Tugas

Nanosains dan Nanoteknologi

Aplikasi Nanoteknologi dalam Bidang Kesehatan

Oleh

ZEFRI AZHARMAN

1320412002

Dosen Pembimbing:

Dr. Yetria Rilda, MS

PROGRAM PASCASARJANA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS ANDALAS

PADANG

2014

1

Aplikasi Nanoteknologi Dalam Bidang Kesehatan

Oleh : Zefri Azharman

Abstrak

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

2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Nanoteknologi menyajikan peluang potensial untuk menciptakan bahan dan produk

yang lebih baik. Banyak produsen yang telah bergerak dalam nanoteknologi untuk

menghasilkan produk konsumen. Dengan ukuran yang 1 per satu miliar meter (10-9) atau

dalam ukuran yang disebut nanometer, atau sekitar setengah ukuran diameter DNA, sehingga

memungkinkan suatu materi untuk memiliki sifat dan fungsi baru karena ukuran yang kecil

dan kemampuan untuk mengontrol atau memanipulasi materi pada skala atom. Tidak hanya

dalam bidang industri saja, perkembangan nanoteknologi juga berkembang dalam berbagai

bidang, seperti dalam bidang tekstil, elektronik, energi bahkan dalam bidang kesehatan.

(EPA, 2007)

Perkembangan Nanoteknologi dalam bidang kesehatan telah diteliti menggunakan

beberapa materi, salah satunya pada senyawa anorganik yaitu titanium dioksida (TiO2).

Perkembangan menggunakan TiO2 dalam bidang kesehatan sangat bermanfaat karena dari

sifatnya yang bersifat fotakalitik, dapat menyerap dan memantulkan sinar UV sehingga TiO 2

tergolong sebagai UV protection dalam bidang kesehatan (Shu-Ya and Zhi Yuang, 2010).

Dengan sifatnya yang apabila terkena sinar matahari TiO2 dapat mengasilkan reaksi oksidasi

dan radikal, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai antibakteri (Kiran Gupta, et.a 2013).

Pemanfaatan TiO2 juga dilakukan sebagai drug delivery (penyalur obat) dalam anti kanker (S.

Naghibi, et.al, 2012) serta juga dalam bone growth (pertumbuhan tulang) (Krla S Brammer,

et.al, 2012).

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 TiO2 (Titanium dioxide)

TiO2 (Titanium dioxide/titania) adalah material semikonduktor yang termasuk kedalam

keluarga oksida metal. Umumnya TiO2 digunakan sebagai pigmen putih pada cat (51% dari

produksi total), plastik (19%), dan kertas (17%), yang menggambarkan aplikasi TiO2 pada

sektor habis pakai. Aplikasi ini dikarenakan TiO2 mempunyai indeks bias yang tinggi (n =

2,4) dan juga tahan terhadap degradasi warna akibat sinar matahari. Selain aplikasi sebagai

pigmen, karakteristik fotokatalis dan semikonduktor dari TiO2 juga membuat material ini

banyak digunakan sebagai pendekomposisi bahan organik dengan proses oksidasi, sel surya,

dan juga sensor gas. 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). Secara umum,

fenomena fotokatalitik pada permukaan semikonduktor dapat dipahami dengan penjelasan

seperti ditunjukkan oleh Gambar 1.

4

Gambar 1. Skema fotoeksitasi yang diikuti oleh deeksitasi pada permukaan semikonduktor

Titanium dioksida (TiO2) memiliki tigafase struktur kristal, yaitu anatase, rutil, brookit.

Akantetapi hanya anatase dan rutil saja yang keberadaanya dialam cukup stabil. Kemampuan

fotoaktivitas semikonduktor TiO2 dipengaruhi oleh morfologi, luas permukaan, kristanilitas

dan ukuran partikel. Anatase diketahui sebagai kristal titania yang lebih fotoaktif daripada

rutil dan brookit. Hal ini disebabkan harga Eg TiO2 jenis anatase yang lebih tinggi yaitu

sebesar 3,2 eV sedangkan rutil sebesar3,0 eV. Harga Eg yang lebih tinggi akan menghasilkan

luas permukaan aktif yang lebih besar sehingga menghasilkan fotoaktivitas yang lebih efektif.

Keterbatasan semikonduktor sebagai fotokatalis dapatdiatasi dengan memodifikasi

permukaan semikonduktor dengan penambahan logam misalnya dengan penambahan Au

(emas) kepermukaan TiO2 dapat meningkatkan aktivitas fotokatalis (Shu Ya Du and Zhi

Yuan Li, 2010).

Bentuktitanium dioksida yang stabil adalah rutil, dimana bentuk lain titanium dioksida

berubah pada suhu tinggi. Rutil mempunyai struktur kristal mirip dengan anatase. Struktur

rutil dan anatase dapat digambarkan sebagai rantai oktahedral kedua struktur kristal

dibedakan oleh distorsioktahedral dan polasusunan rantai oktahedralnya. Penataan tersebut

menghasilkan terbentuknya rantai yang tersusun dalam simetri empat lipat seperti ditunjukan

oleh Gambar2.

5

GambarA GambarB

Gambar 2. anatase (A) dan rutil (B)

Serbuk TiO2 dengan struktur rutil paling luas penggunaanya karena indeks biasnya yang

tinggi, warna yang kuat, dan sifat kimianya yang inert. Struktur anatase lebih baik untuk

aplikasi sel surya berbasis sensitiser zat warna pada lapis tipis TiO2.

Sejumlah terobosan yang penting terjadi di dalam nanoteknologi TiO2. Pengembangan

ini ditemukan dan digunakan di dalam aplikasi produk di seluruh dunia di sepanjang abad

sekarang ini. Beberapa contoh adalah konvertor katalitis di dalam mobil yang membantu

memindahkan air pengotor, alat di dalam komputer yang berfungsi untuk membaca dan

merekam dalam komponen hard-disk, sunscreens tertentu, kosmetik yang dapat menghalangi

radiasi berbahaya dari matahari, pakaian mantel khusus untuk sports yang mampu

meningkatkan performen atlet. Meski demikian, banyak ilmuwan, insinyur, dan teknologi

percaya bahwa mereka hanya memanfaatkan sebagian permukaan dari potensi nanoteknologi.

Begitu banyaknya manfaat dari nanteknologi TiO2 untuk zaman saat sekarang ini, seprti

dipaparkan pada gambar 3.

6

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

Gambar 3. Aplikasi Nanopartikel Dalam Beberapa Bidang

2.2 Peranan TiO2 dalam Bidang Kesehatan

Peranan TiO2 dalam perkembangan zaman pada saat ini begitu pesat, terutama dalam

bidang kesehatan. Sifat dari TiO2 yang bersifat sebagai tabir surya memiliki

kemampuan absorbing sinar UV yang kuat dan memiliki indeks refraksi yang tinggi (Shu-Ya

and Zshi Yuan, 2010). Dengan 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) (Dara D, dkk, 2012) dan

dimanfaatkan pada kandungan kosmetik (Patel Anuradha, et.al, 2011).

7

Sumber :www.siammetalliczone.com

Gambar 4. Pemantulan sinar UV oleh Sunscreen

Perkembangan TiO2 juga dimanfaatkan sebagai antibakteri. Bakteri dalam kesaharian

kita dapat berkembang pada air, baju, limbah dan sebagainya. Salah satu bakteri yang sering

dikenal adalah Bakteri Escherichia coli, yang biasanya hidup pada air dan limbah yang kotor.

Bakteri E. coli dan bakteri-bakteri lainya yang merupakan mahluk bersel tunggal,

menggunakan enzim atau paru-paru kimiawi untuk metabolisme oksigen. Eksistensi bahan

antibakteri, seperti koloid perak dapat menghambat kerja enzim dan menyebabkan suffokasi

(suffocation) (Kiran Gupta, et.al, 2013). Bakteri akan terbunuh dalam beberapa menit, tanpa

menyebabkan kerusakan pada sel tisu disekitarnya. Untuk membasmi mikroorganisme

patogenik seperti bakteri di dalam air dan air limbah, bahan-bahan kimia dan fisika seperti

klorin dan turunannya, AgNO, sinar ultraviolet dan radiasi sering kali digunakan, namun

metode ini tidak selalu berhasil dengan memuaskan. Bakteri E. coli dapat pula dibasmi

dengan menggunakan 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).

8

Dalam 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).

Selain itu dalam aplikasi TiO2 dalam bone growth (pertumbuhan tulang), dimanfaatkan

sebagai nanotube tempat pertumbuhan sel osteoblas. propagasi osteoblas secara substansial

ditingkatkan dengan topografi nanotube TiO dengan filopodia sel tumbuh benar-benar masuk

ke pori-pori nanotube, menghasilkan struktur sel antar-terkunci. Kehadiran struktur nanotube

memicu percepatan yang signifikan pada tingkat pertumbuhan osteoblas (Seunghan Oh, et.al,

2005).

2.3 Radiasi Sinar Ultraviolet

Radiasi UV adalah bagian dari spektrum elektromagnetik (cahaya) yang mencapai

bumi dari matahari. Memiliki panjang gelombang lebih pendek daripada cahaya, sehingga

tak terlihat dengan mata telanjang. Gelombang ini diklasifikasikan sebagai UVA, UVB, atau

UVC, dengan UVA terpanjang di 320-400 nanometer. UVB berkisar 290-320 nm(Robyn L,

et.al,2006). Dengan sinar paling pendek yaitu UVC diserap dalam perjalan oleh lapisan ozon

dan tidak mencapai bumi. Sinar UVA dan UVB dapat menembus atmosfer bumi dan

memainkan peran penting dalam kondisi seperti penuaan dini kulit, kerusakan mata

(termasuk katarak), dan kanker kulit. Mereka juga menekan sistem kekebalan.

9

Sumber :www.siammetalliczone.com

Gambar 5. Sinar Ultraviolet

Sebagian besar dari kita terkena paparan sinar UVA dalam jumlah besar sepanjang

hidup kita. Sinar UVA menyumbang hingga 95 persen dari radiasi UV yang mencapai

permukaan bumi. Walaupun mereka kurang kuat dibanding UVB, intensitas UVA adalah 30

sampai 50 kali lebih banyak. Serta mereka hadir dengan intensitas yang relatif sama pada

semua siang hari sepanjang tahun, dan dapat menembus awan maupun kaca.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 (Robyn L, et.al, 2006).

UVB adalah penyebab utama kulit memerah dan terbakar sinar matahari,

cenderung merusak lapisan epidermis kulit yang lebih dangkal. Intensitasnya bervariasi

menurut musim, lokasi, dan waktu. Sinar UVB dapat membakar dan merusak kulit Anda

sepanjang tahun, terutama di dataran tinggi dan pada permukaan reflektif seperti salju atau es.

10

Sinar UVB tidak dapat menembus kaca. Jadi Lindungi diri Anda dari radiasi UV, baik di

dalam dan luar ruangan. Selalu mencari tempat teduh bila berada di luar rumah, terutama pada

jam 10:00-16:00. Dan karena UVA menembus kaca, pertimbangkan untuk menambahkan

penyerap UV pada kaca film mobil. Kaca film ini mampu menghalau sampai 99% radiasi UV,

serta menangkal sampai dengan 80% sinar tampak. Selain itu pakaian yang digunakan juga

dapat membantu menangkal paparan UV. Sebagai contoh: pakaian longgar memberikan lebih

dari sebuah penghalang antara kulit anda dan matahari, pakaian yang dianyam rapat lebih

memberikan perlindungan, dsb. Penggunakan topi bertepi lebar dan kacamata anti UV

membantu melindungi kulit sensitif di kepala, leher, dan di sekitar wilayah mata yang

biasanya mendukung banyak kerusakan akibat sinar matahari (Robyn L, et.al, 2006).

2.4 Sintesis Nanopartikel

Prekursor atau bahan awal dalam pembuatannya adalah alkoksida logam dan klorida

logam, yang kemudian mengalami reaksi hidrolisis dan reaksi polikondensasi untuk

membentuk koloid, yaitu suatu sistem yang terdiri dari partikel-partikel padat (ukuran

partikel antara 1 nm sampai 1 µm) yang terdispersi dalam suatu pelarut. Bahan awal atau

prekursor juga dapat disimpan pada suatu substrat untuk membentuk film (seperti melalui

dip-coating atau spin-coating), yang kemudian dimasukkan kedalam suatu container yang

sesuai dengan bentuk yang diinginkan contohnya untuk menghasilkan suatu keramik

monolitik, gelas, fiber atau serat, membrane, aerogel, atau juga untuk mensitesis bubuk baik

butiran mikro maupun nano. Dari beberapa tahapan proses sol-gel, terdapat dua tahapan

umum dalam pembuatan metal oksida melalui proses sol-gel, yaitu hidrolisis dan

polikondensasi seperti terlihat pada Gambar 6 berikut ini.

11

Gambar 4. Proses Sol Gel

2.5 Preparasi TiO2-SiO2

Dengan metoda sol-gel dalam sintesis partikel TiO2, digunakan Titanium tetra

isopropoksida atau Titanium Isopropoksida (Is Fatimah dkk, 2013) sebagai prekursor dan

dicampur dengan HCl, etanol dan campuran air deionisasi, diaduk selama setengah jam,

dalam rentang pH 1-5. 10 ml deionisasi air ditambahkan ke dalam campuran di atas dan

diaduk selama 2 jam pada suhu kamar. Sehingga berbentuk gel. Untuk menghasilkan TiO2

gel dapat juga dengan mereaksikan titanium ethoksida (Ti(OC2H5) atau TEOS yang

dilarutkan dengan C2H5OH pada suhu kamar, kemudian dilakukan penambahan HCL (Hu

Xiayun, et.al, 2000). Partikel silika dibuat dari asam silikat dan diaduk dengan THF selama 1

jam. Kemudian titania gel perlahan-lahan ditambahkan ke partikel silika. Campuran diaduk

selama 3 jam dan dikeringkan pada ruang suhu. Akhirnya campuran dipanaskan pada 120oC

selama 1 jam (K. Balachandran, et.al, 2010).

TiO2-SiO2 powder juga dapat berasal dari prekusor titanium tetraklorida (TiCl4) yang

dihidrolisis, kemudian dicampur dengan asam silikat dan tetrahidrofuran dengan pengadukan

12

yang kuat selama 6 jam kemudian dikeringkan pada suhu kamar. Penambahan PVA (polivinil

alkohol) dapat meningkatkan stabilitas hidrosol (Rajendran, et.al, 2012). Indium Tin Oksida

(ITO) dengan larutan elektrolit TiCl4 dengan penambahan katalis H3BO3 yang disintesis

melalui metoda elektrodeposisi juga dapat menghasilkan TiO2 (Elsa, dkk, 2013).

2.6 Peranan TiO2 pada Sunscreen dan Kosmetik

Kosmetik adalah sediaan atau paduan bahan yang untuk digunakan pada bagian luar

badan untuk membersihkan, menambah daya tarik, mengubah penampakan, melindungi

supaya tetap dalam keadaan baik, memperbaiki bau badan tetapi tidak dimaksudkan untuk

mengobati atau menyembuhkan suatu penyakit. Sunscreen adalah paduan bahan yang

biasanya digunakan untuk mencegah dari teriknya matahari. Peranan TiO2 adalah salah

satunya sebagai fotokatalis yang dapat menyerap sinar matahari dan memantulkannya,

sehingga dapat mencegah kulit dari terbakarnya dari sinar matahari (Shu-Ya and Zhi Yuan,

2010). Dalam kosmetik peran dari TiO2 adalah sebagai tabir surya itu sendiri, dan disamping

itu juga dapat berfungsi sebagai anti mikroba karena TiO2 dapat mengoksidasi dari mikroba

sehingga tidak dapat hidup (Gupta K, et.al, 2013). Dengan demikian dapat mencegah dari

penyebab salah satu dari terjadinya jerawat.

13

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Preparasi TiO2-SiO2

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

TEOS. Etanol (EtOH) dan Isopropanol (IPA) digunakan sebagai pelarut. Asam nitrat (HNO 3)

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 dilakukan penambahan TTIP,

Isopropanol, etanol dan dilakukan pengadukan, kemudian ditambahkan kedalam TEOS

sambil dilakukan pengadukan selama 6 jam pada suhu 85oC. Selanjutnya diendapkan dan

dilakukan penyaringan. Untuk pengeringan dilakukan pada suhu 60oC, dan dikalsinasi

dengan variasi 400, 500, 600, 800, 900oC selama 3 jam. Setelah didapatkan dilakukan

karakterisasi (Ali Mahyar, et.al, 2010).

3.2 Proses Sintesis TiO2 Untuk Aplikasi Bidang Kesehatan

1. Sintesis TiO2-SiO2 sebagai Suncreen (Tabir Surya) pada Kosmetik

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).

14

2. Sintesis TiO2 Sebagai Antibakteri

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. Sedangkan pendoppingan dengan Ag, nanopartikel titanium dioksida

disintesis dengan menggunakan proses sol-gel asam-katalis mulai dari titanium (IV)

tetrabutoxide (2,94 mM) menggunakan 5 mL air (pH 2) ditambahkan toluena sebagai pelarut

yang mengandung 1% aerosol-OT. 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. Hal ini menjadi sasaran perlakuan

panas lebih lanjut pada 450 ° C selama 30 menit. Setelah pemanasan sampai 450 ° C, perak-

doped bahannya menunjukkan perubahan warna dilihat dari bubuk mulai dari putih menjadi

abu-abu.

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

TiO2 dan Ag-doped TiO2 matriks dievaluasi terhadap S. aureus, P. aeruginosa dan E. coli di

bawah cahaya tampak pada suhu kamar (25 ± 2°C) oleh % viabilitas (% survival) bakteri

dengan menggunakan konsentrasi yang berbeda. Suspensi disiapkan nanopartikel (1%)

digunakan dalam konsentrasi yang berbeda, yaitu, 10, 20, 40, 60 dan 80 mg dalam 30 mL

budaya bakteriofagrial memiliki 0,2 OD pada 660 nm dan diaduk selama 4 jam di bawah

15

lampu neon memiliki intensitas cahaya 500 lux. Campuran nanopartikel dan kultur bakteri

tersebar di Luria agar piring, dan kelangsungan hidup sel bakteri diperiksa oleh kemampuan

pembentuk koloni nya.

3. Sintesis TiO2 Sebagai Drug Delivery

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. Diperoleh Suspensi endapan putih kemudian

ditempatkan dalam Teflon penerima dalam autoclave stainless steel. Perlakuan dilakukan

secara hidrotermal dalam kondisi yang berbeda. Bubuk TiO2 diperoleh dengan menyaring dan

mencuci berulang (3 kali dengan air suling). Endapan yang diperoleh kemudian dikeringkan

pada 100 º C selama 8 jam.

Untuk aplikasinya drug delivery, dilakukan coating pada TiO2 dengan mempersiapkan

PEG (Polyethylene glycol ) dilapisi nanopartikel TiO2, konsentrasi yang berbeda TiO2 (0,01;

0,1; 1 & 5 mg/ml) dan rasio berat PEG (6000, Merck)/TiO2 (1/1, 1/2, 2/1). Untuk

mengevaluasi stabilitas dari larutan, penyerapan UV diukur setelah sonicating selama 4 jam

pada interval waktu yang berbeda. Sintesis nanokomposit asam TiO2-PEG-folat dilakukan

oleh dua langkah reaksi: aktivasi asam folat dan folat capping asam. Pertama, 4,5 mg asam

folat diaktifkan oleh Dicyclohexylcarbodiimide (DCC,> 99%, Merck) dalam 5 ml

Dimethylsulfoxide (DMSO, 99%, Merck) pada suhu ruangan di bawah atmosfer nitrogen

selama 2 jam (perbandingan berat DCC: Asam folat = 1 : 1). Pada langkah kedua, PEG

nanopartikel TiO2 dilapisi ditambahkan ke larutan dan campuran diaduk di bawah nitrogen

selama 2 jam. Akhirnya, mengalami pengendapan, dicuci dengan air suling dan beku-kering.

16

Kegiatan fotokatalitik TiO2-PEG dan sampel asam TiO2-PEG-folat dievaluasi dengan

mengukur tingkat dekomposisi metilen biru (MB) pada suhu kamar, dan membandingkan

hasilnya dengan aktivitas TiO2 komersial (P25) (S.Naghibi, et.al, 2012).

4. Sintesis TiO2 Sebagai Bone Growth

Pada sintesis TiO2 sebagai bone growth, sebuah lapisan vertikal sejajar TiO2 nanotube

pada permukaan logam Ti dibuat oleh anodization technique. Untuk studi adhesi sel,

digunakan sel osteoblas tikus untuk aplikasinya.

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. Sebuah elektroda platinum (ketebalan, 0,1 mm, kemurnian, 99,99%, Alfa

Aesar, Ward Hill, MA) digunakan sebagai katoda. 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.

Selembar Ti murni dipoles oleh SiC kertas ampelas (No. 600 ukuran grit) untuk digunakan

sebagai sampel kontrol kelompok.

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%. Ketika konsentrasi sel osteoblastik tercapai 3 x 105

sel/mL, sel yang unggulan ke substrat eksperimental bunga (TiO2 atau Ti), yang kemudian

ditempatkan di piring 12-baik polystyrene, dan disimpan dalam inkubator CO2 selama 2, 12,

17

24, atau 48 jam untuk mengamati morfologi sel dan menghitung sel melekat layak sebagai

fungsi waktu inkubasi. Konsentrasi sel unggulan ke substrat spesimen itu 1.0 × 105 sel/baik.

Setelah masa inkubasi, sampel dicuci dengan 0,1 M larutan buffer fosfat (PBS) dan air

suling, masing-masing, dan tetap dengan 2,5% glutaraldehid dalam 0,1 M PBS selama 1 jam.

Kemudian dibilas tiga kali dengan PBS 0,1 M selama 10 menit. Sampel kemudian dehidrasi

dalam serangkaian alkohol (50, 75, 90, dan 100%) selama 10 menit dan kemudian

dikeringkan dengan superkritis CO2. Sampel terdehidrasi dilapisi dengan emas untuk

pemeriksaan SEM. Morfologi TiO2 nanotube serta bahwa dari sel-sel melekat diamati

menggunakan SEM, dan TEM. Dalam uji kuantitatif, sel-sel yang melekat pada permukaan

sampel dihitung dari back-tersebar gambar SEM. Untuk setiap jenis sampel, dua substrat dari

setiap kondisi eksperimental dan lima lokasi dari setiap permukaan substrat yang digunakan

dan difoto untuk mendapatkan data (Seunghan Oh, et.al, 2005).

18

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Untuk mengahasilkan lapisan titanium digunakan metoda sol-gel(Muranyi, Schraml et

al. 2010). Pembentukan sol gel pada TiO2 dilakukan untuk menyempurnakan pembentukan

kisi-kisi kristal pada proses kalsinasi. Sol dan gel yang terbentuk dari komposisi ion dopant

yang berbeda akan memberikan perbedaan warna dan masing-masingnya memperlihatkan

sifat fisik bertekstur liat.

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 besar, 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).

19

Gambar 5. XRD (a) pure TiO2 (b) 40% SiO2-TiO2 dengan metoda sol-gel (Ali

Mahyar, et.al, 2010)

20

Gambar 6. SEM dan EDS dari TiO2-SIO2 pada suhu kalsinasi 500oC

Tabel 1. Pengukuran kristalin dan energi gap

(Ali Mahyar, et.al, 2010)

1) TiO2 sebagai Sunscreen

Penggunaan sinar matahari yang tinggi, dimana memancarkan sinar UV dalam dosis

tinggi diperlukan faktor perlindungan seperti tabir surya (Pelizzo, Zattra et al. 2012). Dr.

21

Franz Greiter, yang memperkenalkan produk pertama sebagai tabir surya pada tahun 1962

dengan indikasi SPF (Sun Protection Factor). Konsep SPF dianggap hal yang tepat untuk

menunjukkan jumlah kelipatan dari jumlah minimal tabir surya sebagai penyerap sinar UV.

Hal ini dapat dijadikan pengukuran untuk perbandingan keunggulan suatu produk dengan

yang lainnya. Serta untuk seseorang dapat menghitung berapa lama wakutu aman dibawah

sinar matahari ketika menggunakan tabir surya.TiO2 dalam sunscreen yang berukuran nano

(10-15) meberikan hasil transparan yang baik, dan dapat memberikan nilai SPF yang tinggi

(Shao and Schlossman, 2006)

Gambar 7. Transparan TiO2 dalam variasi ukuran

Pengaruh TiO2 terhadap tubuh, TiO2 tidak mempengaruhi distribusi sel atau kematian

sel. Analisa metabolik yang telah dilakukan untuk mengidentifikasi metabolit biokimia,

penyerapan nanopartikel ke dalam sel kultur TiO2 tidak masuk kedalam inti organel

sitoplasma lainnya. Tidak ada perubahan morfologi lain yang terdeksi selama 24 jam dengan

peran tertentu dari mitokonsria (Tucci, Porta et al. 2013) .Ada kemungkinan nano-TiO2 dapat

menyebabkan kerusakan sel yang berhubungan dengan ukuran dan dosis tertentu. Ukuran

nano dapat mudah menembus kedalam kulit sehingga masuk kealam tubuh. Berdasarkan 62

makalah menyatakan terdapatnya kerusakan sel pada senyawa yang berukuran nano dan 27

22

studi mengenai efek toksik, mengemukakan terdapat studi positif lebih dari 50%. Hal ini

juga akan berbahaya jika terhirup, kontak dengan kulit, terkonsumsi, dan ijeksi (Xuhong

Chang, et.al, 2013). Hal ini diperlukannya penelitian lebih lanjut dalam toksisitas dari TiO 2

yang berukuran nano. Dengan penambahan SiO2 sebagai polimer pelapis dapat mencegah

radikal bebas dari TiO2 (Cole and Samantha, 2010)

Jika tanpa tabir surya kulit kita berubah merah dan terbakar dalam waktu 10 menit di

bawah sinar metahari, biasa disebut initial burning time, maka pemilihan tabir surya

didasarkan atas nilai SPF dikalikan dengan 10 menit yang menunjukkan daya tahan tabir

surya dalam melindungi kulit kita. Misal nilai SPF adalah 15, berarti sunscreen tersebut dapat

melindungi kulit selama 15 dikalikan 10 menit = 150 menit atau 2 hingga 2,5 jam dari

sengatan sinar UV sebelum kulit menjadi merah dan terbakar. Kadungan TiO2 dalam

kosmetik yang disarankan Food and Drug AS Administration (FDA) sebagai SPF (Sun

Protection Factor) 25% dalam suatu produk kosmetik atau lotion. Konsentrasi benar-benar

digunakan, menurut label produk, biasanya berkisar dari 2% menjadi 15%. Eropa, Australia,

Kanada, dan Korea Selatan juga memiliki menyetujui penggunaan TiO sebagai filter UV

dalam tabir surya dengan konsentrasi maksimum 25% (U.S. Environmental Protection

Agency, 2010)

2) TiO2 sebagai Antibakteri

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

diselidiki terhadap Gram (+ ve) dan Gram (-ve) bakteri, seperti yang disajikan pada gambar

8, gambar 9 dan gambar 10 pada 60 mg/30 mL budaya, nanopartikel perak-doped pada kedua

konsentrasi (3% dan 7%) adalah racun bagi semua bakteri yang diuji. Namun, penerapan 7%

doped nanopartikel Ag-TiO2 menewaskan 100% P. aeruginosa sel pada 40 mg/30 mL

23

konsentrasi, sedangkan 5% dan 4% viabilitas S. aureus dan E. coli diperoleh, masing-masing.

Hal ini juga jelas dari Gambar 8, Gambar 9 dan Gambar 10 bahwa TiO2 mentah nanopartikel

menunjukkan 45%, 55% dan 58% kehilangan viabilitas masing-masing pada 80 mg/30

konsentrasi budaya mL, sedangkan konsentrasi yang sama nanopartikel anil di budaya

menunjukkan hampir 100% loss viabilitas dalam semua tiga strain bakteri. Dalam kasus 3%

perak-doped nanopartikel pada 60 mg/30 mL budaya, 0% viabilitas dalam kasus P.

aeruginosa tercatat, sedangkan dalam kasus S. aureus dan E. coli 7% dan 3% viabilitas

dicatat. Oleh karena itu 7% doped nanopartikel perak pada 60 mg/30 mL kultur bakteri (0,2

OD pada 660 nm) adalah konsentrasi optimum untuk membunuh bakteri diselidiki di sini.

Gambar 8. Viabilitas bakteri (S. aureus) terhadap konsentrasi nanopartikel (mg/30 mL budaya) dalam%.

24

Gambar 9. Viabilitas bakteri (P. aeruginosa) terhadap konsentrasi nanopartikel (mg/30 mL budaya) dalam%

Gambar 9. Viabilitas bakteri (E.Coli) terhadap konsentrasi nanopartikel (mg/30 mL budaya) dalam%

25

Dengan demikian terlihat aktivitas antibakteri sampel anil lebih sedikit dari TiO2

mentah, TiO2 murni (mentah dan anil) nanopartikel menunjukkan kurang aktivitas

fotokatalis, sedangkan doping ion perak meningkatkan efisiensi di bawah cahaya tampak

irradiasi. 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. Setelah menghilangkan perlindungan dinding sel, selanjutnya reaksi pelepasan terjadi

di membran sitoplasma, Kerusakan oksidatif yang disebabkan oleh titanium dioksida akan

menurunkan permeabilitas sel menyebabkan kematian sel. Akan tetapi, aktivitas antibakteri

dopping perak TiO2 nanopartikel cukup tinggi dibandingkan dengan nanopartikel TiO2. TiO2

Ag-doped menunjukkan aktivitas lebih fotokatalitik pada bakteri Gram-negatif karena bakteri

Gram-positif memiliki lebih peptidoglikan dari Gram-negatif dalam dinding sel, yang

bermuatan negatif, dan ion perak lebih mungkin terjebak ke peptidoglikan pada bakteri

Gram-positif. Hal ini terlihat bahwa thepercentage bakteri hidup secara eksponensial

berkurang sehubungan dengan meningkatnya konsentrasi Ag didoping ke dalam matriks

TiO2. Hasil yang diamati dari penelitian ini, kegiatan fotokalitik maksimum diamati dalam

kasus doping dari 7% Ag dalam matriks TiO2 karena penurunan energi band-gap

dibandingkan dengan nanopartikel olahan lainnya (Kiran Gupta, et.al, 2013).

3) TiO2 sebagai drug delivery

Pola XRD menunjukkan dari serbuk TiO2 dibuat dengan metode hidrotermal, semua

sampel terdiri dari anatase sebagai fase yang unik dengan pengecualian dari T12 di mana

tidak ada endapan yang terbentuk. Tidak ada fase kristal berasal rutil atau brookite dapat

ditemukan. Semua sampel menunjukkan spektrum absorpsi serupa dengan tepi penyerapan

26

sekitar 400nm. Nilai band gap dihitung dari plot ini berkisar antara 3,21 dan 3.28eV.

Perbedaan kecil dalam nilai band gap dapat dikaitkan dengan ukuran kristal. Hasil TEM

nanopartikel TiO2 yang disintesis, mengungkapkan nanopartikel memiliki bentuk yang relatif

bulat dengan distribusi ukuran ~ 10-20nm. 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. Sampel disiapkan dalam kondisi

optimum pada tabel (THC dan TSCS) yang dilapisi dengan PEG dan kemudian asam folat.

Menurut hasil penyerapan UV, konsentrasi 0,01 mg / ml TiO2 dan 2/1 rasio berat PEG/TiO2

terpilih sebagai kondisi terbaik. Sifat fotokatalitik mereka ditentukan dengan melakukan

degradasi Metilen Biru (MB) solusi di bawah iradiasi UV. Seperti yang diharapkan, dalam

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).

Tabel. Ringkasan konfigurasi optimal untuk kristalinitas tertinggi dan ukuran kristal

terkecil

4) TiO2 sebagai bone growth

27

Dalam pertumbuhan tulang TiO2 yang disiapkan sebagai nanotube yang dilakukan

dengan cara melapisinya dengan permukaan. Hal ini menunjukkan bahwa adhesi/penyebaran

sel-sel osteoblas secara signifikan ditingkatkan dengan topografi nanotube dengan filopodia

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

bertautan.

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

TEM mikrograf, dan (c) TEM cross-sectional.

Pertumbuhan sel-sel osteoblas pada vertikal sejajar dan lateral spasi titanium oksida

nanotube pada permukaan Ti telah diteliti. Hal ini menunjukkan bahwa adhesi/penyebaran

sel-sel osteoblas secara signifikan ditingkatkan dengan topografi nanotube dengan filopodia

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

bertautan. Jumlah sel-sel yang melekat pada TiO2 nanotube meningkat signifikan sebesar

300-400% dibandingkan dengan sel-sel berpegang pada permukaan logam Ti, yang

kemungkinan besar disebabkan oleh fitur topologi yang diberikan, meningkat secara

signifikan luas permukaan, dan mungkin jalur untuk saat cairan antara nanotube. Seperti

array nanotube TiO2 vertikal juga patuh pada Ti permukaan implan dapat berguna 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.

Konfigurasi nanotube selaras mungkin menjadi rute yang berguna untuk mempercepat

proliferasi sel untuk berbagai jenis sel. (Seunghan Oh, et.al, 2005).

28

BAB V

KESIMPULAN

5.1.Kesimpulan

TiO2 dengan SiO2 dapat mempengaruhi perubahan komposisi, struktur, dan desain

yang mengarah kepada partikel yang relatif besar. 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.

29

DAFTAR PUSTAKA

Ali Mahyar, Mohammad Ali Behnajady And Naser Modirshahla. 2010. Characterization

And Photocatalytic Activity Of SiO2-TiO2 Mixed Oxide Nanoparticles Prepared

By Sol-Gel Method. Indian Journal Of Chemistry Vol. 49a Pp. 1593-1600. Anuradha Patel, Parixit Prajapati, Rikisha Boghra. 2011. OVERVIEW ON

APPLICATION OF NANOPARTICLES IN COSMETICS. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences and Clinical Research Vol. 1, pg 40-55

Cole Blum And Samantha Larsen. 2010. Nanotechnology. Young Scientists Journal Vol 3

Pg. 11-14. Dara D, M Sahlan, dan Dewi Tristantini. 2012. Pembuatan Sunscreen berbahan

Nanopropolis Isolat Lokal Bagi Penderita Penyakit Lupus . Teknik Bioproses UI. Elsa Agustina, Dahyunir Dahlan, Syukri. 2013. Struktur Dan Sifat Optik Lapisan Tipis

Tio2 (Titanium Oksida) Yang Dihasilkan Dengan Menggunakan Metode

Elektrodeposisi. Jurnal Fisika Unand Vol. 2, No. 3 Hu Xiaoyun, Zho U Yinsui, Gao Aihua, Xi Luan, Lu Zhig Uo. 2000. He Structure Of TiO2

And SiO2 Optical Coatings Prepared By Sol Gel Method. Acta Photo Nica Vol. 29, No.8 Pg.730-733.

Is Fatimah, Hijrah Purnama Putra. 2013. Material Berbasis TiO2 Clay Sebagai Bahan

Nanoceramic Membran Untuk Desinfeksi Air Minum. Jurnal Ilmu Kimia, FMIPA UII.

K.Balachandaran, R.Venckatesh, And Rajeshwari Sivaraj. 2010. Synthesis Of Nano TiO2-

SiO2 Composite Using Sol-Gel Method: Effect On Size, Surface Morphology And

Thermal Stability. International Journal Of Engineering Science And Technology

Vol. 2(8), 2010, 3695-3700 Khamdani Harie Mukti, Iwan Hastiawan, Diana Rakhmawaty, Dan Atiek R. Noviyanti. 2013.

Preparasi Fotokatalis Barium Bismut Titanat Terprotonasi (Hbbt) Untuk

Fotodegradasi Metilen Biru. Ptnbr – Batan Bandung. Kiran Gupta, R. P. Singh, Ashutosh Pandey and Anjana Pandey. 2013. Photocatalytic

antibacterial performance of TiO2 andAg-doped TiO2 against S. aureus. P.

Aeruginosaand E. Coli. Beilstein J. Nanotechnol.4, 345–351. M. Janus, A. Markowska-Szczupak, E. Kusiak-Nejman, A.W. Morawski. 2012.

DISINFECTION OF E. COLI BY CARBON MODIFIED TiO2

PHOTOCATALYSTS. Environment Protection Engineering Vol. 38 no.2

Muranyi, P., C. Schraml and J. Wunderlich. 2010. Antimicrobial efficiency of titanium

dioxide-coated surfaces.J Appl Microbiol 108(6): 1966-1973. Pelizzo, M., E. Zattra, P. Nicolosi, A. Peserico, D. Garoli and M. Alaibac. 2012. In vitro

evaluation of sunscreens: an update for the clinicians . ISRN Dermatol 2012: 352135.

Reijnders, L. 2009. The release of TiO2 and SiO2 nanoparticles from nanocomposites . Polymer Degradation and Stability 94(5): 873-876.

Tucci, P., G. Porta, M. Agostini, D. Dinsdale, I. Iavicoli, K. Cain, A. Finazzi-Agro, G.

Melino and A. Willis. 2013. Metabolic effects of TiO2 nanoparticles, a common

component of sunscreens and cosmetics, on human keratinocytes . Cell Death Dis

4: e549.

30

U.S. Environmental Protection Agency. 2010. Nanomaterial Case Studies: Nanoscale

Titanium Dioxide in Water Treatment and in Topical Sunscreen. Research

Triangle Park, NC _______________________________. 2007. Nanotechnology White Paper. Washington,

DC 20460. Vladimir Murashov And John Howard. 2007. Biosafety, Occupational Health And

Nanotechnology. Applied Biosafety Vol. 12, No. 3

Xuhong Chang, Yu Zhang, Meng Tang And Bei Wang. 2013. Health Effects Of Exposure

To Nano-Tio: A Meta-Analysis Of Experimental Studies. Nanoscale Research

Letters Vol. 8 No.51 Pg. 1-10. Yhun Shao and David Schlossman. 2006. Using TiO2 dan ZnO for Balanced UV

Protection. Kobo Products, Inc USA.