sistempelepasan terkendali dan pada awalnya yang sangatpopuler adalah untuk kegunaan sebagai pembalut lukabakar [16].

Ditinjau dari struktur kimianya (Gambar 1),alginat merupakan suatu polisakarida asam yang terdiriatas dua tipe asam uronik yaitu: asam β-L-mannuranik(ManA atau ‘’M’’) dan asam α-D-glukuronik (Gulaatau ‘’G’’). Gugus COOH pada alginat terionisasimenjadi bentuk gugus-COO- yang mengakibatkanalginat bersifat menyerap air. Polimer alginat jugadikenal sebagai polimer anionik. Dengan perkataan lain,untuk menaikkan sifat daya serap terhadap air darisuatu bahan khususnya hidrogel, maka dapat dilakukandengan cara menggabungkan alginat kedalamhidrogel tersebut.

Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukansintesis hidrogel berbasis AAM yang digabungkandengan alginat untuk mendapatkan suatu hidrogel barudengan kemampuan daya serap (absorpsi) terhadap airyang relatif besar dibandingkan hidrogel PAAMmenggunakan metode iradiasi gamma.

METODE PERCOBAAN

Bahan

Akrilamida, Urea, NaCl produksi Merck.Alginatdiperoleh dari Kimitsu, Jepang, serta bahan kimia lainnyakualitas pro analisis.

Peralatan

Timbangan analitik Mettler Toledo tipe AB 204dan Preciso 3000D, Oven Hereaus Instrumen Vacuterm,Homogenizer dan stirer, Stopwatch, Kassa kawat ukuran300 mesh, Wadah cetakan hidrogel, SpektrofotometerFourier Tranform Infrared (FT-IR, ShimadzuPrestige-21, Sealer Machine, Iradiator CO60 (Iradiatorkaret, IRKA). Alat-alat gelas (gelas ukur, erlenmeyer,gelas piala, cawan petri, gelas aqua)

Pembuatan Hidrogel PAAM-Ko-Alginat

Disiapkan satu seri larutan alginat 0,50 %;0,75 %; dan 1 % dengan melarutkannya dalam air sulingmenggunakan shaker inkubator pada kecepatan 50 rpmselama 24 jam pada suhu kamar. Kemudian ke dalammasing-masing larutan dimasukkan 7,5 g monomerakrilamida (AAM), lalu diaduk menggunakanmagnet stirer hingga larutan homogen. Selanjutnya,masing-masing campuran AAM-alginat dikemas dalamkantong plastik ukuran 10x15 cm2 dengan ketebalan0,5 cm dan diseal.Akhirnya larutan campuran diiradiasidengan sinar gamma pada dosis 20 kGy dan 30 kGydengan laju dosis 10 kGy/jam.

Penentuan Fraksi Gel

Tiga buah cuplikan hidrogel hasil iradiasidikeringkan pada suhu 60 oC hingga berat konstan,lalu ditimbang (W

0). Selanjutnya hidrogel dibungkus

dengan kawat kasa ukuran 300 mesh yang telah ditara.Kemudian direndam dalam air suling sampai terendamsempurna dan dikocok dalam shaker inkubator padakecepatan 100 rpm selama 24 jam pada suhu kamaruntuk menghilangkan zat-zat yang tidak bereaksi.Selanjutnya hidrogel dikeluarkan dari shakerinkubator dan dikeringkan dalam oven pada suhu 60 ºChingga berat konstan. Hidrogel ditimbang kembali (w

1),

dan fraksi gel dihitung dengan persamaan berikut :

%100xW

W(%)GelFraksi

0

1

............... (1)Gambar 1. Struktur molekul alginat


15

Pengujian Rasio Swelling dan EquilibriumDegree Swelling (EDS) Hidrogel Dalam Air

Tiga buah cuplikan hidrogel hasil iradiasidengan ukuran (1x1) cm2 dikeringkan dalam oven padasuhu 60 oC hingga bobot konstan, lalu ditimbang (W

0).

Kemudian hidrogel kering direndam dalam 50 mL airsuling. Setelah 30 menit hidrogel dikeluarkan darimedia perendaman. Air permukaan hidrogel disapu(dilap) dengan kertas saring, selanjutnya hidrogelditimbang kembali (W

s).

Setelah itu, hidrogel direndam kembali ke dalamair dalam wadah yang sama untuk pengujian rasioswelling pada interval waktu 30 menit. Selanjutnyaperlakuan yang sama dikerjakan untuk pengujian rasioswelling hidrogel dalam waktu interval 30 menit lainnyahingga pada selang waktu 4 jam. Akhirnya hidrogeldikeringkan dalam oven pada suhu 60 oC hingga beratkonstan. Rasio swelling hidrogel hasil pengujian padamasing-masing waktu perendaman dihitung denganmenggunakan persamaan berikut

Rasio swelling = Ws/ W

0..................... (2)

dimana :W

s= Berat hidrogel dalam keadaan swelling (g)

W0= Berat hidrogel dalam keadaan kering (g)

Selain itu, dilakukan pula uji EquilibriumDegree of Swelling (EDS) yaitu rasio swelling darihidrogel pada keadaan maksimum setelah hidrogeldirendam selama 48 jam. Rasio swelling dihitungmenggunakan Persamaan 2, W

s= berat hidrogel

pada keadaan swelling maksimum dan W0

= berathidrogel kering.

Pengujian Rasio Swelling Hidrogel dalamLarutan Urea

Tiga buah cuplikan hidrogel hasil iradiasidengan ukuran (1x1) cm2 dikeringkan dalam oven padasuhu 60 oC hingga berat konstan dan ditimbang (W

0).

Kemudian hidrogel kering direndam dalam 50 mLlarutan urea 5 %. Setelah 30 menit hidrogel dikeluarkandari media perendaman, air permukaan hidrogeldisapu (dilap) dengan kertas saring. Selanjutnyahidrogel ditimbang kembali (W

s). Setelah itu,

hidrogel direndam kembali ke dalam larutan urea 5%dalam wadah yang sama untuk pengujian rasioswelling pada interval waktu 30 menit selanjutnya.

Perlakuan yang sama dikerjakan untuk pengujianrasio swelling hidrogel dalam waktu interval 30 menitlainnya hingga lama waktu 4 jam. Akhirnya hidrogeldikeringkan dalam oven pada suhu 60 oC hingga beratkonstan. Rasio swelling hidrogel hasil pengujian padamasing-masing waktu perendaman dihitung denganmenggunakan Persamaan 2.

Pengujian Rasio Swelling Hidrogel dalamLarutan NaCl

Tiga buah cuplikan hidrogel hasil iradiasi denganukuran 1x1 cm2 dikeringkan dalam oven pada suhu 60 oChingga berat konstan dan ditimbang (W

0). Kemudian

hidrogel kering direndam dalam 50 mL larutan NaCl0,15 M. Setelah 30 menit, hidrogel dikeluarkan dari mediaperendaman dan air permukaan hidrogel disapu (dilap)dengan kertas saring. Selanjutnya hidrogel ditimbangkembali (W

s). Setelah itu, hidrogel direndam kembali ke

dalam larutan NaCl 0,15 M dalam wadah yang samauntuk pengujian rasio swelling pada interval waktu30 menit selanjutnya. Perlakuan yang sama dikerjakanuntuk pengujian rasio swelling hidrogel dalam waktuinterval 30 menit lainnya hingga lama waktu 4 jam.Akhirnya hidrogel dikeringkan dalam oven pada suhu60 oC hingga berat konstan. Rasio swelling hidrogel hasilpengujian pada masing-masing waktu perendamandihitung dengan menggunakan Persamaan 2.

Pengujian Rasio Swelling Hidrogel padaPengaruh Perubahan Suhu

Tiga buah cuplikan hidrogel hasil iradiasi denganukuran 1x1 cm2 dikeringkan dalam oven pada suhu60 oC hingga berat konstan (W

0). Kemudian hidrogel

kering direndam dalam 50 mL air suling selama 24 jampada suhu kamar. Lalu, hidrogel dikeluarkan darimedia perendaman dan air pada permukaan hidrogeldisapu (dilap) dengan kertas saring. Selanjutnya hidrogelditimbang (W

s). Hidrogel yang telah ditimbang ini,

lalu direndam kembali ke dalam wadah yang berisi airsuling pada suhu 40 oC dan direndam selama 24 jam.Lalu, hidrogel dikeluarkan dari media perendaman,air pada permukaan hidrogel disapu (dilap) dengankertas saring.

Selanjutnya hidrogel ditimbang (Ws). Perlakuan

yang sama dikerjakan sama dengan perlakuan terdahulu.Pengujian pengaruh suhu ini dilakukan selanjutnya padamasing-masing suhu 50 oC dan 60 oC. Akhirnya hidrogeldikeringkan dalam oven pada suhu 60 oC hingga beratkonstan. Rasio swelling hidrogel pada masing-masingsuhu dihitung menggunakan Persamaan 2.

Uji Gugus Fungsi dengan SpektrofotometerFT-IR

Hidrogel hasil iradiasi dikeringkan dalam ovenpada suhu 60 °C dan ditimbang sampai bobot tetap.Kemudian hidrogel digerus halus. Sejumlah serbukdigerus dengan serbuk halus kalium bromida keringdengan perbandingan (1 : 200). Kemudian diuji spektruminfra merah pada bilangan gelombang 4000 cm-1 hingga500 cm-1. Dengan cara yang sama diukur spektruminframerah alginat dan akrilamida sebagai kontrol.



ISSN : 1411-1098

16

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengaruh Dosis Iradiasi Terhadap Fraksi Gel

Fraksi gel merupakan salah satu parameter yangumumnya digunakan dalam sintesis hidrogel,mencerminkan fraksi jumlah bahan awal baik monomer/polimer yang diubah menjadi hidrogel pada prosessintesis. Parameter ini juga menunjukkan nilai efisiensidari proses dalam sintesis hidrogel, bergantung padakepekaan dari bahan terhadap iradiasi yang dipaparkan.Semakin peka bahan terhadap radiasi, maka semakintinggi efiensi dari proses. Pengaruh dosis iradiasi dankonsentrasi alginat terhadap fraksi gel PAAM -alginatdisajikan pada Gambar 2.

Terlihat bahwa dengan naiknya dosis iradiasihingga 30 kGy, fraksi gel hidrogel PAAM (tanpa alginat)dibandingkan dengan hidrogel PAAM-alginatrelatif tidak jauh berbeda yaitu berkisar sebesar± 85 %. Walaupun terjadi penurunan pada nilaifraksi gel dari hidrogel yang relatif kecil dengannaiknya konsentrasi alginat. Hasil ini menunjukkanbahwa hidrogel dengan fraksi gel yang besar ~ 85 %pada dosis 30 kGy dapat diperoleh walaupun dalamhidrogel ini dikandung alginat yang akan terdegradasipada rantai utama jika diiradiasi [17]. Namun demikian,karena akrilamida (AAM) yang merupakan komponenutama dalam campuran, maka AAM yang akanmengalami polimerisasi dan crosslinking (ikatan silang)[18]. Oleh karena itu, jika campuran AAM-alginatdipapari radiasi maka terbentuk jaringan IPN(Interpenetrating Polymer Network). AAM mengalamireaksi ikatan silang membentuk PAAM dan alginatterkungkung dalam jaringan ini

Swelling Hidrogel dalam Air

Rasio perbandingan berat hidrogel dalam keadaanmenyerap air (swelling) terhadap berat keringnya ataurasio swelling merupakan salah satu parameter utamadari hidrogel khususnya untuk pengujian suatu bahan

kandidat sebagai absorbent. Fungsi lama waktuperendaman terhadap rasio swelling hidrogel dalam airhasil iradiasi dosis 30 kGy dengan variasi konsentrasialginat disajikan pada Gambar 3.

Terlihat bahwa semakin lama waktu (hingga 4 jam)perendaman hidrogel PAAM-alginat dalam air sertameningkatnya konsentrasi alginat hingga 1%, rasioswelling hidrogel meningkat. Rasio swelling hidrogelPAAM-alginat pada semua konsentrasi relatiflebih besar dibandingkan rasio swelling hidrogelPAAM (sebagai pembanding). Hal ini menunjukkanbahwa penggabungan alginat ke dalam PAAM padamatriks hidrogel dapat menaikkan rasio swelling darihidrogel, dan dengan naiknya konsentrasi alginatmengakibatkan rasio swelling hidrogel meningkat.Terjadinya kenaikan rasio swelling hidrogelPAAM-alginat dengan naiknya konsentrasi alginatyang dikandung hidrogel dibanding hidrogel PAAM,disebabkan meningkatnya gugus ion karboksil (-COO-)yang mengontrol daya serap terhadap air dalamhidrogel pada kenaikan kandungan alginat disampinggugus amida (-ONH

2) dari AAM yang juga berfungsi

menyerap air.Dari data hasil penelitian yang disajikan di Gambar

3, rasio swelling hidrogel PAAM-alginat pada dosis 30kGy selang waktu 30 menit pertama mencapai 8 g/ghingga 12 g/g. Sedangkan pada menit ke -240, rasioswelling hidrogel PAAM-alginat mencapai nilai50-70 g/g. Nilai rasio swelling sebesar 50-70 g/g ini, padahakikatnya memenuhi syarat SNI 16-6363-2000 (syaratrasio swelling pembalut wanita minimal 10 g/g) bagihidrogel PAAM-alginat untuk digunakan sebagai bahanabsorbent (penyerap) dalam pembalut wanita [19].Selain itu, hidrogel ini perlu juga dipertimbangkan untuksebagai absorbent pembalut luka bereksudat (lukaberair). Hidrogel dengan kapasitas rasio swelling yangberkisar 50-70 g/g ini dapat digunakan sebagai wadahuntuk suplai/penyimpan air di bidang pertaniankhusunya untuk pertumbuhan tanaman holtikultura [20].

Gambar 2. Pengaruh konsentrasi alginat terhadap fraksigel hidrogel PAAM-ko-alginat hasil iradiasi 20 kGy dan30 kGy

10.750.50.250

80

60

40

20

0

20 kGy

30 kGy

Fra

ksi

gel

(%)

(Alginat, %)

Gambar 3. Pengaruh waktu terhadap rasio swellingdalam air hidrogel PAAM-ko-alginat hasil iradiasi30 kGy. A=PAAM 7,5 %, B=PAAM 7,5 %, alginat 0,5 %,C=PAAM 7,5 %, alginat 0,75 %, D=PAAM 7.5 %,alginat 1 %

2402101801501209060300

80

60

40

20

0

(A)

(B)

(C)

(D)

Waktu (menit)

Ras

iosw

elli

ng

(%)


17

Pengaruh Konsentrasi Alginat TerhadapEquilibrium Degree of Sweling (EDS)Hidrogel

Pengaruh kosentrasi alginat terhadap maksimumrasio swelling (EDS) hidrogel PAAM-alginathasil iradiasi 30 kGy disajikan pada Gambar 4.

Nilai rasio swelling hidrogel PAAM (tanpa alginat)adalah ~ 40 g/g. Penambahan 0,5 % alginatmengakibatkan kenaikkan rasio swelling yang cukupbesar mencapai 90 g/g, dan penambahan alginatselanjutnya menyebabkan kenaikkan yang tidak terlalubesar. Rasio swelling pada konsentrasi alginat 0,75 dan1% masing-masing 110 dan 120 g/g. Hal inimengindikasikan bahwa pada konsentrasi alginat0,75 % terjadi kondisi jenuh, dan kenaikkan konsentrasiselanjutnya hanya akan menyebabkan kenaikkan rasioswelling yang tidak berarti. Alginat bersifat mudahmengikat air. Oleh karena itu, adanya alginat dalam poristruktur jaringan hidrogel PAAM yang berikatan silangmemberikan kontribusi pada kenaikkan rasio swellinghidrogel. Adanya alginat ini memodifikasi ukuran porirata-rata, dan distribusi ukuran pori hidrogel sertainterkoneksi pori disebabkan interaksi inter dan intraantara alginat dan poliakrilamida selama proses iradiasi.Hal ini merupakan faktor penting yang menentukankarakteristik swelling dari hidrogel.

Swelling Hidrogel Dalam Larutan Urea

Sifat kimia yang paling penting untuk diuji dariabsorbent dalam skala komersial sebagai bahan padapersonel care a.l. popok bayi dan pembalut wanita adalahnilai rasio swelling dalam urin. Kapasitas rasio swellingyang dapat diterima adalah pada kisaran 20 gr hingga40 gr urin per gram polimer kering [21]. Oleh karenakandungan urin sebagian besar didominasi olehsenyawa urea dan konsentrasinya bervariasi pada setiapindividu yang diuji, maka pengujian sweling dari hidrogelterhadap urin dapat dilakukan dengan artificial urin atau

dengan larutan urea pada konsentrasi 5% dan hasil yangdidapatkan relatif hampir sama dengan urin asli [22,23].Hubungan lama waktu perendaman terhadap rasioswelling hidrogel dalam larutan urea 5% hasil iradiasidosis 30 kGy pada beragam konsentrasi alginat disajikanpada Gambar 5.

Terlihat bahwa semakin lama waktu perendamanhidrogel PAAM-alginat dalam larutan urea hingga 240menit disertai naiknya konsentrasi alginat hingga 1%,rasio swelling hidrogel mencapai nilai ± 25 kali beratkeringnya (g/g). Nilai rasio swelling hidrogel PAAM-alginat relatif lebih besar dibanding hidrogel PAAM. Jikadibandingkan nilai rasio swelling hidrogel dalam ureaterhadap air (Gambar 3), secara umum terlihat bahwa nilairasio swelling dalam urea relatif lebih kecil (menurun).Hal yang sama juga dilaporkan penelitian sebelumnyahidrogel berbasis PAAM mengalami penurunan rasioswelling jika diuji dalam larutan urea [20]. Terjadinyapenurunan rasio sweling hidrogel PAAM-alginat dalamurea disebabkan terganggunya struktur jaringan darihidrogel , sehingga terjadi penurunan nilai rasio swelling.

Swelling Hidrogel Dalam LarutanNaCl 0,15 M

Disamping adanya kandungan urea dalam cairanurin, konsentrasi ion-ion garam juga mempengaruhi dayaserap dari hidrogel yang akan digunakan sebagaiadsorbent. Larutan garam NaCl merupakan salah satujenis larutan garam yang umumnya dipakai untukpengujian kemampuan daya serap hidrogel terhadap air(swelling). Pengaruh lama waktu perendaman dalamlarutan NaCL 0,15 M hidrogel PAAM-alginat pada dosis30 kGy sebagai fungsi konsentrasi alginat disajikan padaGambar 6. Terlihat bahwa dengan meningkatnya lamawaktu perendaman hingga 240 menit yang disertainyanaiknya konsentrasi alginat, rasio swelling hidrogel jugameningkat. Rasio swelling hidrogel PAAM-alginat pada30 menit pertama mencapai (5-8) kali bobot keringnya

Gambar 5. Hubungan waktu terhadap rasio swellinghidrogel PAAM-alginat dalam urea hasil iradiasi dosis 30kGy. A=PAAM 7,5 %, B=PAAM 7,5 %, alginat 0,5 %,C=PAAM 7,5 %, alginat 0,75 %, D=PAAM 7.5 %,alginat 1 %

2402101801501209060300

30

20

10

0

(A)

(B)

(C)

(D)

Waktu (menit)

Ras

iosw

elli

ng

(%)

Gambar 4. Pengaruh konsentrasi alginat terhadap rasioswelling maksimum (EDS) hidrogel PAAM-alginat hasiliradiasi 30 kGy

10.50

120

100

80

60

40

20

0

Ras

iosw

elli

ng

(%)

(Alginat, %)



ISSN : 1411-1098

18

selanjutnya meningkat mencapai (14-20) kali bobotkeringnya pada menit ke 240. Jika dibandingkan denganrasio swelling hidrogel dalam larutan NaCl terhadap rasioswelling dalam air suling (Gambar 3), terlihat bahwa rasioswelling hidrogel dalam NaCl relatif lebih kecil padasemua konsentrasi hidrogel.

Hal ini dapat dijelaskan berdasarkan daritimbulnya tekanan osmose akibat perbedaan konsentrasiion-ion dalam media dan dalam kerangka jaringanhidrogel. Ion-ion yang terikat pada jaringan hidrogelbersifat immobile (tidak bergerak) yang dapat dianggapterpisah dari larutan luar dengan adanya membransemipermeable. Jika hidrogel direndam dalam air, makaakan terjadi tekanan osmose maksimum dan hidrogelakan swelling. Tetapi, jika hidrogel direndam dalamlarutan NaCL, maka akan terjadi tekanan osmose yangsangat rendah dikarenakan adanya ion-ion Na+ dan Cl-.

Efek Suhu Terhadap Swelling Hidrogel

Ditinjau dari struktur molekulnya, hidrofilisitashidrogel dikontrol oleh gugus hidrofilik dan hidrofobikoleh rantai karbon. Adanya perubahan pH, listrik, jenis

ion, dan suhu akan mengakibatkan perubahan sistemkesetimbangan hidrofilik dan hidrofobik dari hidrogel.Jika gugus hidrofilik lebih dominan, hidrogel akanswelling. Sedangkan jika gugus hidrofobik lebihdominan dalam kesetimbangan, terjadi deswelling(penciutan). Pengaruh suhu terhadap hidrogel jugamerupakan salah satu parameter yang penting.Pengontrolan suhu akan dapat mengoptimalkan karakterdari hidrogel dalam aplikasinya. Oleh karena itu, pengaruhperubahan suhu terhadap rasio swelling hidrogelPAAM-alginat hasil iradiasi 30 kGy pada beragamkonsentrasi alginat dinvestigasi dan hasilnya disajikanpada Gambar 7.

Terlihat bahwa dengan naiknya suhu hingga60 oC dan konsentrasi alginat hingga 1%, rasio swellinghidrogel-hidrogel PAAM-ko- alginat meningkat. Rasioswelling hidrogel PAAM-alginat relatif lebih besardibandingkan rasio swelling hidrogel PAAM (sebagaipembanding) dan dengan naiknya konsentrasi alginatrasio swelling hidrogel meningkat. Selain itu, rasioswelling hidrogel pada perubahan suhu ini relatif lebihbesar yang dapat mencapai nilai 160 kali berat keringnya(g/g) dibandingkan nilai rasio sweling hidrogel pada suhukamar (Gambar 3). Pada penelitian terdahulu telahdilaporkan bahwa hidrogel PAAM bersifat peka terhadapperubahan suhu [24]. Hal ini menunjukkan bahwa selainalginat memegang peranan penting dalam mengontrolkemampuan hidrogel dalam menyerap air, PAAM jugamemberikan kontribusi yang sangat berarti dalamkemampuan hidrogel dalam menyerap air.

Uji Gugus Fungsi Dengan FT-IR

Spektrum FT-IR gugus fungsi hidrogelPAAM-alginat hasil iradiasi yang dibandingkanterhadap baik spektrum akrilamida (AAM) maupunalginat disajikan pada Gambar 8. Terlihat bahwa intensitasgugus fungsi NH

2pada puncak spektrum gelombang

3176,76-3338,78 cm-1, dan gugus fungsi OH dari alginatpada daerah panjang gelombang 3074,53-3589,53 cm-1

intensitasnya mengecil setelah terbentuk hidrogelPAAM-alginat. Hal ini mengindikasikan terjadinya reaksi

Gambar 6. Pengaruh waktu terhadap rasio swellinghidrogel PAAM-alginat dalam larutan NaCl hasil iradiasidosis 30 kGy. A=PAAM 7,5 %, B=PAAM 7,5 %, alginat0,5 %, C=PAAM 7,5 %, alginat 0,75 %, D=PAAM 7.5 %,alginat 1 %

2402101801501209060300

30

20

10

0

(A)

(B)

(C)

(D)

Waktu (menit)

Ras

iosw

elli

ng

(%)

Gambar 7 . Pengaruh suhu terhadap rasio swellinghidrogel PAAM-alginat hasil iradiasi dosis 30 kGy.A=PAAM 7,5 %, B=PAAM 7,5 %, alginat 0,5 %,C=PAAM 7,5 %, alginat 0,75 %, D=PAAM 7.5 %,alginat 1 %

6040200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

(A)

(B)

(C)

(D)

Ras

iosw

elli

ng

(%)

Suhu (oC)

Gambar 8. Spektrum FT-IR akrilamida, alginat danPAAM-alginat

OH

NH2

Mengecil /hilang


19

kimia antara PAAM dan alginat dalam jaringan hidrogel.Ditinjau dari struktur kimianya, akrilamida (AAM) yangmerupakan monomer dengan berat molekul yang relatifkecil dibandingkan alginat serta adanya gugus ikatanrangkap yang peka terhadap radiasi membentuk ikatansilang, maka AAM pada kompetisi kepekaan terhadapradiasi akan lebih dahulu mengalami reaksi dibandingalginat [18]. Oleh karena itu, AAM pertama kali yangakan berubah menjadi PAAM dengan melalui tahapan-tahapan inisiasi, propagasi dan terminasi. Pada tahapaninisiasi AAM akan membentuk radikal bebas, kemudianbereaksi satu dengan lainya membentuk dimer.Selanjutnya, dimer ini mengalami reaksi lebih lanjutmembentuk polimer (tahap propagasi), dan akhirnya padatahap terminasi polimer membentuk ikatan silang satudengan lainnya dengan struktur jaringan yang tertentu.Reaksi polimerisasinya dapat digambarkan sebagaiberikut (Gambar 9);

Hamid [25] melaporkan bahwa prediksi bentukstruktur jaringan dari gel PAAM hasil akhir dari prosesreaksi polimerisasi dan ikatan silang dari AAM adalahsebagai berikut (Gambar 10):

Selama proses siklisasi pembentukan jaringanPAAM, alginat ikut serta (penetrasi) dalam prosesini dan terkungkung dalam struktur jaringan PAAM(Gambar 11).

Di dalam struktur jaringan ini, alginat dapat beradadalam keadaan bebas atau terikat secara kimiawi. Prosespengungkungan alginat dalam struktur jaringan hidrogelPAAM dikenal sebagai struktur jaringan IPNs(interpenerating network). Kondisi alginat berada dalamkedaan bebas umumnya ditunjukkan dengan fraksi gelyang rendah, sedangkan dalam keadaan terikatditunjukkan dengan fraksi gel yang relatif besar.Berdasarkan fraksi gel yang relatif besar ~ 85 % dan

mengecilnya intesitas puncak pada daerah puncakspektrum 3000 cm-1 hingga 3600 cm-1, maka dapatlahdiramalkan bahwa alginat yang terkungkung dalamstruktur jaringan IPN mengalami reaksi kimia dalamstruktur jaringan IPN. Reaksi kimia yang mungkin terjadiyaitu antara gugus OH dari alginat bereaksi dengangugus fungsi NH

2dari PAAM yang reaksinya secara

garis besar dapat digambarkan sbb. (Gambar 12);

Dengan demikian dapat diramalkan bahwastruktur jaringan IPN hidrogel PAAM-alginat berbentukikatan silang secara kimia.

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwahidrogel PAAM-alginat dapat disintesis denganiradiasi sinar gamma. Fraksi gel meningkat mencapai85 % dengan naiknya dosis iradiasi hingga 30 kGy.Terjadi penurunan fraksi gel yang relatif kecil dengannaiknya konsentrasi alginat pada rentang 0,5 % hingga1 %. Penambahan alginat hingga 0,75 % menyebabkankenaikan EDS yang signifikan mencapai nilai rasioswelling 110 g/g dan penambahan alginat selanjutnyahingga 1% hanya sedikit menyebabkan kenaikanrasio. Disebabkan sifat polieletrolitnya, hidrogelPAAM-alginat peka terhadap perubahan suhu dankekuatan ionik dari media. Pada pengujian FT-IR terlihatadanya pengecilan intensitas spektrum pada daerahpanjang gelombang 3000 cm-1 hingga 3600 cm-1 yang

Gambar 11. Struktur jaringan IPN PAAM-alginat

PAAM

alginat

posisi ikatan silang

Gambar 9. Reaksi polimerisasi AAM

O

O N H 2

c o -60

H2N

o

n

A A MP A A M

*

Gambar 10. Struktur jaringan poliakrilamida (PAAM)

Gambar 12. Reaksi kimia PAAM dengan alginat

oO

OH

O H

OO H

oO

OH

O

OH

O H

OA lgin at

N

n

H

H

oO

O H

O H

OO H

oO

OH

O

O HOA lginat

N

nH

PA AM

+H 2O

PA AM



ISSN : 1411-1098

20

mengindikasikan terjadinya reaksi antara PAAM denganalginat dalam struktur jaringan IPNs. Nilai rasio swellingdari hidrogel dalam air dan urin memenuhi syarat untukaplikasi sebagai absorbent pada pembalut wanitadibandingkan nilai rasio swelling absorbent komersial.Nampaknya, aplikasi yang menjanjikan dari hidrogel inike depan ádalah sebagai bahan biomaterial di bidangkesehatan dan pengatur kandungan air dibidangpertanian.

UCAPAN TERIMAKASIH

Ucapan terimakasih disampakain padarekan-rekan di fasilitas Iradiator Karet (IRKA) BidangFasilitas Radiasi, PATIR-BATAN yang telah banyakmembantu dalam iradiasi sampel.

DAFTAR ACUAN

[1]. ERIZAL, Imobilisasi antibiotik pada MatriksHidrogel Poli(vinil) Alkohol dengan MetodeInduksi Iradiasi, Prosiding Simposium NasionalPolimer VI, (2006) 111-115

[2]. R.T. SWASONO, ERIZAL, dan HENDRIYANTO,Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia, VIII(1) (2007)1-16

[3]. ERIZAL, Jurnal Sains Materi Indonesia, (2006)124-128

[4]. ERIZAL, R. HASAN, S.SILVIA, dan C. RAHAYU,Pengekangan Obat dalam Matriks Hidrogel PVA-ko-NIPAAm Hasil Iradiasi, Risalah PertemuanIlmiah penelitian dan Pengembangan AplikasiIsotop dan Radiasi, (1997) 121-128

[5]. M., TAMADA, N. SEKO, and F.YOSHII, Radiat.Phys.Chem., (2004) 71221-225

[6]. BIANCA,C., MAGAZU,S., MAISANO et al, J. ofApplied Polymer Science, 102 (2006) 820-824

[7]. M.SAIRAM,V.R.BABU,B.VIJAYA,K.NAIDU, andT.M. AMINABHAVI, Int. J.Pharm., 320 (2006)131-136

[8]. J.M. GONZALES, and PIZARRO, Eur Polym J.,37 (2001) 435-444

[9]. M.V. RISBUD and R.R. BHONDE, Drug Deliv., 7(2) (2000)69-75

[10]. S. RAYMOND, and WEINTRAUB, Science, 130(1959)711-713

[11]. S.V0N .BUELOW and N. PALLUA, Plast ReconstrSurg, 118 (3) (2006) 858-918

[12]. L.H. CHRISTENSEN,V.B.BREITING,A.AASTED,A.JORGENSEN, and I.KEBULADZE, PlastReconstr Surg , 111 (6) (2003)1883-1890

[13]. G.BELLO, I.T. JACKSON, M.KESKIN, PlastReconstr Surg., 119 (4) ( 2007) 1326-1336

[14]. Y.ZHAO, Q.,QIAU.,Y.YUE, X. KOU, and Z. LIU,Ann Plast Surg., 53 (3) (2004) 267-272

[15]. F.L. BUCHHOLZ, and N.A. PEPPAS, Science andTechnology, ACS Symposium Series 573,AmericanChemical Society , Washington DC, (1994)

[16]. M. TOMBS and E. H. E.STEPHEN, An Introductionto Polysaccharide Biotechnology,Taylor &Francis, London, (1998) 123-34

[17]. Z. MAOLIN, H.HONGFEI,F.YOSHHI, andK.MAKUUCHI, Radiat.Phys. Chem., 57 (2000)459-464

[18]. J.M.ROSIAK, P.ULANSKI, L.A, PAJEWSKI andF.YOSHII, Radiat.Phys.Chem., 46 (1995) 161-168

[19]. ANONIM, Farmakope Indonesia, Edisi IV, Jakarta,(1995)1125-1205

[20]. H.A. ABD EL-REHIM, Radiat. Phys.Chem., 74(2005)111-117

[21]. BUCHHOLZ, F.L., Modern SuperabsorbentPolymer Technology, Wiley - VCH, New York,(1998)190-191

[22]. R. M. KARK, J. R. LAWRENCE, V. E. POLLACK,C. L. PIRANI, R. C. MUEHREKE, and H. SILVA, APrimer of Urinalysius, Second ed.Hoeber Medicaldivision, Harper & Row Publishers, New York,(1964)

[23]. EL-REHIM, H.A., Radiat. Phys. and Chem., 74(2005)11-117

[24]. ERIZAL, S.P.DEWI, dan D.DARMAWAN, Sintesisdan Karakterisasi Hidrogel Poli(akrilamida) HasilIradiasi Gamma, Prosiding Pertemuan IlmiahIPTEK Bahan ’02,(2002) 51-56

[25]. HAMID,J., NAGASH and OKAY,O., J.AppliiedPolymer Science, (1996) 971-979

21jan12_180443_erizal

Documents