Sintesis dan Karakterisasi Komposit ZnO/Selulosa Asetat serta Aktivitasnya sebagai Agen Antibakteri

Abstract

Selulosa adalah biopolimer yang melimpah di alam. Selulosa memiliki banyak jenis dan turunannya, salah satunya adalah selulosa asetat. Selulosa dapat diperoleh dari kulit pisang kepok yang mengandung α-selulosa sebesar 94% sehingga dapat digunakan sebagai material dasar pembuatan selulosa asetat. Selulosa asetat disintesis dengan 4 tahapan antara lain pemisahan α-selulosa dari kulit pisang kepok, swelling, asetilasi, dan hidrolisis. Modifikasi selulosa asetat dengan menggunakan agen antibakteri sangat diperlukan, mengingat selulosa tidak memiliki sifat antibakteri. Nanopartikel ZnO dapat digunakan sebagai agen antibakteri karena mampu menyerap sinar ultraviolet (UV), tidak beracun, aman, dan ekonomis. Ukuran nanopartikel dapat memengaruhi sifat antibakteri. Aktivitas antibakteri semakin kuat jika ukuran partikel semakin kecil. Salah satu upaya untuk mengontrol ukuran nanopartikel adalah menggunakan suhu kalsinasi yang tinggi sebesar 800 ℃. Suhu kalsinasi yang tinggi akan memperkecil ukuran nanopartikel dan meningkatkan kristalinitas. Suhu kalsinasi tinggi namun akan membuat partikel beraglomerasi sehingga penelitian ini menambahkan surfaktan PVP 15% untuk mengatur nukleasi dan pertumbuhan kristal. Komposit disintesis dengan menyisipkan filler yaitu nanopartikel ZnO ke dalam matriks selulosa yaitu selulosa asetat. Sintesis komposit ZnO/Selulosa Asetat menggunakan metode presipitasi. Penelitian ini melakukan penambahan nanopartikel ZnO ke selulosa asetat. Karakteristik ZnO dianalisis dengan UV-Vis, PSA, FTIR, XRD, dan uji aktivitas antibakteri. Karakteristik selulosa asetat dan komposit dianalisis dengan FTIR, XRD, dan uji aktivitas antibakteri. Hasil penelitian menunjukkan nilai celah pita nanopartikel ZnO sebesar 3,37 eV yang menandakan bahwa ZnO hasil sintesis termasuk ke dalam bahan semikonduktor. Hasil PSA menunjukkan bahwa ZnO hasil sintesis sudah termasuk nanopartikel karena rerata ukuran partikel yang dihasilkan sebesar 96,23 nm. Hasil FTIR menandakan terbentuknya senyawa selulosa asetat dan ZnO pada spektrum IR komposit. Hasil XRD juga memperlihatkan puncak ciri khas dari ZnO, selulosa asetat, dan komposit. Hasil XRD juga menentukan ukuran kristal. Ukuran kristal ZnO, selulosa asetat, dan komposit masing-masing sebesar 34,85 nm, 29,99 nm, dan 24,14 nm dengan indeks kristalinitas masing-masing sebesar 72,7%, 57,75%, dan 34,05%. Aktivitas antibakteri dintentukan dengan melihat zona hambat pada sampel. Sampel selulosa asetat tidak terbentuk zona bening menandakan bahwa selulosa asetat tidak memiliki aktivitas antibakteri. Komposit dan nanopartikel ZnO memiliki zona hambat yang lebih besar terhadap bakteri S. aureus daripada E. coli. Komposit ZnO/Selulosa Asetat memiliki aktivitas antibakteri yang lebih besar dibandingkan dengan nanopartikel ZnO. Aktivitas antibakteri komposit ZnO/Selulosa Asetat dikategorikan daya hambat kuat, sedangkan nanopartikel ZnO dikategorikan daya hambat sedang.

Cellulose is an abundant biopolymer in nature. Cellulose has many types and derivatives, one of which is cellulose acetate. Cellulose can be obtained from kepok banana peel which contains 94% α-cellulose soathataitacanabeausedaasaaabasic materialaforamaking cellulose acetate. Cellulose acetate was synthesized with 4 steps including the separation of α-cellulose from kepok banana peel, swelling, acetylation, and hydrolysis. Modification of cellulose acetate using antibacterial agents is necessary, considering that cellulose does not have antibacterial properties. ZnOananoparticles canabe used asaantibacterialaagents because theyaare ableato absorb ultraviolet (UV) light, are non-toxic, safe, and economical. Nanoparticle size can affect antibacterial properties. Antibacterial activity is stronger the smaller the particle size. One attempt to control the size of nanoparticles is to use a high calcination temperature of 800℃. High calcination temperature will reduce the size of nanoparticles and increase crystallinity. High calcination temperature will however make the particles agglomerate so this study added 15% PVP surfactant to regulate nucleation and crystal growth. The composite was synthesized by inserting a nanofiller, ZnO nanoparticles, into a cellulose matrix, cellulose acetate. Synthesis of ZnO/cellulose acetate composite using precipitation method. This research conducted the addition of ZnO nanoparticles to cellulose acetate. ZnO characteristics were analyzed by UV-Vis, PSA, FTIR, XRD, and antibacterial activity test. The characteristics of cellulose acetate and composite were analyzed by FTIR, XRD, and antibacterial activity test. The results showedatheabandagap value ofaZnOananoparticles ofa3,37 eV which indicates that the synthesized ZnO is included in the semiconductor material. PSA results showed that the synthesized ZnO included nanoparticles because the average particle size produced was 96,23 nm. FTIR results indicate the formation of cellulose acetate and ZnO compounds in the IR spectrum of the composite. XRD results also showed characteristic peaks of ZnO, cellulose acetate, and composites. The XRD results also determine the crystal size. The crystal sizes of ZnO, cellulose acetate, and composite were 34,85 nm, 29,99 nm, and 24,14 nm with crystallinity index of 72,7%, 57,75%, and 34,05%, respectively. Antibacterial activity was determined by looking at the inhibition zone on the sample. Cellulose acetate samples did not form clear zones indicating that cellulose acetate did not have antibacterial activity. The ZnO composites and nanoparticles had a greater zone of inhibition againstaS. aureus bacteria than E. coli. The ZnO/cellulose acetate composite had greater antibacterial activity than the ZnO nanoparticles. TheaantibacterialaactivityaofaZnO/cellulose acetateacomposite is categorized as strong inhibition, while ZnO nanoparticles are categorized as medium inhibition.