Sintesis Nanopartikel Perak dengan Pereduksi Minyak Atsiri dan Ekstrak Air Bunga Lawang (Illicium Verum Hook.F) sebagai Pengisi Film Biomaterial PVA/GELATIN/AgNPs

Abstract

A study on the synthesis of silver nanoparticles (AgNPs) formulated with essential oil and aqueous extract of bunga lawang (Illicium verum Hook. F.) has been conducted. The aim of this study were to yield the desired AgNPs displaying potential antibacterial activity and as a fundamental study in preparing a biomaterial film of PVA/gelatin/AgNPs. The AgNPs were green-synthesized using organic materials as reducing agents by utilizing the essential oil and aqueous extract of bunga lawang. The plant species had 1.4% of water content and 9.7% of ash content which were suitable for prolonged storage. Five hundred grams of dried sample were hydro-distilled to yield essential oils (1.8%, v/w) with a distinct odor of bunga lawang, density of 0.978 g/cm3 and a refractive index of 1.3284. Chemical profile of the essential oils were analyzed using GC-MS resulting in a dominant compound of anethol (97.03%), estragole (1.58%), limonene (0.77%), linalool (0.11%), and linalyl propionate (0.12%). Based on the analysis, linalool was predicted as the prominent reducing agent due to its –OH group. In addition, the aqueous extract was screened qualitatively and resulted in the detection of alkaloid, flavonoid, and glycoside. Many literatures have stated that the presence of quercetin (flavonoid) was dominant in the aqueous extract with potential as a reducing agent as well. The AgNPs were formulated in different aqueous extract concentrations i.e. AgNPsE4 (low concentration) and AgNPsE9 (high concentration), and AgNPs with essential oil or AgNPsMA. The resultant AgNPs were recovered in nano-size powder form and were characterized using FT-IR. Both AgNpsE4 and AgNPsE9 showed absorbance peaks at 1637 and 1638 cm-1, 3327 and 3328 cm-1, respectively. The FT-IR spectra of AgNPsMA showed the presence of C=O and -OH at 1640 and 3265 cm-1. The FT-IR spectra of AgNPsE showed the presence of –OH group at 3183 cm-1 and C=O at 1848 cm-1. XRD analysis showed a unique absorption of AgNPsE4, AgNPsE9 and AgNPsMA at 37o (111), 44o (200), 64o (202), dan 78o (311) with a degree of crystallinity for each NPs as 86%, 87.17% and 96%, respectively. Thermal analysis using DTG and DTA showed that AgNPsE was decomposed at 229.3oC (0.1 mg/min) with a final residue of 65.67%. Meawhile, the AgNPsMA was decomposed at 241.3oC (0.033 mg/min). Morphological analysis using TEM revealed that the particle size of AgNPsE and AgNPsMA were 11.46 nm and 10.98 nm, respectively and thus categorized as nanoparticles. The antibacterial activity of the formulated biomaterials or AgNPsMAV1 displayed a growth inhibition against Staphylococcus aureus with a diameter zone of inhibition of 5.79 mm and against Escherichia coli with 5.5 mm. In contrary, the antibacterial activity of AgNPsE9 was the lowest against S. aureus while the essential oil displayed a minor activity (0.8 mm) and no inhibition was recorded from the aqueous extract of I. verum. The AgNPs exhibiting antibacterial activities which were formulated into PVA/gelatin/AgNPs biocomposite film may be the subject of further development in the biomedical sciences. Based on the characterization results, the AgNPs film possessed higher thermal stability than without AgNPs. Furthermore, the AgNPs film displayed a greater antibacterial activity than without AgNPs against S. aureus and E. coli.

Telah dilakukan penelitian yang berjudul sintesis nanopartikel perak (AgNPs) dengan pereduksi minyak atsiri dan ekstrak air bunga lawang (Illicium verum Hook. F.) sebagai pengisi film biomaterial PVA/Gelatin/AgNPs. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan nanopartikel perak dengan pereduksi minyak atsiri dan ekstrak air bunga lawang, mengetahui aktivitasnya sebagai antibakterial, menghasilkan penelitian dasar film biomaterial PVA/gelatin mengandung AgNPs yang diharapkan mengandung antibakteri. AgNPs dipreparasi menggunakan metode green synthesis yang cendrung ramah lingkungan dengan prinsip penggunaan bahan-bahan organik sebagai pereduksi, dalam peneltian ini diguanakan minyak atsiri dan ekstrak air bunga lawang sebagi pereduksi. Bunga lawang yang digunakan untuk menghasilkan minyak atsiri dan ekstrak air mempunyai kadar air 1.4 % dan kadar abu 9.7% ini meunjukkan bahwa sampel yang digunakan mempunya daya simpan yang relatif lama serta kadar mineral-mineral yang relatif rendah. Selanjutnya, isolasi 500 g sampel kering menggunakan metode destilasi uap menghasilkan minyak atsiri 1.8 % (v/w), aroma khas bunga lawang, warna kuning, massa jenis 0.978 g/cm3 dan indeks bias 1.3284. Untuk memprediksi senyawa yang kemungkinan berperan sebagai pereduksi minyakl atsiri dikarakterisasi menggunakan GC-MS menunjukkan senyawa utama anethol (97.03%), estragole (1.58%), dan senyawa dominan limonene (0.77%), linalool (0.11%), dan linalyl propionate (0.12%) dari hasil GC-MS kemungkinan besar yang berperan sebagai pereduksi adalah linalool karena mengandung gugus OH. Sedangkan, ekstrak air bunga lawang hanya dilakukan uji fitokimia karena telah banyak referensi yang menyebutkan senyawa utama dalam ekstrak adalah flavonoid yaitu kuersetin yang struktur kimianya mengandung gugus OH. Hal ini didukung uji fitokimia yang menunjukkan bahwa ekstrak air mengandung alkaloid, flavonoid dan glikosida. Senyawa yang kemungkinan berperan sebagai pereduksi sehingga menghasilkan AgNPs adalah kuersetin. Nanopartikel perak dari ekstrak air (AgNPsE) terbagi menjadi AgNPsE4 (ekstrak konsentrasi rendah) dan (ekstrak konsentrasi tinggi) AgNPsE9 dan minyak atsiri bunga lawang (AgNPsMA) yang berbetuk larutan nano dan serbuk dikarakterisasi menggunakan FT-IR. Larutan AgNpsE4 dan AgNPsE9 masing-masingnya menunjukan adanya puncak serapan pada 1637 dan 1638 cm-1. Selanjutnya, pada kedua larutan nanopartikel AgNPsE4 dan AgNPsE9 masing-masingnya menunjukkan adanya puncak pada serapan 3327 dan 3328 cm -1 hal sama ditunjukkan pada larutan nano AgNPsMA. FT-IR dari serbuk AgNPsMA, yang menunjukkan adanya puncak pada serapan C = O dan -OH pada serapan 1640 dan 3265 cm-1. Spektrum FT-IR serbuk AgNPsE menunjukkan adanya serapan pada 3183 cm-1 menunjukkan adanya OH dan C = O pada serapan 1848 cm-1. Hasil karakterisasi XRD AgNPsE4, AgNPsE9 dan AgNPsMA menunjukkan serapan khas pada 37o (111), 44o (200), 64o (202), dan 78o (311) derajat kristalisasi masing-masingnya 86%, 87.17% dan 96%. Analisis termal menggunakan DTG dan DTA menunjukkan bahwa AgNPsE terdekomposisi 229.3 oC dengan laju 0.1 mg/min dengan residu akhir 65.67% sedangkan pada AgNPsMA terdekomposisi pada temperatur 241.3 oC dengan laju 0.033 mg/min. Berdasarkan data TEM yang diperoleh AgNPsE dan AgNPsMA memiliki diameter partikel dengan dimensi nano, yaitu ukuran rata-rata diameter masing-masing sekitar 11.46 nm dan 10.98 nm. diameter penghambatan Staphylococcus aureus terbesar diperoleh pada AgNPsMAV1 yaitu sebesar 5.79 mm. Sedangkan, diameter penghambatan Staphylococcus aureus terkecil diperoleh pada AgNPsE9. Begitu juga diameter penghambatan terhadap E. Coli yang terbesar juga diperoleh pada AgNPsMAV1 yaitu 5.5 mm dan terkecil oleh minyak atsiri yaitu 0.8 mm dan ekstrak Illicium verum. Hook.f. sama sekali tidak mempunyai daya hambat terhadap E. Coli. AgNPs dari minyak atsiri yang mempunyai aktivitas antibakteri tertinggi diaplikasikan dalam film PVA/gelatin/AgNPs yang nantinya diharapkan film ini bisa dikembangkan dalam berbagai aplikasi. Data karakterisasi menunjukkan film yang mengadung AgNPs mempunyai stabilitas termal yang baik dibandingkan yang tidak mengandung AgNPs.. Film yang menandung AgNPs mempunyai aktivitas antibakteri lebih baik dibandingkan film yang tidak mengandung AgNPs terhadap Staphylococcus aureus dan Escherichia coli.