MATRIKS AGAROSA BERCETAKAN MOLEKUL DENGAN INTI SILIKA YANG MENGANDUNG GUGUS TIOL UNTUK PEMISAHAN IMUNOGLOBULIN G DARI PLASMA DARAH MANUSIA DISERTASI Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dari Institut Teknologi Bandung Oleh MALIKHATUN NI’MAH NIM: 30516302 (Program Studi Doktor Kimia) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG Desember 2023 Judul Bahasa Indonesia MATRIKS AGAROSA BERCETAKAN MOLEKUL DENGAN INTI SILIKA YANG MENGANDUNG GUGUS TIOL UNTUK PEMISAHAN IMUNOGLOBULIN G DARI PLASMA DARAH MANUSIA Judul Bahasa Inggris AGAROSA IMPRINTED MOLECULES MATRIX WITH SILICA THIOL FUNCTIONALIZED AS A CORE FOR THE SEPARATION IMMUNOGLOBULIN G FROM HUMAN BLOOD PLASMA ABSTRAK MATRIKS AGAROSA BERCETAKAN MOLEKUL DENGAN INTI SILIKA YANG MENGANDUNG GUGUS TIOL UNTUK PEMISAHAN IMUNOGLOBULIN G DARI PLASMA DARAH MANUSIA Oleh Malikhatun Ni’mah NIM: 30516302 (Program Studi Doktor Kimia) Imunoglobulin G (IgG) merupakan glikoprotein yang memiliki kemampuan mengeliminasi antigen di dalam tubuh. IgG tersusun atas 476 residu asam amino dengan berat molekul ~150 kDa. Berat molekul tersebut berasal dari dua rantai ringan masing-masing ~25 kDa dan rantai berat masing-masing ~50 kDa yang identik. Selain sebagai pertahanan tubuh, IgG juga berpotensi digunakan sebagai molekul terapi penyakit seperti kanker, autoimun, beberapa penyakit yang disebabkan oleh paparan virus seperti HIV, dan sebagai molekul terapi penyakit tertentu di masa depan. Pertama kali IgG diproduksi oleh Cohn dan tim saat terjadi perang dunia ke II. Saat ini metode Cohn digunakan pada tahap perlakuan awal plasma sebelum tahap pemurnian, terutama untuk pemurnian IgG dalam skala besar. Saat ini, matriks polimer bercetakan molekul (MIP) telah dikembangkan untuk pemisahan IgG dari plasma darah manusia. Prinsip kerja MIP didasarkan pada prinsip kromatografi afinitas, dimana rongga-rongga dalam MIP berbentuk cetakan dengan ukuran dan permukaan yang sesuai dengan molekul IgG. Beberapa peneliti telah mengembangkan MIP, seperti MIP dengan molekul cetakan sebagian dari molekul target, dengan kelemahan yaitu memiliki penurunan spesifitas ikatan sebanding dengan kecilnya ukuran molekul cetakan yang digunakan, polimer termosensitif bercetakan poli-N-isopropil akrilamid untuk pemurnian IgG, dan MIP dengan poli-L-glutamat dan N,N-metilen bisakrilamid sebagai pengikat silang untuk peptida. Sampai saat ini keunikan MIP terus dikembangkan guna mendapatkan matriks paling ideal untuk pemisahan IgG dari plasma darah manusia, yaitu matriks yang murah, cepat, sederhana, dan memiliki selektifitas pemisahan tinggi terhadap IgG. Pada penelitian ini, IgIM yang merupakan suatu matriks bercetakan molekul IgG telah dibuat menggunakan metode cetakan permukaan yang lebih memungkinkan molekul IgG mudah terikat dibandingkan metode ruah. IgIM disintesis melalui tiga tahap, tahap pertama adalah sintesis SiO 2–SH dari reaksi TEOS (trietoksi ortosilikat) dan MPTMS (merkaptopropil trimetoksisilan). Tahap kedua yaitu pengikatan molekul IgG pada SiO 2–SH (SiO2–SH@Ig) yang diikuti dengan enkapsulasi menggunakan agarosa. Tahap terakhir yaitu pelepasan molekul IgG untuk menghasilkan IgIM yang memiliki rongga stereospesifik IgG. Karakterisasi SiO 2–SH, SiO2–SH@Ig, dan IgIM meliputi ukuran partikel dengan particle size analyzer, morfologi dan komposisi permukaan silika dengan SEM-EDX dan TEM-LR, muatan permukaan dengan zeta sizer, perubahan gugus fungsi material dengan FTIR, konsentrasi gugus tiol pada permukaan silika ditentukan menggunakan reagen Ellman, dan kekasaran permukaan dianalisis dengan perangkat lunak Image-J, dan volum pori serta luas permukaan spesifik IgIM dianalisis dengan Brunauer-Emmett-Teller (BET). Matriks yang tidak memiliki cetakan molekul IgG (nIgIM) digunakan sebagai pembanding. IgIM dan nIgIM yang telah disintesis dievaluasi kinerja pada sistem batch dan sistem alir. IgIM memiliki bentuk globular dengan volum pori sebesar 9,72 mL g –1 dan luas permukaan spesifik sebesar 6384 m2 g –1 . IgIM, dengan factor cetakan atau imprinting factor (IF) sebesar 11,5, secara selektif mengikat IgG dibandingkan dengan albumin serum manusia dan trombin. Kapasitas adsorpsi maksimum IgIM adalah 0,41 mmol IgG g –1 IgIM, sedangkan kapasitas pengikatan dinamis atau dynamic binding capacity (DBC 10%) adalah 45 μmol IgG g –1 IgIM. IgIM dapat digunakan kembali untuk pemisahan IgG hingga 10 siklus dengan pemulihan akhir sebesar 60%. Mekanisme pengikatan IgG pada permukaan IgIM mengikuti mekanisme orde reaksi kedua semu, dan karakteristik pengikatan IgG pada permukaan IgIM mengikuti model isoterm Sips. Untuk tujuan praktis, IgIM mampu memisahkan IgG polivalen dari plasma darah manusia dengan hasil sebesar 9,4% (w/w). Struktur sekunder IgG yang dipisahkan menggunakan IgIM tidak berbeda dari IgG intravenous injeksi dan IgG standar. Dengan demikian, IgIM cocok digunakan untuk memisahkan IgG dari plasma darah manusia. Kata kunci: IgIM, imunoglobulin G, MIP, Plasma darah manusia, SiO 2–SH ABSTRACT AGAROSA IMPRINTED MOLECULES MATRIX WITH SILICA THIOL FUNCTIONALIZED AS A CORE FOR THE SEPARATION IMMUNOGLOBULIN G FROM HUMAN BLOOD PLASMA By Malikhatun Ni’mah NIM: 30516302 (Doctoral Program in Chemistry) Immunoglobulin G (IgG) is a glycoprotein with the capability to eliminate antigens. IgG consists of 476 amino acid residues with a molecular weight ~150 kDa. This molecular weight is derived from two identical light chains, each weighing ~25 kDa, and two heavy chains, each weighing ~50 kDa. In addition to its role in immune defense, IgG also holds potential as a therapeutic molecule for diseases such as cancer, autoimmune disorders, certain viral exposure-related illnesses like HIV, and future disease therapies. IgG was first produced by Cohn and his team during World War II. Currently, the Cohn method is employed during the initial treatment of plasma before the purification stage, particularly for large-scale IgG purification. Currently, Molecularly Imprinted Polymers (MIPs) have been developed for the separation of IgG from human blood plasma. The working principle of MIPs is based on the affinity chromatography concept, where the cavities within MIPs are molded to match the size and surface of IgG molecules. Some researchers have developed MIPs with imprinted molecules that are partially from the target molecule. However, they have a drawback in terms of reduced binding specificity proportional to the size of the imprinted molecule used. There are also thermosensitive polymers like poly-N-isopropylacrylamide used for IgG purification, and MIPs with poly-L-glutamate and N,N-methylene bisacrylamide as cross-linking agents for peptides. Up to now, the uniqueness of MIPs continues to be developed to obtain the most ideal matrix for separating IgG from human blood plasma, one that is cost-effective, rapid, simple, and has high selectivity for IgG separation. In this study, IgIM, a surface-imprinted matrix of IgG molecules, was created using a surface imprinting method that allows IgG molecules to bind more effectively compared to bulk imprinting. IgIM is synthesized through three stages. The first stage involves the synthesis of SiO 2–SH from the reaction of TEOS (tetraethyl orthosilicate) and MPTMS (mercaptopropyl trimethoxysilane). The second stage is the binding of IgG molecules to SiO 2–SH (SiO2– SH@Ig), followed by encapsulation using agarose. The final stage is the release of IgG molecules to produce IgIM with stereospecific cavities for IgG. Characterization of SiO 2–SH, SiO2–SH@Ig, and IgIM includes particle size analysis using a particle size analyzer, silica surface morphology and composition using SEM-EDX and TEM- LR, surface charge using a zeta sizer, material functional group changes using FTIR, determination of thiol groups on the silica surface using the Ellman’s reagent, and surface roughness analysis using Image-J software. The pore volume and specific surface area of IgIM are analyzed using the Brunauer-Emmett-Teller (BET) method. A matrix without IgG imprinting (nIgIM) is used as a comparison. IgIM and nIgIM, once synthesized, are evaluated for performance in batch and flow systems. IgIM has a globular shape with a pore volume of 9.72 mL g –1 and a specific surface area of 6384 m 2 g –1 . With an imprinting factor (IF) of 11.5, IgIM selectively binds IgG over human serum albumin and thrombin. The maximum adsorption capacity of IgIM for IgG is 0.41 mmol IgG g –1 IgIM, while the dynamic binding capacity (DBC10%) is 45 μmol IgG g –1 IgIM. IgIM can be reused for IgG separation up to 10 cycles with a final recovery of 60%. The mechanism of IgG binding on the IgIM surface follows a pseudo-second-order reaction, and the binding characteristics of IgG on the IgIM surface follow the Sips isotherm model. For practical purposes, IgIM can separate polyvalent IgG from human blood plasma with a yield of 9.4% (w/w). The secondary structure of separated IgG using IgIM is indistinguishable from intravenous injection IgG and standard IgG. Therefore, IgIM is suitabel for IgG separation from human blood plasma. Keywords: IgIM, immunoglobulin G, MIP, human blood plasma, SiO 2–SH.                    MATRIKS AGAROSA BERCETAKAN MOLEKUL DENGAN INTI SILIKA YANG MENGANDUNG GUGUS TIOL UNTUK PEMISAHAN IMUNOGLOBULIN G DARI PLASMA DARAH MANUSIA Oleh Malikhatun Ni’mah NIM: 30516302 (Program Studi Doktor Kimia) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tim Pembimbing Tanggal 01 Desember 2023 Ketua.