Interaksi Biomaterial Berbasis Biosilika Diatom Laut Tropis dengan Protein Darah Manusia Skripsi Ilona Joan Manuela 10520059 PROGRAM STUDI SARJANA KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2024 ii Interaksi Biomaterial Berbasis Biosilika Diatom Laut Tropis dengan Protein Darah Manusia Interaction of Biosilica based Biomaterial from Tropical Marine Diatom with Human Blood Proteins Skripsi Ilona Joan Manuela 10520059 PROGRAM STUDI SARJANA KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2024 iii Abstrak Penelitian terkini menunjukkan bahwa biosilika dari mikroalga jenis diatom dapat dimanfaatkan sebagai biomaterial, contohnya untuk bahan implan tulang, implan gigi, dan sistem penghantar obat-obatan. Namun, di dalam tubuh, interaksi darah dan biomaterial dapat memicu serangkaian peristiwa kompleks seperti adsorpsi atau koagulasi protein, serta adhesi atau agregasi platelet. Maka dari itu, penelitian ini bertujuan untuk mempelajari profil interaksi antara biosilika dari diatom dan protein darah manusia untuk mengembangkan biosilika sebagai biomaterial baru yang kompatibel. Pada penelitian ini, dilakukan kultivasi diatom Navicula salinicola NLA yang diisolasi dari Kepulauan Seribu Indonesia, dilanjutkan dengan ekstraksi hingga diperoleh biosilika murni yang dibuktikan dengan analisis spektrum FTIR. Hasil kultivasi menunjukkan bahwa kerapatan sel awal Navicula salinicola sebesar 700.000 sel/mL yang meningkat hingga 5.390.000 sel/mL setelah 12 hari ditumbuhkan dalam media air laut termodifikasi. Produktivitas biomassa yang diperoleh adalah sebesar 5,34 g/L kultur. Biosilika berhasil diekstraksi dari biomassa dengan produktivitas sebesar 49,41 mg/L kultur. Biosilika kemudian dicampurkan dengan serum albumin manusia atau plasma darah manusia untuk menginvestigasi proses adsorpsi protein. Hasil penelitian menunjukkan terjadinya adsorpsi protein yang mengikuti kinetika orde pertama semu. Secara termodinamika, adsorpsi protein darah oleh biosilika mengikuti model isoterm adsorpsi Freundlich, Sips, dan Temkin. Selain itu, juga dibandingkan dua spesies diatom yang berbeda, yaitu Navicula salinicola NLA (diatom bentuk pennate) dan Cyclotella striata TBI (diatom bentuk centrate). Berdasarkan nilai kapasitas adsorpsi saat kesetimbangan (q e) dan persentase protein teradsorpsi, diatom N. salinicola lebih efektif dalam mengadsorpsi albumin serum manusia. Pada konsentrasi protein rendah, N. salinicola dapat menyerap hingga ±99% protein (q e = 101,26 mg/g), dan C. striata hingga ±40% protein (q e = 42,21 mg/g). Pada konsentrasi protein tinggi, N. salinicola dapat menyerap hingga ±62% (q e = 379,15 mg/g), dan C. striata hingga ±56% (q e = 311,14 mg/g). Sama halnya dengan adsorpsi albumin, N. salinicola juga lebih efektif dalam mengadsorpsi protein plasma darah manusia (q e = 840,51 mg/g) dibandingkan dengan C. striata (q e = 770,77 mg/g). Kata kunci: mikroalga, biosilika, diatom, albumin, serum darah manusia, plasma darah manusia, adsorpsi iv Abstract Recent research shows that biosilica from diatomaceous microalgae can be used as biomaterials, for example, biomaterials that make up bone implants, dental implants, drug delivery systems, and many more. However, in the body, the interaction of blood and biomaterials can trigger a series of complex events such as adsorption or coagulation of proteins, as well as adhesion or platelet aggregation. Therefore, this research aims to study the interaction profile between biosilica from diatoms and human blood proteins to develop biosilica as a compatible biomaterial. In this study, cultivation of Navicula salinicola NLA diatoms isolated from the Thousand Islands of Indonesia was carried out, followed by the process of extraction until pure biosilica was obtained as evidenced by FTIR spectrum analysis. The cultivation results showed that the initial cell density of Navicula salinicola NLA was 700,000 cells/mL which increased to 5,390,000 cells/mL after 12 days of growing in modified seawater media. The obtained biomass has a productivity of 5.34 g/L of culture. From the biomass, biosilica was successfully extracted with a productivity of 49.41 mg/L of culture. Biosilica is then mixed with human serum albumin (HSA) or human blood plasma to investigate the protein adsorption process. The results showed that the occurrence of protein adsorption follows pseudo-first-order kinetics. Thermodynamically, the adsorption of blood proteins by biosilica follows the Freundlich, Sips, and Temkin adsorption isotherm model. In addition, two different diatom species were also compared, namely Navicula salinicola NLA (pennate form diatom) and Cyclotella striata TBI (centrate form diatom). Based on the value of adsorption capacity at equilibrium (q e) and percentage of adsorbed protein, HSA is more effectively adsorbed by N. salinicola diatoms. At low protein concentrations, N. salinicola can absorb up to ±99% protein (q e = 101.26 mg/g), and C. striata up to ±40% protein (q e = 42.21 mg/g). At high protein concentrations, N. salinicola can absorb up to ±62% (q e = 379.15 mg/g), and C. striata up to ±56% (q e = 311.14 mg/g). Similar to albumin adsorption, human blood plasma is also more effectively adsorbed by N. salinicola diatoms (q e = 840.51 mg/g) compared to C. striata (q e = 770.77 mg/g). Keywords: microalgae, biosilica, diatom, albumin, human blood serum, human blood plasma, adsorption.