SINTESIS NANOFIBER KOMPOSIT POLIVINIL ALKOHOL/KARBONAT HIDROKSIAPATIT TERDOPING PERAK: PENGARUH POSISI PERAK DI DALAM NANOFIBER TERHADAP AKTIVITAS ANTIBAKTERI DAN SITOTOKSISITAS

SAIFUDDIN AZIZ, Prof. Dr.rer.nat Harno Dwi Pranowo, M.S.

2024 | Disertasi | S3 Ilmu Kimia

Sintesis hidroksiapatit (HA) terdoping perak dan ion karbonat (CO₃^2?) serta fabrikasi nanofiber dengan polivinil alkohol (PVA) menggunakan elektrospining telah dilakukan untuk menghadirkan sifat antibakteri dan meningkatkan biokompatibilitas material HA. Penambahan ion CO₃^2? dilakukan pada proses sintesis HA sehingga menghasilkan karbonat hidroksiapatit (CHA). Proses sintesis dilakukan dengan presipitasi berbantukan gelombang mikro. Variasi posisi perak dilakukan di dalam dan pada permukaan material CHA untuk menentukan posisi perak terbaik berdasarkan aktivitas antibakteri dan sitotoksisitas. Perak berada sebagai ion dan nanopartikel ketika berada di dalam dan pada permukaan HA. Pendekatan teori kerapatan fungsional (DFT) juga dilakukan untuk memodelkan struktur HA terdoping ion ganda yaitu CO₃^2? dan Ag^+.

Hasil karakterisasi material menunjukkan keberhasilan sintesis CHA melalui presipitasi berbantukan gelombang mikro. Kondisi optimum sintesis diperoleh pada daya gelombang mikro 270 Watt dengan waktu 9 menit. Difraktogram material sintesis bersesuaian dengan puncak difraksi apatit-(CaOH) pada Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) 98-015-1414. Keberadaan  ion CO₃^2? ditunjukan dengan adanya vibrasi pada bilangan gelombang 1458; 1419; dan 871 cm^?1 Kesesuaian difraktogram material dengan puncak difraksi apatit-(CaOH) tetap terjadi meski ditambahkan ion CO₃^2? dan Ag⁺. Pendekatan DFT menunjukkan bahwa ion Ag⁺ memiliki posisi spesifik pada kisi HA yaitu menggantikan ion Ca²⁺ pada posisi Ca(2). Keberadaan ion Ag⁺ memberikan sifat antibakteri material CHA, sehingga dapat mencegah pertumbuhan bakteri peri-implantitis. CHA-Ag menunjukan biokompatibilitas yang lebih baik dari CHA dengan nilai IC₅₀ lebih tinggi dari CHA (883.1 ?g/mL) yaitu 885,7; 1211; dan 1797 ?g/mL untuk rasio mol Ag/Ca+Ag = 0,005; 0,010; dan 0,015. Fabrikasi nanofiber terhadap material CHA-Ag dan CHA-AgNP berhasil dilakukan dengan elektrospining. Posisi perak pada permukaan CHA menjadikan nanofiber memiliki respon antibakteri dan pertumbuhan sel osteoblas lebih tinggi dibandingkan perak di dalam material CHA.

Silver and carbonate ion (CO₃^2?) doped hydroxyapatite (HA) synthesis and nanofibre fabrication with polyvinyl alcohol (PVA) using electrospining have been carried out to present antibacterial properties and improve the biocompatibility of HA material. The addition of CO₃^2? ions was carried out in the HA synthesis process to produce carbonate hydroxyapatite (CHA). The synthesis process was carried out by microwave-assisted precipitation. Variations in the position of silver were carried out inside and on the surface of CHA material to determine the best silver position based on antibacterial activity and cytotoxicity. Silver exists as ions and nanoparticles when inside and on the surface of HA. A density functional theory (DFT) approach was also carried out to model the structure of the CO₃^2- and Ag⁺ bi-ion doped HA.

Material characterization results showed the successful synthesis of CHA through microwave-assisted precipitation. The optimum synthesis condition was obtained at 270 Watt microwave power for 9 minutes. The diffractogram of the synthesized material corresponds to the diffraction peak of apatite-(CaOH) in the ICSD 98-015-1414. The presence of CO₃^2? ions is indicated by the vibrations at wavenumbers 1458; 1419; and 871 cm^?1 The conformity of the material diffractogram with the apatite-(CaOH) diffraction peak is maintained despite the addition of CO₃^2? and Ag⁺ ions. The DFT approach shows that Ag⁺ ion has a specific position in the HA lattice, replacing Ca²⁺ ion in Ca(2) site. The presence of Ag⁺ ions gives the CHA material antibacterial properties, thus preventing the growth of peri-implantitis bacteria. CHA-Ag showed better biocompatibility than CHA with higher IC50 values than CHA (883,1 ?g/mL), namely 885,7; 1211; and 1797 ?g/mL for mole ratios of Ag/Ca+Ag = 0,005; 0,010; and 0,015. Nanofibre fabrication of CHA-Ag and CHA-AgNP materials was successfully carried out by electrospining. The position of silver on the CHA surface makes the nanofibres have a higher antibacterial response and osteoblast cell growth than silver inside the CHA material.

Kata Kunci : Antibakteri, hidroksiapatit, nanofiber, perak dan sitotoksisitas