Pharmaceutical diffusion Nuryanti, M.Sc, Apt Laboratorium Farmasetika Jurusan Farmasi FKIK Unsoed

Introduction Mass transfer phenomena Proses perpindahan molekul disebabkan oleh difusi & konveksi Penembusan membran merupakan salah satu dari proses perpindahan massa Penting dalam ilmu farmasi: Sintesis obat Studi preformulasi Desain dan pembuatan btk sediaan ADME obat

Introduction Diffusion Difusi adl: proses dimana molekul obat terlarut bergerak secara random yang msbbkan massa berpindah dr suatu sistem ke sistem yang lain Note: jd tdk harus menembus membrane ex: pr pelarutan gula dlm air (disolusi) bisa disebut proses difusi Difusi pasif adalah proses perpindahan massa bergerak dari satu tempat ke tempat lain pada suatu sistem menuruni gradient konsentrasi mengikuti gerakan random molekul.

Convection & Generalized Mass Balance Equations Realitas dalam farmasi proses  difusi  tidak hanya murni disolusi tetapi ada energy luar yang membantu molekul terdistribusi secara molekul spt perbedaan suhu dan gradient tekanan  proses difusi menjadi lebih cepat

Convection flow Jika setetes pewarna tidak hati-hati ditempatkan di air dibagian bawah gelas kimia  distribusi dan  konveksi yang berperan Akibatnya, pewarna tertranspor ke bagian atas dengan kecepatan yang jauh lebih cepat. Hal ini biasanya membutuhkan waktu  solusi lebih sedikit untukmencapai warna yang sama karena konveksi disebabkan oleh kekuatan eksternal

Fick’s First Law Fick dikenal sbg analogi antara difusi, konduksi panas, dan konduksi listrik difusi dgn dasar kuantitatif mengadopsi  persamaan matematika dari hukum Fourier’s  untuk konduksi panas atau hukum Ohm’s untuk  konduksi listrik.

Fick’s First Law Hukum pertama  Fick’s: menghubungkan flux dari suatu solut ke gradien, konsentrasi nya menggunakan suatu proporsionalitas yang konstan disebut koefisien difusi atau difusivitas

Fick’s First Law AJ = J = -D dC dx Persamaan (1) adalah bentuk satu dimensi dari hukum Fick pertama : Persamaan 1: J is the total flux,(mg/cm2.sec) A is the diffusion area (cm2) j is the flux per unit area c is concentration, (mg/cm3) x is distance,(cm) D is the diffusion coefficient (cm2/sec) •Flux adl kecepatan perpindahan obat per satuan luas penampang membrane per satuan waktu Pd bbrp kasus difusi pd larutan yg sgt encer (larutan ideal)  D bisa dianggap konstan Pada larutan pekat,  D tidak dianggap konstan ttp berubah secara signifikan tergantung pada konsentrasi AJ = J = -D dC dx

Fick’s First Law J = -D dC dx Persamaan 2: Tanda negative difusi terjadi krn arah difusi berlawanan  dengan peningkatan konsentrasi Dengan demikian, difusi molekul terjadi pada arah konsentrasi molekul menurun Obat meninggalkan ttk awal, shg akan mengurangi konsentrasi awal dr massa/molekul Krn adanya pr migrasi yg menurun mengikuti gradient konsentrasi tinggi ke rendah yg disbbkan adanya pertambahan jarak utk bmigrasi.   J = -D dC dx

Fick’s Second Law Hukum pertama Fick’s tidak langsung diterapkan untuk menyelesaikan sebagian besar dari permasalahan farmasi. hukum kedua Fick’s lebih general dan persamaan  digunakan dalam menyelesaikan sebagian besar   masalah. difusi  Hukum Fick’s kedua dapat diturunkan dari hukum Fick’s pertama

Fick’s Second Law Mempertimbangkan elemen volume dari kotak persegi panjang dimensi dx, dy, dz, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Diasumsikan bahwa difusi terjadi hanya pada arah X  Pada bagian tengah (x, y, z) dari kotak, konsentrasi c dan fluks adalah jx.

Fick’s Second Law Laju difusi molekul me-masuk ke fase   x-dx / 2 adalah, persamaan 3 Jin = dxdy(jz - ∂x∂Jx) 2 ∂x Laju difusi molekul meninggalkan fase   x-dx / 2 adalah, persamaan 4: Jout = dxdy(jz - ∂x∂Jx) 2 ∂x

Fick’s Second Law Kontribusi murni kecepatan akumulasi difusi molekul pada elemen dari dua fase adl persamaan 5: Jin - Jout = - dxdydz(jz - ∂x∂Jx) ∂x

Fick’s Second Law Kecepatan akumulasi difusi molekul dlm suatu elemen adl persamaan 6: dxdydz ∂c ∂t Jika  tidak ada konveksi atau reaksi kimia dalam elemen  kecepatan akumulasi difusi molekul adalah persamaan untuk  kontribusi murni oleh difusi: dxdydz ∂c = - dxdydz∂Jx ∂t ∂x ∂c = - ∂Jx ∂t ∂x

Fick’s Second Law Substitusi hukum fick’s pertama dalam persamaan 8: ∂c = D ∂2c ∂t ∂x2 Persamaan (9)  hukum Fick kedua difusi, diperoleh dgn asumsi bahwa D adalah konstan Hukum kedua Fick pada dasarnya menyatakan bahwa kecepatan perubahan konsentrasi  dalam suatu volume dalam bidang diffusional sebanding dengan: kecepatan perubahan dalam gradien konsentrasi spasial  pada titik dalam bidang, proporsionalitas konstan koefisien  difusi

Simple “zero order “ flux case Banyak eksperimental desain yang digunakan untuk kepentingan studi farmasi dan obat menggunakan suatu membran yangmemisahkan dua kompartemen, berjalan dengan suatu gradien konsentrasi operasional dan kondisi "sink" (dasarnya adalah nol Konsentrasi) di reseptor kompartemen.

Zink kondisi Difusi dimulai dari X =o Konsentrasi menurun sampai x = h Koefisien difusi konstan Kompartemen donor Kompartemen aseptor X0 Xh Zat terlarut Konsentrasi tinggi MEMBRAN

Lag Time Metode Keadaan tunak Jumlah kumulatif obat yang berpenetrasi Tidak tunak

Difusi suatu anti bakteri (AFI-552) dari larutan 25% PG-air diuji melalui membran kulit buatan suatu sel difusi tipe horizontal. Membran stratum korneum dipotong berbentuk lingkaran dengan diameter luar 2,03 cm dan diameter dalam (area kontak dengan cairan dari donor dan reseptor) 1,7 cm. Tebal membran adalah 0,05 cm. Pada penelitian terdahulu diketahui koefisien partisi obat terhadap membran sebesar 1,5 pada suhu 25OC. Konsentrasi obat dalam donor adalah 0,05 g/100 mL. Kurva korelasi jumlah obat berpermeasi (dalam gram) terhadap waktu (dalam jam) menghasilkan suatu korelasi linear (setelah kondisi tunak tercapai) dengan lag time 15 jam. Tentukan: Kooefisien difusi Flux pada kondisi tunak dalam satuan µg/(cm2.hr)