BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Nanopartikel

BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Nanopartikel magnetik adalah partikel yang bersifat magnetik, berukuran
dalam kisaran 1 nm sampai 100 nm. Ukuran partikel dalam skala nanometer
hingga mikrometer identik dengan kisaran ukuran unit biologi (sel, virus, protein
dan gen) sehingga nanopartikel magnetik dapat digunakan untuk berinteraksi
dengan
unit
biologi
yang
bersesuaian.
Nanopartikel
magnetik
cukup
biokompatibel dengan sistem tubuh manusia menjadikannya sangat potensial
untuk diaplikasikan dalam biomedis. Contohnya adalah aplikasi sebagai drug
delivery, magnetic resonance imaging (MRI), mediasi magnetik hyperthermia
untuk pengobatan kanker dan bioseparation magnetik (Zhang dkk., 2013). Untuk
tujuan tersebut diperlukan nanopartikel yang stabil secara kimiawi dengan ukuran
dan bentuk yang seragam. Salah satu material nanopartikel magnetik yang
menarik untuk dikaji adalah magnetite Fe3O4 yang merupakan salah satu material
magnetik sangat penting karena dianggap sebagai material ideal untuk aplikasi
magnetik secara biologi, seperti drug delivery untuk terapi antitumor, pengobatan
hyperthermia dari kanker, dan sebuah perantara aktivitas untuk diagnostik secara
medis, karena memiliki sifat hydrofilik yang bagus, biocompatible, memiliki sifatsifat tidak beracun, dan stabilitas kimia yang tinggi. (Lv, 2010). Selain itu,
magnetite Fe3O4 banyak dikaji dan digunakan untuk aplikasi biomedis karena
magnetisasi saturasinya yang tinggi serta mudah disintesis. (Lin, 2009)
Magnetite Fe3O4 memiliki sifat yang unik, yaitu adanya fenomena
superparamagnetik. Sifat superparamagnetik merupakan sifat material yang
memiliki magnetisasi tinggi ketika diberi medan magnet eksternal, namun ketika
tidak ada medan magnet eksternal nilai magnetisasi rata-ratanya adalah nol.
Bahan superparamagnetik timbul dari bahan ferromagnetik yang berukuran sangat
1
2
kecil (nano) yang membentuk domain magnetik yang mempunyai derajat
kebebasan yang tinggi.
Chun-Rong Lin dan teman-temannya pada tahun 2009 mensintesis dan
mengkarakterisasi nanopartikel magnetik Fe3O4 yang dimuatkan pada fiber
lapisan tipis Polyvinyl Pyrrolidone (PVP) dengan metode elektrospining. Namun,
dari hasil VSM menunjukkan bahwa nilai magnetisasi saturasi (Ms) dari fiber
yang dihasilkan masih rendah, yaitu sekitar 4 emu/g dan nilai Ms untuk
nanopartikel Fe3O4 adalah 36,6 emu/g, sedangkan nilai untuk medan koersivitas
(Hc) dan magnetisasi remanen (Mr) adalah nol. (Lin, 2009)
Pada tahun 2011 Yan Wei dan teman-temannya juga telah berhasil
membuat membran nanofiber dengan magnetik biodegradable Fe3O4/chitosan
(CS)/PVA untuk regenerasi tulang. Hasil VSM juga menunjukkan nilai Ms fiber
Fe3O4/CS/PVA yang masih rendah, dengan konsentrasi nanopartikel Fe3O4 1%
adalah 0,67 emu/g, 3% adalah 1,79 emu/g, 5% adalah 3,19 emu/g dan nilai Ms
untuk nanopartikel Fe3O4 adalah 56,05 emu/g (Wei, 2011). Rendahnya nilai Ms
pada sampel fiber dibandingkan nilai Ms untuk nanopartikel Fe3O4 disebabkan
oleh polimer yang membungkus partikel Fe3O4 dalam bentuk fiber. Magnetisasi
saturasi merupakan besarnya magnetisasi maksimum yang dicapai pada saat
seluruh momen magnetiknya selaras. Sehingga jika nilai dari Ms rendah,
mengindikasikan bahwa partikel Fe3O4 yang termuat dalam fiber masih rendah.
Pada penelitian ini nanopartikel Fe3O4 akan dikombinasikan dengan
larutan polimer polyvinyil alcohol (PVA/Gohsenol) yang bersifat isolator untuk
dikaji lebih lanjut tentang fenomena superparamagnetiknya. Larutan PVA akan
digunakan sebagai larutan uji yang akan
membentuk nanofiber berisi
nanopartikel superparamagnetik Fe3O4. Pada penelitian ini menggunakan jenis
polimer Polyvinyl Alcohol (PVA) karena PVA merupakan polimer tidak berbau,
tidak beracun, larut air, bisa membentuk plastik film yang baik, kekuatan mekanik
serta fleksibilitas yang baik. (Zhang, 2009)
3
Beberapa metode telah dikembangkan untuk fabrikasi nanofiber, seperti
template, self-assembly, pemisahan fase, dan elektrospining. Elektrospining
merupakan
metode
sederhana
dan
efektif
untuk
fabrikasi
nanofiber.
Elektrospining dapat menghasilkan nanofiber yang kontinyu pada skala besar dan
diameter fibernya dapat disesuaikan dari nanometer sampai mikrometer (Fang,
2011). Secara sederhana proses elektrospining menggunakan arus listrik tegangan
tinggi dan kemudian larutan di charging dengan tegangan tinggi tersebut.
Kemudian apabila daya dorong mekanik dan listrik mampu mengalahkan gaya
tegangan permukaan maka terbentuk polimer jet. Polimer jet ini bergerak kearah
kolektor. Dalam perjalan menuju kolektor terjadi pengurangan diameter jet dan
pada saat sampai dikolektor polimer sudah hampir kering dan diameter fiber
sudah dalam ukuran nano.
Wang dkk pada tahun 2010 telah berhasil membuat nanofiber Fe3O4/PVA
dengan cara mengkombinasi secara in situ menggunakan metode elektrospining,
dimana polimer PVA dikombinasikan secara langsung saat pembuatan
nanopartikel Fe3O4. Sumber tegangan yang digunakan untuk menghasilkan fiber
dengan metode elektrospining adalah 20 kV. Hasil penelitiannya menunjukkan
bahwa dengan semakin bertambahnya konsentrasi larutan magnetik Fe3O4, maka
akan semakin besar pula ukuran diameter nanopartikel yang terdistribusi dalam
fiber. Hasil uji kemagnetannya menunjukkan nilai Ms, Hc dan Mr sampel
nanopartikel Fe3O4 adalah 67,91 emu/g, 0,33 kOe dan 14,67 emu/g. sedangkan
untuk Ms, Hc dan Mr sampel fiber Fe3O4/PVA 4% adalah 2,42 emu/g, 0,31 kOe
dan 0,45 emu/g. Hasil uji kemagnetan dengan VSM ini menunjukkan bahwa nilai
magnetisasi saturasi, medan koersivitas serta magnetisasi remanen memiliki nilai
yang lebih rendah dibandingkan dengan hasil uji kemagnetan nanopartikel Fe3O4.
Hasil uji kemagnetan Wang menunjukkan nilai magnetisasi saturasi (Ms) masih
relatif rendah dan medan koersivitas (Hc) relatif tinggi, yang menandakan bahwa
sifat superparamagnetik dari fiber yang dihasilkan masih relatif kecil dan
diharapkan pada penelitian ini dapat menghasilkan fiber dengan sifat
4
superparamagnetik yang lebih tinggi yang akan ditunjukkan dengan nilai Ms yang
lebih tinggi dan Hc yang lebih rendah.
Dalam penelitian ini akan mengkaji secara rinci untuk mengetahui
ketergantungan polimer PVA yang digunakan sebagai larutan uji terhadap
nanofiber yang dihasilkan terhadap variasi konsentrasi, viskositas, jarak ujung
jarum dengan kolektor dan sumber tegangan yang diberikan saat elektrospining.
Sumber tegangan yang digunakan mempunyai keterbatasan, yaitu maksimal 15
kV. PVA yang akan digunakan juga merupakan jenis polimer teknis yang mudah
didapatkan di pasaran. Diharapkan dengan sumber tegangan yang terbatas serta
PVA jenis teknis ini sudah dapat menghasilkan fiber yang halus, lurus, dan
homogen.
Pada penelitian ini juga akan dipelajari sifat kemagnetan serta kristalinitas
pembuatan nanofiber dengan cara mengkombinasikan polimer PVA yang
dilarutkan dalam dionized water dengan nanopartikel Fe3O4 yang sudah siap
pakai. Nanopartikel Fe3O4 yang terdapat dalam nanofiber akan memberi reaksi
dengan adanya medan magnet luar yang diharapkan dapat digunakan dalam
bidang biomedis. Dengan demikian diharapkan hasil penelitian ini kelak akan
menambah informasi dalam upaya pembuatan nanofiber Fe3O4/PVA yang efektif
untuk pengaplikasiannya.
1.2
Rumusan Masalah
Dengan berlandaskan pada latar belakang di atas, maka diperoleh rumusan
masalah sebagai berikut:
1.
Bagaimanakah cara menempatkan nanopartikel superparamagnetik
Fe3O4 pada fiber PVA.
2.
Bagaimanakah pengaruh variasi rasio massa Fe3O4/PVA terhadap
diameter fiber.
3.
Bagaimanakah pengaruh variasi konsentrasi larutan uji, viskositas,
jarak antara jarum dan kolektor, dan tegangan yang diberikan saat
elektrospining terhadap fiber yang dihasilkan.
5
4.
Bagaimanakah
cara
fiber
Fe3O4/PVA
dapat
bersifat
superparamagnetik.
1.3
Batasan Masalah
Penelitian ini mempunyai batasan masalah sebagai berikut :
a. Polimer yang digunakan adalah Polyvinyl alcohol/Gohsenol.
b. Nanopartikel Fe3O4 yang digunakan merupakan bahan yang sudah siap
pakai.
c. Sumber tegangan tinggi hanya dapat digunakan maksimal 15kV.
1.4
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Membuat nanofiber dengan metode elektrospining.
b. Mengetahui karakteristik dari fiber yang dibuat.
1.5
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat, diantaranya untuk :
a. Membuka peluang pembuatan nanofiber untuk manfaat fibernya, seperti
untuk drug delivery, tissue engineering scaffold dan lainnya
b. Membuka peluang untuk pembuatan nanofiber dengan kombinasi sampel
lainnya
c. Memberi informasi tentang pembuatan nanofiber beserta karakterisasi dan
sifat kemagnetannya
1.6
Sistematika Penulisan
Tesis ini ditulis dengan sistematika sebagai berikut:
a. Bab I menjelaskan tentang latar belakang penelitian mengenai pembuatan
nanofiber Fe3O4/PVA dengan metode elektrospining, rumusan masalah,
batasan masalah, tujuan, manfaat penelitian dan sistematika penelitian.
6
b. Bab II berisi tinjauan pustaka yang menjelaskan tentang penelitian
sebelumnya mengenai pembuatan nanofiber Fe3O4 dengan metode
elektrospining.
c. Bab III berisi dasar teori yang berkaitan dengan terminologi sifat
magnetik, klasifikasi sifat magnetik material, superparamagnetik, domain
dan kurva histeresis, nanopartikel magnetite (Fe3O4), PVA (Polyvinyil
Alcohol) dan elektrospining.
d. Bab IV menjelaskan tentang metode penelitian mencakup alat dan bahan
yang digunakan untuk eksperimen, skema dan prosedur penelitian serta
metode karakterisasi sampel.
e. Bab
V
menunjukkan
hasil
eksperimen
yang
diperoleh
dan
pembahasannya.
f. Bab VI memuat kesimpulan hasil penelitian dan saran untuk penelitian
selanjutnya.