biosintesis nanopartikel perak menggunakan ekstrak …
TRANSCRIPT
1
BIOSINTESIS NANOPARTIKEL PERAK MENGGUNAKAN
EKSTRAK AIR RIMPANG JAHE MERAH (Zingiber officinale)
DAN UJI AKTIVITAS ANTIBAKTERI
Eka Marissa Putri1, Yuli Haryani
2, Ganis Fia Kartika
3
1Mahasiswa Program S1 Kimia FMIPA-Universitas Riau
2Bidang Biokimia Jurusan Kimia FMIPA-Universitas Riau
3Bidang Kimia Analitik Jurusan Kimia FMIPA-Universitas Riau
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Riau
Kampus Bina Widya Pekanbaru, 28293, Indonesia
ABSTRACT
The study aims to biosynthesis of silver nanoparticles using extract of Zingiber officinale
rhizome. This methode was performed by reducing AgNO3 at room temperature in 45 hours
with secondary metabolites of extract rhizomes. The formation of silver nanoparticles was
confirmed by doing characterization using UV-Vis spectrophotometer. The silver
nanoparticles can be observed at 402, 404, 412, 411, 417 and 419 nm from the UV–vis
spectrum for ratio 1:1; 1:3; 1:4; 1:5; 1:10 and 1:20 (exract: AgNO3). Antibacterial activity
was performed against Staphylococcus epidermidis and Pseudomonas aeruginosa. The
results showed that silver nanoparticles was actively inhibit the growth of Staphylococcus
epidermidis. Silver nanoparticles solutions was more active in inhibiting the growth of
bacteria tested than aqueous extract of Zingiber officinale and Alpinia galanga.
Keywords: Antibacterial activity, Biosynthesis, Extract Zingiber officinale rhizome, Silver
nanoparticles.
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk melakukan biosintesis nanopartikel perak menggunakan
ekstrak rimpang Zingiber officinale. Metode ini dilakukan dengan mereduksi AgNO3 oleh
metabolit sekunder ekstrak pada suhu ruang dan diamati selama 45 jam. Pembentukan
nanopartikel perak dikonfirmasi berdasarkan karakterisasi menggunakan spektrofotometer
UV-Vis. Nanopartikel perak memiliki spektrum UV-Vis berturut-turut adalah pada panjang
gelombang 402, 404, 412, 411, 417 dan 419 nm untuk rasio 1:1; 1:3; 1:4; 1:5; 1:10 dan 1:20
(ekstrak: AgNO3). Uji aktivitas antibakteri dilakukan terhadap bakteri Staphylococcus
epidermidis dan Pseudomonas aeruginosa. Hasil uji aktivitas antibakteri menunjukkan bahwa
nanopartikel perak aktif menghambat pertumbuhan bakteri Staphylococcus epidermidis.
Aktivitas antibakteri nanopartikel perak lebih aktif menghambat pertumbuhan bakteri
dibandingkan dengan ekstrak air rimpang jahe merah.
Kata kunci: Aktivitas antibakteri, Biosintesis, Ekstrak rimpang Zingiber officinale,
Nanopartikel perak.
2
PENDAHULUAN
Nanoteknologi adalah penciptaan
material, struktur fungsional, maupun
piranti dalam skala nanometer dan
mencakup semua sifat baru yang muncul
setelah material nano tersebut disintesis
(Abdullah dan Khairurijjal, 2009).
Mallikarjuna dkk. (2012) melaporkan
bahwa nanopartikel perak paling banyak
diteliti dan aplikasinya di bidang biologi,
kedokteran dan farmasi. Nanopartikel
perak memiliki keunggulan sebagai
substansi antimikroba, anti inflamasi,
anti angiogenesis, anti jamur, anti viral
dan anti aktivitas platelet (Mitra dkk.,
2012).
Metode reduksi kimia merupakan
metode yang sering digunakan dengan
mereduksi garam perak oleh natrium
sitrat atau natrium borohidrat (Sondik
dkk., 2004). Namun penggunaan bahan
kimia pada sintesis nanopartikel perak
mengakibatkan teradsorpsinya bahan
kimia beracun (agen pereduksi, pelarut
organik) pada permukaan material
sehingga akan berdampak merugikan
dan berbahaya pada aplikasinya (Singh
dkk., 2010).
Metode biosintesis dapat dipilih
untuk mengatasi masalah tersebut karena
prinsip biosintesis adalah memanfaatkan
tumbuhan dan mikroorganisme sebagai
agen pereduksi (Solomon dkk., 2007).
Pemanfaatan tumbuhan dalam
biosintesis nanopartikel melibatkan
kandungan senyawa metabolit sekunder
sebagai agen pereduksi (Buchbaufr,
2003). Ekstrak air rimpang jahe merah
mengandung homolog fenolik keton
yang dikenal sebagai gingerol, yaitu
senyawa turunan fenol (Mishra, 2009).
Otari dkk. (2014) menambahkan bahwa
biomolekul seperti fenolik, terpenoid,
siskuiterpen dan flavonoid yang ada
pada ekstrak tanaman berperan sebagai
agen pereduksi nanopartikel perak.
Menurut Haryono dan Harmami
(2010) kemampuan antimikroba
nanopartikel perak dipengaruhi oleh
karakteristik fisik nanopartikel seperti
ukuran, bentuk dan sifat permukaan.
Selain itu rasio luas permukaan terhadap
volume semakin meningkat dengan
semakin kecilnya ukuran partikel
sehingga nanopartikel perak memiliki
kemampuan antibakteri yang lebih kuat.
Nanopartikel perak dikenal sebagai zat
antimikroba karena zat ini mempunyai
efek biosidal yang kuat terhadap
mikroba sehingga dapat digunakan
sebagai pembasmi dan pencegah suatu
infeksi.
Pada penelitian ini akan dilakukan
biosintesis nanopartikel perak
menggunakan ekstrak air rimpang jahe
merah sebagai agen pereduksi pada suhu
ruang serta uji aktivitas antibakterinya.
METODE PENELITIAN
a. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada
penelitian ini adalah spektrofotometer
UV-Vis (Thermoscientific Genesys 10),
Vortex (H-VM-300), oven (Fisher
Scientifi Model 655F), incubator
(Heraeus Instrument D6450), autoclave
(All American Made 25X-2), neraca
analisis (Mettler AE 200), laminar air
flow (ESCO®), rotary evaporator
(Rotavapor Buchir-114).
Bahan yang digunakan adalah
perak nitrat (AgNO3, Merck, Cat. No.
DL0593), Nutrient Agar (NA, Merck,
Cat. No 105450.0500), Nutrient Broth
(NB, Merck, Cat. No 1.06443.0500),
3
akuades, paper disk. Kontrol positif
untuk uji aktivitas antibakteri
menggunakan Amoxsan®
dan
Chloramphenicol®
(Merck, Cat. No.
900910804A1), rimpang jahe merah
(Zingiber officinale Rosc) yang
diperoleh dari pasar tradisional Arengka,
Kota Pekanbaru, Provinsi. Bakteri
patogen uji yang digunakan adalah
bakteri Gram negatif (Pseudomonas
aeruginosa) dan bakteri Gram positif
(Staphylococcus epidermidis).
b. Ekstraksi Rimpang Jahe Merah
Rimpang jahe merah diperoleh dari
salah satu pasar tradisional Kota
Pekanbaru. Rimpang tersebut dicuci
hingga bersih dengan akuades dan aqua
DM. Setelah itu, rimpang tersebut
dipotong-potong dan diambil sebanyak
150 gram, lalu direbus dengan 250 mL
aqua DM, selanjutnya rebusan dibiarkan
mendidih selama 5 menit dan kemudian
dilakukan proses ultrasonikasi selama 30
menit. Setelah mencapai suhu ruang, air
rebusan disaring dengan menggunakan
kertas saring. Ekstrak air rebusan
tersebut selanjutnya digunakan langsung
untuk uji aktivitas antimikroba dan
proses biosintesis nanopartikel perak.
c. Sintesis Nanopartikel Perak
Sintesis nanopartikel perak
dilakukan menggunakan AgNO3 10-3
M
sebagai prekursor dan agen pereduksinya
adalah ekstrak air rimpang jahe merah.
Sintesis nanopartikel perak dengan
mereaksikan ekstrak dan larutan AgNO3
dengan rasio antara ekstrak air jahe
merah dengan larutan AgNO3 (v/v) yaitu
1:1, 1:3, 1:4, 1:5, 1:10, dan 1:20.
Sintesis ini dilakukan pada suhu ruang
dan selama 45 jam, selanjutnya dilihat
perubahan warna koloid nanopartikel
perak.
d. Karakterisasi Spektrum UV-Vis
Nanopartikel Perak
Koloid nanopartikel perak hasil
sintesis dikarakterisasi menggunakan
spektrofotometer UV-Vis. Hal ini
bertujuan untuk mengetahui sifat optik
dari nanopartikel perak dengan
mengukur absorbansi pada panjang
gelombang 300-700 nm setiap 3 jam
yang di mulai dari waktu kontak 0-45
jam.
e. Uji Aktivitas Antibakteri
Media NA dituang pada cawan petrih
steril lalu dibiarkan hingga media
memadat. Masing-masing bakteri uji
yang telah diinokulasi ke dalam media
pertumbuhan NB dan memiliki OD 0,1
digoreskan horizontal menggunakan
cotton bud pada permukaan media NA
steril. Sebanyak 10 µL kontrol positif,
kontrol negatif, nanopartikel perak dan
ekstrak air rimpang jahe merah dipipet
menggunakan pipet mikro ke kertas
cakram (diameter 6 mm). Amoxsan®
digunakan sebagai kontrol positif untuk
Pseudomonas aeruginosa, sedangkan
Chloramphenicol® digunakan sebagai
kontrol positif untuk Staphylococcus
epidermidis dan dibuat dengan
konsentrasi 30%. Akua DM digunakan
sebagai kontrol negatif untuk semua
bakteri uji. Kertas cakram diletakkan di
atas media NA kemudian diinkubasi
pada suhu 37 °C selama 24 jam.
Selanjutnya diameter zona hambat di
sekitar cakram diukur menggunakan
jangka sorong.
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
a. Karakterisasi Warna Koloid
Nanopartikel Perak
Biosintesis nanopartikel perak
menggunakan ekstrak air rimpang jahe
merah mengalami perubahan warna
larutan dan dapat dilihat pada Gambar 1.
Berdasarkan Gambar 1 dapat dilihat
bahwa perubahan warna larutan
nanopartikel perak menggunakan ekstrak
air rimpang jahe merah terjadi pada
waktu kontak 9 jam. Rasio 1:3 memiliki
perubahan warna yang lebih pekat
dibandingkan rasio lainnya. Hal ini
menunjukkan rasio 1:3 adalah rasio
optimum untuk mensintesis nanopartikel
perak. Rasio 1:1 tidak menghasilkan
perubahan warna, sedangkan untuk rasio
1:4; 1:5; 1:10 dan 1:20 tidak terjadi
perubahan warna yang lebih pekat jika
dibandingkan dengan rasio 1:3
dikarenakan konsentrasi ekstrak air
rimpang jahe merah yang lebih sedikit
sehingga Ag+
yang direduksi menjadi
Ag0 terbatas dan pembentukan
nanopartikel perak juga terbatas
sehingga kepekatan perubahan
Gambar 1. Perubahan warna larutan pada biosintesis nanopartikel perak menggunakan
ekstrak air rimpang jahe merah; Tabung 1-8 berturut-turut adalah AgNO3;
ekstrak; 1:1; 1:3; 1:4; 1:5; 1:10; 1:20 pada waktu kontak (a) 0 jam, (b) 9 jam
dan (c) 45 jam.
warna larutan nanopartikel perak semakin
berkurang. Pada waktu kontak 45 jam
seluruh koloid nanopartikel perak
mengalami perubahan warna dan dalam
kondisi stabil dengan tidak terdapatnya
endapan.
5
b. Karakterisasi Spektrum Koloid
Nanopartikel Perak
Pengukuran absorbansi nanopartikel
perak mengunakan spektrofotometer UV-
Vis dilakukan pada rentang panjang
gelombang 300-700 nm. Pengamatan
dilakukan selama 45 jam dan absorbasi
diukur tiap 3 jam. Spektrum UV-Vis
larutan koloid nanopartikel perak
menggunakan ekstrak air jahe merah
dengan rasio 1:20 dapat dilihat pada
Gambar 3.
Gambar 3 menunjukkan serapan
maksimum nanopartikel perak hasil
biosintesis menggunakan ekstrak air
rimpang jahe merah dengan larutan AgNO3
(v/v) 1:20 pada panjang gelombang 418-
424nm.
Berdasarkan studi yang telah
dilakukan oleh Shameli dkk. (2012) larutan
koloid nanopartikel perak memiliki serapan
maksimum pada panjang gelombang 412-
437 nm. Sedangkan hasil penelitian
Sileikaite dkk. (2006) larutan koloid
nanopartikel perak memiliki serapan pada
panjang gelombang 350-550 nm dengan
puncak maksimum pada panjang
gelombang sekitar 450 nm.
Gambar 2. Spektrum UV-Vis koloid nanopartikel perak menggunakan ekstrak air rimpang
jahe merah terhadap fungsi waktu dan rasio perbandingan ekstrak air rimpang
jahe merah dengan AgNO3.
c. Uji Aktivitas Antibakteri
Uji aktivitas antibakteri dilakukan
dengan menggunakan metode difusi agar
terhadap bakteri patogen Gram negatif
(Pseudomonas aeruginosa) dan bakteri
Gram positif (Staphylococcus epidermidis).
Hasil uji aktivitas antibakteri nanopartikel
perak hasil biosintesis menggunakan
ekstrak air rimpang jahe merah dapat
dilihat pada Gambar 3.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
300 350 400 450 500 550 600 650 700
Ab
sorb
an
si
Panjang gelombang (nm)
Jahe merah : AgNO3 (1:20) 45 jam
42 jam
39 jam
36 jam
33 jam
30 jam
27 jam
24 jam
21 jam
15 jam
12 jam
6 jam
3 jam
0 jam
6
Nanonopartikel perak yang diujikan yaitu
hasil biosintesis menggunakan ekstrak air
rimpang jahe merah rasio 1:20 pada 45. Hal
ini dikarenakan hasil biosintesis
nanopartikel tersebut memiliki serapan
maksimum dan SPR yang halus, sehingga
dapat diasumsikan bahwa nanopartikel
perak yang terbentuk dalam jumlah yang
banyak dengan bentuk yang seragam. Tabel
1 menunjukan bahwa ekstrak air rimpang
jahe merah tidak memperlihatkan zona
hambat terhadap kedua bakteri uji. Hal
tersebut dikarenakan ekstrak rimpang air
jahe merah kehilangan kandungan minyak
atsiri yang mempunyai aktivitas antibakteri
selama proses perebusan untuk
memperoleh ekstrak tersebut. Nanopartikel
perak menunjukkan aktivitas antibakteri
terhadap Staphylococcus epidermidis,
namun bakteri Pseudomonas aeruginosa
resisten terhadapnya.
Feng dkk. (2000) menjelaskan bahwa
mekanisme antibakteri nanopartikel perak
adalah diawali dengan pelepasan ion Ag+
oleh nanopartikel perak. Selanjutnya terjadi
interaksi antara ion perak dengan gugus tiol
sulfidril pada protein membran sel bakteri
Ion perak akan menggantikan kation
hidrogen (H+) dari gugus tiol sulfidril
menghasilkan gugus S-Ag yanglebih stabil
pada permukaan sel bakteri. Hal ini dapat
menonaktifkan enzim dan menurunkan
permeabilitas membran. Pada saat yang
bersamaan, ion perak akan memasuki sel
dan mengubah struktur DNA dan pada
akhirnya menyebabkan kematian sel.
Catatan: (+1): Amoxsan®; (+2). Chloramphenicol®; (-): Akua DM steril; E: Ekstrak
air rimpang jahe merah; N: Nanopartikel perak.
Gambar 3. Uji aktivitas antibakteri nanopartikel perak menggunakan ekstrak air rimpang
jahe merah terhadap (a) Pseudomonas aeruginosa dan (b) Staphylococcus
epidermidis.
Tabel 1. Nilai rata-rata pengukuran zona hambat pada uji aktivitas antibakteri
Bakteri patogen
Zona hambat
Nanopartikel perak hasil biosintesis ekstrak air jahe merah
dan ekstrak rimpang jahe merah
(+) (-) E.JM NPP
Pseudomonas aeruginosa 1 23,0 TM TM TM
Staphylococcus epidermidis 2 26,0 TM TM 0,74
Catatan: (+): 1. Amoxsan®; 2. Chloramphenicol®; (-): Akua DM steril; TM: Tidak muncul; E.JM: Ekstrak air
rimpang jahe merah; NPP: Nanopartikel perak.
7
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang
telah dilakukan, maka dapat diambil
kesimpulan bahawa biosintesis
nanopartikel perak dapat dilakukan
dengan menggunakan ekstrak air
rimpang jahe merah (Zingiber officinale
Rosc). Nanopartikel perak hasil
biosintesis menggunakan ekstrak air
rimpang jahe merah memiliki aktivitas
antibakteri terhadap bakteri
Staphylococcus epidermidis, sedangkan
ekstrak air rimpang jahe merah tidak
memiliki aktivitas antibakteri terhadap
Pseudomonas aeruginosa dan
Staphylococcus epidermidis.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima
kasih kepada LPPM Universitas Riau
untuk bantuan dana penelitian melalui
dana Hibah Bersaing Tahun 2015 atas
nama Yuli Haryani, M.Sc, Apt.
DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, M. & Khairurrijal. 2009.
Karakterisasi Nanomaterial.
Jurnal Nasional Teknologi. Vol.
2(1):1979-80.
Buchbaufr, G. 2003. Original Research
Paper. Acta Pharm. Vol. 53:73-
81.
Feng, Q. L., Wu, G. Q. & Cui, F. Z.
2000. A Mechanistic Study of
the Antibacterial Affect of
Silver Ions on Escherichia coli
& Taphylococcus aureus.
Journal of Biomedical
Materials Research.Vol. 52(4):
662-668.
Haryono, A. & Harmami, S.B. 2010.
Aplikasi Nanopartikel Perak
Pada Serat Katun Sebagai
Produk jadi Tekstil
Antimikroba. Jurnal Kimia
Indonesia. Vol. 5(1): 1-6
Mallikarjuna, K., Narasimha, G., Dillip,
G. R., Preveen, B., Shreedaher,
B., Lakshmi, C. S., Reddy, V.
S. & Raju, B. D. P. 2012. Green
Synthesis of Silver
Nanoparticles Using Ocium
Leaf Extract & Thier
Charactrization. Digest Journal
of Nanomaterials &
Biostructures, Vol. 6(1): 181-
186.
Mitra, B., Visnhudas, D., Sant S. B. &
Annamalai, A. 2012. Green-
Synthesis and Charactherization
of Silver Nanoparticles by
Aqueous Leaf Extract of
Cardiospermum helicacabum
Leaves. Drug Invention Today.
Vol. 4(2): 340-344.
Muhlisah, F. 1999. Temu-Temuan &
Empon-Empon Budi Daya dan
Manfaatnya. Kanisius,
Yogyakarta.
Otari, S.V., Patil, R.M., Ghosh, S. J. &
Pawar, S. H. 2014. Green
Phytosynthesis of Silver
Nanoparticles Using Aqueous
Extract of Manilkara zapota
(L.) Seeds & Its Inhibitory
Action Against Candida
8
Species. Mater Letter. Vol.
72:367–9.
Shameli, K., Masnor B. A., Jazayeri, S.
D., Shabanzaden, P., Sangpour,
P., Jahangirian, H. &
Gharayebi, Y. 2012.
Investigation of Antibacterial
Properties Silver Nanoparticles
Prepared Via Green Method.
Chemistry Central Journal.
Vol. 6(1): 73.
Sileikaite, A., Igoris, P., Judita, P.,
Algimantas, j. & Asta, G. 2006.
Analysis of Silver
Nanoparticles Produced by
Chemical Reduction of Silver
Salt Solution. Materials
Science. Vol. 12(4).
Singh, A., Jain, D., Upadhyay, M. K.,
Khandelwal, N. & Verma H. N.
2010. Green Synthesis of Silver
Nanoparticles Using Argenone
mecxicana Leaf Extract &
Thier Charactrization. Digest
Journal of Nanomaterials and
Biostructures, Vol. 6(1): 483-
489.
Solomon, S.D., Bahadory, M.,
Jeyarajasingam, A.V., Rut-
kowsky, S.A. & Boritz, C.
2007. Synthesis and Study of
Silver Nanoparticles. Journal
Chemistry Education. Vol.
84(2): 322-325.
Sondik, I. & Salopek, S. B. 2004. Silver
Nanoperticles as Antimicrobial
Agent: A Case Study on E. coli
as a Model for Gram-Nrgstive
Bacteria. Journal Calloid
Interface Science. Vol. 275(4):
177-182.