## STUDI AKTIVITAS ANTIMIKROB HIDROGEL KITOSAN-PVP- ALGINAT SEMI-IPN (INTERPENETRATING POLYMER NETWORK)
Kartini Afriani 1, *, Tri Sutanti Budikania 1
1 Politeknik AKA Bogor, Jl. Pangeran Sogiri No.283, Tanah Baru, Bogor Utara, Jawa Barat, Indonesia
* Korespodensi.Tel: +62-2518650351        E-mail: kartini-a@kemenperin.go.id

## ABSTRAK
Hidrogel  kitosan-poli-vinilpirolidon-alginat  (CS/PVP/Alg)  telah  dapat  disintesis  dengan  menggunakan Ca 2+ ,  Zn 2+ dan  formaldehida  sebagai  agen  pengikat  silang  ( crosslinker ).  Hidrogel  yang  terbentuk  diuji aktivitasnya sebagai antimikrob yaitu sebagai antibakteri dan anti jamur dengan metode difusi agar. Hidrogel CS/PVP/Alg  memiliki  aktivitas  antimikrob  terhadap  bakteri Bacillus  subtilis dan  jamur Aspergillus  plapus . Untuk hidrogel dengan pengikat silang Ca 2+ juga memberikan aktivitas antimikrob terhadap Escherichia coli sedangkan  hidrogel  dengan  pengikat  silang  formaldehid  hanya  memberikat  aktivitas  antijamur  terhadap Aspergillus plapus .
Kata Kunci: kitosan, poli vinilpirolidon, alginat, aktivitas antimikrob.

## ABSTRACT
Hydrogels  chitosan-poly-(N-vinyl-pyrrolidone)-alginate  (CS-PVP-Palg)  have  been  synthesized  using interpenetrating  polymer  network  (IPN)  with  Ca 2+ ,  Zn 2+ and  formaldehyde  as  crosslinker.  The  hydrogels formed  are  then  examined  their  antimicrobial  activities  as  antibacterial  and  antifungal  agents  using  agar diffusion method.  The results demonstrate that hydrogels CS/PVP/Palg could possess antimicrobial activity against Bacillus  subtilis and Aspergillus  plapus .  Hydrogels  CS/PVP/Palg  crosslinked  Ca 2+ might  also  have antimicrobial  potential  against Escherichia  coli, whrereas  hydrogels  with  formaldehyde  as  crosslinker  only exhibite antimicrobial activity against Aspergillus plapus .
Keywords : chitosan,  poly-(N-vinyl-pyrrolidone), alginate, antimicrobial activity

## PENDAHULUAN
Hidrogel  merupakan  suatu  jaringan  rantai polimer hidrofilik  yang  saling terikat silang satu  sama  lain  dan  memiliki  kemampuan mengabsorpsi  air  maupun  cairan  biologis dari sepuluh persen sampai seribu kali berat keringnya (Sadeghi, M., 2011). Kemampuan  absorpsi  hydrogel  terkait dengan adanya gugus fungsi hidrofilik pada hidrogel.  Gugus  fungsi  hidrofilik  yang umum  terdapat  pada  hidrogel  diantaranya adalah:  –OH,  –COOH,  –CONH 2 ,  dan  –
SO 3 H. Gugus fungsi tersebut dapat menyerap air tanpa larut (Hamidi, M., et al , 2008).
Kitosan merupakan produk deasetilasi dari kitin, sekitar 70% atau lebih gugus  asetil  (CH 3 CO)  dihilangkan  dari kitin.  Penghilangan  gugus  asetil  dengan NaOH dari kitin menghasilkan pembentukan  D-glukosamin  (terdiri  dari gugus amina bebas) yang dapat meningkatkan  kelarutan,  sehingga  kitosan banyak  digunakan  dalam  berbagai  aplikasi
seperti  pada  industri  pangan,  farmasi, kosmetika, koagulan, pengkelat dan pengental  emulsi  (Sugita,  dkk  2009). Kitosan  dapat  membentuk  hidrogel  melalui ikatan  silang  dengan  suatu  homopolimer atau kopolimer membentuk jaringan polimer hidrofilik tiga dimensi.
Alginat  merupakan  biopolimer  yang mengandung β-D asam manuronat dan α-L- guluronat.  Alginat  diperoleh  dari  rumput laut  atau  alga  coklat  seperti  Sargassum  sp.,
Turbinaria sp. laminaria hyperbore ,
macrocystis pryfera , dan laminaria digitata .
Alginat  banyak  diaplikasikan  di  berbagai industri  pangan  dan  non  pangan  seperti penstabil  emulsi  es  krim,  agen  pensuspensi susu  coklat,  pengatur  viskositas  pada yoghurt,  agen  pengental textile  printing , pengontrol penetrasi dan stabilisasi lem, dan lain-lain.  Struktur  α-L-guluronat  mudah berikatan  dengan  ion  bervalensi  dua  atau lebih,  sehingga  dapat  membentuk  ikatan silang dengan ion logam, seperti Ca 2+ .
IPN merupakan gabungan dua polimer atau lebih yang saling terikat silang dimana  salah  satu  jaringan  terikat  silang dengan  adanya  polimer  lainnya.  Melalui kombinasi  dua  atau  lebih  polimer  dengan karakteristik  yang  berbeda  maka  dapat diperoleh suatu jaringan dengan karakteristik baru yang tidak ditemukan dari masing-masing  polimer  jika  berdiri  sendiri.
Pengembangan IPN menjadi menarik karena  ketersediaan  ruang  bervolume  bebas yang memudahkan proses enkapsulasi suatu bahan/obat  ke  dalam  struktur  jaringan  tiga dimensi.
Pada  penelitian  ini  hidrogel  kitosan- PVP-Alginat  akan  diuji  antimikrob  untuk mengetahui  kemampuan  hidrogel  dalam menghambat bakteri dan jamur.

## BAHAN DAN METODE

## Bahan
Bahan  yang  digunakan  meliputi  : kitosan,  poli-N-vinil  pirolidon  (PVP),  Na- Alginat,  formaldehida,  ZnCl 2 ,  CaCl 2 ,  asam asetat glasial, akuades, bahan media Mueller Hinton  Agar,  media potato  dextrose  agar (PDA)  dan  media nutrient  agar (NA), media nutrient broth (NB), bakteri Escherichia coli dan Bacillus subtilis , jamur Aspergillus  niger dan Aspergillus  plapus , amoxillin  dan  ketoconazole  serta  kertas cakram.

## Peralatan
Alat  yang  digunakan  meliputi  : gelas piala, stirrer, laminar air flow, otoklaf, neraca  analitik,  pemanas  listrik,  oven, penangas  air,  vortex,  pipet  mikro  dan  tip, tabung reaksi, cawan petri, labu Erlenmeyer dan alat gelas lainnya.

## Metode Penelitian
Pembuatan  Hidrogel  CS/PVP/Alg  semi-

## IPN
Pembuatan  hidrogel  kitosan/PVP, larutan  kitosan  2%  (w/v)  dibuat  dengan menimbang  2  gram  serbuk  kitosan  dan melarutkannya  dengan  98  mL  larutan  asam asetat  1%  (v/v).  Proses  pelarutan  dilakukan dengan  pengadukan  menggunakan stirring hotplate pada  suhu  ruang.  PVP    dan  Alg dengan  berat  tertentu  ditambahkan  ke larutan kitosan dan dihomogenkan.
Sebanyak  5%  agen  pengikatsilang  (Ca 2+ , Zn 2+ ,  dan  CH 2 O,  %b/b  terhadap  kitosan) ditambahkan ke campuran kitosan-PVP dan reaksi  dijalankan  selama  3  jam.    Setelah terbentuk  campuran  didinginkan  sampai suhu  ruang  dan  produk  disaring  dan  dicuci, selanjutnya dikeringkan pada 50º C.
Uji Aktivitas Antimikrob dengan Metode Difusi Agar Cakram
Uji antimikrob meliputi uji antibakteri  terhadap Escherichia  coli dan Bacillus subtilis dan uji anti jamur terhadap Aspergillus  niger dan Aspergillus  plapus dengan metode difusi agar cakram menggunakan  media potato  dextrose  agar
(PDA)  dan  media nutrient  agar (NA), media nutrient broth (NB). Standar antibakteri yang digunakan adalah amoxillin dan ketoconazole sebagai standar anti jamur.
Biakan  mikrob  uji  sebanyak  0,5  mL dipipet  secara  aseptik  ke  cawan  petri  steril, kemudian  ditambahkan  media  NA/PDA yang masih cair (45°C-50°C), dihomogenkan dan didiamkan hingga membeku. Tahap selanjutnya, kertas cakram dicelupkan ke hidrogel CS/PVP/Alg, kemudian  diletakkan  di  atas  permukaan media  NA/PDA  secara  aseptik.  Inkubasi dilakukan  pada  temperatur  37 o C  selama  24 jam untuk uji anti bakteri, dan selama 3 x 24 jam  pada  temperatur  30 o C  untuk  uji  anti jamur.  Selanjutnya  dilakukan  pengamatan dan pengukuran zona hambat yang terbentuk.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Pembuatan Hidrogel CS/PVP/Alg
Sintesis  hidrogel  kitosan-PVP  dengan metode  semi-IPN  adalah  tahap  pertama yang  dilakukan  dalam  penelitian  ini.  Pada tahap  ini,  kitosan  sebagai  struktur  utama hidrogel diikat silang dengan agen pengikat silang  seperti  formaldehid,  ion  Ca 2+, Zn 2+ dengan  adanya  polimer  PVP  linier  (tidak terikat  silang)  membentuk  jaringan  polimer semi-IPN.
Hidrogel disintesis dengan mencampurkan  semua  bahan  menggunakan pelarut  asam  asetat.  Pelarut  asam  asetat digunakan  karena  dapat  melarutkan  kitosan
dan PVP (Chengjun Zhou, et al , 2011). PVP pada  dasarnya  dapat  larut  di  dalam  air sementara  kitosan  hanya  dapat  larut  dalam asam-asam  organik.  Untuk  melarutkan kitosan  dapat  digunakan  asam  asetat  1% (v/v)  dan  dibantu  pengadukan  selama  24 jam (Abdel-Mohsen, A. M., et al , 2011).
Pelarut  selain  berfungsi  sebagai  medium proses  reaksi  ikat  silang  antara  kitosan dengan agen pengikat silang, juga berfungsi untuk  mencegah  kenaikan  viskositas  secara drastis selama pembentukan hidrogel.
Viskositas  sistem  yang  tinggi  dapat menghambat  reaksi  ikat  silang  antara kitosan dan agen pengikat silang (Ca 2+ , Zn 2+ , dan  CH 2 O)  sehingga  membutuhkan  waktu reaksi  yang  lebih  lama  untuk  terbentuknya hidrogel. Selama reaksi ikat silang berlangsung  dilakukan  pengadukan  untuk menghomogenkan  sistem  dan  memudahkan terjadinya  tumbukan  antar  partikel  kitosan dan agen pengikat silang.
Hidrogel  yang  didapat  berupa  cairan kuning  yang  mengental  karena  telah  terjadi ikatan  silang  antara  kitosan  dan  agen pengikat silang. Larutan hidrogel dituang ke dalam  wadah  pencetak  dan  dikeringkan dalam oven pada temperatur 60ºC selama 48 jam  hingga  kering  (Risbud,  M.  V., et  al , 2000).  Pengeringan  dalam  oven  akan menguapkan pelarut sehingga setelah kering akan  didapatkan  hidrogel  film  berupa
lembaran tipis berwarna kuning seperti pada Gambar 1.
Gambar  1.  Hidrogel  CS/PVP/Alg  semi- IPN:  (a)  sebelum  pengeringan dan (b) setelah pengeringan

## Uji  Antimikrob  Hidrogel  CS/PVP/Alg semi-IPN
Hasil  uji  antimikrob  dengan  metode difusi  cakram  dapat  dilihat  pada  Gambar  2, 3  dan  4.  Berdasarkan  pengamatan  zona hambat  yang  dibandingkan  dengan  standar antibakteri amoxillin dan standar anti jamur ketoconazole,  didapatkan  bahwa  hidrogel CS/PVP/Alg  dengan  variasi  pengikat  silang ( crosslinker )  :  tanpa  agen  pengikat  silang (CS/PVP/Alg),  dengan  pengikat  silang  ion Zn 2+ (CS/PVP/Alg/Zn 2+ );  dengan  pengikat silang  ion  Ca 2+ (CS/PVP/Alg/Ca 2+ );  dan dengan pengikat silang formaldehid (CS/PVP/Alg/CH 2 O) memberikan hasil zona hambat pada uji antibakteri dan uji anti jamur.
(a) (b)
Gambar 2. Hasil uji antimikrob standar amoksilin dan ketokonazol
Gambar 3. Hasil uji anti jamur hidrogel CS/PVP/Alg, CS/PVP/Alg/ Zn 2+ , CS/PVP/Alg/ Ca 2+ , CS/PVP/Alg/ CH 2 O semi-IPN dengan Aspergillus plapus
Gambar 4. Hasil uji anti bakteri hidrogel CS/PVP/Alg, CS/PVP/Alg/ Zn 2+ , CS/PVP/Alg/ Ca 2+ , CS/PVP/Alg/
CH 2 O semi-IPN dengan Bacillus substilis
Hasil  pengamatan  zona  hambat hidrogel kitosan modifikasi PVP dan alginat dapat  dilihat  pada  Tabel  1.  Hidrogel  tanpa agen  pengikat  silang  (CS/PVP/Alg)  dapat membentuk  ikatan  silang  melalui  interaksi antarmolekul  antara  gugus  amino  pada kitosan  dengan  poli  vinilpirolidon  dan alginat.
Tabel 1. Hasil Uji Antimikrob Hidrogel CS/PVP/Alg
No. Kode Jamur Bakteri Contoh A. Niger A. Plapus E- Coli Bacillus 1  Standar Amoxicillin - - - - 0,2 + 0,1 + 2  Standar Ketoconazole 1,5 + 0,5 + - - - - 3  CS/PVP/Alg - - 0,4 + - - 0,9 + 4  CS/PVP/Alg /Zn 2+ - - 1,7 + - - 0,5 + 5  CS/PVP/Alg /Ca 2+ - - 1,2 + 0,3 + 0,3 - 6  CS/PVP/Alg /CH 2 O - - 1.1 + - - - -
Ukuran Zona Hambat (mm)
Hidrogel CS/PVP/Alg memberikan hasil uji sebagai  antijamur  terhadap Aspergillus plapus dan  antibakteri  terhadap Bacillus substilis .    Kemampuan  tersebut  juga didapatkan  pada  hidrogel  CS/PVP/Alg dengan  pengikat  silang  secara  kovalen menggunakan Ca 2+ dan Zn 2+ . Pada hidrogel CS/PVP/Alg  dengan  pengikat  silang  Ca 2+ didapatkan juga bersifat antibakteri terhadap Escherichia coli . Sedangkan pada hidrogel  CS/PVP/Alg  dengan  pengikat silang formaldehid bersifat antijamur terhadap Aspergillus  plapus ,  namun  pada uji antibakteri didapatkan hasil negatif.
Hasil  uji  hidrogel  kitosan  yang dimodifikasi  dengan  PVP  dan  alginat dengan menggunakan crosslinker ion logam  (Ca 2+ dan  Zn 2+ )  sejalan  dengan penelitian Pitchaya  Treenate  dan  Pathavuth monvisade  (2017)  dan Tiantian  Wu,  et  al. (2017).  Penggunaan  ion  logam  seperti Ca 2+ ,
Zn 2+ dan  Al 3+ sebagai crosslinker dapat meningkatkan aktivitas antibakteri dari hidrogel.

## KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa hidrogel  kitosan,  polivinil  pirolidon  dan alginat (CS/PVP/Alg) yang disintesis dengan  metode  semi-IPN  ( Interpenetrating Polymer  Network )  dengan  agen  pengikat silang  Ca 2+ dan  Zn 2+ dapat  memberikan sifat antibakteri dan antijamur.

## DAFTAR PUSTAKA
Abdel-Mohsen,  A.  M.,  Aly,  A.  S.,  Hrdina,
R., Montaser, A. S., Hebeish, A. (2011).
Eco-synthesis of PVA/chitosan hydrogels  for  biomedical  application.
Journal  Polymer  Environment 19  issue 4, 1005-1012.
Chengjun  Zhou,  &  Qinglin  Wu.  (2011).  A novel  polyacrylamide  nanocomposite hydrogel reinforced with natural chitosan nanofibers. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces , 84, 155-162.
Risbud, M. V., Hardikar, A. A., Bhat, S. V., Bhonde,  R.  R.  (2000).  pH  sensitive freeze-dried chitosan-polyvynil pyrrolidone  hidrogels  as  controlled release system for antibiotic delivery. Journal of Controlled Release 68, 23-
30.
Pitchaya
Treenate and Pathavuth
monvisade.  2017.  In  vitro  drug  release of  PH-  sensitive  hydroxyethylaccryl chitosan/sodium alginate hydrogels using  paracetamol  as  a  soluble  drug. Journal of Biological Macromelecules .
Sadeghi,  Mohammad,  et  al.  2011.  Design  a Biodegradable Hydrogel for Drug Delivery  System. World  Academy  of Science, Engineering and Technology 76 . Sadeghi,  Mohammad,  Mojgan  Yarahmadi.
2011.  Synthesis  and  characterization  of superabsorbent hydrogel based on chitosan-g-poly (acrylic acid-co- acrylonitrile). African Journal of Biotechnology Vol. 10(57), 12265-12275 .
Tiantian Wu, et al. 2017. Formation of hydrohel based  on  chitosan/alginate  for  delivery  of lysozyme  and  their  antibacterial  activity.
Journal of Food Chemistry .