Studi adsorpsi Bovine Serum Albumin pada besi nanopartikel Fe3O4 termodifikasi

Abstract

Fe3O4 nanopartikel merupakan salah satu adsorben nanopartikel yang banyak dikembangkan karena memiliki beberapa keunggulan seperti kemampuan penyerapan yang sangat baik, kekuatan struktur yang baik, dan tingkat resistensi terhadap asam dan alkali yang tinggi. Fe3O4 nanopartikel dapat dimanfaatkan dalam proses adsorpsi protein; akan tetapi, besi nanopartikel memiliki permukaan hidrofobik yang tidak menguntungkan untuk aplikasi pada sistem yang polar sehingga modifikasi pada permukaan Fe3O4 nanopartikel perlu dilakukan agar kapasitas adsorpsi dapat meningkat. Pada penelitian ini, asam galat dan asam humat digunakan sebagai agen modifikasi Fe3O4 nanopartikel sehingga interaksi hidrofobik antara Fe3O4 nanopartikel dengan protein semakin meningkat. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan pH terbaik, kapasitas adsorpsi, model isoterm, dan termodinamika pada proses adsorpsi bovine serum albumin (BSA) dengan dan tanpa modifikasi permukaan Fe3O4 nanopartikel dengan asam galat atau asam humat. Penentuan pH terbaik untuk adsorpsi BSA dilakukan dengan memvariasikan pH pada rentang 3,6 – 5,6 menggunakan larutan buffer asetat 0,1 M; pH terbaik digunakan sebagai kondisi penelitian selanjutnya. Studi isoterm adsorpsi dan termodinamika BSA dilakukan dengan memvariasikan konsentrasi awal BSA sebesar 50 – 175 mg L-1 dan temperatur adsorpsi dengan rentang 30 – 50 °C. Konsentrasi BSA yang teradsorp dianalisis menggunakan uji Bradford. Data yang diperoleh di-fit ke model Langmuir, Freundlich, Temkin, dan Dubinin-Radushkevich untuk isoterm adsorpsi serta persamaan Van’t Hoff untuk termodinamika adsorpsi. Karakterisasi Fe3O4 nanopartikel sebelum dan setelah modifikasi asam galat atau asam humat serta setelah adsorpsi protein dilakukan menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). Hasil analisa FTIR menunjukkan bahwa Fe3O4 nanopartikel telah berhasil dimodifikasi dengan asam galat atau asam humat yang ditunjukkan dengan adanya ikatan stretching C=O. Selain itu, keberadaan gugus amida I, II dan III menunjukkan adanya BSA yang berhasil diadsorpsi. Peningkatan kapasitas adsorpsi BSA terjadi pada rentang pH 3,6 sampai 4,8 dan mengalami penurunan pada rentang pH 4,8 sampai 5,6 akibat adanya gaya tolak-menolak antara adsorbat dan adsorben. Kapasitas maksimum adsorpsi terjadi pada pH 4,8 mendekati titik isoelektrik BSA. Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses adsorpsi yang terjadi pada Fe3O4, Fe3O4−AG, dan Fe3O4−AH mengikuti model isoterm Freundlich. Termodinamika adsorpsi pada Fe3O4, Fe3O4−AG, dan Fe3O4−AH menunjukkan bahwa adsorpsi terjadi secara spontan, endotermis, dan adanya keacakan molekul BSA pada permukaan adsorben yang ditunjukkan nilai energi Gibbs (ΔG°) yang negatif, entalpi (ΔH°) yang positif, dan entropi (ΔS°) yang positif secara berturut-turut. Modifikasi besi nanopartikel menggunakan asam galat dan asam humat telah berhasil meningkatkan kapasitas adsorpsi hingga 33,650 mg BSA/g besi dan 39,231 mg BSA/g besi.