POLIMER HIDROGEL

Disusun oleh :

Kelompok 1

Astina Sicilia (1106000312)Tazkia Khairina (1106051736)Arifa Rafrilia (1106000294)Andika Galih (1106020472)Afifah Thohiroh (1106006285)Sri Puji Astuti (1106065691)

FAKULTAS FARMASI

UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK

2013

POLIMER HIDROGEL

Selama beberapa dekade terakhir, penelitian tentang hidrogel telah berkembang secara

signifikan karena partisipasi dari banyak ilmuwan dari berbagai bidang penelitian. Aplikasi luas

dari hidrogel terkait dengan properti unik mereka menunjukkan perilaku perantara antara bahan

padat dan cair. Hidrogel adalah jaringan tiga dimensi rantai polimer hidrofilik yang tidak larut

tetapi dapat membengkak dalam air. Karena sifat hidrofilik rantai polimer, mereka mampu

mempertahankan sejumlah besar air dalam struktur mereka. Biokompatibilitas tinggi hasil

hidrogel dari kandungan air yang tinggi dan sifat lembut permukaan.

Selain itu, hidrogel adalah bahan serbaguna karena mereka dapat dibuat untuk memiliki

berbagai properti dengan memanipulasi metode sintetik atau pengolahan. Sifat fisikokimia,

mekanik, dan biologis, serta sifat fungsional baru, dapat dengan mudah diatur. Misalnya,

hidrogel dapat dibuat untuk menanggapi rangsangan lingkungan, seperti suhu, pH, cahaya, dan

molekul tertentu. Sifat ini menarik telah membuat hidrogel yang berguna untuk berbagai aplikasi

mulai dari farmasi dan biomedis untuk aplikasi industri lainnya. Dari sekian banyak aplikasi

hidrogel, pemberian obat terkontrol adalah salah satu daerah di mana hidrogel telah memainkan

peran penting. Hasil matriks terhidrasi dalam kompatibilitas yang baik dengan protein serta sel-

sel hidup dan cairan tubuh.

Sejak laporan pertama pada penggunaan biomedis poli (2-hidroksietil metakrilat)

hidrogel oleh Wichterle dan Lim pada tahun 1960, berbagai hidrogel lain telah dikembangkan

untuk aplikasi biomedis dan farmasi, terutama untuk pengiriman obat-obatan dan zat bioaktif.

2. 1 Klasifikasi Hidrogel

Hidrogel telah mengalami banyak perkembangan dan modifikasi sejak pertama kali

ditemukan. Oleh karena itu, akan sulit untuk mengelompokkan jenis hidrogel berdasarkan satu

kriteria. Hidrogel bisa digolongkan berdasarkan banyak kriteria, seperti berdasarkan sumber,

berdasarkan kecepatan swelling, berdasarkan ukuran pori-pori, berdasarkan jenis ikatan,

berdasarkan kemampuan terurai, berdasarkan penyusun, dan berdasarkan muatannya.

Hidrogel bisa berasal dari bahan-bahan alam seperti protein, polisakarida, dan DNA.

Protein, polisakarida, dan DNA dapat berikatan untuk membentuk suatu hidrogel. Namun ikatan

ini sulit untuk dibentuk. Ikatan yang terbentuk bisa melalui cara kimia ataupun fisika. Sementara

itu, hidrogel yang terbentuk dari bahan-bahan sintesis biasanya cenderung lebih mudah untuk

berikatan satu sama lain. Hidrogel yan tersusun dari bahan alam cenderung bersifat

biodegradable, sementara hidrogel yang tersusun dari bahan sintesis biasanya bersifat

nondegredable.

Modifikasi pada hidrogel juga mempengaruhi kecepatan swelling hidrogel. Hidrogel

dengan pori-pori yang banyak dan terhubung biasanya memiliki kecepatan swelling yang tinggi

yang dikenal dengan Superabsorbent. Selain suberabsorbent, ada high swelling, medium

swelling, dan juga low swelling. Kecepatan swelling yang bervariasi ini bisa disesuaikan dengan

jenis pelepasan obat yang diinginkan. Hidrogel ada yang tidak memiliki pori sehingga kecepatan

swelling-nya rendah. Selain itu, terdapat juga hidrogel microporous (10 to 100 nm range),

macroporous (100 nm to 10 µm range), dan superporous (10 to 1000 µm range).

Hidrogel tersusun atas polimer-polimer yang saling berikatan. Berdasarkan jenis

ikatannya, hidrogel dapat dibagi menjadi chemical gels dan physical gels. Chemical

gels/chemical cross-linking tersusun atas polimer yang berikatan secara kovalen. Ikatan ini

sangat kuat sehingga hidrogel tidak bisa berubah bentuk. Oleh karena itu, disebut juga dengan

thermoset hydrogels. Physical gels tersusun atas polimer yang berikatan menggunakan ikatan

non-kovalen seperti ikatan hydrogen, kompleks ionisasi, kristalisasi, dan sebagainya yang

bersifat reversible sehingga sering disebut juga dengan thermoplastic hydrogels.

Hidrogel yang tersusun dari satu jenis monomer yang bersifat hidrofil disebut dengan

homopolimer hidrogel. Sementara yang tersusun dari dua unit komonomer disebut ko-polimer

hidrogel. Hidrogel yang tersusun dari tiga atau lebih komonomer yang saling bereasi disebut

multipolimer hidrogel. Sementara hidrogel yang Terbuat dari jaringan pertama yang berada pada

monomer yang mengembang, kemudian bereaksi untuk membentuk jaringan kedua disebut

Interpenetrating polymeric hydrogel.

Berdasarkan muatannya, hidrogel dibagi menjadi dua, yaitu hidrogel yang tidak

bermuatan (Neutral Hydrogel) dan hidrogel yang bermuatan (Ionic Hydrogel). Neutral Hydrogel

akan mengalami swelling akibat pengaruh termodinamika, sementara Ionic Hydrogel swelling-

nya dipengaruhi oleh interaksi polimer yang bermuatan dengan ion bebas.

2.2 Reaksi Kimia

1. Ikatan Silang Gel secara Kimia

a. Ikatan Silang Polimer

Terbentuk oleh polimerisasi radikal berat molekul yang rendah atau percabangan

homopolimer atau kopolimer yang terdapat pada agen crosslink. Reaksi ini kebanyakan

dalam bentuk larutan untuk aplikasi biomedik. Pelarut yang digunakan biasanya air,

metanol, etanol ataupun benzil alkohol.

b. Kopolimerisasi / Reaksi Ikatan Silang

Reaksi ini digunakan untuk menghasilkan polimer gel. Inisiator dalam reaksi ini adalah

radikal dan anionik inisiator. Contoh inisiator yaitu Azobisisobutyronitrile (AIBN),

benzol peroksida dan lain-lain. Pelarut dapan ditambahkan selama reaksi untuk

menurunkan viskositas dari larutan

c. Ikatan Silang dengan Radiasi Energi Tinggi

Radiasi energi tinggi seperti gamma dan radiasi sinar elektron dapat digunakan untuk

polimerisasi senyawa tak jenuh. Contohnya PEG diderivatisasi untuk PEGDA yang dapat

membentuk hidrogel setelah diradiasi dengan radiasi UV. Paparan gamma atau radiasi

sinar elektron akan menyebabkan larutan polimer membentuk radikal pada rantai polimer.

Radiolisis dari molekul air akan menghasilkan pembentukan gugus hidroksil yang dapat

menyerang rantai polimer juga menghasilkan pembentukan mikroradikal. Rekombinasi

dari mikroradikal dalam rantai yang berbeda akan menghasilkan ikatan kovalen dan

akhirnya terbentuk struktur crosslinked.

2. Ikatan Silang Gel secara Fisik

a. Ikatan silang dengan interaksi ionik

Contohnya adalah crosslinking dari Alginat. Alginat terdiri dari residu asam glukoronik

dan residu manuronik dan dapat disilang dengan ion kalsium. Reaksi ini dapat terjadi pada

suhu dan pH yang normal. Gel ini digunakan sebagai matrik untuk enkapsulasi sel dan

untuk melepaskan protein.

b. Ikatan silang dengan kristalisasi

Larutan PVA yang mengalami pembekuan dan pencairan akan menghasilkan gel elastis

yang sangat kuat. Pembentukan gel dimaksudkan untuk pembentukan kristal PVA yang

bertindak sebagai tempat terjadinya silang dalam jaringan. Sifat gel dapat dimodofikasi

dengan memvariasikan konsentrasi polimer, suhu, dan waktu pembekuan-pencairan.

2.3 Mekanisme Kerja

Pada dasarnya, hidrogel memiliki kekuatan mekanik yang rendah. Untuk memperkuat

strukturnya, hidrogel diikat silang (crosslink) oleh agen-agen pengikatnya

Crosslink merupakan suatu ikatan yang menghubungkan satu rantai polimer lainnya,

dapat berupa interasi kovalen (kimia) maupun interaksi non kovalen (fisik) dan dapat

meningkatkan massa molekul polimer

Senyawa kimia yang digunakan sebagai agen pengikat silang adalah seperti senyawa

epoksi dan aldehida (glutaraldehid)

Faktor-faktor yang mempengaruhi kemampuan daya absorbs hidrogel terhadap

mediumnya :

1. Variasi agen pengikat silang (formaldehid, asetal dehid dan glutaral dehid

2. Komposisi agen pengikat silang

3. Waktu reaksi ikat silang

4.

Namun, semakin banyak komposisi agen pengikat silang dan semakin lama waktu reaksi

ikat silang yang digunakan, strukturnya semakin kuat dengan adanya peningkatan derajat ikat

silangnya sehingga daya absorb dan kemampuan mengembang (swelling) hidrogel terhadap

mediumnya akan berkurang

Berikut ini merupakan mekanisme terjadinya swelling pada hidrogel :

1. Polimer yang terikat secara silang (crosslink)

2. Dimasukkan ke dalam suatu pelarut

3. Polimer akan mengembang ( swelling) tanpa larut didalamnya

4. Total volume akan bertambah

5. Sedangkan, fraksi yang larut dari bahan polimer tersebut akan larut

6. Berdifusi keluar dari polimer yang mengembang

7. Bahan pengikat silang tersebut akan mengembang dalam fase gel polimer 3

dimensi

8. Sampai kekuatan osmotik yang seimbang dengan regangan rantai polimer tersebut

2.4 Contoh-Contoh

1. Galactoxyloglucan

Galactoxyloglucan adalah polisakarida yang diperoleh dari biji Tamarindus indica.

Sifat Fisikokimia :

a. Viskositas tinggi

b. Toleransi pH yang luas dan adhesivity

c. Non-karsinogenik

d. Mucoadhesivity

e. Biokompatibilitas

f. Termal stability

Kegunaan :

a. Stabilizer

b. Pengental

c. Pembentuk gel

d. Pengikat dalam industri makanan

Rumus struktur :

2. Gellan Gum

Deacylated Gellan gum (Gellan) adalah mikroba anionik polisakarida, dihasilkan dari

Sphingomonas elodea, terdiri dari unit berulang tetrasaccharide glukosa, asam

glukuronat dan residu rhamnose dalam rasio 2:1:1.

Sifat fisikokimia :

a. Gellan gum stabil pada suhu tinggi dan mampu mempertahankan kekuatannya

pada 90⁰C.

b. Pada suhu rendah gellan membentuk heliks untai ganda, sedangkan pada suhu

tinggi beruntai tunggal, yang secara signifikan mengurangi viskositas larutan.

c. Jenis dan konsentrasi ion berdampak pada kekuatan gel dan kerapuhan.Gellan

tidak membentuk gel dalam air deionisasi, tetapi penambahan garam kalsium,

kalium, natrium, dan magnesium menyebabkan peningkatan pembuatan gel.

d. Sanderson dan Clark menunjukkan kekuatan gel meningkat dalam rentang pH

3,5-8, yang sesuai dengan kisaran pH alami sebagian besar makanan.

Perubahan pH mempengaruhi suhu leleh dalam beberapa kasus.

Kegunaan :

Sebagai obat semprot hidung (nasal)

Gellan telah diuji in vivo untuk nasal. Gellan seperti cairan pada awalnya, tetapi

membentuk gel yang kaku bila terkena kation. Oleh karena itu, cocok untuk

pompa semprot hidung dengan awal rendah viskositas dan membentuk gel

berikutnya pada kontak dengan mukosa.

Rumus struktur :

3. Scleroglucan

Scleroglucan adalah eksopolisakarida alami yang dihasilkan oleh jamur Sclerotium

rolfsii yang telah dipelajari secara ekstensif untuk berbagai aplikasi komersial dan

juga menunjukkan beberapa sifat farmakologis.

Sifat fisikokimia :

a. Menyebar lebih mudah dalam air pada suhu ruang karena adanya

β-D-(1-6) - glukopiranosil yang meningkatkan kelarutan polisakarida dan

mengurangi kemampuan untuk membentuk gel.

b. Kompatibel, dan menghasilkan sifat yang menguntungkan untuk pelepasan obat

yang dimodifikasi.

Kegunaan:

a. Di industri kosmetik, scleroglucan dapat digunakan dalam komposisi krim rambut

dan dalam berbagai persiapan perawatan kulit, krim dan lotion pelindung.

b. Untuk produk farmasi scleroglucan dapat digunakan sebagai Laksatif dalam

lapisan tablet dan secara umum untuk menstabilkan suspensi.

c. Penggunaan scleroglucan sebagai antitumor, senyawa antivirus dan antimikroba

juga telah diselidiki. Scleroglucan telah menunjukkan efek stimulasi kekebalan

tubuh dibandingkan dengan biopolimer lain.

Rumus struktur:

4. Asam Akrilat

Asam Akrilat termasuk ke dalam golongan asam karboksilat

Sifat fisikokimia Pemerian dari asam akrilat yaitu berupa cairan, tidak berwarna, bau tajam khas, mudah terbakar. Rumus molekul : C3H4O2 dengan berat molekul 72,06 g/mol. Titik didih 141 ºC sedangkan titik leleh 14 ºC.

Struktur kimia

Asam akrilat memiliki banyak kegunaan terutama dalam industri dekoratif, batu dan coating serta kegunaan lainnya seperti perekat, pelapis kertas dan kulit, pemoles, dan coating tablet.

Asam akrilat terdapat dalam pati seperti singkong dan berbagai polisakarida lain.

5. PVA (Polivinil Alkohol) Sifat fisikokimia

Pemerian berupa serbuk putih, hingga berwarna krem, atau serbuk granul. PVA larut dalam air (dapat larut dalam air pada suhu 80 oC ), sedikit larut dalam etanol, praktis tidak larut dalam aseton .Memiliki densitas : 1,2000-1,3020 g/cm3.

Struktur Kimia

PVA merupakan golongan :alkohol . Polivinil alkohol digunakan sebagai polimerisasi emulsi bantuan, sebagai pelindung koloid,untuk membuat polivinil asetat dispersi. Juga digunakan sebagai stabilizing agent dan penambah viskositas.

Polivinil alkohol merupakan suatu material yang dibuat melalui proses alkoholisis dari polivinil asetat (PVAc).

6. Chitosan Sifat fisikokimia

Chitosan tidak larut dalam air, larutan basa kuat, sedikit larut dalam HCl dan HNO3, dan H3 PO4, dan tidak larut dalam H2SO4. Senyawa in tidak beracun, mudah mengalami biodegradasi dan bersifat polielektrolitik (Hirano, 1986).Chitosan dapat dengan mudah berinteraksi dengan zat-zat organik lainnya seperti protein.

Struktur Kimia

Chitosan merupakan golongan polisakarida . Kegunaannya yaitu sebagai bahan penjernih. Kitin juga banyak digunakan di dunia farmasi dan kosmetik, misalnya sebagai penurun kadar kolesterol darah, mempercepat penyembuhan luka, dan pelindung kulit dari kelembaban. Sumber penghasil chitosan yaitu dari kitin (cangkang) udang

DAFTAR PUSTAKA

Hoffman, A.S., Hydrogels for biomedical application, Adv. Drug Delivery Rev., 43, 3, 2002.

Bae, Y.H. and Kim, S.W., Hydrogel delivery systems based on polymer blends, block copolymers or interpenetrating networks, Adv. Drug Delivery Rev., 11, 109, 1993.

Wichterle, O. and Lim, D., Hydrophilic gels for biological use, Nature, 185, 117, 1960.

Siti Prilia Muthoharoh. Sintesis Polimer Superabsorben Dari Hidrogel Kitosan Terikat Silang. Juli.2012.

Saxena, S.K. 2004. POLYVINYL ALCOHOL (PVA) Chemical and Technical Assessment (CTA).

FAO

Badan POM RI. 2012. Asam Akrilat. Sentra Informasi Keracunan Nasional (SIKerNas)

Erizal.2012. SYNTHESIS OF POLY(ACRYLAMIDE-CO-ACRYLIC ACID)-STARCH BASED

SUPERABSORBENT HYDROGELS BY GAMMA RADIATION: STUDY ITS SWELLING

BEHAVIOR. Centre for the Applications Isotopes and Radiation Technology, BATAN

Jakarta .

Abdel-Mohzen, A.M.,Aly,A.S.,Hrdina,R, Montaser, A.S., Hebeish, A. (2011). Eco- Synthesis of PVA/Chitosan Hydrogels for Biomedical Aplication. J Polym Environ, 19 : 1005-1012.

Gallego Feller, Gloria. 2001. Structure and properties of polymer hydrogels based on interpenetration of a hydrophilic and a hydrophobic network. Thesis, Polytechnical University of Valencia, Valencia.

www.researchgate.net/... Hydrogels ... Excipients /.../d912f50fa9f593f3fb.pdf diunduh pada

tanggal 14 September 2013 pukul 17.25

http://sphinxsai.com/sphinxsaiVol_2No.1/ChemTech_Vol_2No.1/ChemTech_Vol_2No.1PDF/

CT=82%20%28509-525%29.pdf diunduh pada tanggal 14 September 2013 pukul 17.55