NANOPARTIKEL: NANOPARTIKEL: PENGHANTARAN OBATPENGHANTARAN OBAT@Dhadhang_WK

Laboratorium Farmasetika Unsoed

4/16/2013 1

KeunikanKeunikan SifatSifat dalamdalam DimensiDimensiNanometerNanometer� Partikel tembaga yang memiliki diameter 6 nm menunjukkan kekerasan 5 kali lebihbesar daripada tembaga ukuran besar

� Keramik yang umumnya mudah pecah� Keramik yang umumnya mudah pecahdapat dibuat menjadi fleksibel jika ukuranbulir direduksi ke dalam skala nanometer

� Cadmium selenida (CdSe) dapatmenghasilkan warna yang berbeda-bedadengan hanya mengontrol ukuran partikel

4/16/2013 2

KeunikanKeunikan SifatSifat dalamdalam DimensiDimensiNanometerNanometer� Nanopartikel yang berukuran sangat keciljuga memperlihatkan sifat magnetik dan optikyang unik.

� Nanopartikel magnetik dapat ditempelkan keantibodi yang kemudian diarahkan denganmedan magnet ke arah sel tumor.medan magnet ke arah sel tumor.

� Dengan medan magnetik, partikel tersebutdapat dipanaskan secara lokal (pemanasan dilokasi yang sangat kecil) sehingga dapatmembunuh sel tumor yang berada di sekitarpartikel itu saja tanpa merusak sel-sellainnya.

4/16/2013 3

PendahuluanPendahuluan

� Nanopartikel merupakan partikel koloid kecilyang dibuat dari polimer non-biodegradabel danbiodegradabel.

� Diameternya umumnya sekitar 200 nm. � Secara umum nanopartikel dapat dibedakanmenjadi dua tipe:menjadi dua tipe:◦ nanospheres, yang merupakan sistem matriks◦ nanocapsules, yang merupakan sistem reservoir terdiri dari membran polimer yang mengelilingi suatuintii berminyak atau berair

� Pendekatan ini cukup atraktif karena metodepembuatan partikel relatif sederhana dan mudahuntuk diperbesar skalanya.

4/16/2013 4

� Gambar skematik suatu nanosphere (A) dan suatu nanocapsule (B).

4/16/2013 5

PendahuluanPendahuluan

� Partikel yang terbentuk cukup stabil danmudah dikering-bekukan.

� Karena alasan ini, berkembanglahnanopartikel yang dibuat dari polimerbiodegradabel untuk penghantaran obatNanopartikel dapat mencapai target jaringan� Nanopartikel dapat mencapai target jaringanbeberapa obat (antibiotik, sitostatik, peptida, dan protein

� Selain itu, nanopartikel dapat melindungi obatterhadap degradaasi kimia dan enzimatik, serta dapat menurunkan efek sampingbeberapa obat.

4/16/2013 6

UkuranUkuran beberapabeberapa bahanbahan

4/16/2013 7

PermukaanPermukaan NanopartikelNanopartikel

� Nanopartikel dapat menunjukkan sifatadhesi yang kuat karena meningkatnyadaerah kontak untuk gaya van derWaals

� Jumlah molekul yang ada pada permukaan� Jumlah molekul yang ada pada permukaanpartikel meningkat seiring menurunnyaukuran partikel

4/16/2013 8

% % MolekulMolekul permukaanpermukaan dalamdalam PartikelPartikel

4/16/2013 9

KecepatanKecepatan pengendapanpengendapan partikelpartikel &&gerakangerakan Brownian ParticlesBrownian Particles

4/16/2013 10

NanopartikelNanopartikel SuspensiSuspensi dandanPengendapanPengendapan�Karena ukuran nanopartikel yang kecil, makacukup mudah untuk menjaga partikel-partikeltersebut tersuspensi dalam cairan

�Mikropartikel akan lebih mudah mengendapkarena gaya gravitasi, di mana gaya gravitasikarena gaya gravitasi, di mana gaya gravitasilebih kecil ditemukan pada suatu nanopartikel

�Untuk nanopartikel, gaya gravitasinya tidaksekuat gerakan randomnya. Oleh karena itu,suspensi nanopartikel tidak mengendap, yangakan memberikan waktu tinggal lama

�a microparticle suspension cannot beused for injection

4/16/2013 11

NanoemulsiNanoemulsi

� Nanoemulsi merupakan dispersi minyak dan air yang transparan stabil (translucent) secaratermodinamika yang distabilkan oleh suatulapisan antarpermukaan molekul surfaktan dankosurfaktan yang mempunyai ukuran droplet kosurfaktan yang mempunyai ukuran droplet kurang dari 100 nm.

� Beberapa studi menunjukkan bahwa formulasinanoemulsi memperbaiki kemampuan in vitro penghantaran transdermal dan dermal, samabaiknya dengan in vivo jika dibandingkan denganformulasi topikal konvensional seperti emulsi.

4/16/2013 12

TeknikTeknik pembuatanpembuatan nanoparticlenanoparticle

4/16/2013 13

Energy Need (Bond Work Index) for ReducingEnergy Need (Bond Work Index) for ReducingSize of 1Size of 1--mmmm--Diameter ParticlesDiameter Particles

it is very energy intensive to go down to

nanoparticles-size range

4/16/2013 14

Variation of the particle size as the Variation of the particle size as the antisolventantisolvent

4/16/2013 15

PEARL/BALLPEARL/BALL--MILLING MILLING TECHNOLOGYTECHNOLOGY

4/16/2013 16

SPRAYSPRAY--DRYINGDRYING

4/16/2013 17

PRODUCTION IN HOTPRODUCTION IN HOT--MELTED MELTED MATRICESMATRICES

4/16/2013 18

DIRECT COMPRESSDIRECT COMPRESS

4/16/2013 19

� Ringkasan metode yang berbeda untuk membuat nanospheresdan nanocapsules dari suatu polimer. W/O: water-in-oil, O/W: oil-in-water, W/O/W: water-in-oil-in-water.

4/16/2013 20

� Drug incorporation models for solid lipid nanoparticles.

4/16/2013 21

KarakterisasiKarakterisasi nanomaterialnanomaterial

� Karakterisasi SEM

� Karakterisasi TEM

� Karakterisasi AFM

� Karakterisasi sinar-X� Karakterisasi sinar-X

� Karakterisasi DMA

4/16/2013 22

KarakterisasiKarakterisasi SEMSEM

� SEM (Scanning Electron Microscope) merupakan salah satu jenis mikroskopelektron yang menggunakan berkas elektronuntuk menggambar profil permukaan benda.

� Prinsip kerja SEM adalah menembakkanpermukaan benda dengan berkas elektronpermukaan benda dengan berkas elektronbenergi tinggi. Permukaan benda yang dikenaiberkas elektron akan memantulkan kembaliberkas tersebut atau menghasilkan elektronskunder ke segala arah.

� Tetapi ada satu arah di mana berkasdipantulkan dengan intensitas tertinggi.

4/16/2013 23

PenentuanPenentuan distribusidistribusi ukuranukuran partikelpartikel

� Ketika kita amati foto SEM untuk sampelpartikel, tampak bahwa ukuran partikelbervariasi dari yang sangat kecil hingga yang cukup besar.

� Hampir tidak mungkin membuat partikel� Hampir tidak mungkin membuat partikeldengan ukuran seragam (monodispersi).

� Ketika para ahli mengatakan berhasilmembuat partikel monodispersi, yang mereka buat sebenarnya adalah partikelpolidispersi tetapi sebaran ukuranpartikelnya sangat sempit.

4/16/2013 24

PenentuanPenentuan distribusidistribusi ukuranukuran partikelpartikel

� Secara umum, ukuran partikel yang kita buat hampirdipastikan polidispersi.

� Ketika berhadapan dengan partikel demikian, pertanyaan menarik selanjutnya adalah bagaimanadistribusi ukuran, berapa ukuran rata-rata, berapadeviasi standarnya, berapa % partikel yang ukurannyaantara satu nilai diameter ke nilai diameter lainnya?antara satu nilai diameter ke nilai diameter lainnya?

� Informasi-informasi ini sangat penting karena ketikaukuran berada dalam orde nanometer, sifat partikelsangat ditentukan oleh ukuran dan distribusi ukuran.

� Salah satu cara yang dapat kita lakukan adalahmenggunakan foto SEM dari partikel-partikel tersebut.

� Untuk keperluan ini kita perlu memahami penggunaanbeberapa program sederhana dalamWindows sepertiPaint, MS Excel, dan program aplikasi OriginLab.

4/16/2013 25

KarakterisasiKarakterisasi TEMTEM

� Transmission Electron Microscope (TEM) merupakan alat yang paling teliti yang digunakan untuk menentukan ukuran partikelkarena resolusinya yang sangat tinggi.

� Partikel dengan ukuran beberapa nanometer dapat diamati dengan jelas menggunakanTEM. dapat diamati dengan jelas menggunakanTEM. Bahkan dengan high resolution TEM (HR-TEM) kita dapat mengamati posisi atom-atom dalam partikel.

� Dalam pengoperasianTEM, salah satu tahapyang paling sulit dilakukan adalahmempersiapkan sampel. Sampel harus setipismungkin sehingga dapat ditembus elektron.

4/16/2013 26

KarakterisasiKarakterisasi AFMAFM

� Atomic Force Microscope (AFM) termasuk mikroskop canggih yang sederhana pengoperasiannya.

� Prinsip kerja AFM sangat sederhana dan� Prinsip kerja AFM sangat sederhana dandapat dipahami hanya dengan konsep-konsep fisika dasar.

� AFM tidak memerlukan sistem vakum, tegangan tinggi, maupun fasilitas pendingin(cryogenic) seperti pada SEM danTEM.

4/16/2013 27

� Non-contact mode AFM images of SLNs at scan ranges of (A) 50 µm; (B) 25 µm; and (C) 5 µm.25 µm; and (C) 5 µm.

4/16/2013 28

KarakterisasiKarakterisasi sinarsinar--XX

� Sinar-X adalah gelombang elektromagnetikdengan panjang gelombang sekitar 1 Aº (10-10

m).

� Panjang gelombang ini kira-kira = jarak antaraatom dalam kristal.atom dalam kristal.

� Oleh karena itu sinar-X dapat didifraksi olehatom-atom dalam material berbentuk kristal.

� Dengan mengamati pola difraksi sinar-X yang dihasilkan suatu material maka struktur kristalmaterial tersebut dapat ditentukan.

4/16/2013 29

KarakterisasiKarakterisasi DMADMA� Differential Mobility Analyzer (DMA) merupakan alatyang dapat digunakan untuk menentukan distribusiukuran partikel aerosol (partikel di udara).

� DMA dapat digunakan untuk mengukur distribusipartikel dari ukuran sekitar 2 nm hingga ratusannanometer.

� Prinsip kerja DMA adalah memberi muatan padapartikel aerosol kemudian memasukkan ke dalam ruangpartikel aerosol kemudian memasukkan ke dalam ruangyang mengandung medan listrik. Partikel kemudianmendapat gaya listrik akibat adanya muatan.

� Gaya tersebut menimbulkan kecepatan dalam arahsejajar medan yang berimplikasi pada munculnya gayagesekan oleh udara (gaya Stokes) akibat adanyaviskositas udara.

� Kedua gaya tersebut pada akhirnya mencapaikeseimbangan dan partikel selanjutnya bergerak dengankecepatan konstan (terminal) dalam arah sejajar medan.

4/16/2013 30

KarakterisasiKarakterisasi DMADMA

� Besar kecepatan terminal partikelbergantung pada mobilitas partikeltersebut.

� DMA membedakan partikel berdasarkanmobilitasnya.mobilitasnya.

� Jika semua partikel memiliki muatan yang sama, maka mobilitas menentukan ukuranpartikel. Dengan demikian, pada akhirnyaDMA dapat digunakan untuk menentukandistribusi ukuran partikel aerosol.

4/16/2013 31

Conclusion Conclusion �Nanopartikel memiliki sifat yang unik:

• Ukuran kecil

• Luas permukaan yang tinggi

• Mudah disuspensikan dalam cairan

• Akses yang mendalam ke dalam sel dan organel

• Partikel lebih kecil dari 200 nm lebih mudah• Partikel lebih kecil dari 200 nm lebih mudahdisterilisasi dengan filtrasi menggunakan suatupenyaring 0,22 µm

� Lebih sulit untuk membuat nanopartikel yang lebih kecildari obat dibandingkan dengan material yang keras

�Nanopartikel obat dapat diproduksi baik denganpenggerusan macroparticles atau dengan presipitasi cepatdari larutan

4/16/2013 32