Review Jurnal Biomol - BC

( REVIEW JURNAL BIOLOGI MOLEKULEROverview of bacterial cellulose composites: A multipurpose advanced material KELOMPOK DIAMOND :Danar Aditya (1206263401)Denny Setyadarma (1206263351)Deviani Nabila (1206226072)Husnul Fajri (1206224994)Rizki Mulia (1206263345) 2014PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA)

Abstrak

Bacterial cellulose (BC) telah menerima substansial karena fitur strukturalnya yang unik dan sifat fisik-mekanik yang mengesankan. BC memiliki berbagai aplikasi dalam bidang biomedis, termasuk digunakan sebagai biomaterial untuk kulit buatan, pembuluh darah buatan, cangkok vaskular, perancah untuk teknik jaringan, dan membalut luka. Namun, BC murni tidak memiliki sifat tertentu yang menjadi batasan penerapannya dalam berbagai bidang. Oleh karena itu sintesis komposit BC telah dilakukan untuk mengatasi keterbatasan ini. Berbagai strategi BC sintetik komposit telah dikembangkan, yang berbasis di alam dan aplikasi yang relevan dari bahan penguat ke BC Media sintetik atau ex situ penetrasi bahan-bahan tersebut ke dalam mikrofibril BC. Pencampuran polimer dan pencampuran larutan kurang sering digunakan pada pendekatan sintetis.

Kata kunci: aplikasi, klasifikasi, komposit selulosa bakteri, pendekatan sintetik

1. Pendahuluan

Ketika BC ditemukan, itu memperlihatkan potensi yang besar sebagai biopolymer yang efektif dalam berbagai bidang. Sifat structural BC sangat unggul untuk selulosa tanaman, dimana itu memberikan sifat yang lebih baik (UI-Islam, Khan, & Park, 2012a; UI-Islam, Khan, & Park, 2012b). Jaringan fibril mengandung serat nano tiga dimensi yang tersusun dengan rapih yang dapat memperoduksi lembaran BC dengan luas area dan porositas yang tinggi (UI-Islam et al.,2012a). Lebih jauh lagi, kristalinitas dan kekuatan mekanikal dari BC lebih tinggi daripada selulosa pada tumbuhan, dimana ini mengalami peningkatan pemanfaatan dalam biomedical dan bidang-bidang lain yang bersangkutan. Secara khusus, BC telah digunakan untuk membalut luka, pengobatan luka bakar, pembaharuan jaringan, pergantian kulit, mendeteksi material katalis, dan peralatan elektronik (Ciechanska, 2004; Czaja, Krystynowicz, Bielecki, & Brown, 2006; Czaja, Young, Kawechi, & Brown, 2007). Namun, kekurangan antibacterial, antioksidan, pengadaan dan sifat magnetic telah mengalami penurunan kapabilitas dalam biomedical dan bidang elektronik (Kim et al., 2011; Maria, Santos, Oliveira, & Valle, 2010).

Campuran polimer memiliki peningkatan pada sifat material dan biological daripada polimer murni (Bloor, Donnelly, Hands, Laughlin, & Lussey, 2005; Islam et al., 2011; Maneerung, Tokura, & Rujiravanit, 2007; Qian, 2004). Sebagai hasilnya, campuran BC telah disintesis untuk mengatasi keterbatasan dan meningkatkan pengaplikasiannya. Efisiensi biomedical BC telah meningkat dengan sintesis dari campuran menggunakan polimer bioaktif, nano material, dan partikel solid. Campuran BC memberikan antibacterial, antivirus, anti jamur, biocompatible,penyembuhan luka, magnetic, dan sifat optikal untuk BC (Evans, ONeill, Malyvanh, Lee, & Woodward, 2003; Kim et al., 2011 ; Maneerung et al., 2007 ; Nakayama et al., 2004 ; Saibuatong & Philsalaphong, 2010; Shi et al., 2012 ; UI-Islam et al., 2012a). Teknologi pencampuran sintesis telah mengalami kemajuan dengan pembangunan beberapa teknik yang baru. Saat ini, campuran BC disintesis melalui beberapa cara berdasarkan sifat alami dan ukuran dari kekuatan material. Diantara polimer-polimer yang digunakan dalam sintesis pencampuran, chitosan (Ch), gelatin dan kolagen (COL) telah dengan sukses berkombinasi dengan BC untuk meningkatkan sifat biological nya, dimana grapheme oxide (GO) dan plyanaline (PAni) meningkatkan sifat dari BC (Feng, Zhang, Shen, Yoshino, & Feng, 2010; Shi et al., 2012). Beberapa nano partikel (NPs) termasuk perak (Ag), emas (Au), palladium (Pd), besi oksida (FeO), platinum (Pt), dan titanium oksida (TiO2) telah dimanfaatkan dalam pencampuran BC untuk beberapa jenis aplikasi (Evans et al., 2003 ; Maneerung et al., 2007 ; Serafica, Mormino, & Bungay, 2002; Zhang et al., 2010). Sebagai contoh, BC-Ag telah disintesis melalui beberapa strategi sintesis untuk memberikan aktivitas antibakteri pad BC, dimana hasilnya mengalami peningkatan ketika digunakan untuk membalut luka. BC-Pd, BC-Pt, BC-Au, dan BC-FeO telah dikenalkan sifat keadaan pada lembaran BC yang dimanfaatkan dalam biosensor, peralatan display, kertas elektronik, kertas keamanan, dan katalisis (Evans et al., 2003; Maneerung et al., 2007; Zhang et al., 2010).

Sejak BC memiliki banyak aplikasi, penggabungan dasar sintesis mendekati pada peningkatan produksi, isu lingkungan dan kebutuhan industry adalah hal yang penting. Terlebih lagi pendekatan untuk mengatasi batasan yang berhubungan dengan BC murni harus diketahui sebelum proses menuju aplikasi di lapangan. Oleh karena itu, keterkaitan pengetahuan pada jalan yang memungkinkan sintesis campuran BC dan pro-kontra nya dapat mengawali kemajuan material-material ini pada aplikasi yang spesifik. Studi kritikus literature hingga saat ini memberikan pernyataan bahwa strategi pembangunan pencampuran BC ditentukan oleh penguatan alami material dan aplikasi yang diinginkan.

Upaya sebelumnya pengidentifikasian kelemahan BC murni, tahapan pembangunan campuran BC untuk mengatasi batasan dan pedekatan menuju aplikasi secara nyata pada campuran BC menyediakan sebuah platform untuk mengerti kemajuan keseluruhan dalam bidang ini hingga sekarang. Dalam review saat ini, kita merangkum beberapa upaya yang telah membuat untuk menjadi murah dan peningkatan produksi BC, beberapa jalan telah meningkatkan untuk sintesis campuran BC, pro dan kontra dari ketersediaan strategi sintesis campuran, kelas pada campuran BC, dan aplikasi pada campiran ini. Untuk pengetahuan kami yang terbaik, tidak seperti investigasi keberlanjutan yang sebelumnya dilakukan untuk campuran BC. Oleh karena itu, review ini akan menyediakan ide untuk peningkatan statregi untuk pemisahan campuran BC dengan aplikasi yang spesifik

.

2. Material Komposit

Komposit pada dasarnya tersusun atas 2 material yang berbeda. Kedua material tersebut berfungsi sebagai matriks dan material penguat. Komponen matriks dijadikan sebagai bahan dasar atau rangka untuk menopang material penguat. Komponen penguat memberikan peningkatan kualitas dari material komponen matriks secara fisiko-kimia dan biologis. Reaksi yang sinergis antar kedua material tersebut menghasilkan sifat material yang tidak terkandung dalam kedua material secara terpisah. Dengan jumlah atau variasi komponen matriks dan penguat yang luas, dapat memungkinkan terbentuknya sintesis material komposit dengan sifat yang optimal. Terdapat banyak bahan dan komposit natural yang digunakan, akan tetapi material komposit pertama yang diproduksi adalah fiberglass yang dikenalkan oleh Owrns Corning pada tahun 1935. Kombinasi fiberglass dengan polimer plastik menghasilkan struktur yang jaul lebih kuat dan dijadikan sebagai dasar untuk industri fiber reinforced polymer (FRP).

Komposit polimer mendapatkan perhatian yang besar dikarenakan sifat fisiko-kimia yang diperkuat serta aplikasinya yang banyak pada bahan polimetrik yang dikompositkan. Bahan penguat yang berbeda sifat alaminya seperti partikel tanah liat, oksida logam, karbonat, dan material berserat tidak hanya memperkuat polimer, namun juga menambahkan sifat biologis pada komposit polimer. Selulosa digunakan sebagai material penguat dan juga matriks. Jaringan fibrosa yang tersusun secara struktural dapat mengurung NPs sehingga dapat dijadikan matriks. Sama halnya dengan selulosa nanofiber yang dapat memperkuat material polimetrik maupun non polimetrik, sel, dan jaringan. BC mempunyai sifat fisika dan kimia yang menyerupai selulosa dari tumbuhan. Dengan demikian BC dapat digunakan untuk membentuk beberapa matrial komposit untuk berbagai macam aplikasi.

3. Sintesis komposit BC

3.1 Selulosa Bakteri

BC diproduksi dari berbagai macam media sintetik dan non sintetik dari asam asetat yang memproduksi bakteri seperti Acetobacter xylinus dan Acetobacter hansenii. Selama proses sintesis, rantai glukosa yang terproduksi dalam sel bakteri dieksresikan melalui pori-pori kecil yang terdapat pada plasma membran dan dinding sel. Kemudian, rantai glukosa tersebut membentuk mikrofibril yang kemudian terkumpul membentuk pita selulosa yaitu nanofiber. Nanofiber ini kemudian membentuk jaringan terstruktur dengan terdapat banyak ruang kosong antar serat. nanofibril yang terpisah-pisah tersebut kemudian membentuk luas permukaan yang luas dengan porositas yang tinggi. Nanofiber yang tersusun secara terstruktur, alami, luas permukaan yang besar, dan variabel porositas gemoteris membuat BC memiliki sifat-sifat yang menakjubka. Sifat-sifat tersebut adalah kekuatan mekanik yang tinggi, kristalinitas yang lebih baik, kapasitas menampung air yang lebih besar, kemammpuan modifikasi kimia yang luas, biodegradable, biocompatible, dan kemampuan untuk membentuk striuktur 3 dimensi selama sintesis.

3.2 Pendekatan sintetik dan tren dalam produksi BC

Pada dasarnya, BC dapat dihasilkan dengan memanfaatkan mikroorganisme yaitu bakteri sebagai biomassa. Dalam bakteri tersebut, glukosa akan disintesis menjadi selulosa. BC dapat disintesis melalui berbagai macam metode, dimana dapat diklasifikasikan menjadi 2 yaitu kultur statis dan teragitasi. Pada kultur statis, BC diproduksi pada interfase udara-air sebagai perkumpulan dari kristalin yang membentuk lapisan yang kemudian membentuk gel yang meningkat ketebalannya seiiring dengan pertumbuhan waktu kultivasi. Lapisan tipis tersebut kemudian bertumbuh ke bawah hingga seluruh sel terperangkap alam lapisan tersebut menjadi inaktif atau mati dikarenakan defisit oksigen. Aplikasi medis dan yang lainnya memanfaatkan lembaran BC yang dihasilkan melalui kultur statis ini. Akan tetapi, proses sintesis BC dengan kultur statis memilikki yield yang rendah sehingga produksi pada tahap komersial menjadi tidak begitu efektif. Dengan demikian, tujuan utama pada riset mengenai BC adalah untuk meningkatkan yield dalam proses produksi BC. Beberapa metode telah diajukan untuk mengubah glukosa dari mikroba menjadi selulosa. Beberapa pendekatan tersebut meliputi insitu pH control, controlled side production formation, modifikasi reaktor, dan yang lainnya.

Pendekatan alternatif lainnya dalam produksi BC adalah dengan direndamkan pada fermentasi melalui kultivasi teraerasi atau teragitasi. Pada saat ini, produksi BC secara komersial dilakukan dengan metode fermentasi teragitasi, dimana pada prosess sintesisnya, selulosa dihasilkan dalam bentuk pellet atau granul. BC dalam bentuk pellet ini menghasilkan selulosa dengan derajat polimerisasi yang rendah, kekuatan mekanik yang lebih rendah, dan kristalinitas yang lebih rendah dibandingkan dengan sintesis pada kultur statis. Akan tetapi, proses produksi pada kultur teragitasi lebih cepat dibandingkan dengan sintesis pada kultur statis. Sel dengan densitas dinggi dan kontak dengan oksigen yang lebih banyak mengakibatkan produksi dengan volumetrik yang lebih tinggi.

Saat ini, riset sedang dilakukan untuk mengidentifikasi bahan baku yang ekonmis untuk memproduksi BC. Beberapa terobosan telah ditemukan untuk menunjukkan hasil yang sifnigikan dalam proses produksi BC dari limbah fermentasi beer, pertanian, molasses, buah-buahan, dan tekstil berbahan wol. Efek penambahan beberapa karbon dari berbagai sumber mengarahkan pada produksi BC. Riset terdahulu yang ditujukan untuk meningkatkan produksi BC melalui kultur statis dan teragitasi menggunakan sumber karbon, bahan ekonomis alternatif, dan material tambahan dapat dilihat dari tabel dibawah ini.

3.3 Aplikasi dan batasan BC

Sifat BC yang unik membuat BC dikembangkan untuk menghasilkan produk komersil. Produk komersil yang memanfaatkan BC meliputi ban, membran headphone, diafragma speaker, kertas berkualitas tinggi, make-up pads, dan tekstil. Aplikasi paling menarik dari BC ada pada bidang biomedis, dimana dimanfaatkan sebagai bahan pembalut, implan kulit, cangkok vaskular, rangka untuk jaringan, pembuluh darah artifisial, bantalan medis, dan implan gigi. Biofill, membran yang dihasilkan dari BC digunakan sementara untuk pengganti kulit bagi pasien yang mengalami luka bakar. BC juga digunakan untuk sumber material bagi membran pertukaran ion untuk fuel cell. Terlebih lagi, BC juga dimanfaatkan sebagai bahan sensor biodegradabel dan biokompatibel.

Modifikasi perlu dilakukan untuk menignkatkan kualitas dari material untuk aplikasi-aplikasi yang berbeda. Sama dengan polimer, BC memilikki batasan-batasan tertentu sehingga tidak dapat diaplikasikan untuk bidang-bidang tertentu. Sebagai contoh, BC merupakan bahan pembalut yang sangat baik dan memberikan kelembaban yang memungkinkan untuk penyembuhan cepat. Akan tetapi, BC tidak memilikki perlindungan antimikroba untuk mencegah infeksi. Terlebih lagi, apabila pembalut luka merupakan material dengan sifat antioksidan, maka pembalut tersebut dapat memberukan perlindungan bagi spesi yang reaktif dengan oksigen. Selain itu, BC juga tidak memilikki konduktifitas, sifat magnetik, dan hidrofobik sehingga tidak bisa secara langsung dimanfaatkan sebagai bahan-bahan elektronik.

3.4 Keperluan komposit BC

Keterbatasan-keterbatasan diatas menunjukkan aplikasi BC yang terbatas pad bidang tertentu, sehingga BC perlu disintesis dengan bahan lain untuk membentuk material komposit. Dikarenakan strukturnya yang kuat, BC memilikki potensi yang besar untuk dijadikan material matriks dan penguat dalam sintesis material komposit. BC telah disintesis membentuk material komposit yang bermacam-macam untuk meningkatkan sifat mekanik, biologis, konduktifitas, magnetik, dan aplikasi biomedis. Pada tabel 2, terdapat bermacam-macam komposit BC yang disintesis melalui metode sintesis yang bermacam-macam dimana komposit yang dihasilkan memilikki sifat tambahan yang tidak dimilikki pada BC murni.

4. Pendekatan untuk sintesis komposit BC

Komposit polimer disintesis melalui berbagai metode tergantung pada sifat polimer dan penggabungnya. Strategi sintesis juga bervariasi dengan aplikasi yang dibutuhkan. Secara umum, ada dua pendekatan dasar sintesis komposit, in situ dan ex situ. Dalam metode in situ menggunakan penambahan bahan penguat untuk polimer selama sintesis, yang kemudian menjadi bagian dari struktur polimer. Dalam sintesis ex situ, matriks polimer diresapi dengan bahan penguat untuk menghasilkan komposit. Teknik ini dapat dijabarkan lebih lanjut berdasarkan sifat dari agen menggabungkan dan pendekatan pembangunan. BC adalah biopolimer yang dapat dipakai pada semua teknik tersebut untuk sintesis polimer. Di sini, kita mencoba untuk rekapitulasi sebuah pendekatan umum digunakan untuk beberapa BC komposit sintesis untuk berbagai aplikasi. Perbandingan dari ketiga pendekatan berdasarkan kelebihan dan kekurangan mereka dalam Tabel 3.

4.1 in situ BC sintesis komposit

Metode ini menggunakan pendekatan synthesic di mana material penguatan ditambahkan ke media kultur SM di awal proses sintetis SM . Mikrofibril BC menjadi lebih padat dengan waktu dan menghasilkan struktur berbentuk web yang dapat menangkap berbagai bahan yang ditambahkan ke BC media yang sintetis . Bahan encaged menjadi bagian dari jaringan urat saraf BC. Sebuah diagram skematik yang menunjukkan sintesis BC komposit melalui strategi in situ disediakan pada Gambar 1 . Beberapa penelitian telah memberikan contoh pembentukan in situ komposit SM . Misalnya, saibuatong dan Phisalaphong disintesis BC - lidah buaya film komposit dengan menambahkan berbagai jumlah dari lidah buaya ke BC Media sintetik dibudidayakan dalam kondisi statis . Komponen lidah buaya yang terperangkap dalam fibril BC dan komposit yang dihasilkan memiliki fisik - mekanik sifat unggul . Demikian pula , nanotube karbon berdinding multi- ( CNT ) yang ditambahkan ke media sintetis dan diinkubasi selama dua minggu . Analisis struktural menunjukkan bahwa CNT terjebak antara urat saraf SM. Baru-baru ini dilaporkan BC - komposit dengan air larut poli - 3 - hidroksibutirat ( PHB ) disusun dengan menggunakan sebuah strategi sintesis komposit in situ . Selain itu awal dari berbagai konsentrasi PBH tidak hanya produksi BC terpengaruh , tetapi juga mengubah morfologi dan crytallinity BC . Beberapa contoh lain dari bahan komposit BC disintesis melalui in situ komposit strategi sintesis juga tersedia .

Sintesis komposit melalui budaya statis BC agak sulit karena partikel hanya tetap tersuspensi di media sintetis SM untuk waktu yang singkat . Dalam budaya statis , lembar BC terbentuk pada permukaan media pada antarmuka udara. Setelah diendapkan atau bergerak lebih rendah di media , partikel tidak bisa terperangkap dalam serat SM permukaan . Beberapa strategi telah diterapkan untuk mengatasi masalah ini , termasuk sintesis komposit. Budaya Agitasi menyediakan lingkungan yang jauh lebih baik untuk bahan tambahan agar terperangkap dalam fibril SM . Hal ini karena gerakan konstan di media mencegah partikel fro menetap . Pembentukan BC homogen dan distribusi jebakan partikel tetap konstan . Sintesis komposit BC dengan berbagai bahan yang terperangkap di dalam BC diproduksi melalui kultur agitasi menggunakan disk berputar yang dirancang khusus . Kepadatan partikel menembus tergantung pada ukuran partikel , kecepatan rotasi dan konsentrasi suspensi . Di situ SM teknik sintesis komposit adalah pendekatan yang paling banyak digunakan yang mempekerjakan berbagai modifikasi dalam peralatan agitasi dan metode operasi . Namun, teknik ini memiliki keterbatasan tertentu yang mencegah sintesis banyak komposit SM . Contoh , beberapa bioaktif penting ( antibakteri ) agen ( Ag , ZnO , TiO2 dll ) tidak dapat ditambahkan ke media karena efek beracun terhadap mikroorganisme . Selain itu , BC komposit disintesis melalui kultur agitasi tidak dapat diterapkan sebagai gel atau lembaran dalam aplikasi biomedis , sedangkan gel / lembar terbentuk dalam budaya statis tidak dapat menjebak bahan penguat untuk sintesis komposit .

4.2 Ex -situ komposit BC sintesis

Masalah yang terkait dengan in situ BC sintesis komposit dapat diselesaikan dengan memasukkan cairan dan NP ke dalam matriks struktural dari BC disiapkan . Interaksi fisik atau terjadi melalui ikatan hidrogen yang pasti antara SM dan penguatan materi . Zat cair dan partikel padat kecil dapat dengan mudah menembus dan menjadi mudah dalam BC matriks berpori . Selain absorbansi fisik ini , adanya gugus OH dalam rantai selulosa menghasilkan ikatan hidrogen dengan bahan penguat. Strategi ini jauh lebih sederhana dan lebih berharga dari pada in situ komposit strategi sintesis . Faktor yang paling penting dalam memanfaatkan metode ini untuk sintesis komposit adalah bahwa struktur asli dari BC tetap hampir sepenuhnya tidak berubah . Lembar BC diperoleh melalui budidaya statis biasanya digunakan untuk sintesis komposit , yang dapat secara efektif digunakan dalam aplikasi industri biomedis dan lainnya . Oleh karena itu , strategi telah diterapkan ke sejumlah BC komposit , termasuk yang terbentuk dari polimer , bahan anorganik , logam dan logam oksida.

Sifat BC yang berbeda dipengaruhi oleh bahan penguat . Studi kami dari BC- Ch komposit digambarkan bahwa molekul Ch menembus matriks BC dan dikombinasikan melalui interaksi ikatan hidrogen yang kuat antara gugus OH dan NH . Komposit diperkuat fibril BC dengan meningkatkan sifat mekanik mereka. Komposit BC dibentuk dengan gelatin , hidroksiapatit ( HA ) , dll, yang disintesis melalui strategi yang sama meningkatkan aplikasi biomedis mereka. Untuk mencapai hal ini , lembar BC basah disimpan dalam larutan polimer untuk jangka waktu yang berbeda untuk memastikan penetrasi yang cukup dan lampiran dari polimer ke SM . Sejumlah komposit BC telah disintesis dengan bahan anorganik dengan menggunakan strategi sintetis yang sama untuk aplikasi yang berbeda . Kegiatan antibakteri dari BC yang ditingkatkan melalui penggabungan Ag NP ke lembar SM . Komposit disusun melalui rute hijau tanpa menggunakan pereaksi kimia , memanfaatkan SM baik sebagai agen mengurangi dan menstabilkan . Potongan BC dibilas dengan larutan AgNO3 dan kemudian dipanaskan perlahan memungkinkan untuk produksi hidrotermal Ag NP . Partikel disimpan dalam matriks Bc yang menghasilkan kegiatan antibakteri yang tinggi . BC - Pd , BC- CNT dan BC- MMT komposit disintesis melalui ex situ untuk strategi yang sama dalam produksi komposit .

Hambatan utama yang terkait dengan komposit in situ strategi ex sintesis adalah ukuran dan sifat dari bahan penguat . Secara khusus , hanya submikron bahan nanosized dapat diresapi ke BC matriks . Hal ini karena partikel yang lebih besar tidak bisa masuk ke pori-pori SM dan bahan hidrofobik tidak dapat menggabungkan dengan BC . Selain itu , susunan struktural dari fibril BC tidak selalu seragam ; Oleh karena itu , bahan penetrasi mungkin tidak homogen didistribusikan di dalam matriks BC . Dengan demikian , ada kebutuhan untuk mengidentifikasi baru rute BC sintesis komposit untuk menyelesaikan masalah ini .

4.3 sintesis dari larutan terlarut BC

Pembentukan komposit BC dari larutan terlarut BC adalah pendekatan yang lebih baik yang dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan berbagai komposit BC dengan berbagai bahan . Selain itu, komposisi matriks dan penguatan materias dapat dengan mudah dikontrol . Distribusi homogen dan pencampuran salah satu pasangan juga mungkin. Skema umum untuk BC pengembangan komposit melalui pendekatan ini ditunjukkan pada Gambar . 1 . Masalah utama yang terkait dengan metode ini adalah kelarutan terbatas SM . Memang , BC sangat sulit larut, karena tidak larut dalam air dan paling banyak digunakan pelarut organik . Hal ini juga tidak larut dalam pelarut non polar karena sifat polar. Ikatan hidrogen yang kuat antar dan intra molekul dan kristalinitas tinggi BC telah diusulkan sebagai kemungkinan alasan untuk kelarutannya rendah . Perilaku yang tidak biasa ini telah menciptakan minat yang besar dalam mempelajari kelarutan dan modifikasi lebih lanjut . Namun, beberapa kelas senyawa sepenuhnya dapat melarutkan BC . Beberapa pelarut ini meliputi N - Methy morpholine N - oksida ( NMO ) , cairan ionik , ZnCl2 ( 3H2O ) , NaOH dan LiOH / urea / tiourea . Pelarutan BC dapat dengan mudah digunakan untuk mensintesis film SM , microfiber , nanofibers , nanocrystals dan material komposit . Disiapkan film BC regenerasi dari BC dilarutkan dalam NMMO untuk memiliki pengaturan urat saraf seragam dengan sifat mekanik dan termal yang tinggi . Pembubaran sukses BC dan sintesis film regenerasi telah menghasilkan bunga yang luar biasa dalam pemanfaatan metode ini untuk persiapan komposit . Bahan yang berbeda ditambahkan untuk membubarkan BC dapat dicampur dengan baik dalam larutan BC dan diproses dengan mudah untuk menghasilkan film komposit atau serat. Pendekatan ini belum intens diterapkan untuk komposit BC , tetapi telah secara komprehensif digunakan untuk sintesis berbagai komposit polimer dengan bahan anorganik termasuk tanah liat , logam dan NP . Selain itu, kami baru-baru disintesis RBC - ZnO komposit menggunakan teknik yang sama dan nanocomposites RBC - ZnO ditemukan memiliki termal , mekanik dan sifat antibakteri enchanced . Komposit yang dihasilkan melalui metode ini memiliki interaksi kuat antara SM dan bahan penggabungan ; sesuai, pendekatan ini akan sangat berguna dalam strategi masa depan pengembangan komposit BC .

5. Kelas dari BC Komposit

BC komposit disiapkan dengan menggunakan bahan-bahan dari polimer sampai NPs. Berdasarkan asal dari bahan material tersebut, BC komposit dapat dibedakan menjadi material organik dan material anorganik. Selanjutnya kedua kelas utama ini dapat dibedakan lagi menjadi sub-kelas BC komposit dengan polimer, NPs, logam, oksida logam, lilin, dan partikel padat berukuran besar. Berikut ini adalah sketsa dan gambar dari klasifikasi BC komposit :

Fig2. (a) Klasifikasi umum dari komposit BC dengan berbagai material organik dan inorganik

(b) Foto FE-SEM dari beberapa komposit BC termasuk BC-Ch (a), BC-Au (b) dan BC-MMT (c).

5.1 BC Komposit dengan Polimer

Sebagai biopolimer, BC diutilisasi dalam sintesis berbagai macam komposit dengan beberapa material polimer. Ada beberapa contoh BC komposit dengan biopolimer yang menuju pada perkembangan dalam aplikasi biomedical, properti psiko-mekanikal, dan kapabilitas konduksi dari BC. Progres dari sintesis komposit dihadapkan pada situasi limitasi aplikasi BC dalam berbagai bidang, misalnya antimicrobial, antioksidan, penyembuhan luka, dan kapabilitas konduksi.

Sintesis dari BC-Ch komposit didasarkan pada peran aktif dari Ch pada biomedical. Chitosan telah lama dikenal sebagai aktifitas spectrum, contohnya absorpsi dari penyembuhan luka, efek dari penyembuhan luka, anti-mikrobial, anti-fungal, dan properti anti-viral. Komposit dari BC dengan Ch telah disiapkan baik in situ maupun ex situ metode penetrasi. Kesamaan struktur dan kehadiran dari gugus O-H dan N-H memproduksi ikatan yang kuat antara molekul BC dan Ch. Lebih jauh lagi, BC-Ch komposit menunjukkan perkembangan pada property physio-mekanik dan biomedical. BC komposit dengan gelatin didasarkan pada strategi yang sama dengan BC-Ch. Komposit dari BC-Gelatin bisa diaplikasikan dalam industri medis untuk meningkatkan adhesi dan perkembangbiakan sel. Beberapa biopolymer yang lain bisa dikombinasikan dengan BC untuk meningkatkan aplikasi biomedical termasuk BC-COL, BC-Alginate, dan Novo aloe vera.

Dapat ditambahkan dari contoh-contoh diatas, beberapa komposit BC-Polimer disintesis untuk meningkatkan beberapa aplikasi BC. BC-Polimerik komposit dapat meningkatkan secara signifikan property termal, fisikal mekanikal, dan biologikal dari BC.

5.2 BC komposit dengan logam dan oksida logam

Logam dan oksida logam adalah kelas material yang terpisah yang telah mendapatkan banyak perhatian karena sifat-sifatnya yang istimewa. Ukurannya yang kecil, bermuatan, dan sifat-sifat lainnya menghasilkan karakteristik-karakteristik spesifik yang dibutuhkan oleh material polimer. Karena itu, inkorporasi logam dan oksida logam ke dalam material polimer telah dilakukan sejak dulu. Sifat-sifat yang menonjol dari partikel logam adalah konduktivitas dan kapasitas magnetiknya, aktivitas foto-oksidasi, dan sifat antimikroba (Qian, 2004). Logam dan oksida logam telah digunakan secara ekstensif dalam komposit polimer untuk menghasilkan sifat-sifat elektrik, optis, konduksi, dan antimikroba pada polimer. Seperti material polimer lainnya, BC dapat digunakan untuk membuat komposit dengan logam dan logam oksida melalui berbagai metode sintesis. Berikut akan dibahas beberapa komposit BC-logam dan logam oksida serta metode sintesis dan aplikasinya.

Contoh pertama adalah nankomposit BC-Ag. Komposit ini disintesis dengan tujuan utama untuk menanamkan sifat antibakterial pada BC. Maneerung, dkk (2007) menyiapkan nanokomposit BC-Ag dengan cara menyelupkan lembaran-lembaran BC dalam larutan AgNO3 yang telah direduksi dengan NaBH4 untuk menghasilkan logam Ag. Nanopartikel Ag yang teradsorbsi pada permukaan BC diamati dengan spektroskopi UV dan XRD. Nanokomposit BC-Ag menghasilkan pengaruh antibakterial yang sangat kuat terhadap spesies bakteri gram positif dan gram negatif (Maneerung,dkk, 2007).

Berikutnya, komposit BC dengan logam emas. Komposit BC-Au disiapkan melalui teknik-teknik yang spesifik dan digunakan untuk bio-sensing dan bio-devices. Zhang, dkk (2010) menggunakan serat-serat nano (nanofiber) BC sebagai biotemplates untuk sintesis nanokomposit BC-Au. Dalam penelitian mereka, pelikel (semacam lembaran-lembaran tipis) BC dipecah-pecah untuk memisahkan nanofiber BC, lalu nanopartikel logam emas disimpan ke dalam serat-serat BC tersebut. Komposit ini memiliki potensi untuk digunakan dalam immobilisasi enzim dan sistem bioelektronik.

Sifat menonjol lainnya dari partikel logam adalah konduktivitas dan sifat kemagnetannya. Contoh komposit BC dengan logam yang memanfaatkan sifat tersebut adalah komposit BC-Pd. Komposit ini disintesis melalui deposisi logam pada permukaan BC dengan cara mencelupkan BC dalam larutan amonium heksakloropaladat. Ion-ion logam dalam larutan direduksi oleh selulosa dan menghasilkan coating (pelapisan) pada permukaan BC. Nanokomposit BC-Pd ternyata dapat menjadi katalis dalam reaksi pembentukan gas hidrogen ketika diinkubasi dengan natrium dithionit. Penelitian lainnya mengenai nanokomposit BC dengan logam adalah nanokomposit BC-Pt. Penelitian menunjukkan bahwa nanokomposit ini memiliki efisiensi konduksi yang signifikan dan dapat digunakan sebagai sel bahan bakar dan biosensor. Sintesis nanokomposit BC-Pt dilakukan melalui metode deoksidisasi kmia fase cair. Komposit ini memiliki aktivitas elektro-katalitik yang tinggi.

Selain logam, beberapa oksida logam juga telah dikombinasikan dengan BC untuk meningkatkan aktivitas biologis dan konduktivitasnya. Contohnya, nanokomposit BC-oksida titanium. Sintesis nanokomposit ini dilakukan oleh Gutierrez, dkk (2012). Dalam penelitiannya, mereka menyiapkan nanopartikel TiO2 dengan metodel sol gel. Kemudian nanopartikel ini dimasukkan ke dalam membran hidrofilik BC. Ikatan hidrogen mengikat dengan kuat nanopartikel-nanopartikel TiO2 tersebut di antara serat-serat BC. Nanokomposit BC-oksida Ti ini memiliki daya hantar listrik yang baik.

5.3BC komposit dengan material padat

Percobaan telah banyak dilakukan untuk mengkombinasikan banyak partikel berukuran mikro hingga nano dengan BC untuk mengakselerasi efisiensinya dan meningkatkan kegunaannya dala aplikasi. Dari beberapa material tanah liat, partikel silica(Si) dan karbonat telah memproduksi efek yang berguna. Beberapa komposit tersebut dapat dideskripsikan berikut.

Partikel tanah liat dengan ukuran mikro hingga nano yang diperkaya dengan mineral yang istimewa. Diantara partikel-partikel tersebut, montmorrilonite (MMT) telah menjadi popular dengan kemampuannya dalam aplikasi biomedical dan properti penguat polimer. Oleh karena itu, beberapa bentuk tanah liat telah diutilisasi sebagai bahan penguat dalam komposit polimer tanah liat. Penelitian telah membuktikan bahwa terjadi peningkatan hingga sepuluh kali lipat dalam properti mekanik diikuti dengan pembesaran matriks polimer dengan partikel tanah liat. Tanah liat ini dan hasil produknya telah digunakan dalam aplikasi medis tanpa ada efek samping seperti perlindungan kulit, pembersih dan anti bacterial, serta imobilisasi sel toxin yang diproduksi beberapa bakteri dan penyembuhan luka yang sangat efektif dan kemampuan pembekuan darah. Lebih jauh lagi, komposit polimer tanah liat dapat disintesis tanpa menggunakan pelarut organik yang beracun atau mahal.

Kita mempersiapkan BC-MMT komposit dengan cara pembesaran ex situ partikel MMT di dalam jaringan MMT dengan tujuan untuk mengkombinasikan properti BC dan MMT yang diinginkan untuk mendapatkan suatu biomaterial dengan properti fisio-mekanika yang telah ditingkatkan untuk beberapa aplikasi. Komposit tersebut menghasilkan properti termal dan mekanik yang lebih tinggi dibandingkan dengan BC biasa. Dengan memikirkan pertukaran ion pada MMT, kita lebih jauh lagi melanjuti pekerjaan dengan mensintesis komposit BC dengan MMTs yang telah dimodifikasi. Dalam penelitian tersebut, komposit BC dengan Ca-MMT, Na-MMT, dan Cu-MMT telah disiapkan dan kemampuan antibacterial nya pun telah diinvestigasi. BC-MMT komposit ini sangat berperan dalam biomedical dan industri lainnya.

Selain itu, terdapat juga BC komposit yang telah dikembangkan secara in situ dan ex situ dengan menggunakan partikel silica. BC-Si komposit yang diproduksi dengan cara in situ memiliki properti mekanik yang lebih rendah dibandingkan dengan yang diproduksi dengan cara ex situ. BC-Si komposit dibuat dengan merendam gel BC ke dalam larutan tetraethoxysilane dan kemudian direaksikan pada suhu 120oC dan tekanan 2MPa. Hasilnya properti mekanik dari BC-Si akan meningkat secara signifikan dengan kenaikan 7% dari partikel Si.

6.2 Conducting materials and electrical devices

Selulosa bakteri terdiri dari jaringan fibril tiga dimensi, yang terlihat serupa dengan kertas yang dikeringkan, potensi dari selulosa bakteri sebagai bahan pengganti untuk alat opto elektronik fleksibel dan fotonik, telah melalui beberapa peninjauan. Karena sifatnya yang tidak konduktif di alam, selulosa bakteri dapat dikonversi menjadi lembaran konduktor dengan penyatuan dengan material material konduktor lain. Kemudian, lembaran selulosa bakteri yang bersifat konduktif diberi pewarna elektrokromi dan selanjutnya akan bisa dihubungkan dengan elektroda. Contohnya adalah (OLED) Organic Light Emitting Diode, yang sudah digunakan pada beberapa perangkat elektronik didasarkan pada selulosa dari bakteri. Komposit selulosa bakteri dengan Graphene-Oxide (BC-GO) sangat membantu dalam meningkatkan sifat konduktif dan sifat mekanis, dengan begitu, BC-GO yang bersifat fleksibel ini merupakan material tingkat tinggi sebagai kandidat yang dapat digunakan dalam bidang biokimia dan elektrokimia.

6.3 Separation and waste purifications

Selulosa bakteri memiliki potensi untuk diaplikasikan sebagai membrane untuk media pemisahan dan atau pemurnian, bila dimodifikasi dengan beberapa material khusus. Membran komposit dari selulosa bakter dipersiapkan dengan modifikasi menggunakan asam akrilik (Acrylic-Acid) dengan kapasitas pertukaran ion. Membran komposit Selulosa bakteri dengan asam akrilik memiliki kelebihan dari sifat elektrokimia bila dibandingkan dengan membrane lain. Seperti absorpsi sempurna terhadap logam, kemapuan untuk berikatan dengan ion logam. Dan pemisahan sisa-sisa logam. Penggunaan selulosa bakteri dengan bahan yang dapat terurai di alam merupakan solusi efektif, Karena pembuangannya tidak merusak lingkungan.

6.4 Composites with mechanical strength for industrial application

Material komposit selulosa bacteria dengan memiliki ketahanan material tinggi, memiliki potensial untuk diaplikasikan pada berbagai macam jenis industri, dalam studi terkait, selulosa bakteri dipersiapkan dengan penambahan glukosa fosfat bersama dengan glukosa pada media kultur, dalam sistem ini, fosfat tergabung dalam gel selulosa. Selulosa bakteri yang mengandung fosfat tersebut, kemudian digunakan untuk mensisntesis komposit dengan bubur kayu saat pembentukan lembaran kertas.

7. Kesimpulan

Komposit selulosa bakteri telah berkembang menjadi sesuatu yang penting untuk perkembangan hydrogel dari selulosa, yang dapat diaplikasikan di banyak bidang. Selain itu, untuk meningkatkan sifat dari selulosa yang ada, material komposit dimodifikasi dengan selulosa bakteri, agar dapat digunakan luas di industri. Perkembangan dari selulosa bakteri, dari segi sintesis komposit, perkembangan dari sisi sifat kimia, fisika, biokimia, dan elektrokimia juga amat berperan dalam perkembangan selulosa bakteri, termasuk sifatnya yang ramah lingkungan

DAFTAR PUSTAKA

1. Shah, Nasrullah. Ul-Islam, Mazhar, dkk. 2013. Jurnal Overview of bacterial cellulose composites : A multipurpose advanced material. Korea : ELSEVIER.

2. Dufresne, Cellulose-Based Composites and Nanocomposites, inMonomers, Polymers and Composites From Renewable Resources, M. N. Belgacem and A. Gandini, Eds., Elsevier, Amsterdam, Netherlands, 2008.

3. D. Klemm, B. Heublein, H.-P. Fink, and A. Bohn, Cellulose: fascinating biopolymer and sustainable raw material,Angewandte Chemie, vol. 44, no. 22, pp. 33583393, 2005.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

4. T. Heinze and T. Liebert, Celluloses and polyoses/hemicelluloses, inPolymer Science, M. Krzysztof and M. Martin, Eds., Elsevier, Amsterdam, Netherlands, 2012.

5. D. Klemm, F. Kramer, S. Moritz et al., Nanocelluloses: a new family of nature-based materials,Angewandte Chemie, vol. 50, no. 24, pp. 54385466, 2011.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

6. H. P. S. Abdul Khalil, A. H. Bhat, and A. F. Ireana Yusra, Green composites from sustainable cellulose nanofibrils: a review,Carbohydrate Polymers, vol. 87, no. 2, pp. 963979, 2012.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

7. L. M. M. Costa, G. M. de Olyveira, P. Basmaji, and L. X. Filho, Bacterial cellulose towards functional medical materials,Journal of Biomaterials and Tissue Engineering, vol. 2, no. 3, pp. 185196, 2012.

8. J. M. A. Caiut, H. D. S. Barud, Y. Messaddeq, and S. J. L. Ribeiro, Optically transparent composites based on bacterial cellulose and boehmite, siloxane and/or a boehmite-siloxane system, Patent WO/2012/100315, 2012.

9. E. Trovatti, L. Oliveira, C. S. R. Freire et al., Novel bacterial cellulose-acrylic resin nanocomposites,Composites Science and Technology, vol. 70, no. 7, pp. 11481153, 2010.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

10. S. Gea, E. Bilotti, C. T. Reynolds, N. Soykeabkeaw, and T. Peijs, Bacterial cellulose-poly(vinyl alcohol) nanocomposites prepared by an in-situ process,Materials Letters, vol. 64, no. 8, pp. 901904, 2010.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

11. I. M. G. Martins, S. P. Magina, L. Oliveira et al., New biocomposites based on thermoplastic starch and bacterial cellulose,Composites Science and Technology, vol. 69, no. 13, pp. 21632168, 2009.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

12. S. C. M. Fernandes, L. Oliveira, C. S. R. Freire et al., Novel transparent nanocomposite films based on chitosan and bacterial cellulose,Green Chemistry, vol. 11, no. 12, pp. 20232029, 2009.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

13. S. C. M. Fernandes, C. S. R. Freire, A. J. D. Silvestre et al., Transparent chitosan films reinforced with a high content of nanofibrillated cellulose,Carbohydrate Polymers, vol. 81, no. 2, pp. 394401, 2010.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

14. E. Trovatti, S. C. M. Fernandes, L. Rubatat, C. S. R. Freire, A. J. D. Silvestre, and C. P. Neto, Sustainable nanocomposite films based on bacterial cellulose and pullulan,Cellulose, vol. 19, no. 3, pp. 729737, 2012.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

15. A. L. Buyanov, I. V. Gofman, L. G. Revel'skaya, A. K. Khripunov, and A. A. Tkachenko, Anisotropic swelling and mechanical behavior of composite bacterial cellulose-poly(acrylamide or acrylamide-sodium acrylate) hydrogels,Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, vol. 3, no. 1, pp. 102111, 2010.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

16. N. Halib, M. C. I. M. Amin, and I. Ahmad, Unique stimuli responsive characteristics of electron beam synthesized bacterial cellulose/acrylic acid composite,Journal of Applied Polymer Science, vol. 116, no. 5, pp. 29202929, 2010.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

17. J. Zhang, J. Rong, W. Li, Z. Lin, and X. Zhang, Preparation and characterization of bacterial cellulose/polyacrylamide hydrogel,Acta Polymerica Sinica, no. 6, pp. 602607, 2011.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

18. F. Kramer, D. Klemm, D. Schumann et al., Nanocellulose polymer composites as innovative pool for (Bio)material development,Macromolecular Symposia, vol. 244, pp. 136148, 2006.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

19. M. C. I. Mohd Amin, N. Ahmad, N. Halib, and I. Ahmad, Synthesis and characterization of thermo- and pH-responsive bacterial cellulose/acrylic acid hydrogels for drug delivery,Carbohydrate Polymers, vol. 88, no. 2, pp. 465473, 2012.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

20. J. Kopeek, Hydrogels: from soft contact lenses and implants to self-assembled nanomaterials,Journal of Polymer Science A, vol. 47, no. 22, pp. 59295946, 2009.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

21. T. V. Chirila, An overview of the development of artificial corneas with porous skirts and the use of PHEMA for such an application,Biomaterials, vol. 22, no. 24, pp. 33113317, 2001.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

22. S. Atzet, S. Curtin, P. Trinh, S. Bryant, and B. Ratner, Degradable poly(2-hydroxyethyl methacrylate)-co-polycaprolactone hydrogels for tissue engineering scaffolds,Biomacromolecules, vol. 9, no. 12, pp. 33703377, 2008.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

23. D. Hork, H. Hldkov, J. Hradil, M. Lapkov, and M. louf, Superporous poly(2-hydroxyethyl methacrylate) based scaffolds: preparation and characterization,Polymer, vol. 49, no. 8, pp. 20462054, 2008.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

24. S. Hestrin and M. Schramm, Synthesis of cellulose by Acetobacter xylinumII. Preparation of freeze-dried cells capable of polymerizing glucose to cellulose,The Biochemical Journal, vol. 58, no. 2, pp. 345352, 1954.View at Scopus

25. S. C. M. Fernandes, P. Sadocco, A. Alonso-Varona et al., Bioinspired antimicrobial and biocompatible bacterial cellulose membranes obtained by surface functionalization with aminoalkyl groups,ACS Applied Materials & Interfaces, vol. 5, no. 8, pp. 32903297, 2013.

26. D. Gulsen and A. Chauhan, Effect of water content on transparency, swelling, lidocaine diffusion in p-HEMA gels,Journal of Membrane Science, vol. 269, no. 1-2, pp. 3548, 2006.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

27. D. N. S. Hon,Chemical Modification of Lignocellulosic Materials, Marcel Dekker, New York, NY, USA, 1996.

28. D. Klemm,Comprehensive Cellulose Chemistry: Fundamentals and Analytical Methods, Wiley-VCH, 1998.

29. N. Nishioka, T. Itoh, and M. Uno, Thermal decomposition of cellulose/synthetic polymer blends containing grafted products. IV. Cellulose/poly(2-hydroxyethyl methacrylate) blends,Polymer Journal, vol. 31, no. 12, pp. 12181223, 1999.View at Scopus

30. R. K. Bose and K. K. S. Lau, Mechanical properties of ultrahigh molecular weight PHEMA hydrogels synthesized using initiated chemical vapor deposition,Biomacromolecules, vol. 11, no. 8, pp. 21162122, 2010.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

31. R. Prtile, S. Moreira, F. Andrade, L. Domingues, and M. Gama, Bacterial cellulose modified using recombinant proteins to improve neuronal and mesenchymal cell adhesion,Biotechnology Progress, vol. 28, no. 2, pp. 526532, 2012.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

32. M. E. Gomes, T. Rada, and R. L. Reis, Adipose tissue-derived stem cells and their application in bone and cartilage tissue engineering,Tissue Engineering B, vol. 15, no. 2, pp. 113125, 2009.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus

33. A. Sterodimas, J. De Faria, B. Nicaretta, and I. Pitanguy, Tissue engineering with adipose-derived stem cells (ADSCs): current and future applications,Journal of Plastic, Reconstructive and Aesthetic Surgery, vol. 63, no. 11, pp. 18861892, 2010.View at PublisherView at Google ScholarView at Scopus