polimer cerdas

Istilah polimer cerdas (smart polymer) mungkin masih terdengar asing di telingga kita. Kata "cerdas" disini janganlah diintreprestasikan seperti "cerdas" yang dimiliki oleh manusia yang cakupannya sangat luas. Di sini karena polimer adalah benda mati, sehingga apablia polimer tersebut mampu beradaptasi atau memberikan respon kecil terhadap berubahnya kondisi lingkungan, sudah cukup untuk menyebut polimer tersebut sebagai polimer cerdas.

Kondisi lingkungan pada polimer biasanya meliputi pH, temperatur, medan listrik, medan magnet, cahaya, pelarut, agen biokimia (enzim), tekanan, faktor ionik, dan sebagainya. Dari kondisi lingkungan ini, kita dapat mengklasifikasikan jenis polimer cerdas. Untuk polimer yang mampu merespon perubahan pH disebut polimer cerdas peka pH atau lazim dinamakan polimer peka pH. Untuk yang mampu merespon perubahan temperatur, dinamakan polimer peka temperatur, dan seterusnya.

Respon yang diberikan polimer cerdas terhadap berubahnya kondisi lingkungan dapat berupa dengan menjadi mengkerut, mengembung, melarut, mengendap, membentuk misel ataupun membentuk transisi antara sol dan gel (sol-gel) bergantung pada bentuk fisik ikatannya, bentuk fisik ini dapat dilihat secara makroskopis.

Tabel 1. Bentuk fisik ikatan pada polimer cerdas dan jenis responnya.
Bentuk Fisik Ikatan Jenis Respon
Ikatan linear bebas tanpa crosslink (Konjugat) Melarut/Mengendap, Transisi Sol-Gel
Kopolimer block dan graft amphiphilic (tanpa crosslink) Terbentuk Misel
Crosslink Kimia (Hidrogel) Menggembung/Mengkerut
Modifikasi Permukaan Respon Interface (antarmuka)

Sumber: Aguilar et al (2007)

Respon diatas umumnya bersifat reversible (dalam artian dapat bolak-balik). Sebagai contoh polimer cerdas adalah hidrogel poli Asam Akrilat (AA) yang mampu beradaptasi sesuai perubahan pH lingkungannya. Pada pH rendah hidrogel AA akan mengkerut (Unswell/Shrinking) dan apabila pH bertambah naik (tinggi), AA akan menggembung (swelling).

Gambar ilustrasi respon hidrogel poli asam akrilat terhadap pH.

Untuk beberapa contoh polimer cerdas lainnya dapat dilihat pada tabel berikut:



Tabel 2. Contoh-contoh polimer cerdas.


Nama Polimer Cerdas Klasifikasi
Polyacrylic acid (PAA) Peka pH
Polmethacrylic acid (PMAA) Peka pH
Poly(ethylene imine) Peka pH
Poly(L-lysine) Peka pH
Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAM) Peka Temperatur
Poly(N,N-diethylacrylamide) (PDEAAM) Peka Temperatur
Poly(ethylene oxide) (PEO) Peka Temperatur
Poly(ethylene glycol) (PEG) Peka Cahaya
Poly(Vinyl alcohol) (PVA) Peka Cahaya
Diblock copolymer (PEO-PPO) Peka Cahaya
Poly(D,L-lactide) Peka Phase
Poly(amino acid) Peka Phase

Aplikasi Polimer Cerdas

Dewasa ini polimer cerdas telah dimanfaatkan untuk berbagai aplikasi. Sebut saja untuk baju olahragawan pada Olimpiade Beijing 2008, telah memanfaatkan polimer peka temperatur untuk mengatur suhu tubuh atlet. Begitupun dengan produk plastik kemasan yang juga telah memanfaatkan berbagai jenis polimer cerdas. Selain sebagian kecil pemanfaatan diatas, polimer cerdas juga telah dikembangkan sebagai biomaterial dalam bidang medis.

Pemanfaatan polimer cerdas di bidang medis terutama dalam aplikasi pada sistem drug delivery (penyampai obat), gen carier, sensor glukosa, tes diagnosis, kontak lensa mata, pemisahan membran, mempertinggi biokompaktibel permukaan, penyerapan air (water-sorption), dan lain-lain. Semua pemanfaatan ini didasarkan pada sifat kepekaan dari polimer cerdas. Sebagai contoh untuk sistem drug delivery digunakan polimer yang mempunyai kemampuan dalam hal peka pH ataupun temperatur.

Cara kerja dari drug delivery dari polimer cerdas ini adalah dengan memanfaatkan variasi pH yang terdapat pada gastrointestinal tract (GIT) atau lambung perut yang mempunyai variasi pH antara 2 (pada perut) dan 10 (pada usus besar). Dalam lingkungan asam, drug delivery (polimer cerdas) menahan obat yang dikandungnya untuk tidak terdegradasi dengan cara mengkerut, dan ketika telah tiba pada lokasi spesifiknya yang bermedium basa, polimer cerdas akan mengembung sekaligus melepas obat yang dikandungnya ke target. Variasi pH ini, juga terdapat pada lokasi spesifik lainnya seperti pada jaringan (termasuk pada jaringan tumor) atau pada sub-sub sel. Polimer peka temperatur dengan T kritis juga ideal untuk digunakan sebagai drug delivery pada daerah fisiologis ini.

Pada beberapa tahun belakangan, pengembangan polimer cerdas mulai dikembangkan kearah polimer yang mempunyai dua kepekaan sekaligus. Umumnya metode yang digunakan adalah dengan pencangkokan atau dikenal dengan istilah grafting. Beberapa peneliti telah sukses mengrafting seperti Leung et al (2005) yang telah mempreparasi mikrogel kulit-inti (core-shell) cerdas bebasis PNIPAAm, MBAAm, dan kitosan (Polyethyleneimine) yang menghasilkan mikrogel yang dapat peka pH sekaligus peka temperatur. Kurata dan Dobashi (2004) yang telah berhasil membuat kopolimer baru dari N,N-dimethylaminoethylmethacrylate (DMAEM) dan asam akrilat (AA) yang mampu peka pH dan temperatur. Begitupun dengan Gonzalez et al (2005) yang telah menemukan polimer baru turunan dari ethylpyrrolidine yaitu N-ethylpyrrolidine methacrylate (EPyM) yang juga peka pH dan temperatur.

Polimer yang mempunyai dua kepekaan sekaligus ini juga sangat potensial dikembangkan baik sebagai drug delivery maupun pemanfaatan di bidang lain. Sebagai contoh polimer cerdas dalam bentuk selaput yang telah ditemukan oleh Andrea Puci dari Universitas Pisa yang mempunyai kemampuan peka tekanan (pressure) sekaligus peka temperatur. Polimer ini dapat dimanfaatkan dalam produk plastik kemasan makanan/minuman yang rentan terpapar tekanan dan temperatur yang berlebihan.