BAB I STERILISASI

FORMULASI DAN TEKNOLOGI SEDIAAN STERIL

1.1 Definisi

• Sterilisasi adalah suatu metode atau cara untuk memusnahkan atau mematikan mikroorganisme yang terdapat dalam suatu sediaan. Jadi suatu sediaan dikatakan steril apabila sediaan tersebut tidak mengandung mikroorganisme hidup, baik patogen maupun nonpatogen.

1.2 Metode Sterilisasi

Metode sterilisasi ada beberapa macam antara lain :

• Sterilisasi dengan api langsung• Sterilisasi dengan pemanasan udara kering• Sterilisasi dengan cara penyaringan (filtrasi)• Sterilisasi dengan cara radiasi• Sterilisasi dengan gas• Sterilisasi dengan desinfektan• Sterilisasi dengan otoklaf

Sterilisasi dengan api langsung

Metode sterilisasi ini digunakan :• Pada alat-alat terbuat dari bahan yang tahan

panas api langsung dan memiliki permukaan yang rata, bahan bahan ini terbuat dari logam atau gelas, misalnya spatel, tabung gelas dan alat alat kedokteran lainnya.

Cara sterilisasi :• Alat dikenakan/dipanaskan langsung pada api

bebas, misal dengan pemanas bunsen, seluruh permukaan dari alat harus berhubungan langsung dengan api selama 20 detik

Mekanisme sterilisasi:• Panas yang cukup tinggi dari api bunsen

merupakan panas oksidasi yang akan mematikan bakteri dan spora yang ada.

2.Sterilisasi dengan pemanasan udara kering

Metode sterilisasi digunakan :• alat-alat yang tahan terhadap pemanasan tinggi • Contoh : alat-alat gelas, alat-alat bedah, wadah

gelas yang perlu pengeringan• bahan obat dimana sifat fisik bahan obat

tersebut tidak dapat ditembus uap air atau sediaan tersebut mudah terurai jika terkena uap air.• Contoh bahan yang dapat disterilisasi dengan

cara ini : minyak lemak, gliserin, beberapa produk minyak tanah seperti : minyak mineral, parafin, ZnO dll

Cara sterilisasi :• Pemanas oven dijalankan pada suhu 170 –

180oC, alat yang akan disterilkan dimasukkan dan dibiarkan ½ jam ( 170oC) atau 1 jam (150oC) .

Mekanisme sterilisasi :• Udara didalam oven akan menjadi panas dan

terjadi aliran konversi panas sehingga merata di seluruh bagian oven tersebut. Ketika udara panas mengenai alat atau bahan yang akan disterilisasi maka sel mikroba akan dehidrasi diikuti proses oksidasi atau pembakaran sehingga terjadi kematian bakteri.

Mekanisme sterilisasi :• Udara didalam oven akan menjadi panas dan

terjadi aliran konversi panas sehingga merata di seluruh bagian oven tersebut. Ketika udara panas mengenai alat atau bahan yang akan disterilisasi maka sel mikroba akan dehidrasi diikuti proses oksidasi atau pembakaran sehingga terjadi kematian bakteri.

3.Sterilisasi dengan cara penyaringan (bakteri filter)

Metode sterilisasi digunakan untuk :• Bahan larutan obat yang tidak tahan terhadap

pemanasan. • Persyaratan cara filtrasi :• Larutan yang disterilkan dengan cara sterilisasi ini

harus menjalani pengujian yang ketat karena produk hasil penyaringan sangat dipengaruhi oleh banyaknya mikroba yang difiltrasi.

• Metode ini membutuhkan teknik aseptik yang ketat, peralatan harus diperiksa sebelum digunakan untuk memastikan tidak ada kerusakan pada penyaring

•

• Penyaring dibuat dengan ukuran pori-pori yang berbeda :

Millipore 14 – 0,025 mikron ( pembanding : Sel darah 6,5 mm, Bakteri 0,2

mm dan Virus polio 0,025 mm )

Faktor faktor lain yang menentukan efektivitas penyaring adalah

muatan listrik filter, pH larutan , temperatur, sistem tekanan dan vakum

Macam –macam penyaring :• Penyaring Seitz ( filter terbuat dari bahan

gelas)• Penyaring gelas (filter terbuat dari gelas)• Penyaring Berkefeld atau Mandler (filter

terbuat dari bahan silika)• Penyaring Pasteur—Chamberland dengan

membran penyaring terbuat dari bahan porselen

Keuntungan menggunakan sterilisasi penyaringan :• a) Sediaan dapat dibuat segar dan steril,• contohnya untuk sediaan tetes mata.• b) Kecepatan proses sterilisasi untuk volume larutan yang kecil cukup tinggi• c) Peralatan yang digunakan relatif tidak mahal• d) Bakteri yang hidup maupun yang mati tersaring semua

Kelemahan metode sterilisasi penyaringan :• kemungkinan kerusakan pada penyaring

bakteri sehingga diragukan sterilitasnya• Waktu sterilisasi lebih lama untuk cairan

kental

Teknik Sterilisasi• Larutan dilewatkan ke dalam penyaring yang

sudah dilengkapi bakteri filter, kemudian disaring dan dibantu dengan alat vakum. Proses pembuatan sediaan dalam kondisi aseptik. (catatan alat telah dicek kelaikannya)

Mekanisme Sterilisasi :• Proses sterilisasi dengan penyaringan

tergantung penghilangan mikroba yang dilakukan secara fisik dengan adsorpsi pada media penyaring atau dengan proses penyaringan dimana ukuran filter lebih kecil dari ukuran bakteri misalnya 0,45 mikron.

Sterilisasi dengan Radiasi

Proses sterilisasi ini menggunakan sinar gamma dari radioisotop yang dihasilkan secara artifisial misal Co60 dan Ce137. Selain radioisotop proses ini menggunakan elektron berenergi tinggi yang dihasilkan mesin akselerator. Radiasi sinar gama maupun elektron berenergi tinggi memiliki daya tembus yang kuat sehingga dapat mensterilkan alat atau bahan kemasan akhir.

• Sterilisasi cara radiasi ini adalah proses dingin , dengan peningkatan suhu akibat proses tersebut tidak lebih dari beberapa derajat celsius, dapat digunakan terus menerus dan sangat sesuai untuk sterilisasi skala industri.

Jenis sterilisasi cara radiasi :• Sterilisasi dengan radiasi sinar gamma• Sterilisasi dengan zat pengion

Sterilisasi dengan radiasi sinar gamma• Beberapa tingkat radiasi sinar gamma yang

dapat digunakan untuk tujuan sterilisasi adalah 1,5 kGy sampai 15 kGy dipakai untuk membasmi kapang, bakteri patogen serta sebagian besar jenis bakteri lainnya. Dosis 26 kGy adalah dosis sterilisasi yang resmi diterima banyak negara termasuk Indonesia.

• Segera setelah diradiasi produk yang dihasilkan dapat langsung digunakan.

Teknis sterilisasi :• Bahan yang akan disterilkan dilewatkan pada

sumber sinar dengan menggunakan ban pengangkut.

Mekanisme kerja :

• Daya bunuhnya untuk bentuk vegetatif dari bakteri suatu bentuk tahan lama dari mikroorganisme. Kecepatan pembunuh kuman tergantung dari sejumlah faktor yang terpenting :

• a) jenis dan usia kuman, • b) kerapatan kuman,• c) konsentrasi oksigen (adanya oksigen• menyebabkan kepekaan menjadi 2- 3 kali lipat) • d) kandungan kelembaban• Beberapa zat organik seperti pepton, protein, asam amino, tiourea, sulfit

dan alkohol memiliki suatu kerja pelindung sinar. Hal ini akan menurunkan kecepatan pembunuhan kuman.

• Beberapa zat organik seperti pepton, protein, asam amino, tiourea, sulfit dan alkohol memiliki suatu kerja pelindung sinar. Hal ini akan menurunkan kecepatan pembunuhan kuman.

• Produk dengan kandungan kontaminasi awal yang rendah dapat disterilkan dengan dosis radiasi 25 kGy. Hal ini bermanfaat untuk produk yang sensitif terhadap panas, radiasi dan gas etilen oksida.

• Sterilisasi ini dapat digunakan untuk peralatan bedah, peralatan laboratorium, sediaan medis dan farmasi, jaringan biologi untuk transplantasi dan preparat-preparat biologi lainnya.

• Salah satu keuntungan dari penggunaan radiasi ini adalah penghematan enersi . Contohnya pengawetan pangan melalui teknologi ini menghemat 80-90 % energi yang digunakan pada cara pengawetan lain.

Sterilisasi Radiasi

Cara sterilisasi radiasi :• Pada saat iradiator beroperasi, sumber radiasi

memancarkan radiasi ke segala arah, demikian pula pada saat iradiator tidak berfungsi. Sumber radiasi meluruh sebanding dengan waktu sehingga daya guna sumber tidak mungkin 100 %. Sehubungan dengan keadaan tersebut tentunya ada enersi yang hilang, jadi tidak seluruh energi yang dipancarkan dapat dimanfaatkan.

Efisiensi Radiasi• Hanya 35 % yang diserap bahan makanan atau

dengan kata lain efisiensi radiasi hanya 35 %, serta bila daya guna sumber dimanfaatkan radiasi hanya sekitar 68 %, maka untuk pasteurisasi radiasi sebesar 2,5 kGy, energi yang diperlukan sebesar 100/24 dikalikan 2,5 kGy yaitu sebesar 10 kGy atau 10 kJoule (kJ)/Kg. Menurut perhitungan Bynolesson, energi tambahan antara lain konveyor, blower dan turun naik, sumber radiasi 11 kJ. Jadi energi yang diperlukan untuk pasteurisasi radiasi sebesar 21 kJ.

Keradioaktifan

• Sterilisasi metode ini tidak akan menimbulkan keradioaktifan pada produk yang disinari karena energi foton gamma yang dapat menimbulkan keradioaktifan harus memiliki tingkat ambang minimum sekitar 8 MeV sedangkan isotop Co60 dan Ce137memancarkan sinar gamma dengan energi foton sebesar 1,17 MeV dan 1,33 MeV.

• Menurut Farmakope Indonesia dosis untuk sterilisasi metode ini tidak kurang dari 2,5 Mrad dan dapat dilakukan dengan sinar X, sinar gamma dan dengan elektron yang dipercepat

Faktor Inaktivasi• Efektivitas proses sterilisasi untuk mikroba

tertentu dinyatakan dengan faktor inaktivasi yaitu perbandingan jumlah awal mikroba sebelum disterilkan dengan jumlah yang hidup setelah proses berakhir.

• Code of Practice yang dikeluarkan WHO dan IAEA menetapkan faktor keselamatan untuk pemakaian teknik sterilisasi radiasi atau dengan kata lain dari 1 juta unit yang disterilkan hanya 1 unit yang tidak steril. Faktor keselamatan dijelaskan dengan rumus sebagai berikut :

•

Safety Factor

• SF = aoD/D10 .• -------- > 1 juta• PSC• SF Safety Factor = faktor keselamatan• D10 = dosis yang diperlukan menginaktivasi 90

% mikroba atau 1 log cycle• PSC = presterilization Count = kontaminasi • D = Dosis sterilisasi

Dosis Radiasi tergantung dari : • Besarnya angka mikroba jumlah bakteri sebelum

dilakukan radiasi• Daya tahan bakteri terhadap radiasi• Lingkungan ketika melakukan radiasi• Jenis bakteri • Medium yang digunakan• Temperatur• Aktivitas air• Faktor keselamatan yang diinginkan• Tujuan pemakaian

• 4.2. Sterilisasi dengan Radiasi Pengion• Prinsip kerja sterilisasi ini adalah menyebabkan

proses ionisasi, eksitasi, dan reaksi kimia pada benda yang disterilkan, perubahan ini akan menyebabkan efek biologis yang mengubah proses kehidupan normal dari sel hidup dan mikroba. Perubahan tersebut terutama terjadi pada DNA yang dapat mengakibatkan mikroba tersebut kehilangan kesanggupan membelah diri.

Dampak radiasi pengion terhadap kehidupan terdiri dari :

• dampak terhadap sel dan komponen pembangunnya.

• dampak terhadap organ dan sistem biologis lainnya.

• Dampak terhadap tubuh seutuhnya, tanaman, khewan dan manusia

• Dampak terhadap ekosistem

• Radiasi pengion bekerja terhadap sistem biologis dengan merubah bagian-bagian sel yaitu molekul. Perubahan awal secara kimia sukar untuk diketahui dan mungkin segera terjadi perbaikan. Meskipun demikian, beberapa perubahan awal yang kecil ini dapat berkembang menjadi kerusakan yang dapat dikenali dengan mudah.

STERILISASI DENGAN ALIRAN GASDigunakan untuk :• Beberapa senyawa yang tidak tahan panas dan

uap air dapat disterilkan dengan menggunakan aliran gas etilen oksida (EtO) atau propilen oksida. Proses ini dilaksanakan dengan menggunakan gas EtO murni atau campuran gas EtO dengan gas inert yang sesuai seperti gas CO2 atau hidrokarbon halogenasi. Penggunaan gas EtO murni mengandung risiko karena gas tersebut mudah meledak. Konsentrasi gas, kelembaban, suhu dan waktu proses dapat mempengaruhi efisiensi proses sterilisasi.

• Teknik sterilisasi menggunakan gas EtO dengan konsentrasi 450 mg per liter pada kelembaban 60 -70 % dan suhu 35 oC. Efisiensi proses sangat bergantung kepada derajat penetrasi gas ke semua bagian produk. Pada kondisi tertentu derajat sterilitas tidak tercapai karena gas tidak mencapai mikroba yang mengkontaminasi bagian yang paling dalam dari produk misalnya ketika mensterilkan gulungan kasa atau bubuk dengan densitas tinggi seperti natrium klorida atau glukosa. Jika sterilisasi gas EtO tidak efektif maka proses dapat diganti dengan proses sterilisasi radiasi.

• Gas EtO kurang efektif untuk mensterilkan alat suntik sekali pakai, karena sering ditemui adanya spora bakteri yang terperangkap di antara alat pengisi dan tabung sehingga tidak dicapai oleh gas EtO. Sebaliknya radiasi sinar gamma merupakan cara yang paling sesuai karena penetrasi yang dalam.

• Gas EtO dapat diserap oleh beberapa bahan seperti plastik, elastomer, dan bahan baku obat, sehingga residu gas tetap berada dalam bahan tersebut setelah proses sterilisasi. Residu gas EtO pada plastik polietilen dapat mencapai 5 – 10 mg/g bahan. Duapuluh empat jam setelah proses sterilisasi masih didapat gas yang diserap dalam persentase tinggi seperti polietilen densitas rendah (12 %), polietilen densitas tinggi (20 %), PVC (70 %), polipropilen (70%) dan polikarbonat (57%). Penelitian tentang efek mutagenesis EtO dibandingkan dengan sinar X menunjukkan bahwa 1 ppm/jam EtO setara dengan 0,2 mGy (20 mrad) per jam sinar X.

• Laju dosis maksimum sinar X perjam yg diinginkan adalah 0,025 mGy(2,5 mrad) yg setara dengan 0,125 ppm/ jam EtO. Beberapa akibat toksis yang ditimbulkan oleh residu tersebut pada alat kedokteran ialah penyakit trochitis karena menggunakan tabung endotracheal yang mengandung residu, thromboplebitis atau hemolisis yang disebabkan oleh residu pada kateter.

• Hemolisis yang luas akan terjadi kalau darah disalurkan melalui pipa plastik yang disterilkan oleh gas EtO. Residu gas EtO dan etilenklorohidrin (ETCH) merusak sitoplasma dan kromosom, disamping bersifat base pair mutagen. Karena ada korelasi yang tinggi antara karsinogenitas dan mutagenitas maka kedua residu tersebut dianggap sangat berbahaya bagi kesehatan.

• Etilenglikol (ETG) dalam gas EtO dapat bereaksi dengan gugusan kimia tertentu membentuk turunan atau derivat hidroksi etilat. Contoh gugusan kimia tertentu membentuk turunan atau derivat hidroksi etilat. Contoh gugusan kimia tersebut adalah gugusan -NH2, -SH, -OH dan –COOH. Disamping itu gas EtO dengan kelembaban tertentu dapat membentuk senyawa etilenglikol dan dengan ion klorida dapat membentuk etilenklorhidrin. Batas residu gas EtO, ETCH dan ETG yang diizinkan FDA Amerika Serikat dalam produk obat dan alat kedokteran dapat dilihat pada tabel di bawah ini.

Sterilisasi dengan Desinfektan

• Sterilisasi dengan menggunakan desinfektan adalah sterilisasi yang paling mudah dalam pengerjaannya dan juga tidak memerlukan sumber panas dan alat alat khusus saja

• Sterilisasi dengan desinfektan hanya dapat dilakukan untuk alat-alat saja. Alat alat yang disterilkan dengan desinfektan juga jangan terbuat dari bahan logam, karena zat kimia desinfektan biasanya zat yang korosif, sehingga alat-alat yang terbuat dari logam akan berkarat. Beberapa desinfektan yang banyak digunakan di masyarakat saat ini adalah golongan fenol dan alkohol.

Sterilisasi dengan Otoklaf

• Sterilisasi dengan otoklaf merupakan sterilisasi dengan pemanasan basah yang pada umumnya mempergunakan uap air yang dihasilkan dari pemanasan air yang berada di dalam alat sterilisasi.

Bagan umum otoklaf• Alat otoklaf terdiri dari ruang dalam dan

dikelilingi suatu mantel ruang dalam, biasanya dilapisi oleh logam dan dilengkapi dengan suatu pintu yang dapat ditutup kedap udara. Pada otoklaf yang sederhana tidak terdapat mantel uap dan uap airnya dibuat sendiri dengan mengisi air sebelum dipanaskan. Sebagian otoklaf modern memiliki skala ukuran untuk menunjukkan suhu dan tekanan pada ruang otoklaf dan peralatan waktu untuk memungkinkan operator mengetahui waktu yang dikehendaki untuk beban otoklaf tersebut.

Mekanisme Sterilisasi pada Otoklaf• Bahan yang dapat disterilkan dengan alat otoklaf adalah bahan yang

berbentuk larutan atau bahan yang mengandung air. Mekanisme yang terjadi adalah semua materi akan dipanaskan dengan uapair jenuh di bawah tekanan. Jika uap air mengenai wadah yang berisi larutan maka uap air akan berkondensasi dan melepaskan energi panas yang kemudian akan memanaskan air yang terkandung dalam sediaan. Karena wadah yang dipakai adalah wadah yg tertutup maka akan terjadi kondensasi tersendiri di dalam wadah sehingga konsentrasi air di dalam sediaan tidak akan berubah dan mikroorganisme dalam sediaan tersebut dapat dimusnahkan.

• Ketika uap air terkondensasi pada benda yang lebih dingin, suhu akan naik sampai terjadi keseimbangan suhu dimana tidak akan terjadi lagi perubahan panas dan kondensasi. Uap air dapat memanasi materi dan menembusnya dengan proses kondensasi yang relatif cepat. Penembusan tersebut terjadi secara konveksi dan konduksi.

• Dalam sterilisasi menggunakan otoklaf, uap air memegang peranan penting. Umumnya perusakan mikroorganisme erat kaitannya dengan peristiwa koagulasi protein dimana kematian bakteri terjadi akibat denaturasi panas terhadap protein yang membentuk sel bakteri.

• Proses yang terjadi ialah ketika protein dipanaskan akan melepaskan gugus tiol (-SH) dan membentuk ikatan peptida yang lebih kecil. Ikatan peptida ini sangat reaktif sehingga dengan mudah berikatan kembali satu sama lain membentuk senyawa baru yang berbeda strukturnya dengan molekul protein semula. Jika tidak ada air maka gugus polar pada ikatan peptida kurang reaktif sehingga diperlukan energi yang lebih banyak untuk memecahkan molekul protein. Mekanisme tersebut akan berlangsung selama proses sterilisasi sampai suhu larutan telah mencapai suhu sekitar 115 – 121oC.

Prosedur Penggunaan Otoklaf• Pada umumnya prosedur sterilisasi otoklaf

terbagi menjadi 4 tahap :• Mempersiapkan dan mengisi otoklaf• Memanaskan alat Otoklaf sampai suhu dan

tekanan yang diperlukan• Proses sterilisasi• Pendinginan dan pengeluaran isi otoklaf

1. Mempersiapkan dan mengisi otoklaf• Pada tahap ini bahan yang akan disterilkan

dimasukkan dan disusun sedemikian rupa sehingga tidak terlalu rapat dan tidak menghalangi jalannya uap ke semua bagian.

2. Memanaskan alat Otoklaf sampai suhu dan tekanan yang diperlukan

• Bila pintu/tutup otoklaf telah tertutup, berarti uap mulai memberikan panasnya pada sediaan yang disterilkan. Mula mula dengan memberikan panas latennya dan terjadi kondensasi pada semua permukaan. Satu gram uap air pada suhu 100 oC jika berkondensasi menjadi air akan membebaskan energi panas sebesar 536 kal.

Setelah itu terjadi penembusan dan pemindahan panas secara konduksi dan konveksi.

• Pemanasan terjadi dalam dua tahap, yaitu :• - pengaliran uap pada tekanan atmosfir normal (hingga 100oC• - dengan menutupnya otoklaf, tekanan uap naik perlahan-lahan sampai

suhu 115 – 121 oC.• Pada tahap ini terjadi penjenuhan uap air, dimana udara dalam otoklaf

dibiarkan keluar sehingga tercapai keadaan jenuh uap air dalam ruang otoklaf. Untuk mengetahui bahwa ruang otoklaf sudah jenuh, udara yang keluar dari otoklaf dilewatkan dalam larutan kalsium hidroksida. Bila larutan tersebut menjadi keruh ,maka keadaan uap air jenuh belum tercapai.

• Proses penjenuhan uap air menyebabkan :– pemanasan dan penembusan yang cepat terhadap

sediaan yang disterilkan– Suhu dan waktu sterilisasi dapat dikontrol dengan

mudah

Proses Sterilisasi• Pada tahap ini berlangsung proses sterilisasi,

dimana tidak ada sel hidup yang tahan lebih dari 20 menit bila dipanasi langsung dengan uap jenuh pada 121C ( USP) atau 30 menit pada suhu 115 C (BP) tergantung pada factor stabilitas sediaan yang disterilkan.

Pendinginan dan pengeluaran otoklaf• Tahap ini diperhatikan terutama untuk

sterilisasi sediaan yang berbentuk larutan. Pendinginan yang terlalu cepat akan menyebabkan larutan tersebut mendidih karena suhu dalam larutan jauh lebih tinggi dari suhu dalam otoklaf. Cara yang lebih aman untuk mencegah pendidihan adalah dengan mengganti uap dengan udara pada tekanan yang sama atau lebih tinggi dari sebelumnya.

• Cara yang lebih baik lagi adalah pendinginan dengan metode semprot (sray), dimana tekanan dalam otoklaf dijaga dengan menekan udara dan penambahan air yang disemprotkan ke wadah larutan. Metode ini juga dapat mencegah pecahnya botol.

• Proses pengeringan dapat dilakukan dengan cara vakum dan dibiarkan beberapa menit, dengan cara ini ditambah dengan masih adanya panas pada benda-benda yang disterilkan, sisa air diuapkan di bawah tekanan yang lebih rendah.

• Selain dengan menggunakan otoklaf . sterilisasi dengan pemanasan basah juga meliputi pemanasan dengan uap air pada suhu 100 C, dan tindalisasi atau pasteurisasi.

• Keuntungan dari penggunaan alat ini adalah cara pengerjaan yang tidak terlalu sulit sehingga semua orang dapat melakukannya. Alat ini banyak digunakan di laboratorium karena alat ini termasuk murah bila dibandingkan dengan menggunakan sterilisasi gas atau sterilisasi radiasi.

• Kerugiannya sterilisasi metode ini tidak dapat untuk mensterilkan zat-zat yang tidak dapat ditembus air seperti minyak, lemak, sediaan berminyak dan sediaan-sediaan lain yang tidak dapat ditembus oleh uap air.