Mengenal Bentuk Kristal dan Amorf Pada Bahan Obat Padatan

Farmasetika.com – Bahan obat bentuk padatan merupakan suatu objek yang terdiri dari atom-atom yang digabungkan oleh ikatan kimia. Oleh karena itu, sifat fisik suatu padatan dipengaruhi oleh atom-atom penyusunnya (Cardona et. Al, 1996).

Berdasarkan struktur atom penyusunnya padatan dapat terbagi menjadi dua macam, yaitu kristal dan amorf (Surya,2009).

Kristal

Kristal merupakan suatu bentuk padatan yang terdiri dari atom-atom, ion-ion atau molekul-molekul zat padat yang tersusun secara berulang dengan jarak teratur dalam tiga dimensi. Berbeda dengan amorf yang tidak teratur susunan atom-atom, ion-ion atau molekul-molekul penyusunnya. Untuk memperjelas perbedaan antara padatan Kristal dan amorf dapat dilihat gambar berikut:

(gambar kristal amorf diatas judul)

(a). Susunan atom kristal, (b). Susunan atom amorf (Bishop, 2000).

Bentuk padatan Kristal lebih disukai karena mudah dimurnikan, lebih stabil dan bersifat reprodusible, berbeda dengan amorf yang memiliki sifat terbalik dengan Kristal. Bentuk Kristal lebih banyak dimanfaatkan dalam sediaan farmasi (Shan & Zaworotko, 2008).

Berdasarkan atom-atom penyusunnya padatan bentuk kristal dapat dibagi menjadi beberapa kelompok diantaranya adalah:

1. Polimorf

Polimorf adalah suatu senyawa yang mempunyai lebih dari satu bentuk kristal atau mempunyai konformasi molekul yang berbeda-berbeda dalam kisi kristal (Byrn, 1982).

Polimorfisme memiliki dua tipe, yaitu tipe kemasan dan tipe konformasi. Polimorf tipe kemasan memiliki susunan molekul dalam konformasi yang kurang lebih mirip dan molekul biasanya cukup kaku. Sedangkan pada polimorf tipe konformasi, molekul berada pada konformasi yang berbeda dan molekul lebih fleksibel (Sarma, 2011).

Terdapat dua macam bentuk polimorfik, yakni bentuk stabil dan metastabil. Pada bentuk metastabil, konsentrasi obat bertambah besar disebabkan kelarutan obat yang bertambah besar dan kemudian akan turun pada tingkat kelarutan normal bentuk stabil. Zat menunjukkan peristiwa polimorfisme jika zat tersebut dapat dikristalkan dalam beberapa sistem kristal yang berbeda karena adanya pengaruh temperatur, tekanan, dan kondisi penyimpanan (Fadholi, 2013).

2. Solvat dan Hidrat

Suatu padatan yang mengandung molekul air disebut hidrat, sedangkan yang mengandung pelarut organik disebut solvat. Padatan solvat biasa disebut dengan pseudopolymorf yaitu kristal padat yang didalamnya terdapat molekul pelarut dalam struktur kristalnya, baik dalam proporsi stoikiometri maupun nonstoikiometri yang memberi perbedaan sifat fisika kristal tersebut (Sarma, 2011).

3. Co-Crystal

Co-crystal merupakan kristal tunggal yang homogen terdiri dari bahan aktif obat dan eksepien (co-formers) yang mengandung ikatan hidrogen antar molekul netral dari bahan aktif dan komponen lainnya (Qiao et al, 2011). bisa terdiri dari 2 zat atau lebih dengan perbandingan stokiometri, dimana masing-masing komponen merupakan suatu atom, ion atau molekul. Zat aktif yang dimaksud adalah semua jenis obat baik yang sulit ataupun tidak dapat terionisasi, sedangkan koformer adalah zat pembentuk kristal yang memiliki intensitas molar yang lebih baik dibandingkan zat aktifnya (Mirza et al.,2008).

Co-crystal dirancang dengan maksud untuk memperbaiki sifat fisik suatu padatan dari bahan aktif farmasi tanpa mempengaruhi struktur intrinsiknya (Shan, 2008).

Tahapan Kristalisasi

Kristalisasi adalah poses perubahan struktur material dari fasa amorf menjadi kristal. Kristalisasi merupakan proses pembentukan kristal yang terjadi pada saat pembekuan yaitu perubahan dari fasa cair ke fasa padat (Triwikantoro, 2002). Mekanisme kristalisasi terdiri dari dua tahap sebagai berikut:

1. Pengintian

Pengintian merupakan proses terdispersinya suatu molekul padatan pada larutan kemudian berkumpul dan membentuk bibit kristal berukuran nm yang belum stabil. Menurut Yoshioka and Valentino tahun 2002, pengintian kristal dibagi menjadi dua yaitu (Triwikantoro, 2002):

• Primery Nucleation, pengintian yang terjadi akibat penggabungan molekul-molekul solut membentuk clusters yang kemudian tumbuh menjadi kristal.
• Secondary Nucleation, pengintian yang terjadi jika kristal bertabrakan dengan bahan lain, pengaduk, dinding/pipa tangki.

2. Pertumbuhan Kristal

Setelah proses pengintian, terjadi pengikatan molekul lain dan pada ukuran tertentu inti kristal akan membentuk struktur yang sama dan ukuran kristal akan membesar (Triwikantoro, 2002). Pertubuhan kristal ditentukan oleh laju difusi zat terlarut pada permukaan kristal dan laju pengendapan zat terlarut pada kristal tersebut (Samant and O’young, 2006).

Diagram Transformasi Fasa Dari Amorf Menuju Fasa Kristal

1. Kristalisasi Polimorfik

Pembentukan kristal dari fasa amorf dengan komposisi kimia yang sama dan nilai energi bebas yang minimum.

2. Kristalisasi Primer

Pembentukan kristal dari fasa amorf menjadi kristal dengan sisa fasa amorf.

3. Kristalisasi Eutektik

Pembentukan kristal dari fasa amorf menjadi kristal dengan komposisi berbeda.

(Koester, 1993).

Amorf

Amorf merupakan jenis padatan yang susunan atom atau partikelnya tersusun secara acak dan tidak teratur. contohnya kaca, karet dan plastik (Surya,2009). Molekul dalam bentuk amorf memiliki energi dan pergerakan molecular yang tinggi menyebabkan ketidakstabilan secara kimia dan fisika. API yang berada dalam keadaan amorf lebih mudah larut dibandingkan dengan dalam bentuk Kristal. Kriteria pemilihan bentuk terbaik : solubility, dissolution rate, chemical and physical stability and bioavailability (Yu, 2001).

Sumber

Bishop, R. J. dan Smallman R. E. 2000. Metalurgi Fisik Moderen Rekayasa Material. Jakarta:Erlangga.

Byrn,S.R. 1982. Solid State Chemistry of Drugs. New York : Academic Press.

Cardona et.al. 1996. Introduction of Solid-State Theory. Geermany : Heidelberg.

Klein, Cornellis. 2007. Minerals and Rocks: Exercises in Crystal and Mineral Chemistry, Crystallography, X-ray Powder Diffraction, Mineral and Rock Identification, and Ore Mineralogy. New York: Wiley.

Klein, Cornellis. 2007. Minerals and Rocks: Exercises in Crystal and Mineral Chemistry, Crystallography, X-ray Powder Diffraction, Mineral and Rock Identification, and Ore Mineralogy. New York: Wiley.

Koester, U. 1993. Phase Transformation in Rapidly Solidifying Alloys Key Engineering Materials 81-83. 227-233.

Mirza. S., I. Miroshnyk., J. Heinamaki and J. Yliruusi. 2008. Co-crystal: an emerging approach for enhancing properties of pharmaceutical solids. Dosis. 24(2): 90-96.

Qiao, N., M. Li., W.Schlindwein., N. Malek., A. Davies and G. Trappitt. 2011. Pharmaceutical cocorystal: An overview. Internasional Journal of Pharmaceutic. 419: 1-11.

Sarma, B., Chen, J., Hsi, H.Y., and Myerson, A.S. 2011. Solid forms of pharmaceuticals: Polymorphs, salts and cocrystals. Korean J. Chem. Eng., 28(2). 315-322.

Shan N, M.J. Zaworotko.2008. The role of co-crystals in pharmaceutical science. Drug Discovery Today. 13:440-446.

Surya, Y. 2009. Fisika Modern. Tangerang: Penerbit Kandel.

Triwikantoro. 2002. Studi Pengaruh Struktur Mikro pada Sifat Oksidasi dan Kristalisasi Bahan Gelas Metalik Berbasis Zirkonium. Surabaya : Proceedings Seminar Nasional Lemlit ITS.

Yu, Lian. 2001. Amorphous pharmaceutical solids: preparation, characterization and stabilization. Advanced Drug Delivery Reviews. 48: 27 – 43.

Fadholi, A. 2013. Disolusi dan Pelepasan Obat in Vitro. Yogyakarta : Pustaka Pelajar. 60-61

Koester, U. 1993. Phase Transformation in Rapidly Solidifying Alloys Key Engineering Materials 81-83. 227-233.

Samant, K.D. and O’Young, L. 2006. Understanding Crystallization and Crystallizers. Chemical Engineering Progress.

Triwikantoro. 2002. Studi Pengaruh Struktur Mikro pada Sifat Oksidasi dan Kristalisasi Bahan Gelas Metalik Berbasis Zirkonium. Surabaya : Proceedings Seminar Nasional Lemlit ITS.

Yoshioka, Sumie and Valentino J. Stella. 2002. Stability of Drugs and Dosage Forms. New York: Kluwer Academic Publishers.