NANOPARTIKEL:

PENGHANTARAN OBAT @Dhadhang_WK

Laboratorium Farmasetika Unsoed

3/26/2015 1

Pendahuluan

Nanoteknologi mulai dieksploitasi sejak masuk tahun 2000-an. Namun, sebenarnya makhluk hidup telah memanfaatkan “nanoteknologi” ini sejak ribuan tahun yang lalu. Misalnya tokek yang bisa menempel sangat kuat di dinding. Totek dapat merayap di kaca dalam posisi terbalik (tubuh berada di bawah) yang mengindikasikan betapa kuatnya tempelan kaki tokek pada kaca. Di kaki tokek terdapat rambut-rambut yang sangat halus (Gambar 1.1).

Rambut tersebut mengandung atom-atom dengan jumlah per satuan luas sangat banyak. Ingat, makin kecil ukuran material maka jumlah atom per satuan luas permukaan makin besar. Tiap atom di kaki tokek melakukan gaya van der Waals dengan atom di dinding. Tiap atom menghasilkan gaya tarik tertentu. Karena banyak sekali atom di rambut-rambut kaki tokek maka banyak sekali atom yang melakukan gaya van der Walls dengan atom di dinding sehingga dihasilkan gaya tarik yang sangat besar. Gambar 1.2 adalah ilustrasi gaya van der Walls antara molekul dengan dinding.

3/26/2015 2

3/26/2015 3

3/26/2015 4

Pendahuluan

Nanopartikel merupakan partikel koloid kecil yang dibuat dari polimer non-biodegradabel dan biodegradabel.

Diameternya umumnya sekitar 200 nm.

Secara umum nanopartikel dapat dibedakan menjadi dua tipe: ◦ nanospheres, yang merupakan sistem matriks

◦ nanocapsules, yang merupakan sistem reservoir terdiri dari membran polimer yang mengelilingi suatu intii berminyak atau berair

Pendekatan ini cukup atraktif karena metode pembuatan partikel relatif sederhana dan mudah untuk diperbesar skalanya.

3/26/2015 5

Pendahuluan

Partikel yang terbentuk cukup stabil dan mudah dikering-bekukan.

Karena alasan ini, berkembanglah nanopartikel yang dibuat dari polimer biodegradabel untuk penghantaran obat

Nanopartikel dapat mencapai target jaringan beberapa obat (antibiotik, sitostatik, peptida, dan protein

Selain itu, nanopartikel dapat melindungi obat terhadap degradaasi kimia dan enzimatik, serta dapat menurunkan efek samping beberapa obat.

3/26/2015 6

Keunikan Sifat dalam Dimensi

Nanometer Partikel tembaga yang memiliki diameter 6

nm menunjukkan kekerasan 5 kali lebih

besar daripada tembaga ukuran besar

Keramik yang umumnya mudah pecah

dapat dibuat menjadi fleksibel jika ukuran

bulir direduksi ke dalam skala nanometer

Cadmium selenida (CdSe) dapat

menghasilkan warna yang berbeda-beda

dengan hanya mengontrol ukuran partikel

3/26/2015 7

Keunikan Sifat dalam Dimensi

Nanometer Nanopartikel yang berukuran sangat kecil

juga memperlihatkan sifat magnetik dan optik yang unik.

Nanopartikel magnetik dapat ditempelkan ke antibodi yang kemudian diarahkan dengan medan magnet ke arah sel tumor.

Dengan medan magnetik, partikel tersebut dapat dipanaskan secara lokal (pemanasan di lokasi yang sangat kecil) sehingga dapat membunuh sel tumor yang berada di sekitar partikel itu saja tanpa merusak sel-sel lainnya.

3/26/2015 8

Gambar skematik suatu nanosphere (A)

dan suatu nanocapsule (B).

3/26/2015 9

Ukuran beberapa bahan

3/26/2015 10

Permukaan Nanopartikel

Nanopartikel dapat menunjukkan sifat

adhesi yang kuat karena meningkatnya

daerah kontak untuk gaya van der Waals

Jumlah molekul yang ada pada permukaan

partikel meningkat seiring menurunnya

ukuran partikel

3/26/2015 11

% Molekul permukaan dalam Partikel

3/26/2015 12

Kecepatan pengendapan partikel &

gerakan Brownian Particles

3/26/2015 13

Nanopartikel Suspensi dan

Pengendapan

Karena ukuran nanopartikel yang kecil, maka cukup mudah untuk menjaga partikel-partikel tersebut tersuspensi dalam cairan

Mikropartikel akan lebih mudah mengendap karena gaya gravitasi, di mana gaya gravitasi lebih kecil ditemukan pada suatu nanopartikel

Untuk nanopartikel, gaya gravitasinya tidak sekuat gerakan randomnya. Oleh karena itu, suspensi nanopartikel tidak mengendap, yang akan memberikan waktu tinggal lama

a microparticle suspension cannot be used for injection

3/26/2015 14

Nanoemulsi

Nanoemulsi merupakan dispersi minyak dan air

yang transparan stabil (translucent) secara

termodinamika yang distabilkan oleh suatu

lapisan antarpermukaan molekul surfaktan dan

kosurfaktan yang mempunyai ukuran droplet

kurang dari 100 nm.

Beberapa studi menunjukkan bahwa formulasi

nanoemulsi memperbaiki kemampuan in vitro

penghantaran transdermal dan dermal, sama

baiknya dengan in vivo jika dibandingkan dengan

formulasi topikal konvensional seperti emulsi.

3/26/2015 15

Teknik pembuatan nanoparticle

3/26/2015 16

Energy Need (Bond Work Index) for Reducing

Size of 1-mm-Diameter Particles

it is very energy intensive to go down to

nanoparticles-size range

3/26/2015 17

Variation of the particle size as the

antisolvent

3/26/2015 18

PEARL/BALL-MILLING

TECHNOLOGY

3/26/2015 19

SPRAY-DRYING

3/26/2015 20

PRODUCTION IN HOT-MELTED

MATRICES

3/26/2015 21

DIRECT COMPRESS

3/26/2015 22

Ringkasan metode yang berbeda untuk membuat nanospheres

dan nanocapsules dari suatu polimer. W/O: water-in-oil, O/W: oil-

in-water, W/O/W: water-in-oil-in-water.

3/26/2015 23

Drug incorporation models for solid

lipid nanoparticles.

3/26/2015 24

Karakterisasi nanomaterial

Karakterisasi SEM

Karakterisasi TEM

Karakterisasi AFM

Karakterisasi sinar-X

Karakterisasi DMA

3/26/2015 25

Karakterisasi SEM

SEM (Scanning Electron Microscope) merupakan salah satu jenis mikroskop elektron yang menggunakan berkas elektron untuk menggambar profil permukaan benda.

Prinsip kerja SEM adalah menembakkan permukaan benda dengan berkas elektron benergi tinggi. Permukaan benda yang dikenai berkas elektron akan memantulkan kembali berkas tersebut atau menghasilkan elektron skunder ke segala arah.

Tetapi ada satu arah di mana berkas dipantulkan dengan intensitas tertinggi.

3/26/2015 26

Penentuan distribusi ukuran partikel

Ketika kita amati foto SEM untuk sampel partikel, tampak bahwa ukuran partikel bervariasi dari yang sangat kecil hingga yang cukup besar.

Hampir tidak mungkin membuat partikel dengan ukuran seragam (monodispersi).

Ketika para ahli mengatakan berhasil membuat partikel monodispersi, yang mereka buat sebenarnya adalah partikel polidispersi tetapi sebaran ukuran partikelnya sangat sempit.

3/26/2015 27

Penentuan distribusi ukuran partikel

Secara umum, ukuran partikel yang kita buat hampir dipastikan polidispersi.

Ketika berhadapan dengan partikel demikian, pertanyaan menarik selanjutnya adalah bagaimana distribusi ukuran, berapa ukuran rata-rata, berapa deviasi standarnya, berapa % partikel yang ukurannya antara satu nilai diameter ke nilai diameter lainnya?

Informasi-informasi ini sangat penting karena ketika ukuran berada dalam orde nanometer, sifat partikel sangat ditentukan oleh ukuran dan distribusi ukuran.

Salah satu cara yang dapat kita lakukan adalah menggunakan foto SEM dari partikel-partikel tersebut.

Untuk keperluan ini kita perlu memahami penggunaan beberapa program sederhana dalam Windows seperti Paint, MS Excel, dan program aplikasi OriginLab.

3/26/2015 28

Karakterisasi TEM

Transmission Electron Microscope (TEM) merupakan alat yang paling teliti yang digunakan untuk menentukan ukuran partikel karena resolusinya yang sangat tinggi.

Partikel dengan ukuran beberapa nanometer dapat diamati dengan jelas menggunakan TEM. Bahkan dengan high resolution TEM (HR-TEM) kita dapat mengamati posisi atom-atom dalam partikel.

Dalam pengoperasian TEM, salah satu tahap yang paling sulit dilakukan adalah mempersiapkan sampel. Sampel harus setipis mungkin sehingga dapat ditembus elektron.

3/26/2015 29

Karakterisasi AFM

Atomic Force Microscope (AFM)

termasuk mikroskop canggih yang

sederhana pengoperasiannya.

Prinsip kerja AFM sangat sederhana dan

dapat dipahami hanya dengan konsep-

konsep fisika dasar.

AFM tidak memerlukan sistem vakum,

tegangan tinggi, maupun fasilitas pendingin

(cryogenic) seperti pada SEM dan TEM.

3/26/2015 30

Non-contact mode AFM

images of SLNs at scan

ranges of (A) 50 μm; (B)

25 μm; and (C) 5 μm.

3/26/2015 31

Karakterisasi sinar-X

Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik

dengan panjang gelombang sekitar 1 Aº (10-10

m).

Panjang gelombang ini kira-kira = jarak antara

atom dalam kristal.

Oleh karena itu sinar-X dapat didifraksi oleh

atom-atom dalam material berbentuk kristal.

Dengan mengamati pola difraksi sinar-X yang

dihasilkan suatu material maka struktur kristal

material tersebut dapat ditentukan.

3/26/2015 32

Karakterisasi DMA Differential Mobility Analyzer (DMA) merupakan alat

yang dapat digunakan untuk menentukan distribusi ukuran partikel aerosol (partikel di udara).

DMA dapat digunakan untuk mengukur distribusi partikel dari ukuran sekitar 2 nm hingga ratusan nanometer.

Prinsip kerja DMA adalah memberi muatan pada partikel aerosol kemudian memasukkan ke dalam ruang yang mengandung medan listrik. Partikel kemudian mendapat gaya listrik akibat adanya muatan.

Gaya tersebut menimbulkan kecepatan dalam arah sejajar medan yang berimplikasi pada munculnya gaya gesekan oleh udara (gaya Stokes) akibat adanya viskositas udara.

Kedua gaya tersebut pada akhirnya mencapai keseimbangan dan partikel selanjutnya bergerak dengan kecepatan konstan (terminal) dalam arah sejajar medan.

3/26/2015 33

Karakterisasi DMA

Besar kecepatan terminal partikel bergantung pada mobilitas partikel tersebut.

DMA membedakan partikel berdasarkan mobilitasnya.

Jika semua partikel memiliki muatan yang sama, maka mobilitas menentukan ukuran partikel. Dengan demikian, pada akhirnya DMA dapat digunakan untuk menentukan distribusi ukuran partikel aerosol.

3/26/2015 34

Conclusion Nanopartikel memiliki sifat yang unik:

• Ukuran kecil

• Luas permukaan yang tinggi

• Mudah disuspensikan dalam cairan

• Akses yang mendalam ke dalam sel dan organel

• Partikel lebih kecil dari 200 nm lebih mudah

disterilisasi dengan filtrasi menggunakan suatu

penyaring 0,22 μm

Lebih sulit untuk membuat nanopartikel yang lebih kecil

dari obat dibandingkan dengan material yang keras

Nanopartikel obat dapat diproduksi baik dengan

penggerusan macroparticles atau dengan presipitasi cepat

dari larutan

3/26/2015 35

Hasil Riset Farmasi Unsoed

3/26/2015 36

Nanoemulsi Minyak Jintan Hitam (Nadia & Laili, angkatan 2010)

Nanosuspensi Ekstrak Teh Hijau

(Arif Rahman, angkatan 2008)

3/26/2015 37

Nanosuspensi Esktrak Teh Hijau

(Arif Rahman, angkatan 2008)

3/26/2015 38

3/26/2015 39

3/26/2015 40

3/26/2015 41