Pada abad ke-21, gagal ginjal kronis telah menjadi salah satu penyebab kematian tertinggi. Gagal ginjal kronis merupakan kondisi di mana pasien mengalami perubahan kualitas darah secara tiba-tiba yang negatif akibat penumpukan racun uremik di dalam tubuh. Kreatinin merupakan salah satu racun uremik yang dapat digunakan sebagai indikator untuk menentukan apakah seseorang dengan gagal ginjal memerlukan penanganan medis. Penanganan pasien gagal ginjal kronis yang umum digunakan dalam bidang medis meliputi terapi penggantian ginjal dan transplantasi ginjal. Namun, hanya sebagian kecil pasien gagal ginjal kronis yang berkesempatan menjalani transplantasi ginjal karena keterbatasan donor ginjal, inkompatibilitas biologis, dan biaya yang mahal. Oleh karena itu, terapi penggantian ginjal menjadi satu-satunya pilihan bagi sebagian besar pasien gagal ginjal kronis. Terapi penggantian ginjal dapat diklasifikasikan menjadi dua metode, yaitu hemodialisis dan hemoperfusi. Hemodialisis merupakan penanganan yang efektif dan umum digunakan untuk gagal ginjal kronis.
Metode adsorpsi selama ini umum digunakan untuk menghilangkan urea, kreatinin, dan racun lainnya dari larutan tiruan. Adsorben berbasis biologis telah menarik perhatian karena biokompatibilitasnya, degradabilitasnya, permukaannya halus dan berpori dengan luas permukaan spesifik yang besar. Sebagian besar adsorben hemoperfusi komersial terbuat dari karbon aktif (AC) dan resin. Namun, adsorben konvensional ini memiliki efisiensi penghilangan yang rendah dan tidak dapat memenuhi permintaan yang terus meningkat untuk perawatan pasien CKD. Selain AC dan resin, sol-gel dapat digunakan sebagai adsorben untuk kreatinin dalam hemoperfusi. Penelitian sebelumnya tentang adsorben sol-gel poli(tetraethoxysilanol) tercetak digunakan untuk mengadsorpsi kreatinin tetapi hanya menghasilkan kapasitas adsorpsi sebesar 0,82 mg/g. Oleh karena itu, penting untuk mengembangkan adsorben hemoperfusi baru dengan efisiensi tinggi dan kemampuan adsorpsi spektrum luas untuk berbagai uremiktoksin. Bahan adsorben berbasis biologis lain yang dapat digunakan untuk adsorpsi toksin uremik adalah selulosa.
Selulosa memiliki banyak situs adsorpsi aktif, proses persiapan sederhana, kapasitas adsorpsi tinggi, kristalinitas tinggi, efisiensi tinggi, daur ulang stabil, dan pemisahan mudah. Nanoselulosa memiliki banyak situs adsorpsi aktif, kapasitas adsorpsi lebih tinggi, dan afinitas pengikatan dibandingkan dengan selulosa berstruktur makro karena luas permukaan spesifiknya lebih besar, modulus kekuatan lebih tinggi, dan kekuatan mekanis lebih besar. Dua jenis utama nanoselulosa dapat diperoleh: nanokristal selulosa (CNC), yang merupakan batang selulosa kecil dan kaku yang diproduksi melalui perlakuan asam, dan nanofibril selulosa, yang merupakan agregat selulosa berbentuk tabung dengan bagian tidak beraturan yang terutama diproduksi melalui proses penggilingan. CNC adalah kelas terbaru dari nanomaterial terbarukan yang berasal dari bio yang dikenal sebagai super-adsorben karena banyaknya gugus hidroksil permukaan, fungsionalitas serbaguna, dan kimia permukaan yang dapat beradaptasi. CNC juga memiliki rasio permukaan terhadap volume yang tinggi karena dimensi skala nanonya, yang dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan memodifikasi kimia permukaannya. Luas permukaan yang besar ini memungkinkan CNC bertindak sebagai penyerap yang efisien, yang mampu menangkap berbagai molekul beracun, logam berat, dan racun uremik dari darah. Bergantung pada persiapan dan sumbernya, luas permukaan spesifik dapat berkisar antara 100-200 m²/g, sehingga CNC cocok untuk sistem hemoperfusi.
Namun, penggunaan CNC sebagai penyerap dalam hemoperfusi masih relatif terbatas. Nanas banyak tersedia dan murah di Indonesia. Menurut data Badan Pusat Statistik, produksi nanas di Indonesia mencapai 3,2 juta ton pada tahun 2022. Semakin tinggi produksi nanas, semakin besar pula limbah yang dihasilkan. Karena ketersediaannya yang tinggi dan biaya yang rendah, residu nanas dari konsumsi menjadi alternatif yang layak untuk proses produksi nanoselulosa. Sejumlah besar residu dihasilkan dari konsumsi nanas, termasuk kulit dan daun yang dibuang, namun hanya sedikit penelitian yang memanfaatkannya untuk produksi nanopartikel. Serat alami ini memiliki potensi tinggi untuk tujuan ini karena kandungan selulosanya (70-82%) dan sifat mekanis yang sangat baik, sehingga lebih menarik bagi para peneliti daripada sumber lignoselulosa lainnya. Berdasarkan penelitian Faria dkk., hasil sintesis CNC dari serat mahkota nanas pada penelitian ini menunjukkan bahwa proses yang digunakan sangat efektif. Penelitian ini menemukan bahwa langkah-langkah pretreatment seperti merserisasi dengan pemanasan dan penggunaan asam sulfat 40% pada tahap hidrolisis memberikan hasil terbaik. Proses ini berhasil menghasilkan hidrolisis massa serat yang lengkap dengan partikel yang telah diputihkan sepenuhnya, menunjukkan potensi yang baik untuk memanfaatkan limbah pertanian ini. Proses ekstraksi selulosa dari serat daun nanas dapat meningkatkan fraksi kristal selulosa, yang meningkatkan stabilitas termal dan sifat mekanis, sehingga lebih cocok untuk aplikasi berkinerja tinggi.
Penelitian ini mensintesis nanokristal selulosa dari serat daun nanas sebagai bahan baku. Menggunakan metode batch, nanokristal selulosa yang disintesis digunakan untuk menyerap larutan kreatinin, dengan mengoptimalkan kecepatan pengadukan, waktu kontak, dan konsentrasi larutan umpan.
METODE
Preparasi dan pretreatment diadaptasi dari Faria et al. dan diaplikasikan pada serat nanas yang telah dicuci, dikeringkan, dan dipotong sebelumnya. Kemudian dilakukan merserisasi dengan menambahkan larutan NaOH 5% (w/v) ke dalam gelas kimia berisi 5 gram serat daun nanas, diaduk dengan magnetic stirrer pada suhu 70°C selama 1 jam. Setelah itu, serat daun nanas dicuci hingga netral dan dikeringkan. Serat daun nanas kemudian diputihkan dengan menambahkan 100 mL larutan H₂O₂ 24% (v/v) dan larutan NaOH 4% (w/v) dengan perbandingan 1:1 ke dalam gelas kimia berisi 5 gram serat, diaduk kuat dengan magnetic stirrer pada suhu 50 °C selama 2 jam. Selanjutnya serat dicuci hingga netral dan dikeringkan. Tahap selanjutnya adalah delignifikasi dengan menambahkan serat ke dalam larutan NaOH 3% dengan perbandingan 1:10 (w/v), kemudian diaduk dan dipanaskan pada suhu 50 °C selama 2 jam menggunakan magnetic stirrer. Terakhir, serat daun nanas dicuci hingga netral dan dikeringkan. Selanjutnya adalah tahap hidrolisis asam. Proses hidrolisis asam ditentukan berdasarkan penelitian Faria et al. Serat daun nanas yang telah didelignifikasi sebanyak 5 gram ditambahkan ke dalam 100 mL larutan H2SO3 30% dalam gelas kimia dan diaduk pada suhu 50 °C selama 2 jam. Setelah 2 jam, reaksi hidrolisis asam dihentikan dengan menambahkan air suling ke dalam larutan sampel dengan perbandingan 1:5 (v/v). Sampel kemudian dihomogenkan menggunakan magnetic stirrer selama 2 menit. Selanjutnya, sampel dinetralkan dan dikeringkan dalam oven pada suhu 60 °C selama 24 jam.
HASIL
CNC yang disintesis dari serat daun nanas memiliki ukuran partikel 9,04 nm dan indeks kristalinitas 76%. Kondisi optimal untuk adsorpsi kreatinin menggunakan CNC dicapai dengan kecepatan pengadukan 210 rpm, waktu kontak 120 menit, dan konsentrasi larutan umpan 10 mg/L dengan %removal kreatinin 25,44%. Hasil uji APTT untuk CNC menunjukkan bahwa sampel yang terbuat dari serat daun nanas memiliki waktu koagulasi yang sebanding dengan sampel darah kontrol, yang diperpanjang selama 1,3 detik. Hal ini menegaskan bahwa CNCS aman dan tidak menyebabkan pembekuan darah yang berlebihan. CNC yang disintesis dari serat daun nanas dapat dikembangkan untuk aplikasi hemoperfusi sebagai adsorben yang ramah lingkungan. Namun, kapasitas adsorpsi CNC relatif kecil, sehingga adsorben tersebut memerlukan modifikasi tambahan, baik secara fisik maupun kimia.
Penulis: Yanuardi Raharjo, Ph.D.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di: https://doi.org/10.20473/jkr.v9i2.65046
