Oleh :Zefri Azharman

1320412002Pembimbing:

Dr. Yetria Rilda, MS

Titanium dioxide (TiO2) merupakan salah satu material metal oksida yang banyak dipelajari khususnya pada bidang kesehatan. Untuk aplikasi tersebut dibutuhkan material TiO2 yang memiliki kinerja baik, dapat dilalui dengan modifikasi terhadap TiO2, seperti pendoppingan TiO2-SiO2 yang dapat meningkatkan luas permukaan. Dengan sifat TiO2 yang fotokalitik yang dapat menyerap sinar UV dan memantulkannya, maka TiO2 baik digunakan dalam bahan kosmetik untuk pelindung kulit dari bahayanya sinar UV, dapat menjadi sebagai antibakteri, sebagai drug delivery dan bone growth (pertumbuhan tulang).

Kata kunci : Titanium Dioxide, TiO2-SiO2, Sunscreen, Ultraviolet

Sumber : www.google.com/image/

Nanoteknologi

Berbagai Bidang Kehidupan

KesahatanProtection UV

Mencegah Kerusakan Pada Kulit dari Radiasi sinar matahari

Penambahan TiO2-SiO2

Sebagai Sunscreen

2.1. Titanium Dioksida

Gambar (a) Anatase

Gambar (b) Rutil

Eg. 3,2 eV Eg. 3,0eV

StabilBerubah Pada Suhu Tinggi

TiO2 apabila terkena cahaya ( λ<385 nm) akan menghasilkan elektron (e-) dan lambang positif (h+), yang dapat menginisiasi reaksi kimia dipermukaannya. Elektron kemudian berinteraksi dengan oksigen menghasilkan O2- sementara h+ berinteraksi dengan air menghasilkan radikal hidroksil (Khamdani H.M, dkk, 2013).

Sumber: http://www.nanowerk.com/

Gambar 3. Aplikasi Nanopartikel Dalam Beberapa Bidang

2.2. Peranan dalam Bidang Kesehatan

• Kemampuan TiO2 yang dapat memantulkan kembali Sinar UVA dan UVB sekaligus, sehingga TiO2 dapat dimanfaatkan sebagai UV protection. Dengan fungsi tersebut TiO2 digunakan sebagai sunscreen (tabir surya) dalam kosmetik (Dara D, dkk, 2012)

• Bahan semikonduktor seperti titan dioksida dan sinar ultraviolet. Sifat semikonduktivitas bahan menyebabkan senyawa-senyawa penyusun kulit bakteri terdegradasi sehingga bakteri terbunuh (M.Janus, et.al, 2012).

• Pemanfaatan drug delivery (penyaluran obat) sebagai anti kanker, juga dikembangkan menggunakan TiO2 dalam aplikasinya. Sintesis TiO2 nanopartikel memberikan keuntungan, seperti memproduksi kristal yang homogen pada suhu relatif rendah, mencegah terjadinya aglomerasi antar partikel dan ukuran partikel. Sehingga TiO2 dapat dijadikan nanokomposit dengan polietilen glikol sebagai obat anti kanker dengan cara melakukan pelapiasan (S. Naghibi, et.al, 2012)

• Aplikasi TiO2 dalam bone growth (pertumbuhan tulang), dimanfaatkan sebagai nanotube tempat pertumbuhan sel osteoblas. Kehadiran struktur nanotube memicu percepatan yang signifikan pada tingkat pertumbuhan osteoblas (Seunghan Oh, et.al, 2005).

2.3 Radiasi Sinar Ultraviolet

Sumber :www.siammetalliczone.com

Gambar 5. Sinar Ultraviolet

UVA menembus kulit lebih dalam daripada UVB,

dan studi selama dua dekade, menunjukkan

bahwa UVA merusak sel-sel kulit yang disebut

keratinosit dalam lapisan basal epidermis, di

mana sebagian besar merupakan penyebab

terjadinya kanker kulit

UVB adalah penyebab utama kulit memerah dan

terbakar sinar matahari, cenderung merusak

lapisan epidermis kulit yang lebih dangkal.

(Robyn L, et.al, 2006).

2.3 Radiasi Sinar Ultraviolet

UVA menembus kulit lebih dalam daripada UVB, dan studi

selama dua dekade, menunjukkan bahwa UVA merusak sel-sel

kulit yang disebut keratinosit dalam lapisan basal epidermis, di

mana sebagian besar merupakan penyebab terjadinya kanker

kulit. Sinar UVA juga tidak terasa panas oleh kulit sehingga dapat menembus lebih dalam ke kulit (Robyn L, et.al, 2006).

Model Generalized fungsi pelindung dari lapisan

nanopartikel titanium dioksida dengan polimer

biokompatibel. Radiasi UV merangsang

photocatalysis pada permukaan partikel TiO2,

menyebabkan produksi radikal oksidatif yang

sangat bebas yang dapat merusak DNA kita. Di

sebelah kiri, dilapisi TiO2 photocatalysis

mengarah ke kehancuran GTP. Di sebelah kanan,

lapisan polimer mencegah radikal bebas darimelarikan diri permukaan TiO2 dan merusak GTP

Metoda Sol-gel

Prekursor atau bahan awal dalam

pembuatannya adalah alkoksida logam dan

klorida logam, yang kemudian mengalami

reaksi hidrolisis dan reaksi polikondensasi untuk membentuk koloid,

Gambar 4. Proses Sol Gel

Untuk preparasi TiO2-SiO2 dilakukan proses sol gel, prekusornya berupa

TTIP dan TEOS. Etanol (EtOH) dan Isopropanol (IPA) digunakan sebagai pelarut. Asam nitrat (HNO3) sebagai katalis dalam proses hidrolisis.

Rasio yang digunakan dalam proses sol gel, Air (aqua bides), EtOH, HNO3, dan IPA sebagai alkosida TTIP + TEOS adalah 150 : 1 : 0,2 : 4.

Asam nitrat (HNO3, 65 %) dalam air ditambah TEOS dengan dilakukan pengadukan,yang dipersiapkan sebagai larutan asam. Untuk larutan alkohol dilakukanpenambahan TTIP, Isopropanol, etanol dan dilakukan pengadukan, kemudianditambahkan kedalam TEOS sambil dilakukan pengadukan selama 6 jam pada suhu85oC. Selanjutnya diendapkan dan dilakukan penyaringan. Untuk pengeringandilakukan pada suhu 60oC, dan dikalsinasi dengan variasi 400, 500, 600, 800,900oC selama 3 jam. Setelah didapatkan dilakukan karakterisasi (Ali Mahyar, et.al,2010).

Dalam pembuatan Sunscreen akan dihasilkan suatu produk dalam keadaan encer seperti lotion. Kemudian dimixer hingga Sunscreen menjadi homogen dan berbentuk krim. Bahan yang biasa digunakan berupa bahan organik, sejumlah olive oil, carnauba wax, rose water, TiO2. Carnauba wax dimasukkan ke dalam glass beaker yang telah berisikan olive oil. Dipanaskan hingga wax mencair dan menjadi homogen dengan olive oil.Yang kemudian dilakukan penambahan senyawa nano TiO2

sebagai pelindung kulit (Dara D . dkk, 2012) .

Sintesis dilakukan dalam 2 jenis yaitu TiO2 murni dan pendoppingan dengan perak (Ag). Nanopartikel titanium dioksida disintesis dengan proses sol-gel asam-katalis mulai dari titanium (IV) tetra-butoksida (2,94 mM) dan menggunakan 5 mL air (pH 2) ditambahkan toluena sebagai pelarut yang mengandung 1% aerosol-OT sambil diaduk selama 1 jam.

Setelah gelasi, gel dikeringkan pada 100°C dalam oven selama 24 jam; TiO2 putih partikel ukuran diperoleh. Untuk mendapatkan partikel kristal, sampel anil pada 450°C selama 30 menit.

Konsentrasi yang tepat garam perak (3% atau 7%) pada 0,5 mL air deionisasi tetes demi tetes ditambahkan ke dalam campuran reaksi

dengan pengadukan. Setelah gelasi, yang nonopartikel dilakukan untuk kering dalam oven pada suhu 100 ° C selama 24 jam untuk memberikan

bubuk putih. perak-doped bahannya menunjukkan perubahan warna dilihat dari bubuk mulai dari putih menjadi abu-abu.

Pendoppingan Ag

terhadap S. aureus, P. aeruginosa dan E. colidi bawah cahaya tampak pada suhu kamar

(25 ± 2°C)

Untuk pengujian aktivitas TiO2 dan dopping Ag-TiO2, dilakukan kegiatan fotokatalitik TiO2 dan Ag-doped TiO2

matriks dievaluasi

Titanium dioksida nano disintesis dengan mencampur TTIP (titanium tetraisopropoxide), isopropil alkohol, HCl dan air suling pada pH 1,5. Dengan penambahan TTIP, endapan putih diperoleh. Diaduk pada suhu kamar selama dua hari menghasilkan larutan

homogen. TEA (triethanolamine) kemudian turun menjadi pelarut, meningkatkan nilai pH sampai 7, 9, 10 dan 11.

Untuk aplikasinya drug delivery, dilakukan coating pada TiO2 dengan mempersiapkan PEG (Polyethylene glycol )

dilapisi nanopartikel TiO2

Sintesis TiO2 sebagai bone growth, sebuah lapisan vertikal sejajar TiO2 nanotube padapermukaan logam Ti dibuat oleh anodization technique

Selembar Ti (0,25 mm, 99,5%) dibersihkan selama 5 menit dalam 5,5 M HNO3 dengan beberapa tetes asam fluorida (HF), dibilas dengan air suling, dan dikeringkan pada 60 ° C. TiO2 nanotube disusun oleh anodization dalam larutan HF 0,5% pada 20 V selama 30 menit pada suhu kamar.

Mengkristal sebagai penyimpanan amorf struktur TiO2 nanotube, spesimen yang dipanaskan pada 500°C selama 2 jam. Semua spesimen percobaan yang digunakan untuk tes adhesi sel

disterilisasi dengan autoklaf.

Selanjutnya dilakukan kultur sel osteoblas, Masing-masing 1 mL sel dicampur dengan 10 mL medium penting alpha-minimum ditambah 10% serum janin sapi (FBS) dan 1% penisilin-

streptomisin (IS). Suspensi sel berlapis dalam wadah budaya sel dan diinkubasi di bawah 37 ° C, lingkungan CO2 5%.

Nano TiO2-SiO2 dengan metoda sol gel menghasilkan kristal berukuran nano 7-10 nm setelah

dikalsinasi (K. Balachandran, et. al, 2010). TiO2 dan SiO2 dapat mempengaruhi perubahan komposisi,

struktur, dan desain yang mengarah pada partikel yang relatif besar (Reijnders 2009).

Campuran TiO2-SiO2 menunjukkan stabilitas termal yang tinggi luas permukaan yang lebih besar,

energi band gap yang lebih besr, ukuran kristal yang lebih kecil (Ali Mahyar, 2010).

Titania Silika (TS) dapat mengubah ukuran partikel dan bentuk dan juga meningkatkan stabilitas

termal partikel (Rajendran, et.al, 2012).

TiO2 Sebagai Sunscreen

Gambar 5. XRD (a) pure TiO2 (b) 40% SiO2-TiO2 dengan

metoda sol-gel (Ali Mahyar, et.al, 2010)

Pengaruh SiO2 pada TiO2 dapat menjadikan kristal berukuran nano dan berupa anatase

Gambar 6. SEM dan EDS dari TiO2-SIO2 pada suhu

kalsinasi 500oC

Gambar 7. Transparan TiO2 dalam variasi ukuran nano

(Shao and Schlossman, 2006)

TiO2 dalam sunscreen yang berukuran nano (10-15) meberikan hasil transparan yang baik, dan dapat memberikan nilai SPF yang tinggi .

Kematian sel bakteri oleh fotokatalisis disebabkan berkurangnya tekanan osmotik karena TiO2 menyebabkan permeabilitas sel rusak. Kontak pertama fotokatalis dengan sel terjadi pada dinding sel, dimana reaksi pelepasan oleh fotokatalis akan merusak dinding sel bakteri.

Aktivitas bakteri dilakukan pengujian pada anil TiO2 dan Ag-doped TiO2 (3% dan 7%).

Dengan anopartikel perak-doped pada kedua konsentrasi (3% dan 7%) adalah racun bagi semua bakteri yang diuji dan meningkat fungsi dari TiO2 sebagai Antibakteri.

Hasil dari desain eksperimental, dalam hal kristalinitas dan ukuran kristal. Hasil penelitian menunjukkan bahwa suhu dan

waktu memiliki pengaruh terbesar pada kristalinitas sampel akhir dan ukuran kristal, masing-masing. Berdasarkan hasil dari

percobaan ini desain statistik, kondisi yang harus mengarah pada kristalinitas maksimum dan minimum ukuran kristal.

THC-PEG-Asam Folat, degradasi yang luar biasa dari MB terjadi dalam 45 menit di bawah sinar UV, sedangkan larutan yang mengandung P25-PEG-Asam Folat masih agak kebiruan pada waktu itu. Fenomena ini sebagian disebabkan THC memiliki kristalinitas tinggi dan ukuran kristal kecil (S.Naghibi, et.al, 2012).

pertumbuhan tulang TiO2 yang disiapkan sebagai nanotube yang dilakukan dengan cara melapisinya dengan

permukaan.

sel tumbuh benar-benar masuk ke pori-pori nanotube, menghasilkan struktur sel saling bertautan.

sebagai lapisan permukaan bioaktif yang sangat baik untuk aplikasi ortopedi dan gigi sebagai adhesi sel dan pertumbuhan

tulang pada permukaan implan dapat secara signifikan dipercepat

Gambar 11. Struktur TiO2 nanotube vertikal selaras pada Ti: (a) mikrograf SEM, (b) TEM

mikrograf, dan (c) TEM cross-sectional.

Campuran TiO2 – SiO2 menunjukkan Stabilitas termal yang tinggi, mengahasilkan luas permukaan yang lebih besar, energi gap yang yang lebih besar dan ukuran kristal yang

lebih kecil. TiO2-SiO2 dapat dijadikan sebagai tabir surya karena sifatnya yang fotokatalis yang dapat menyerap dan memantulkan sinar matahari. TiO2 dapat juga

dimanfaatkan sebagai antibakteri, hal ini disebabkan TiO2 dapat mengoksidasi bakteri, dan dengan pendoppingan Ag dapat meningkatkan fungsinya sebagai antibakteri. TiO2

dapat digunakan sebagai drug delivery untuk obat anti kanker, Polyethylene glycol yang dilapisi dengan TiO2 kristalin yang tinggi (THC) dapat mendegradasi metilen biru

dengan sangat baik. Serta untuk tempat pertumbuhan sel tulang, TiO2 berupa nanotube sebagai templet pertumbuhan sel osteoblas dapat meningkatkan

pertumbuhan sel tulang.