bab i pendahuluan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Perkembangan teknologi rekayasa zat dalam skala nano selalu menjadi daya
tarik di kalangan peneliti. Hal ini dikarenakan nanoteknologi akan sangat
berpengaruh terhadap perkembangan zaman dan keberlangsungan hidup di masa
depan.
Terdapat
beberapa
aplikasi
dari
nanoteknologi,
seperti
dalam
pengembangan material/bahan, ilmu lingkungan, ilmu biomedis, elektronika,
optik, magnet, penyimpanan energi, dan elektrokimia (Safarik dan Safarikova,
2002). Ukuran material yang digunakan tentunya berskala nanometer yang
biasanya disebut nanomaterial (material yang berskala kurang dari 100 nm).
Nanomaterial disebut juga sebagai material yang sangat atraktif dikarenakan
memiliki sifat fisik, kimia, dan biologi yang sangat berbeda dibandingkan dengan
yang diperlihatkan pada skala makroskopisnya (bulk) (Jun dkk, 2008).
Nanomaterial
dibedakan
menjadi
dua
kategori
yaitu
nanopartikel
dan
nanotube/fullerenes.
Nanopartikel adalah partikel yang berskala nanometer dengan diameter
kurang dari 100 nm. Ukurannya yang nano menjadikan partikel ini memiliki
berbagai sifat yang lebih unggul dibandingkan dengan partikel berukuran makro
(bulk). Salah satu penelitian pada bidang nanopartikel yang terus dilakukan dan
berkembang hingga kini yaitu nanopartikel magnetik. Beberapa aplikasi
nanopartikel magnetik yaitu sebagai sistem penghantar obat (drug delivery
system), media penyimpanan data dengan kapasitas besar (harddisk), diagnosa
medis, perangkat elektronik, teknologi sensor, teknologi ferrofluid, dan sebagai
bahan katalis (Lazarević dkk, 2013). Tingkat kemagnetan mengalami peningkatan
dengan penurunan ukuran butir partikel dan kenaikan secara spesifik daerah
permukaan per satuan volume partikel sehingga nanopartikel memiliki sifat yang
bagus dalam peningkatan sifat magnet (ketika ukuran butir material magnetik
1
2
diperkecil hingga skala nano, bahan ferromagnetik berubah menjadi bahan
superparamagnetik). Sehingga sifat kemagnetan nanopartikel berbeda dengan
partikel berukuran bulk. Faktor–faktor yang mempengaruhi sifat kemagnetan
tersebut yaitu diantaranya ukuran dan bentuk partikel, morfologi, komposisi
kimia,
interaksi yang terjadi antara partikel dengan material yang berada
disekitarnya, serta interaksi yang terjadi antarpartikel terdekat (Pankhurst dkk,
2003). Efek dari ukuran kuantum dan luas permukaan pada nanopartikel magnetik
dapat mengubah beberapa sifat magnetik dan terjadi fenomena superparamagnetik
serta tunneling kuantum magnetisasi, hal tersebut karena setiap partikel dianggap
sebagai domain magnetik tunggal (Mathew dan Juang, 2007).
Ferit spinel adalah salah satu nanopartikel magnetik yang banyak diminati
dalam riset beberapa tahun belakangan ini pada pemanfaatan sifat elektrik dan
magnetiknya serta aplikasinya pada sistem penyimpanan informasi, diagnosa
medis, cairan magnetik, magnetic bulk core, dan microwave absorber (Mathew
dan Juang, 2007). Ferit spinel memiliki struktur molekul MFe2O4 dengan M
sebagai ion logam yang memiliki 2 elektron valensi seperti Mg, Ni, Zn, Co, Mn,
dan lain – lain yang merupakan bahan magnetik yang memiliki sifat elektrik dan
magnetik dengan sifat kimia dan stabilitas termal. Mg0,5Ni0,5Fe2O4 adalah salah
satu ferit yang memiliki struktur mixed spinel ferrite dengan ion Mg2+ dan Ni2+
berada pada bagian oktahedral dan Fe3+ terdistribusi merata pada bagian
tetrahedral dan oktahedral (Sinha dkk, 2005).
Terdapat berbagai metode untuk mensintesis nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4
yaitu metode sol-gel, metode keramik, solvent evaporation, hidrotermal, sitrat,
pembakaran, kopresipitasi, dan lain – lain (Hankare dkk, 2009). Dari beberapa
metode tersebut dipilih metode kopresipitasi karena prosedurnya yang sederhana,
biaya yang diperlukan relatif sedikit, distribusi ukuran partikel yang dihasilkan
relatif kecil, dan dapat dilakukan pada suhu ruang (Lu dkk, 2007). Meskipun
demikian, dalam penggunaan metode ini stoikiometri kimia yang terjadi pada
reaksi pembuatan nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4 harus diperhatikan. Biasanya hasil
dari sintesis nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4 memiliki ukuran partikel yang tidak
seragam dan terdapat aglomerasi partikel. Sehingga untuk mendapatkan ukuran
3
yang seragam serta meminimalisir terjadinya aglomerasi partikel maka harus
dilakukan modifikasi dengan cara mengenkapsulasi nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4
dengan polimer.
Polimer yang biasa digunakan untuk modifikasi yaitu Polyvinylalcohol
(PVA), Polyethyleneglycol (PEG), kitosan, dextran, Polyethleneimine (PEI),
Polyethylenepyrolidone (PVP), dan lain – lain (Umut, 2013). Pada penelitian ini
digunakan PEG sebagai modifikasi nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4, hal ini karena
PEG mudah diperoleh, harganya cukup terjangkau, ramah lingkungan, tetap stabil
pada kekuatan ionik tinggi dengan berbagai nilai PH, dan memungkinkan dalam
fungsionalisasi. Sifat–sifat yang dimiliki PEG yaitu sintetis, netral, biokompatibel,
linier, dan hidrofilik. Sehingga setelah dilakukan enkapsulasi dengan PEG, akan
memiliki ukuran yang seragam serta adanya peningkatan pada dispersibilitas,
biokompatibel dan stabilitas kimia pada nanopartikel magnetiknya.
Penelitian mengenai nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4 masih terbilang jarang
diamati, karena terlihat pada masih sedikitnya jurnal yang membahas mengenai
nanopartikel ini. Jika dilihat dari karakter Mg2+ yang merupakan ion nonmagnetik dicampurkan dengan Ni2+ ion magnetik tentunya sangat menarik apabila
diteliti lebih lanjut. Sehingga pada penelitian ini, untuk aplikasi biomedis
dilakukan sintesis dengan menggunakan metode kopresipitasi pada nanopartikel
magnetik Mg0,5Ni0,5Fe2O4 dan dienkapsulasi dengan PEG. PEG yang digunakan
dalam penelitian ini adalah PEG-4000. Penggunaaan polimer PEG dalam
enkapsulasi Mg0,5Ni0,5Fe2O4 bertujuan agar nanopartikel magnetik lebih
kompatibel dan tidak berbahaya apabila masuk ke dalam jaringan tubuh, serta
meminimalisir terjadinya aglomerasi (penggumpalan). Kemudian hasil yang
diperoleh dikarakterisasi untuk mengetahui ukuran partikel, morfologi partikel,
dan struktur kristal dengan menggunakan X-Ray Diffractometer (XRD) dan
Transmission Electron Microscopy (TEM). Serta analisis ikatan yang terjadi
antara nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4 murni dan nanopartikel yang sudah
dienkapsulasi dengan variasi konsentrasi PEG. Variasi ini dilakukan untuk
mengetahui konsentrasi
PEG-4000 yang sesuai dalam mengenkapsulasi
nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4. Analisis gugus fungsi nanopartikel menggunakan
4
Fourier Transform Infra-red Spectroscopy (FTIR), untuk mengetahui ikatan yang
terbentuk sebelum dan sesudah dienkapsulasi PEG-4000 serta pengaruh
enkapsulasi terhadap vibrasi molekul yang muncul, sehingga akan diperoleh
konsentrasi PEG-4000 yang sesuai untuk diaplikasikan dalam bidang biomedis
dan lainnya.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan hasil ulasan latar belakang tersebut, adapun rumusan masalah
yang timbul adalah sebagai berikut.
1. Bagaimana cara melakukan sintesis nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4 dan proses
enkapsulasi nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4 dengan PEG-4000?
2. Bagaimana ukuran partikel dan struktur kristal Mg0,5Ni0,5Fe2O4 sebelum dan
sesudah dienkapsulasi dengan PEG-4000 serta morfologi nanopartikel
sebelum dienkapsulasi?
3. Bagaimana gugus fungsi yang terbentuk pada nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4
sebelum dan sesudah dienkapsulasi dengan PEG-4000?
1.3
Batasan Masalah
Batasan penelitian ini meliputi beberapa hal sebagai berikut.
1. Sintesis nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4 dengan menggunakan metode
kopresipitasi.
2. Enkapsulasi nanopartikel magnetik dengan menggunakan PEG-4000 dengan
variasi konsentrasi PEG-4000 25%, 33%, 50%, 67%, 75%, dan 80% untuk
analisis gugus fungsi.
3. Karakterisasi yang dilakukan meliputi Transmission Electron Microscopy
(TEM) untuk mendapatkan morfologi dan cincin difraksi, X-Ray
Diffractometer (XRD) untuk memperoleh ukuran partikel dan struktur
kristal, dan Fourier Transform Infra-red Spectroscopy (FTIR) untuk
mengetahui gugus fungsi.
5
1.4
Tujuan Penelitian
Berdasarkan permasalahan yang telah diuraikan, maka tujuan dari penelitian
ini adalah sebagai berikut.
1. Dapat mensintesis nanopartikel magnetik Mg0,5Ni0,5Fe2O4 dan proses
enkapsulasi nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4 dengan PEG-4000 dengan metode
kopresipitasi.
2. Menentukan
ukuran
partikel
dan
struktur
kristal
nanopartikel
Mg0,5Ni0,5Fe2O4 sebelum dan sesudah dienkapsulasi dengan PEG-4000 serta
morfologi nanopartikel sebelum dienkapsulasi.
3. Menentukan ikatan (gugus fungsi) yang terbentuk pada nanopartikel
Mg0,5Ni0,5Fe2O4 sebelum dan sesudah dienkapsulasi dengan variasi
konsentrasi PEG-4000.
1.5
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan memberikan informasi terkait.
1. Cara sintesis nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4 dan proses enkapsulasi PEG4000 dengan metode kopresipitasi.
2. Pengaruh PEG-4000 yang dienkapsulasi pada nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4
terhadap ukuran partikel, struktur kristal, dan gugus fungsi.
3. Morfologi nanopartikel Mg0,5Ni0,5Fe2O4 sebelum dienkapsulasi PEG-4000.
4. Dapat dijadikan acuan untuk para peneliti selanjutnya yang tertarik untuk
mengkaji bidang nanopartikel magnetik.
1.6
Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan skripsi ini terdiri dari 6 bab yaitu antara lain
pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metodologi penelitian, hasil dan
pembahasan, kesimpulan dan saran, serta dilengkapi dengan daftar pustaka dan
lampiran.
BAB I Pendahuluan memaparkan mengenai latar belakang yang
menimbulkan permasalahan yang kemudian dirumuskan menjadi rumusan
6
masalah dan dibuat batasan masalah agar lebih terperinci. Dari batasan masalah
tersebut dibuat tujuan penelitian yang dapat memberikan manfaat.
BAB II Tinjauan Pustaka menyajikan informasi beberapa penelitian yang
telah
dilakukan
oleh
peneliti
sebelumnya
mengenai
nanopartikel
Mg0,5Ni0,5Fe2O4.
BAB III Dasar Teori berisi tentang teori – teori dasar yaitu teori dasar
mengenai kemagnetan, sifat – sifat kemagnetan pada material, nanopartikel
Mg0,5Ni0,5Fe2O4, proses enkapsulasi dengan PEG-4000, alat – alat karakterisasi
material.
BAB IV Metodologi Penelitian mencakup peralatan dan bahan yang
digunakan dalam penelitian, prosedur penelitian serta penjelasan mengenai
teknik analisa data.
BAB V Hasil Penelitian dan Pembahasan menampilkan hasil yang diperoleh
beserta pembahasannya.
BAB VI Kesimpulan dan Saran berisi kesimpulan dari hasil penelitian yang
diperoleh serta saran untuk penelitian selanjutnya
Daftar pustaka menyajikan seluruh pustaka yang dijadikan acuan dalam
penulisan skripsi maupun dalam penelitian serta lampiran berupa dokumentasi
penelitian, perhitungan, dan data – data yang diperoleh selama penelitian.