## KARAKTERISASI XRD DAN SEM PADA MATERIAL NANOPARTIKEL SERTA PERAN MATERIAL NANOPARTIKEL DALAM DRUG DELIVERY SYSTEM
1 Iin Lidia Putama Mursal
1 Prodi Farmasi Fakultas Teknologi dan Ilmu Komputer Universitas Buana Perjuangan Karawang
iin.lidia@ubpkarawang.ac.id

## Abstrak
Material  nanopartikel  merupakan  merupakan  material  dengan  ukuran  partikel berukuran  10-100  nm.  Nanopartikel  dapat  dibuat  dengan  beberapa  metode  yang diklasifikasikan menjadi dua jenis pendekatan yaitu dengan cara top down dan bottom up.  Karakterisasi  nanopartikel  dapat  dilakukan  dengan  menggunakan  teknik  X-Ray diffraction (XRD) dan Scanning Elekctron Microscopy (SEM). XRD sangat berguna untuk  mempelajari  struktur  kristal,  komposisi  kimia,  dan  sifat  sifat  fisika  dari nanomaterial. SEM merupakan teknik karakterisasi material yang banyak digunakan untuk melihat morgfologi permukaan dan ukuran butir nanomaterial. Beberapa waktu belakangan perhatian mengenai naopartikel ini  telah diarahkan juga pada aplikasi di bidang farmasi khususnya dalam dalam bidang Drug Delivery System
Kata kunci : Nanopartikel, X-Ray diffraction, Scanning Elekctron Microscopy

## Abstract
Nanoparticles are defined as material with a particle size in the range of 10-100 nm. Nanomaterial fabrication methods can be classified according to whether their assembly followed either  the  so  called top  down  and  bottom  up  approach.  Characterization  of nanoparticles  can  use  X-Ray  diffraction  (XRD)  and  Scanning  Electron  Microscopy (SEM)  techniques.  XRD  are  a  very  useful  characterization  tool  to  study  the crystallographic  structure,  chemical  composition  and  physical  properties  of nanomaterials.  SEM  is  a  popular  technique  for  imaging  the  surfaces  of  almost  any material  grain  size  of  nanomaterial.  Recently,  attention  of  nanomaterial  has  been geared towards its pharmaceutical application, especially in the area of drug delivery.
Keywords : Nanoparticles, X-Ray diffraction, Scanning Elekctron Microscopy

## PENDAHULUAN
Material  nanopartikel  saat  ini  menjadi  perhatian  bagi  para  peneliti,  karena  sifat fisika,  mekanik  dan  kimia  dari  suatu  material  yang  dikembangkan  dalam  skala  nano dapat  meningkat  tanpa  harus  merusak  struktur  atomnya.  Material  nanopartikel  juga memiliki  cakupan  aplikasi  yang  luas.  Oleh  sebab  itu  penelitian-penelitian  mengenai nanopartikel  semakin  banyak  dilakukan  karena  merupakan  peluang  potensial  untuk menghasilkan  berbagai  produk  yang  lebih  baik.  Nanopartikel  merupakan  bahan berukuran  nanometer  10-100  nm  (P.Velavan et  al ,  2015).  Material  nanopartikel  yang telah disintesis dapat dikarakerisasi dengan beberapa cara, beberapa cara tersebut antara lain  dengan  menggunakan  X-Ray Difractometer (XRD)  dan Scanning  Electron Microscopy (SEM).
Gambar 1. Ukuran relatif skala nanopartikel dibandingkan dengan beberapa benda.
Material dalam ukuran nano memiliki keunggulan dibandingkan dengan material yang  sama  dalam  ukuran  yang  lebih  besar  ( bulk ).  Ukuran  yang  sangat  kecil  ini memungkinkan  suatu  materi  memiliki  sifat  dan  fungsi  baru  serta  mampu  mengontrol materi pada skala atom. Semakin kecil ukuran suatu partikel maka luas permukaannya akan semakin luas.  Luas pemukaan yang luas ini akan menyebabkan material menjadi lebih  reaktif.  Keunggulan  material  dalam  skala  nanometer  ini  menyebabkan  material nanopartikel  banyak  di  aplikasi  dalam  berbagai  bidang  seperti  dalam  bidang  fisika, mekanik, elektrik, kimia, dan biologi dan beberapa waktu belakangan perhatian mengenai naopartikel  ini  telah  diarahkan  juga  pada  aplikasi  di  bidang  farmasi  khususnya  dalam dalam Drug  Delivery  System (Emeje et  al ,  2012).  Ukurannya  yang  kecil  membuat material  ini  mampu  menembus  ruang  antar  sel  ( Buzea  et  al .,  2007)  dan  peningkatan afinitas dari sistem karena peningkatan luas permukaan kontak (Kawashima, 2000).

## METODE SISNTESIS NANOPARTIKEL
Terdapat  banyak  metode  dalam  mensintesis  nanopartikel.  Metode-metode  sintesis nanopartikel  tersebut  dapat  dikelompokkan  menjadi  dua  pendekatan  yaitu  yang  dengan pendekatan top  down dan bottom  up. pendekatan  top  down  dilakukan  dengan  cara menghancurkan material asal yang masih dalam ukuran bulk menjadi skala nanometer. Contoh metode  sintesis  menggunakan  cara  top  down  ini  antara  lain ball  milling yaitu  dengan  cara penggilingan  yang memanfaaatkan energi kinetik yang dtransfer ke material berukuran bulk untuk  memcahkan  dan  mengurangi  ukuran  material  tersebut  (Arole,  2014).  Contoh  metode lainnya adalah  metode litografi yang dapat mengahsilkan feature nanopartikel dengan cukup baik  meskipun  kelemhan  metode  ini  adalah  membutuhkan  energy  yang  cukup  intesifis  dan peralatan yang mahal.
Selanjutnya  untuk  sintesis  nanopartikel  dengan  pendekatan bottom  up adalah nanopartikel disintesis dengan cara menyusun  atom-atom hingga mencapai skala nanometer. contoh  metode  yang  menggunkaan  cara  bottom  up  ini  antara  lain Metal  Organic  Chemical Vapor Deposition (MOVCD) ( Moravec, 2011), spin coating (Nadeak, 2012). Selain metode- metode tersebut, terdapat juga metode elektrodeposisi yang direkomendasikan untuk sintesis nanokristal menurut Karappuchamy (2012), metode ini dapat menghasilkan lapisan tipis TiO 2 dalam area substrat yang lebih luas kelebihan dari metode elektrodeposisi ini antara lain mudah dilakukan,  biaya  yang  rendah,  substrat  dapat  terlapisi  pada  area  yang  luas,    dan  rata-rata kemungkian terdeposisi yang tinggi.
Gambar 2. Dua Jenis Pendekatan dalam fabrikasi nanopartikel: Top-Down dan Bottom-up

## KARAKTERISASI NANOPARTIKEL MENGGUNAKAN XRD DAN SEM .
XRD ( X-Ray Difractometer )
Spektroskopi  difraksi  sinar-X  (X-ray  difraction/XRD)  merupakan  salah  satu  metoda karakterisasi material paling sering digunakan hingga sekarang. Teknik ini  digunakan untuk mengidentifikasi fasa kristalin dalam material dengan cara menentukan parameter struktur kisi serta  untuk  mendapatkan  ukuran  partikel  dari  nanokristal.  XRD  sangat  berguna  untuk mempelajari struktur kristal, komposisi kimia, dan sifat sifat fisika dari nanomaterial (Sharma et  al ,  2012).    Difraksi  sinar-X  terjadi  pada  hamburan  elastis  foton-foton  sinar-X  oleh  atom dalam sebuah kisi periodik. Hamburan monokromatis sinar-X dalam fasa tersebut memberikan interferensi yang konstruktif. Dasar dari penggunaan difraksi sinar-X untuk mempelajari kisi kristal adalah berdasarkan persamaan Bragg :
n.λ = 2.d.sin θ ; n = 1,2,...
Gambar 3. Difraksi Sinar-X oleh bidang nanokristal
Dengan λ adalah panjang gelombang sinar-X yang digunakan, d adalah jarak antara dua bidang kisi, θ adalah sudut antara sinar datang dengan bidang normal, dan n adalah bilangan bulat  yang  disebut  sebagai  orde  pembiasan.  Hukum  Bragg  merupakan  rumusan  matematika tentang  persyaratan  yang  harus  dipenuhi  agar  berkas  sinar-X  yang  dihamburkan  tersebut merupakan berkas difraksi.  Berkas sinar-X monokromatik yang datang pada permukaan kristal akan dipantulkan, dan pantulan terjadi hanya jika sudut datangnya mempunyai sudut tertentu.
Hukum  Bragg  merupakan  rumusan  matematika  tentang  persyaratan  yang  harus dipenuhi agar berkas sinar-X yang dihamburkan tersebut merupakan berkas difraksi.  Berkas sinar-X  monokromatik  yang  datang  pada  permukaan  kristal  akan  dipantulkan,  dan  pantulan terjadi hanya jika sudut datangnya mempunyai sudut tertentu.
Berdasarkan persamaan Bragg, jika seberkas sinar-X di jatuhkan pada sampel kristal, maka  bidang  kristal  itu  akan  membiaskan  sinar-X  yang  memiliki  panjang  gelombang  sama dengan  jarak  antar  kisi  dalam  kristal  tersebut.  Sinar  yang  dibiaskan  akan  ditangkap  oleh
detektor kemudian diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi. Makin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya. Tiap puncak yang  muncul  pada  pola  XRD  mewakili  satu  bidang  kristal  yang  memiliki  orientasi  tertentu dalam sumbu tiga dimensi.
Puncak-puncak  yang  didapatkan  dari  data  pengukuran  ini  kemudian  dicocokkan dengan  standar  difraksi  sinar-X  untuk  hampir  semua  jenis  material.  Keuntungan  utama penggunaan  sinar-X  dalam  karakterisasi  material  adalah  kemampuan  penetrasinya,  sebab sinar-X  memiliki  energi  sangat  tinggi  akibat  panjang  gelombangnya  yang  pendek.  Sinar-X adalah  gelombang  elektromagnetik  dengan  panjang  gelombang  0,5-2,0  mikron.  Sinar  ini dihasilkan dari penembakan logam dengan elektron berenergi tinggi.
Elektron  itu  mengalami  perlambatan  saat  masuk  ke  dalam  logam  dan  menyebabkan elektron pada kulit atom logam tersebut terpental membentuk kekosongan. Elektron dengan energi yang lebih tinggi masuk ke tempat kosong dengan memancarkan kelebihan energinya sebagai  foton  sinar-X.  Alat  yang  digunakan  pada  difraksi  sinar  X  dinamakan  dengan difraktometer  sinar  X.  Sampel  diletakkan  pada  sampel  holder  difraktometer  sinar X.  Proses difraksi sinar X dimulai dengan menyalakan difraktometer sehingga diperoleh hasil difraksi berupa  difraktogram  yang  menyatakan  hubungan  antara  sudut  difraksi  2θ  dengan  intensitas sinar X yang dipantulkan.
SEM ( Scanning Electron Microscopy )
Scanning  Electron  Microscopy (SEM)  merupakan  teknik  karakterisasi  material  yang banyak  digunakan  untuk  melihat  morgfologi  permukaan  partikel  sampai  pada  ukuran  1  nm (Charurvedi et  al ,  2012). SEM  adalah  suatu  metode  yang  digunakan  untuk  meneliti  bentuk maupun  struktur  mikro  permukaan  dari  suatu  objek  yang  tidak  bisa  dilihat  oleh  mata  atau mikroskop  optik  dengan  menggunakan  mikroskop  elektron  (Jores  K et  al ,  2004)  Rentang pembesarannya  yang  besar  dan  gambarnya  dalam  3  dimensi  membuat  hasil  karakterisasi sampel dengan menggunakan SEM ini menjadi lebih mudah untuk diamati dan dianalisa.
Gambar 4. Skema SEM
SEM digunakan untuk mengamati batas butir, distribusi, batas fase, bukti adanya  deformasi mekanik  dan  komposisi  kimia  yang  memiliki  perbesaran  200.000  kali  untuk  mengamati ketebalan  dari  200 Å sampai  0,5 μ m.  Gambar  5  berikut  memperlihatkan  contoh  hasil karakterisasi partikel menggunakan SEM yang memperlihatkan bentuk morofologi permukaan lapisan tipis TiO 2 (Mursal, 2017)
Gambar 5. Contoh hasil morfologi permukaan partikel menggunakan SEM

## APLIKASI NANOPARTIKEL DALAM DRUG DELIVERY SISTEM
Keunggulan  nanopartikel  menjadikan  material  ini  potensial  untuk  diaplikasan  ke  dalam berbagai bidang salah satunya adalah dalam sistem penghantaran obat ( drug delivery system ).
Berikut beberapa contoh aplikasi nanopartikel untuk drug delivery system :
1. Material kitosan yang dikonversi dalam skala nanometer dapat diaplikasikan sebagai sistem  pengahantaran  insulin  secara  oral  dimana  nanopartikel  kitosan  dipreparasi dengan  metoda  gelasi  ionik  menggunakan  tripolifosfat  sebagai  crosslinker  agar
mendapatkan kondisi preparasi yang dapat menghasilkan partikel berukuran di bawah 100 nm (Mardliyati at al , 2012).
2. Nanopartikel  kitosan  sebagai  penghantar  obat  dapat  dilakukan  dengan  pemberian  secara parenteral,  peroral,  okular;  sebagai  vektor  penghantar  gen non-viral ,  penghantar  vaksin,  dan terapi fotodinamik (Irianto, 2011)
3. Penggunaan nanopartikel  juga dapat meningkatkan utilitas dari obat dan mengurangi efek samping dari obat tersebut (Illum, 2007).
4. Nanoliposom dapat dimanfaatkan sebagai perlindungan  terhadap obat dari degradasi biologis sebelum sampai pada tempat yang  diharapkan (Martien, 2012)

## PENUTUP
Perkembangan teknologi dan keunggulan yang dimiliki oleh nanopartikel menjadikan material ini memiliki potensi yang sangat potensial untuk diaplikasikan dalam berbagai bidang. Aplikasi  nanopartikel  dalam  bidang  salah  satunya  adalah  di  bidang  kesehatan  khususnya sebagai drug  delivery  system (sistem  penghantaran  obat).  Pengkajian  lebih  lanjut  mengenai nanopartikel dalam drug delivery system perlu dilakukan agar pengaplikasiannya tidak hanya dalam  skala  laboratorium  tetapi  dapat  semakin  dikembangkan  dan  diperbanyak  dalam  skala industri

## DAFTAR PUSTAKA
Arole  and  S.V.  Munde.  2014, Fabrication  of  Nanomaterials  by  Top-Down  and  Bottom-up Approaches – An Overview , Journal Of Advances in Applied Sciences and Technology
Buzea, C., Blandino, I.I.P., dan Robbie, K., 2007, Nanomaterial and nanoparticles: sources and toxicity , Biointerphases, 2: MR170–MR172
Illum, (2007 ). Nanoparticulate systems for nasal delivery of drugs: a real improvement over simple systems J. Pharm. Sci. 96 473–483.
Charurvedi and P. Dave. 2012, Microscopy  in Nanotechnology, Formatex, 946-952
Irianto, Muljanah. 2011, Proses dan Aplikasi Nanopartikel Kitosan sebagai Penghantar Obat, Squalen Vol. 6 No. 1 Mei 2011
Jores K, Mehnert W, Drecusler M, Bunyes H, Johan C, MAder K . Investigation on the stricter of  solid  lipid  nanopartuicles  and  oil-loaded  solid  nanoparticles  by  photon  correlation spectroscopy,field flow fractionasition and transmission electron microscopy . J Control Release. 2004;17:217–27.
Karappuchany,  2012, preparation  of  nanosrtructured  TiO2  photoelectrode  for  flexible  dye sensitized solar cell application. Apply Nanosci.DOI 10.1007/s13204-012-0140-6
Kawashima,  Y.,  Yamamoto,  H.,  Takeuchi,  H.,  And  Kuno,  Y.,  2000, Mucoadhesive  DL lactide/glycolide copolymer nanospheres coated with chitosan to improve oral delivery of elcatonin , Pharmaceutical Development and Technology,  5(1): 77- 85
Misra S, 2015, Titania Nanocrystals as Active Host for Safe Drug Delivery , Applied Science and Advanced Materials International Vol. 1 (6), July 2015, pp. 169–170).
Marliyanti et  al .  2012, Preparasi  Dan  Aplikasi  Nanopartikel  Kitosan  Sebagai  Sistem Penghantaran Insulin Secara Oral , Prosiding InsiNas 2012, MT 25- MT 30
Martien,  R.,  Adhyatmika,  Irianto,  Iramie  D.  K.,Farida,  V.,  Sari,  Dian  Purwita.  2012. Perkembangan  Teknologi  Nanopartikel  Sebagai  Sistem  Penghantaran  Obat .  Majalah Farmasetik, Vol. 8 No. 1 Tahun 2012.
M.O.Emeje,  I.C  Obidike,  E.I  Akpabio  and  S.I  Ofoefule.  2012, Nanotecnology  in  Drug Delivery , Intech, 69-106
Mursal.  2017, Pengaruh  Penambahan  Asam  Borat  (H 3 BO 3 )  Terhadap  Hasil  Karakterisasi Nanokristal TiO 2 , PharmaXplore, Vol. 1 No 2 November 2016
Moravec et al . 2011, NiOx Nanoparticle Synthesis by Chemical Vapor Deposition from Nickel Acetylacetonate ,  Material Sciences and Applications, 2011, 2 258-264
Nadeak.  2012, Variasi  Temperatur  dan  Waktu  Tahan  Kalsinasi  terhadap  Unjuk  Kerja Semikonduktor TiO2 sebagai Dye Sensitized Solar Cell (DSSC)dengan Dye dari Ekstrak Buah Naga Merah . Jurnal Teknik ITS Vol 1, (Sept, 2012) ISSN: 2301-9271
P.  Velavan,  C.Karuppusamy  dan  P.  Venkatesen.  2015, Nanoparticles  as  Drug  Delivery Systems , Journal of Pharmaceutical Sciences and Research,Vol. 7(12), 2015, 1118-1122.
R.Sharma, D.P. Bisen, Shukia and B.G. Sharma. 2012, X-Ray Diffraction : A Powerful Method of Characterizing Nanomaterials, Recent Research in Science and Technology , 4(8) : 77- 79