Penyakit ginjal merupakan permasalahan kesehatan dunia dengan biaya pengobatan yang tinggi. Penyakit ginjal kronik telah menjadi permasalahan global karena jumlah kasusnya yang terus meningkat setiap tahunnya, secara nasional maupun global. Data Riset Kesehatan Dasar (Riskedas) tahun 2018 menunjukkan adanya peningkatan kasus penyakit ginjal kronis di Indonesia pada usia ≥15 tahun. Pada tahun 2013, jumlah penyakit ginjal kronis sebesar 0,2%; pada tahun 2018 meningkat menjadi 0,38%. Menurut Renal Registry Indonesia tahun 2018 untuk penyakit ginjal kronik, pasien yang aktif menjalani terapi hemodialisis pada tahun 2017 sebanyak 77.892 orang. Terjadi peningkatan pada tahun 2018 menjadi 132.142 pasien. Keadaan ini memerlukan perhatian khusus dalam pengembangan dan penerapan teknologi membran hemodialisis dalam membantu pasien gagal ginjal.
Terapi Hemodialisis
Terapi hemodialisis memerlukan pengembangan dan inovasi untuk menjamin keamanan, kenyamanan, keandalan, efisiensi, dan keberlanjutan. Ketergantungan proses ini pada air berkualitas tinggi dan volume dialisat yang besar meningkatkan biaya. Seorang pasien mengkonsumsi sekitar 80.000 liter air setiap tahunnya, melebihi penggunaan air rumah tangga di banyak negara. Secara global, pasien hemodialisis menggunakan lebih dari 200 miliar liter air, dan jutaan orang menjalani perawatan. Pada tahun 2025, jumlah pasien diperkirakan akan mencapai 4 juta orang. Selain tekanan finansial, beban ekologis air dan air limbah juga perlu mendapat perhatian. Selain itu, sejumlah besar dialisat bekas yang dihasilkan memerlukan pemrosesan.
Pemrosesan dan penggunaan kembali dialisat bekas untuk hemodialisis sangatlah penting. Secara signifikan mengurangi biaya hemodialisis dan mengarah pada hemodialisis yang ramah lingkungan dengan penggunaan air yang lebih efisien. Permasalahan efisiensi air merupakan permasalahan signifikan yang berhubungan langsung dengan kualitas dan kelangkaan air di lingkungan saat ini. Karena peningkatan kebutuhan air yang signifikan seiring dengan meningkatnya populasi manusia di planet ini. Hemodialisis saat ini sedang dipromosikan dengan tujuan hemodialisis ramah lingkungan. Metode hemodialisis harus memasukkan kelestarian lingkungan sebagai pendekatan holistik dalam perancangan dan pengembangan sistem hemodialisis. Terutama konsumsi air yang tidak efisien untuk dialisat dan regenerasi dialisat bekas.
Dialisat Bekas
Dialisat bekas merupakan produk samping proses hemodialisis yang mengandung racun uremik yang terdiri dari air, kreatinin, urea, asam urat, fosfat, dan komponen minor lainnya. Hingga saat ini, hanya sedikit metode yang tersedia untuk mengolah dialisat bekas agar dapat digunakan berulang kali. Tantangan utama dalam menggunakan kembali dialisat bekas adalah menghilangkan kreatinin dan urea, yang merupakan komponen utama produk air dialisat bekas, selain komponen kecil lainnya. Metode adsorpsi dengan menggunakan adsorben dapat digunakan untuk menurunkan kadar urea. Metode alternatif dan inovatif untuk mengolah dan menggunakan kembali air dialisat sangat penting untuk penelitian dan pengembangan lebih lanjut. Membran adsorptif dan penyerap membran matriks campuran (MMMA) dapat menjadi metode alternatif untuk meregenerasi dialisat bekas. MMMA ini memiliki dua performa sekaligus, yaitu mampu menyaring dan menyerap kontaminan dalam satu tahap. Dengan mengintegrasikan partikel adsorben dan polimer matriks, metode inversi fasa dapat menyiapkan membran hemodialisis dengan kapasitas adsorpsi.
Potensi MMMA
Dalam penelitian ini, potensi MMMA untuk mendaur ulang air dialisat telah dikembangkan dengan mengintegrasikan adsor bents dan membran filtrasi yang berkelanjutan sebagai filter dan pemulung kotoran dalam cairan dialisat. De Pascale dkk. melaporkan bahwa MMMA dibuat dari selulosa asetat dan berbagai partikel penyerap (karbon aktif, zeolit ​​ZSM-5, dan klinoptilolit) dapat menghilangkan urea, kreatinin, dan asam urat dari larutan berair untuk digunakan dalam regenerasi dialisat yang digunakan dalam air dari hemodialisis.
Saiful (2007), Saiful dkk. (2018), , Saiful dkk. (2018b) dan Saiful dkk. (2018a) telah berhasil mengembangkan MMMA yang mampu melakukan filtrasi dan adsorpsi secara bersamaan pada satu tahap untuk berbagai aplikasi, terutama hemodialisis. Keunggulan MMMA adalah membrannya dapat digunakan berulang kali, memiliki kemampuan tinggi. Serta efisien dalam penggunaan adsorben dalam proses pemurnian dan penghilangan kontaminan. Salah satu tantangan dalam pengembangan MMMA untuk terapi hemodialisis dan pengolahan air dialisat adalah menyediakan bahan baku polimer membran dan adsorben yang melimpah, murah, dan ramah lingkungan.
Selulosa Asetat
Salah satu polimer alami dan mudah terurai adalah selulosa asetat, yang mudah dan efektif diproduksi dari selulosa terisolasi dalam tandan kosong kelapa sawit (TKKS). Limbah TKKS mengandung selulosa yang besar, mencapai 45,80 %, dan dapat dimanfaatkan sebagai sumber selulosa dalam sintesis selulosa asetat. Oleh karena itu, sel lulose asetat mudah disintesis dari selulosa dan dapat dibuat menjadi membran selulosa asetat dengan sifat mekanik yang baik dan proses yang ramah lingkungan dalam pembuatan membrannya. Pada penelitian ini akan dibuat membran selulosa asetat dan diintegrasikan dengan partikel silika yang diolah dari limbah abu sekam padi yang juga melimpah sebagai bioadsorben. Silika yang berasal dari limbah sekam padi dapat diperoleh hanya dengan pembakaran dan ekstraksi alkali.
Penggunaan biomassa pertanian, sekam padi, sebagai bahan pakan silika memungkinkan biaya produksi yang murah dan mendukung ekonomi sirkular. Silika merupakan adsorben dengan kapasitas adsorpsi yang tinggi, termasuk menghilangkan zat beracun dan kotoran dari cairan darah. Sejauh ini belum ada laporan mengenai penggunaan TKKS dan biosilika dari limbah abu sekam padi sebagai MMMA untuk menghilangkan senyawa toksik uremik pada dialisat. MMMA dibuat dari polimer selulosa asetat dan partikel silika, yang dikenal sebagai MMMA CA-Si. MMMA CA-Si dibuat menggunakan metode inversi fase. Membran yang diperoleh dianalisis struktur membrannya, derajat pembengkakan, porositas, fluks air bersih, sifat mekanik, dan sifat termal. MMMA CA-Si diterapkan untuk menghilangkan kreatinin dalam dialisat. Kinerja membran dipelajari dalam sistem filtrasi batch dan kontinyu.
MMMA yang dikembangkan dalam penelitian ini menawarkan alternatif untuk menggunakan kembali sate dialy, mempromosikan hemodialisis ramah lingkungan dengan memanfaatkan dial ysate secara efisien dan meminimalkan pembuangan air limbah. Pendekatan ini sejalan dengan SDGs, termasuk air bersih dan sanitasi, konsumsi dan produksi berkelanjutan, serta konservasi sumber daya kelautan, yang memfasilitasi pembangunan berkelanjutan.
Metode Penelitian
MMMA dicetak dengan metode inversi fase (Gbr. 1). Larutan obat bius dibuat dari 11% (berat) selulosa asetat, 69% (berat) aseton, dan 20% (berat) dimetilformamida. Campuran diaduk dengan pengaduk magnet selama ± 15 jam hingga terbentuk campuran homogen. Kemudian silika diberi persentase muatan tertentu (0, 10, 20, 30, 40 %) dan diaduk hingga diperoleh larutan dope yang homogen. Larutan obat bius kemudian dicetak pada piring kaca dan ditempatkan langsung dalam bak koagulasi dengan air sebagai non pelarut. Membran yang diperoleh dicuci dengan air mengalir untuk menghilangkan sisa pelarut.
Membran dikarakterisasi berdasarkan SEM, XRD, DSC, DTA, sifat mekanik, derajat pembengkakan, porositas, dan fluks air bersih. Kinerjanya dievaluasi untuk menghilangkan kreatinin dalam cairan dialisat, didispersikan dalam campuran polimer dengan persentase pemuatan artikular (0, 10, 20, 30, 40%) dan diaduk sampai diperoleh larutan dope yang homogen. Larutan obat bius kemudian dicetak pada piring kaca dan ditempatkan langsung dalam bak koagulasi dengan air sebagai non pelarut. Membran yang diperoleh dicuci dengan air mengalir untuk menghilangkan sisa pelarut. Membran dikarakterisasi berdasarkan SEM, XRD, DSC, DTA, sifat mekanik, derajat pembengkakan, porositas, dan fluks air bersih. Kinerjanya dievaluasi untuk menghilangkan kreatinin dalam cairan dialisat.
Hasil Penelitian
MMMA CA-Si telah berhasil disiapkan menggunakan metode inversi fase. CA diperoleh dari sintesis selulosa yang diisolasi dari TKKS, sedangkan adsorben silika diperoleh dari ekstraksi dan preparasi limbah sekam padi. MMMA CA-Si memiliki struktur berpori, tidak ditemukan rongga kosong dan cacat pada strukturnya. Partikel silika didistribusikan secara merata dalam struktur membran. MMMAs CA-Si mempunyai kekuatan tarik 15,89 Kg/mm2 perpanjangan 14,01 %, terurai pada suhu 421 2 °C, dan memiliki fluks 96,25 L/jam.
Membran CA murni memiliki kapasitas adsorpsi kreatinin sebesar 2,8 mg/g, sedangkan membran CA-Si MMMA memiliki kapasitas adsorpsi maksimum sebesar 9,98 mg/g. Kapasitas adsorpsi maksimum (qm) adalah 9,98 mg/g MMMA atau setara dengan 24,95 mg kreatinin/g silika dalam MMMA dan nilai konstanta disosiasi (Kd) sebesar 1,91 mg/L. Creati sembilan dapat dihilangkan dari dialisat melalui proses dialisis aliran kontinu menggunakan MMMA CA-Si dengan total penghilangan 10,48 mg/g atau di atas 66,45%.
Kreatinin juga dapat disaring dengan filtrasi aliran silang, dan pembuangan kreatinin total lebih besar dari 81,0%. Membran CA-Si MMMA dapat menjadi media pemisahan alternatif untuk menghilangkan kreatinin dalam dialisat. Hasil penelitian ini menunjukkan prospek yang menjanjikan untuk mengatasi tantangan pengolahan air dialisis bekas dengan menghilangkan racun uremik yang terkandung di dalamnya secara efektif. Penelitian dan pengembangan yang berkelanjutan di bidang ini dapat membuka jalan bagi metode hemodialisis yang inovatif, berkelanjutan, dan ramah lingkungan.
Penulis: Yanuardi Raharjo, Ph.D.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://doi.org/10.1016/j.sajce.2024.03.003
Saiful, Mirzalisa, Yanuardi Raharjo, Nurul Widiastuti, Yusuf Wibisono, Rahmi.
Penyerap membran matriks campuran berbasis biomassa untuk menghilangkan kreatinin dalam cairan dialisat, South African Journal of Chemical Engineering, 2024, 354-365
Baca juga: Tanaman Tempuyung untuk Kesehatan Ginjal Penderita Malaria
