Mengenal Sudut Kontak dan Pembasahan Partikel dalam Formulasi Sediaan Suspensi

Related Articles

Kecepatan Pengendapan, Waktu Redispersi, Flokulasi dan Deflokulasi dalam Sediaan Suspensi

June 15, 2020

Memahami Perbedaan Surfaktan, Emulgator dan Suspending Agent

May 21, 2020

Apoteker Harus Tau, Prinsip Sediaan Suspensi dan Kestabilannya

October 28, 2019

GudangIlmuFarmasi – Sebagai seorang “formulator” atau orang yang melakukan kegiatan bidang farmasi, secara terapan menunjukkan cara formulasi sediaan, melakukan proses pembuatan sediaan, dan pengemasan sediaan obat dengan tujuan memberikan kenyamanan kepada pasien dan yang paling penting adalah menjaga kestabilan zat aktif tersebut dalam jangka waktu lama serta memberikan efek yang diinginkan pada tempat yang dituju (site effect).

Dalam melakukan kegiatan formulasi banyak hal-hal kritis dari zat aktif dan zat tambahan yang harus diperhatikan sebelum dilakukan pencampuran sediaan, dan setelah dibentuknya suatu sediaan obat terutama dari segi sifat fisika dan sifat kimia, salah satunya sifat keterbasahan partikel zat.

Keterbasahan partikel memainkan peran penting dalam banyak proses industri, seperti oil recovery, lubrication, liquid coating, printing, dan spray quenching juga dalam menentukan waktu hancur obat (terutama sediaan tablet) melalui interaksi zat padat dan cairan. Dalam artikel ini akan diberikan penjelasan mengenai keterbasahan dan sudut kontak dari partikel.

Apa itu pembasahan partikel dan sudut kontak?

Studi keterbasahan biasanya melibatkan pengukuran sudut kontak sebagai data primer, yang menunjukkan derajat pembasahan ketika zat padat dan cairan berinteraksi. Sudut kontak didefinisikan sebagai sudut yang dibentuk oleh perpotongan antarmuka cair-padat dan antarmuka uap-cair (diperoleh secara geometris dengan menerapkan garis singgung dari titik kontak sepanjang antarmuka uap-cair dalam profil tetesan). Antarmuka di mana padat, cair, dan uap hidup berdampingan disebut sebagai “garis kontak fase tiga”.

Sudut kontak kecil (90°) berhubungan dengan keterbasahan tinggi, sedangkan sudut kontak besar (90°) menunjukkan keterbasahan rendah (gambar 1). Sudut kontak kecil diamati ketika cairan menyebar di permukaan, sedangkan sudut kontak besar diamati ketika terdapat tetesan-tetesan kecil cairan di permukaan. Lebih khusus lagi, sudut kontak kurang dari 90° menunjukkan bahwa pembasahan permukaan menguntungkan, dan fluida akan menyebar ke area yang luas di permukaan; Sedangkan sudut kontak yang lebih besar dari 90° umumnya berarti bahwa pembasahan permukaan tidak menguntungkan sehingga fluida akan meminimalkan kontaknya dengan permukaan dan membentuk tetesan cairan yang padat.

Misalnya, pembasahan total terjadi ketika sudut kontak 0°, karena tetesan berubah menjadi genangan datar. Untuk permukaan superhydrophobic, sudut kontak air biasanya lebih besar dari 150°, menunjukkan hampir tidak ada kontak antara tetesan cairan dan permukaan, yang dapat merasionalisasi “efek lotus”. Selanjutnya, sudut kontak tidak terbatas pada antarmuka uap cair pada benda padat; mereka juga berlaku untuk antarmuka cair-cair pada padatan. Penghitungan berdasarkan nilai sudut kontak yang diukur menghasilkan parameter penting dalam tegangan permukaan padat, yang mengukur karakteristik pembasahan dari material padat. 

Idealnya, bentuk tetesan cairan ditentukan oleh tegangan permukaan zat cair. Dalam cairan murni, setiap molekul dalam curah ditarik secara merata ke segala arah oleh molekul cair di sekitarnya, menghasilkan gaya total nol. Namun, molekul yang terpapar di permukaan tidak memiliki molekul tetangga di segala arah untuk memberikan gaya total yang seimbang.

Sebaliknya, jika molekul ditarik ke dalam oleh molekul tetangga maka akan menciptakan tekanan internal. Akibatnya, cairan secara sukarela berkontraksi pada luas permukaannya untuk mempertahankan energi bebas permukaan terendah. Dari kehidupan sehari-hari, kita tahu bahwa tetesan dan gelembung kecil berbentuk bola, yang memberikan luas permukaan minimum untuk volume tetap.

Gaya antarmolekul untuk mengontrak permukaan ini disebut tegangan permukaan, dan ini bertanggung jawab atas bentuk tetesan cairan. Dalam praktiknya, gaya eksternal seperti gravitasi merusak bentuk tetesan; akibatnya, sudut kontak ditentukan oleh kombinasi tegangan permukaan dan gaya eksternal (biasanya gravitasi). Secara teoritis, sudut kontak diharapkan menjadi karakteristik untuk sistem padat-cair tertentu di lingkungan tertentu.

Aplikasi dalam sediaan suspensi

Salah satu contoh aplikasi sudut kontak dan tegangan permukaan dalam sediaan farmasi adalah sediaan suspensi. Pembuatan sediaan suspensi tidak terlepas dari peristiwa tegangan permukaan dan antarmuka. Tegangan permukaan merupakan gaya yang diberikan dengan permukaan untuk mengimbangi tarikan kedalam, sedangkan tegangan antarmuka merupakan gaya yang terdapat pada antarmuka dua fase cair yang tidak bercampur, tegangan antarmuka selalu lebih kecil daripada tegangan permukaan karena adanya gaya adhesi dua fase cair yang membentuk suatu antarmuka lebih besar daripada bila suatu fase cair dan suatu fase gas berada bersama-sama.

Sediaan suspensi memiliki diameter partikel lebih besar dari 0,5 mm, dikarenakan jika sediaan suspensi memiliki ukuran partikel yang lebih kecil atau sangat kecil (<0,5mm) maka luas permukaan menjadi sangat besar, hal ini berpengaruh dan menyebabkan partikel dalam sistem cenderung menggumpal. Sehingga dalam proses pembuatan sediaan suspensi diperlukan wetting agent dan suspending agent.

Wetting agent atau humektan, fungsinya untuk menurunkan tegangan permukaan bahan dengan air (sudut kontak) dan meningkatkan dispersi bahan yang tidak larut. Misalnya gliserin, propilenglikol, polietilenglikol, dan lain-lain. Penambahan wetting agent juga dimaksudkan untuk pengusiran udara pada permukaan partikel oleh cairan. Sedangkan suspending agent untuk memperlambat pengendapan, mencegah penurunan partikel, dan mencegah penggumpalan resin, dan bahan berlemak.

Suspending agent juga dapat meningkatkan kekentalan fase eksternal sehingga partikel obat dapat tersebar secara merata. Misalnya untuk golongan polisakarida yaitu seperti gom akasia, tragakan, alginat starc. Sedangkan pada golongan selulosa larut air yaitu seperti metil selulosa, hidroksi etilselulosa, avicel, dan na-cmc. Untuk golongan tanah liat misalnya seperti bentonit, aluminium magnesium silikat, hectocrite, veegum. Sementara itu untuk golongan sintetik seperti carbomer, carboxypolymethylene, colloidal silicon dioxide.

Hubungan tegangan permukaan dan antarmuka terhadap kestabilan suspensi dipengaruhi oleh berbagai macam faktor meliputi :

1. Ukuran Partikel : semakin kecil ukuran partikel, maka semakin besar luas permukaan dan daya tekan ke atas semakin besar serta dapat memperlambat gerakan partikel untuk mengendap. Jika semakin besar ukuran partikel, maka semakin kecil luas permukaan dan daya tekan ke atas semakin kecil serta dapat mempercepat gerakan partikel untuk mengendap. 

2. Kekentalan (Viskositas) : dengan menambahkan kekentalan (viskositas) cairan gerakan turun ke partikel yang dikandungnya akan diperlambat (laju pengendapat diperlambat) sehingga suspensi tetap stabil. Akan tetapi kekentalan suspensi tidak boleh terlalu tinggi agar mudah dikocok dan dituang. 
3. Jumlah Partikel : jika didalam suatu ruangan terdapat partikel dalam jumlah besar, maka partikel akan sulit melakukan gerakan bebas karena sering terjadi benturan antara partikel tersebut. Benturan ini mengakibatkab terbentuknya endapan zat tersebut. Oleh karena itu semakin besar konsentrasi partikel, makin besar kemungkinan terjadinya endapan partikel dalam waktu cepat. 

Sebagai seorang formulator, ahli farmasi telah melakukan berbagai cara untuk memodifikasi dan melakukan pengembangan dari sediaan suspensi untuk meningkatkan kestabilan sediaan sediaan suspensi, dengan melakukan kombinasi penggunaan wetting agent dan suspending agent, agar memperoleh kestabilan yang baik, memberikan kecepatan sedimentasi optimal serta mudah terdispersi kembali dan menghasilkan produk yang berkualitas dan terdistribusi secara merata keseluruh dispersi.

Sumber :

Anggreini DB. 2013. Optimasi Formula Suspensi Siprofloksasin Menggunakan Kombinasi Pulvis Gummi Arabici (PGA) dan Hydroxypropyl Methylcellulose (HPMC) dengan Metode Desain Faktorial, Skripsi tidak dipublikasikan, Pontianak, Program Studi Farmasi Fakultas Kedokteran Universitas Tanjungpura Pontianak.

Martin, A.N. 1993. Physical Pharmacy. Fourt Edition. Lea & Febiger. Philadelphia. London.

Prabhu, K. N., Fernades, P., & Kumar, G. (2009). Effect of substrate surface roughness on wetting behaviour of vegetable oils. Materials & Design, 30(2), 297–305.

Tadros, TF. 2005. Applied Surfactan: Principles and Application. Wiley-Vch Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Yuan, Y., & Lee, T. R. (2013). Contact Angle and Wetting Properties. Springer Series in Surface Sciences, 3–34. doi:10.1007/978-3-642-34243-1_1 

Yoshimitsu, Z., Nakajima, A., Watanabe, T. & Hashimoto, K. Effects of surface structure on the hydrophobicity and sliding behavior of water droplets. Langmuir 18, 5818–5822 (2002).

Penulis : Mia Arifka, Mahasiswa Program Magister Farmasi, Universitas Padjadjaran.