Panduan
Pembuatan Hidrogel Nanokomposit (Nanogel) sebagai Sistem Penghantaran Obat
Berukuran Nano
ABSTRAK
Hidrogel
nanokomposit (nanogel) merupakan sistem penghantaran obat berbasis jaringan
polimer tiga dimensi berukuran nano yang mampu menyerap air dalam jumlah besar
sekaligus mempertahankan stabilitas strukturalnya. Nanogel dikembangkan dengan
mengombinasikan polimer alami maupun sintetis melalui mekanisme ikatan silang
(cross-linking) secara fisik atau kimia untuk menghasilkan pembawa obat dengan
pelepasan terkontrol dan kemampuan penghantaran spesifik menuju target sel.
Dibandingkan sistem penghantaran konvensional, nanogel menawarkan peningkatan
bioavailabilitas, perlindungan zat aktif terhadap degradasi biologis, serta
kemampuan pelepasan responsif terhadap perubahan lingkungan fisiologis seperti
pH, suhu, dan enzim. Artikel ini menyajikan panduan lengkap metode pembuatan
nanogel, dengan fokus pada teknik gelarasi ionik menggunakan kombinasi
kitosan–natrium tripolifosfat (STPP), termasuk formulasi, prosedur sintesis,
pemurnian, karakterisasi, dan evaluasi kualitas produk.
Kata kunci: nanogel, hidrogel nanokomposit, kitosan, STPP,
penghantaran obat, gelarasi ionik
1.
PENDAHULUAN
Nanogel
adalah partikel hidrogel berukuran nano (umumnya 10–1000 nm) yang tersusun atas
jaringan polimer hidrofilik berikatan silang dan mampu membawa molekul
terapeutik seperti obat, protein, peptida, vaksin, maupun agen biologis lainnya
(Soni & Yadav, 2016).
Teknologi
nanogel berkembang pesat dalam bidang farmasetika karena memiliki sejumlah
keunggulan, antara lain:
- kapasitas muat obat (drug
loading) yang tinggi;
- pelepasan terkendali
(controlled release);
- peningkatan stabilitas obat;
- kemampuan
penetrasi jaringan yang lebih baik;
- toksisitas
sistemik yang lebih rendah (Oh et al., 2019).
Pembentukan nanogel dapat dilakukan melalui beberapa
pendekatan utama, yaitu polimerisasi emulsi, gelarasi ionik, dan metode
pengendapan.
2. METODE UTAMA PEMBUATAN NANOGEL
2.1 Polimerisasi Emulsi (In-Situ Polymerization)
Metode
ini dilakukan dengan membentuk droplet emulsi mikro yang mengandung monomer dan
agen pengikat silang. Reaksi polimerisasi
menghasilkan pembentukan jaringan hidrogel secara langsung di dalam fase
emulsi.
Keunggulan:
- ukuran partikel homogen;
- efisiensi enkapsulasi tinggi.
Keterbatasan:
- memerlukan inisiator dan
surfaktan;
- potensi residu bahan kimia.
(Bhattarai
et al., 2010)
2.2
Gelarasi Ionik (Ionic Cross-Linking)
Metode
ini memanfaatkan interaksi elektrostatik antara polimer bermuatan dan ion lawan
untuk membentuk struktur hidrogel.
Contoh
paling umum adalah:
- kitosan (bermuatan positif)
- natrium tripolifosfat/STPP
(bermuatan negatif)
Keunggulan:
- tidak menggunakan pelarut
organik;
- kondisi sintesis ringan;
- sesuai untuk obat sensitif.
(Calogero
et al., 2015)
2.3
Metode Pengendapan (Precipitation Method)
Prinsip
metode ini adalah mengubah kelarutan polimer melalui perubahan suhu atau
penambahan pelarut sehingga terjadi penyusutan ukuran menjadi partikel nano.
Keunggulan:
- proses sederhana.
Kekurangan:
- distribusi ukuran sering lebih
lebar.
(Kabanov
& Vinogradov, 2009)
3. PANDUAN PRAKTIS PEMBUATAN NANOGEL METODE
GELARASI IONIK (KITOSAN–STPP)
3.1
Persiapan Bahan dan Formula Dasar
Bahan:
|
Komponen |
Konsentrasi |
|
Kitosan
(DD >85%) |
0,1–0,2%
(w/v) |
|
Asam
asetat |
1% |
|
STPP |
0,1%
(w/v) |
|
Akuades
steril |
secukupnya |
|
NaOH
encer |
penyesuaian
pH |
|
Zat
aktif obat |
sesuai
desain |
Peralatan:
- magnetic stirrer;
- pH meter;
- buret atau syringe pump;
- sonikator ultrasonik;
- ultrasentrifus;
- freeze dryer.
3.2
Sintesis Langkah demi Langkah
Langkah
1. Pembuatan Larutan
Polimer
Larutkan kitosan ke dalam larutan asam asetat 1%.
Parameter:
- konsentrasi akhir: 0,1–0,2%
(w/v);
- pengadukan: 800–1200 rpm;
- durasi: 2–3 jam.
Tujuan tahap ini adalah memperoleh larutan homogen dan
memastikan seluruh gugus amina kitosan terprotonasi.
(Agnihotri
et al., 2004)
Langkah
2. Penambahan Zat Aktif (Drug Loading)
Tambahkan zat aktif secara perlahan ke dalam larutan
kitosan.
Sesuaikan:
- pH akhir: 4,5–5,5.
Rentang pH ini penting untuk menjaga kestabilan obat dan
mempertahankan kemampuan ionisasi kitosan.
Jika
menggunakan obat hidrofobik:
- lakukan nanoemulsifikasi
terlebih dahulu.
(Varshosaz,
2012)
Langkah
3. Pembentukan Nanogel melalui Cross-Linking
Siapkan
larutan STPP 0,1%.
Tambahkan
secara perlahan (dropwise) ke larutan kitosan–obat sambil diaduk.
Kondisi
yang direkomendasikan:
|
Parameter |
Nilai |
|
Kecepatan
aduk |
>1000
rpm |
|
Sonikasi |
5–15
menit |
|
Suhu |
25°C |
|
Rasio
Kitosan |
4:1–8:1 |
Mekanisme pembentukan terjadi melalui interaksi
elektrostatik antara gugus amina kitosan dan gugus fosfat STPP.
Indikator
keberhasilan:
- muncul efek Tyndall;
- larutan menjadi opalescent.
(Grenha
et al., 2010)
Langkah 4. Pemurnian dan Pemisahan
Lakukan pemisahan menggunakan ultrasentrifugasi.
Parameter:
- 12.000–15.000 rpm;
- 30 menit;
- suhu 4°C.
Cuci
endapan:
- 2–3 kali dengan akuades
steril.
Keringkan
menggunakan:
- freeze-drying
(lyophilization).
Tahap ini bertujuan meningkatkan stabilitas penyimpanan.
(Hamman,
2010)
4. KARAKTERISTIK DAN PENGUJIAN KUALITAS NANOGEL
4.1 Ukuran Partikel dan Distribusi
Instrumen:
- Particle Size Analyzer (DLS)
Target:
- ukuran: 10–200 nm;
- PDI <0,30.
(Mohanraj
& Chen, 2006)
4.2
Morfologi Permukaan
Instrumen:
- SEM;
- TEM.
Kriteria:
- bentuk sferis;
- permukaan homogen.
4.3
Zeta Potential
Target:
- ±30 mV atau lebih.
Parameter
ini menggambarkan kestabilan dispersi.
4.4
Efisiensi Penjeratan Obat (Entrapment Efficiency)
Gunakan
persamaan:
[EE(%)=\frac{Jumlah\
obat\ awal-Obat\ bebas}{Jumlah\ obat\ awal}\times100]
Target
umum:
- 70%.
(Peppas
et al., 2016)
4.5
Profil Pelepasan Obat (Drug Release)
Metode:
- dialisis;
- medium simulasi lambung (pH
1,2);
- medium simulasi usus (pH 6,8).
Parameter:
- burst release;
- sustained release;
- kinetika pelepasan.
5. FAKTOR KRITIS YANG MENENTUKAN KEBERHASILAN NANOGEL
Beberapa
parameter yang sangat memengaruhi kualitas produk:
- Rasio polimer–cross-linker.
- pH selama pembentukan.
- Intensitas sonikasi.
- Konsentrasi obat.
- Metode pengeringan.
- Suhu sintesis.
Optimasi
umumnya dilakukan menggunakan desain eksperimen (Design of Experiments/DoE).
6.
KESIMPULAN
Pembuatan
hidrogel nanokomposit (nanogel) sebagai sistem penghantaran obat dapat
dilakukan melalui berbagai pendekatan, namun metode gelarasi ionik menggunakan
kitosan dan natrium tripolifosfat merupakan salah satu metode yang paling
sederhana, aman, dan kompatibel untuk berbagai jenis molekul terapeutik.
Penggunaan pengadukan intensif dan sonikasi memungkinkan pembentukan partikel
stabil dengan ukuran di bawah 200 nm. Karakterisasi menyeluruh menggunakan DLS,
SEM/TEM, zeta potential, serta pengujian pelepasan obat menjadi tahapan penting
untuk memastikan kualitas dan performa sistem penghantaran yang dihasilkan.
DAFTAR REFERENSI
Agnihotri SA, Mallikarjuna NN, Aminabhavi TM. 2004. Recent
advances on chitosan-based micro- and nanoparticles in drug delivery. Journal
of Controlled Release. 100(1):5–28.
Bhattarai
N, Gunn J, Zhang M. 2010. Chitosan-based hydrogels for controlled drug
delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 62(1):83–99.
Calogero
AE, et al. 2015. Nanogels in drug delivery applications. Journal of
Nanomaterials. 2015:1–15.
Grenha
A, et al. 2010. Chitosan nanoparticles for controlled drug delivery. European
Journal of Pharmaceutical Sciences. 39(5):291–299.
Hamman
JH. 2010. Chitosan based polyelectrolyte complexes as drug delivery systems. Marine
Drugs. 8(4):1305–1322.
Kabanov
AV, Vinogradov SV. 2009. Nanogels as pharmaceutical carriers. Nanomedicine.
4(1):101–109.
Mohanraj
VJ, Chen Y. 2006. Nanoparticles: A review. Tropical Journal of
Pharmaceutical Research. 5(1):561–573.
Oh
JK, Drumright R, Siegwart DJ, Matyjaszewski K. 2019. The development of
microgels and nanogels. Progress in Polymer Science. 33(4):448–477.
Peppas
NA, et al. 2016. Hydrogels in pharmaceutical formulations. European Journal
of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 97:1–17.
Soni
G, Yadav KS. 2016. Nanogels as potential nanomedicine carrier. Journal of
Controlled Release. 240:109–126.
Varshosaz
J. 2012. The promise of chitosan microspheres in drug delivery systems. International
Journal of Pharmaceutics. 453(1):198–211.
#Nanogel
#HydrogelNanocomposite
#DrugDelivery
#Nanotechnology
#PharmaceuticalScience

