Selasa, 14 September 2010

MARI KENAL LEBIH DEKAT DENGAN SMART POLYMER

Sekilas tentang Polimer
Polimer lebih dikenal sebagai “plastik” bagi orang awam. Namun sebenarnya polimer bukanlah plastik saja. Polimer pun sebenarnya sudah dipakai sejak dahulu kala, lebih tepatnya pada penggunaan polimer alam seperti kapas, wool, dan damar. Pada sekitar tahun 1925 dunia mulai mengenal polimer sentesis dan mulai berkembang pesat saat pada tahun 1955 Staudinger berhasil mendapatkan Nobel atas hipotesis makromolekul yang ditemukannya. Polimer sintesis yang sering ada di kehidupan kita sehari-hari antara lain nilon, ban, plastik polietilena untuk botol susu, plastik poliuretana untuk jantung buatan, dan lain-lain.
         Polimer merupakan suatu molekul raksasa yang terbentuk dari susunan ulang molekul yang kecil yang terikat melalui ikatan kimia. Sifat-sifat polimer berbeda dari monomer-monomer yang menyusunnya, misalnya molekul-molekul gas etilena bereaksi membentuk rantai panjang plastik polietilena yang ada pada kaleng susu.


Pengertian Smart Polymer
    Smart polymer juga dikenal dengan nama polimer cerdas. Jika mendengar kata “cerdas”, mungkin yang ada di benak kita adalah kepintaran atau kemampuan berpikir yang luar biasa yang dimiliki manusia. Namun definisi “cerdas” pada smart polymer jangan diintrepetasikan sama dengan definisi “cerdas” seperti yang dimiliki manusia. Sejatinya polimer merupakan benda mati dan sama sekali tak memiliki anugerah “kecerdasan” seperti manusia. Sebuatan “cerdas” layak diberikan pada  polimer jika polimer tersebut mampu beradaptasi atau memberi respon kecil terhadap perubahan yang terjadi pada kondisi lingkungan. Kemampuan polimer itulah yang kemudian membuat istilah smart polymer muncul karena meski benda mati ternyata polimer juga mampu adaptasi selayaknya makhluk hidup.
    Kondisi lingkungan pada polimer biasanya meliputi pH, temperatur, medan listrik, medan magnet, cahaya, pelarut, agen biokimia (enzim), tekanan, faktor ionik, dan sebagainya. Klasifikasi smart polymer selanjutnya dapat diklasifikasikan berdasarkan kondisi lingkungan tadi. Misal untuk polimer yang mampu merespon perubahan pH maka akan disebut polimer peka pH, untuk polimer yang mampu merespon perubahan temperatur maka akan disebut polimer peka temperatur, dan seterusnya. Sedangkan respon yang diberikan oleh smart polymer terhadap perubahan kondisi lingkungan dapat berupa mengerut, menggembung, melarut, mengendap, membentuk misel, membentuk transisi antara sol dan gel bergantung pada bentuk fisik ikatannya.
Tabel 1. Bentuk fisik ikatan pada smart polymer dan jenis responnya. 
Bentuk Fisik Ikatan Jenis Respon
Ikatan linear bebas tanpa crosslink (Konjugat) Melarut/Mengendap, Transisi Sol-Gel
Kopolimer block dan graft amphiphilic (tanpa crosslink) Terbentuk Misel
Crosslink Kimia (Hidrogel) Menggembung/Mengkerut
Modifikasi Permukaan Respon Interface (antarmuka)
Sumber: Aguilar et al (2007)
Respon di atas umumnya bersifat reversible (dapat bolak-balik). Sebagai contoh smart polymer adalah hidrogel poli Asam Akrilat (AA) yang mampu beradaptasi sesuai perubahan pH lingkungannya. Pada pH rendah hidrogel AA akan mengerut (Unswell/Shrinking) dan apabila pH bertambah naik (tinggi), AA akan menggembung (swelling).
Gambar 1. Ilustrasi respon hidrogel poli asam akrilat terhadap pH

Contoh smart polymer yang lain dapat dilihat dari tabel di bawah ini:
Tabel 2. Contoh smart polymer
Nama Polimer Cerdas Klasifikasi
Polyacrylic acid (PAA) Peka pH
Polmethacrylic acid (PMAA) Peka pH
Poly(ethylene imine) Peka pH
Poly(L-lysine) Peka pH
Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAM) Peka Temperatur
Poly(N,N-diethylacrylamide) (PDEAAM) Peka Temperatur
Poly(ethylene oxide) (PEO) Peka Temperatur
Poly(ethylene glycol) (PEG) Peka Cahaya
Poly(Vinyl alcohol) (PVA) Peka Cahaya
Diblock copolymer (PEO-PPO) Peka Cahaya
Poly(D,L-lactide) Peka Phase
Poly(amino acid) Peka Phase


Aplikasi Smart Polymer
    Pemanfaatan smart polymer yang peka suhu nampak pada pakaian yang dipakai para olahragawan. Pakaian tersebut dirancang agar suhu para atlet tetap terjaga. Beberapa produk plastik kemasan juga sudah mulai memanfaatkan smart polymer ini. Selain itu aplikasi smart polymer dapat ditemui di bidang medis sebagai biomaterial pada sitem delivery drug (penyampai obat).
     Drug delivery secara terkontrol terjadi ketika sebuah polimer, baik sintesis maupun alam, dipadukan secara tepat dengan sebuah obat atau zat aktif lainnya yang mana zat aktif akan dilepaskan dari polimer dengan cara yang telah didesain sebelumnya. Jumlah zat aktif yang dilepaskan mungkin konstan sepanjang periode tertentu, atau dapat berupa suatu siklus, atau pelepasan disebabkan karena adanya faktor – faktor eksternal. Tujuan dilakukan pengontrolan pada drug delivery adalah untuk mencapai penyembuhan atau terapi yang lebih efektif, mengurangi potensi kekurangan atau kelebihan dosis, menjaga konsentrasi obat dalam jangka waktu yang telah ditetapkan, yang pada akhirnya akan dapat meingkatkan kepuasan pasien.
     Material pembawa harus memiliki sifat inert, biocompatible, kuat, nyaman dipakai, mampu menapung konsentrasi obat atau zat aktif yang tinggi, aman bagi manusia, mudah dihilangkan, mudah diproduksi, dan mudah untuk disterilkan. Pengunaan polimer sebagai material pembawa (carrier) akan meminimalkan kemungkinan terjadinya keracunan akibat tak terurainya material pembawa atau akibat dari produk–produk samping hasil degradasi yang tidak diinginkan sehingga akan meminimalkan potensi terjadinya operasi. Penggunaan polimer juga memiliki nilai ekonomis karena harganya jauh lebih murah dibandingkan dengan formulasi–formulasi farmasi tradisional. Pengontrolan dengan polimer juga akan menghasilkan konsentrasi obat di dalam darah yang tinggi sepanjang periode waktu yang lama, hal ini berbeda jika digunakan tablet–tablet tradisional atau injeksi, konsentrasi obat dalam darah akan menurun dengan cepat selama waktu tertentu.
      Dewasa ini sudah ditemukan material polimer yang dapat mengontrol drug delivey dengan merespon perubahan–perubahan yang terjadi di dalam sistem biologi tubuh kita, artinya jika bagian tubuh kita ada yang sakit maka sistem akan melepaskan zat aktif dengan kadar yang tepat dan ketika rasa sakit itu hilang maka sistem akan menghentikan pelepasan zat aktif. Dengan cara demikian akan dapat dicegah terjadinya overdosis.
      Cara kerja dari drug delivery dari smart polymer ini adalah dengan memanfaatkan variasi pH yang terdapat pada gastrointestinal tract (GIT) atau lambung perut yang mempunyai variasi pH antara 2 (pada perut) dan 10 (pada usus besar). Dalam lingkungan asam, drug delivery menahan obat yang dikandungnya untuk tidak terdegradasi dengan cara mengerut dan ketika telah tiba pada lokasi spesifiknya yang bermedium basa, smart polymer akan mengembung sekaligus melepas obat yang dikandungnya ke target. Variasi pH ini, juga terdapat pada lokasi spesifik lainnya seperti pada jaringan (termasuk pada jaringan tumor) atau pada sub-sub sel. Polimer peka temperatur dengan T kritis juga ideal untuk digunakan sebagai drug delivery pada daerah fisiologis ini.
     Pada beberapa tahun terakhir ini, pengembangan smart polymer mulai dikembangkan ke arah polimer yang mempunyai dua kepekaan sekaligus. Umumnya metode yang digunakan adalah dengan pencangkokan atau dikenal dengan istilah grafting. Beberapa peneliti telah sukses meng-grafting seperti Leung et al (2005) yang telah mempreparasi mikrogel kulit-inti (core-shell) cerdas bebasis PNIPAAm, MBAAm, dan kitosan (Polyethyleneimine) yang menghasilkan mikrogel yang dapat peka pH sekaligus peka temperatur. Kurata dan Dobashi (2004) yang telah berhasil membuat kopolimer baru dari N,N-dimethylaminoethylmethacrylate (DMAEM) dan asam akrilat (AA) yang mampu peka pH dan temperatur. Begitupun dengan Gonzalez et al (2005) yang telah menemukan polimer baru turunan dari ethylpyrrolidine yaitu N-ethylpyrrolidine methacrylate (EPyM) yang juga peka pH dan temperatur.
     Sedangkan pengembangan smart polymer di Indonesia masih sangat langka. Dari literatur yang didapat, baru ditemukan pengembangan smart polymer oleh Irwan Ginting Suka, peneliti dari Universitas Lampung, yang memanfaatkan polimer alam yang berasal dari selulosa onggok yang diharapkan akan dapat diperoleh smart polymer yang peka pada pH dan temperatur. Semoga seiring dengan perkembangan teknologi dan kemajuan pola berpikir manusia, Indonesia juga mampu memanfaatkan keberadaan smart polymer untuk kehidupan sehari-hari.


Sumber: http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_material/mengenal-polimer-cerdas-smart-polymer/
http://nbudiman.blogspot.com/2007/09/polimer-pengontrol-sistem-drug-delivery.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_polymer


*artikel ini saya buat untuk rubrik Ilmiah Populer majalah Kinetika Edisi 35

Tidak ada komentar:

Posting Komentar

Selasa, 14 September 2010

MARI KENAL LEBIH DEKAT DENGAN SMART POLYMER

Sekilas tentang Polimer
Polimer lebih dikenal sebagai “plastik” bagi orang awam. Namun sebenarnya polimer bukanlah plastik saja. Polimer pun sebenarnya sudah dipakai sejak dahulu kala, lebih tepatnya pada penggunaan polimer alam seperti kapas, wool, dan damar. Pada sekitar tahun 1925 dunia mulai mengenal polimer sentesis dan mulai berkembang pesat saat pada tahun 1955 Staudinger berhasil mendapatkan Nobel atas hipotesis makromolekul yang ditemukannya. Polimer sintesis yang sering ada di kehidupan kita sehari-hari antara lain nilon, ban, plastik polietilena untuk botol susu, plastik poliuretana untuk jantung buatan, dan lain-lain.
         Polimer merupakan suatu molekul raksasa yang terbentuk dari susunan ulang molekul yang kecil yang terikat melalui ikatan kimia. Sifat-sifat polimer berbeda dari monomer-monomer yang menyusunnya, misalnya molekul-molekul gas etilena bereaksi membentuk rantai panjang plastik polietilena yang ada pada kaleng susu.


Pengertian Smart Polymer
    Smart polymer juga dikenal dengan nama polimer cerdas. Jika mendengar kata “cerdas”, mungkin yang ada di benak kita adalah kepintaran atau kemampuan berpikir yang luar biasa yang dimiliki manusia. Namun definisi “cerdas” pada smart polymer jangan diintrepetasikan sama dengan definisi “cerdas” seperti yang dimiliki manusia. Sejatinya polimer merupakan benda mati dan sama sekali tak memiliki anugerah “kecerdasan” seperti manusia. Sebuatan “cerdas” layak diberikan pada  polimer jika polimer tersebut mampu beradaptasi atau memberi respon kecil terhadap perubahan yang terjadi pada kondisi lingkungan. Kemampuan polimer itulah yang kemudian membuat istilah smart polymer muncul karena meski benda mati ternyata polimer juga mampu adaptasi selayaknya makhluk hidup.
    Kondisi lingkungan pada polimer biasanya meliputi pH, temperatur, medan listrik, medan magnet, cahaya, pelarut, agen biokimia (enzim), tekanan, faktor ionik, dan sebagainya. Klasifikasi smart polymer selanjutnya dapat diklasifikasikan berdasarkan kondisi lingkungan tadi. Misal untuk polimer yang mampu merespon perubahan pH maka akan disebut polimer peka pH, untuk polimer yang mampu merespon perubahan temperatur maka akan disebut polimer peka temperatur, dan seterusnya. Sedangkan respon yang diberikan oleh smart polymer terhadap perubahan kondisi lingkungan dapat berupa mengerut, menggembung, melarut, mengendap, membentuk misel, membentuk transisi antara sol dan gel bergantung pada bentuk fisik ikatannya.
Tabel 1. Bentuk fisik ikatan pada smart polymer dan jenis responnya. 
Bentuk Fisik Ikatan Jenis Respon
Ikatan linear bebas tanpa crosslink (Konjugat) Melarut/Mengendap, Transisi Sol-Gel
Kopolimer block dan graft amphiphilic (tanpa crosslink) Terbentuk Misel
Crosslink Kimia (Hidrogel) Menggembung/Mengkerut
Modifikasi Permukaan Respon Interface (antarmuka)
Sumber: Aguilar et al (2007)
Respon di atas umumnya bersifat reversible (dapat bolak-balik). Sebagai contoh smart polymer adalah hidrogel poli Asam Akrilat (AA) yang mampu beradaptasi sesuai perubahan pH lingkungannya. Pada pH rendah hidrogel AA akan mengerut (Unswell/Shrinking) dan apabila pH bertambah naik (tinggi), AA akan menggembung (swelling).
Gambar 1. Ilustrasi respon hidrogel poli asam akrilat terhadap pH

Contoh smart polymer yang lain dapat dilihat dari tabel di bawah ini:
Tabel 2. Contoh smart polymer
Nama Polimer Cerdas Klasifikasi
Polyacrylic acid (PAA) Peka pH
Polmethacrylic acid (PMAA) Peka pH
Poly(ethylene imine) Peka pH
Poly(L-lysine) Peka pH
Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAM) Peka Temperatur
Poly(N,N-diethylacrylamide) (PDEAAM) Peka Temperatur
Poly(ethylene oxide) (PEO) Peka Temperatur
Poly(ethylene glycol) (PEG) Peka Cahaya
Poly(Vinyl alcohol) (PVA) Peka Cahaya
Diblock copolymer (PEO-PPO) Peka Cahaya
Poly(D,L-lactide) Peka Phase
Poly(amino acid) Peka Phase


Aplikasi Smart Polymer
    Pemanfaatan smart polymer yang peka suhu nampak pada pakaian yang dipakai para olahragawan. Pakaian tersebut dirancang agar suhu para atlet tetap terjaga. Beberapa produk plastik kemasan juga sudah mulai memanfaatkan smart polymer ini. Selain itu aplikasi smart polymer dapat ditemui di bidang medis sebagai biomaterial pada sitem delivery drug (penyampai obat).
     Drug delivery secara terkontrol terjadi ketika sebuah polimer, baik sintesis maupun alam, dipadukan secara tepat dengan sebuah obat atau zat aktif lainnya yang mana zat aktif akan dilepaskan dari polimer dengan cara yang telah didesain sebelumnya. Jumlah zat aktif yang dilepaskan mungkin konstan sepanjang periode tertentu, atau dapat berupa suatu siklus, atau pelepasan disebabkan karena adanya faktor – faktor eksternal. Tujuan dilakukan pengontrolan pada drug delivery adalah untuk mencapai penyembuhan atau terapi yang lebih efektif, mengurangi potensi kekurangan atau kelebihan dosis, menjaga konsentrasi obat dalam jangka waktu yang telah ditetapkan, yang pada akhirnya akan dapat meingkatkan kepuasan pasien.
     Material pembawa harus memiliki sifat inert, biocompatible, kuat, nyaman dipakai, mampu menapung konsentrasi obat atau zat aktif yang tinggi, aman bagi manusia, mudah dihilangkan, mudah diproduksi, dan mudah untuk disterilkan. Pengunaan polimer sebagai material pembawa (carrier) akan meminimalkan kemungkinan terjadinya keracunan akibat tak terurainya material pembawa atau akibat dari produk–produk samping hasil degradasi yang tidak diinginkan sehingga akan meminimalkan potensi terjadinya operasi. Penggunaan polimer juga memiliki nilai ekonomis karena harganya jauh lebih murah dibandingkan dengan formulasi–formulasi farmasi tradisional. Pengontrolan dengan polimer juga akan menghasilkan konsentrasi obat di dalam darah yang tinggi sepanjang periode waktu yang lama, hal ini berbeda jika digunakan tablet–tablet tradisional atau injeksi, konsentrasi obat dalam darah akan menurun dengan cepat selama waktu tertentu.
      Dewasa ini sudah ditemukan material polimer yang dapat mengontrol drug delivey dengan merespon perubahan–perubahan yang terjadi di dalam sistem biologi tubuh kita, artinya jika bagian tubuh kita ada yang sakit maka sistem akan melepaskan zat aktif dengan kadar yang tepat dan ketika rasa sakit itu hilang maka sistem akan menghentikan pelepasan zat aktif. Dengan cara demikian akan dapat dicegah terjadinya overdosis.
      Cara kerja dari drug delivery dari smart polymer ini adalah dengan memanfaatkan variasi pH yang terdapat pada gastrointestinal tract (GIT) atau lambung perut yang mempunyai variasi pH antara 2 (pada perut) dan 10 (pada usus besar). Dalam lingkungan asam, drug delivery menahan obat yang dikandungnya untuk tidak terdegradasi dengan cara mengerut dan ketika telah tiba pada lokasi spesifiknya yang bermedium basa, smart polymer akan mengembung sekaligus melepas obat yang dikandungnya ke target. Variasi pH ini, juga terdapat pada lokasi spesifik lainnya seperti pada jaringan (termasuk pada jaringan tumor) atau pada sub-sub sel. Polimer peka temperatur dengan T kritis juga ideal untuk digunakan sebagai drug delivery pada daerah fisiologis ini.
     Pada beberapa tahun terakhir ini, pengembangan smart polymer mulai dikembangkan ke arah polimer yang mempunyai dua kepekaan sekaligus. Umumnya metode yang digunakan adalah dengan pencangkokan atau dikenal dengan istilah grafting. Beberapa peneliti telah sukses meng-grafting seperti Leung et al (2005) yang telah mempreparasi mikrogel kulit-inti (core-shell) cerdas bebasis PNIPAAm, MBAAm, dan kitosan (Polyethyleneimine) yang menghasilkan mikrogel yang dapat peka pH sekaligus peka temperatur. Kurata dan Dobashi (2004) yang telah berhasil membuat kopolimer baru dari N,N-dimethylaminoethylmethacrylate (DMAEM) dan asam akrilat (AA) yang mampu peka pH dan temperatur. Begitupun dengan Gonzalez et al (2005) yang telah menemukan polimer baru turunan dari ethylpyrrolidine yaitu N-ethylpyrrolidine methacrylate (EPyM) yang juga peka pH dan temperatur.
     Sedangkan pengembangan smart polymer di Indonesia masih sangat langka. Dari literatur yang didapat, baru ditemukan pengembangan smart polymer oleh Irwan Ginting Suka, peneliti dari Universitas Lampung, yang memanfaatkan polimer alam yang berasal dari selulosa onggok yang diharapkan akan dapat diperoleh smart polymer yang peka pada pH dan temperatur. Semoga seiring dengan perkembangan teknologi dan kemajuan pola berpikir manusia, Indonesia juga mampu memanfaatkan keberadaan smart polymer untuk kehidupan sehari-hari.


Sumber: http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_material/mengenal-polimer-cerdas-smart-polymer/
http://nbudiman.blogspot.com/2007/09/polimer-pengontrol-sistem-drug-delivery.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_polymer


*artikel ini saya buat untuk rubrik Ilmiah Populer majalah Kinetika Edisi 35

Tidak ada komentar:

Posting Komentar