Best regards,
METODE SINTESIS HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG TELUR SECARA PENGENDAPAN BASAH
Bidang Teknik Invensi
Invensi ini berhubungan dengan metode sintesis hiroksiapatit dari cangkang telur secara pengendapan basah.
Latar Belakang Invensi
Struktur tulang terdiri dari komponen anorganik dan
organik. Komponen anorganik (69%) terdiri dari
hidroksiapatit (99%). Perbandingan Ca/P pada
hidroksiapatit adalah 1,67 (Oshida et al., 2015). Hidroksiapatit dengan rumus Ca10(PO4)6(OH)2 memiliki sifat biokompatibel dan bioaktif (Purwasasmita dkk., 2008). Hidroksiapatit juga mampu membentuk ikatan yang kuat antara implan dan tulang (osteointegration), tempat untuk pertumbuhan sel tulang baru (osteokonduktif), tidak memberikan efek negatif terhadap jaringan donor, dan tidak toksik (Pane, 2004; Suryadi, 2011). Hidroksiapatit yang digunakan pada bidang medis di Indonesia masih impor (Sedyono dan Tontowi, 2008) sehingga perlu perkembangan riset sintesis hidroksiapatit.
Proses sintesis dapat dilakukan melalui reaksi senyawa-senyawa sintetik ataupun dengan mereaksikan senyawa sintentik dengan senyawa alami. Hidroksiapatit yang disintesis dari bahan alami berasal dari cangkang siput (Adak and Purohit, 2011), cangkang keong sawah (Ardabilly, 2013), cangkang telur ayam, cangkang telur bebek (Nurlaela dkk., 2014), cangkang ayam kampung (Tyas, 2014), cangkang kerang hijau (Hidayat, 2013), cangkang kerang kepah (Ningsih dkk., 2014), cangkang kerang mencos (Setiadi, 2014), cangkang kerang ranga (Balgies, 2011),
L 14
cangkang kerang bulu (Wati, 2014), dan tulang sapi
(Pinangsih dkk., 2014). Sintesis hidroksiapatit
menggunakan bahan sintetik dapat menggunakan CaO (Purwasasmita dkk., 2008), CaCl2 CaSO4.2H2O, Ca(CH3COO)2
(Santoso, 2012), Ca(NO3)2, Ca(OH)2, dan CaCO3 (Oshida et
al., 2015). Menurut Balgies (2011), sintesis
hidroksiapatit menggunakan bahan alami lebih baik karena bahan tersebut dapat meningkatkan sifat bioaktif, osteokonduktif, dan biokompatibel. Pemilihan bahan alami pada sintesis hidroksiapatit didasarkan pada besarnya kadar kalsium. Cangkang telur memiliki kadar kalsium yang tinggi sehingga dapat dimanfaatkan sebagai prekursor dalam sintesis hidroksiapatit (Amrina, 2008). Menurut Jasinda (2013), cangkang telur terdiri dari kalsium karbonat (CaCO3), kalsium fosfat (CaPO4), magnesium karbonat (MgCO3), dan magnesium fosfat (MgPO4). Cangkang telur bebek dengan kadar kalsium 75,12% (Sari, 2013) memiliki kadar kalsium yang lebih tinggi dibandingkan kerang bulu 38% (Wati, 2014), cangkang telur ayam 64,72%, cangkang telur ayam kampung 71,11% (Tyas, 2014), dan cangkang kerang mencos 72% (Setiadi, 2014). Selama ini pemanfaatan cangkang telur digunakan untuk mengadsorbsi logam berat Fe (III) dan Cd2+ (Iriany et al., 2013), meningkatkan kandungan mineral dari kompos, meningkatkan kekuatan semen, dan karya seni (Glatz and Miao, 2009). Sebagian besar yang lain dibuang sebagai limbah (Winger, 2012) dari peternakan, rumah, dan industri makanan. Kandungan kalsium yang tinggi dan ketersediannya yang melimpah membuat cangkang telur bebek potensial sebagai prekursor hidroksiapatit.
Cangkang telur bebek sebagai prekursor perlu
dikalsinasi dengan suhu yang tinggi untuk mengubah kalsium karbonat menjadi kalsium oksida (Tyas, 2014). Adanya ion karbonat dalam cangkang telur akan mengganggu proses sintesis sehingga dapat menghasilkan fasa apatit yang lain. Menurut Suzuki et al (2006), diperlukan suhu
L 15
1000 oC untuk mengubah kalsium karbonat pada cangkang telur menjadi kalsium oksida.
Prekursor lain dari hidroksiapatit adalah fosfat. Sumber fosfat dalam sintesis hidroksiapatit dapat menggunakan (NH4)2HPO4, KH2PO4, H3PO4, Na3PO4, dan K3PO4
(Ardabilly, 2013; Nurlaela dkk., 2014; Oshida et al., 2015). Menurut Suryadi (2011), sintesis hidroksiapatit menggunakan (NH4)2HPO4 akan melibatkan pemakaian ammonia berlebih dan produk sampingnya berupa ammonium sehingga memerlukan proses pencucian yang lebih ekstensif.
Invensi sebelumnya yang dikemukakan oleh Brent F Constanf telah kedaluarsa pada tahun 1998 (US 5962028 A)
tentang komposisi Hidroksiapatite .Pada berbagai
perbandingan komposisi kitosan : obat. Invensi Peter James Wattes and lisbeth Illum (US5840341A) adalah enkapsulasi insulin menggunakan kitosan mikrosperis dengan pengemulsi SPAN 80. Invensi sebelumnya yang dikemukakan oleh K Sahoo Sanjeeb and Mohanty Chandana (EP 2632447 A1) melakukan enkapsulasi curcumin pada kitosan kolagenbentuk spong. Invensi sebelumnya yang diajukan Frank Gu tanggal 20 Juni 2013 (WO2013188979 A1) menggunakan polisakarida-PLGA/PEG untuk pembuatan sistem
penghantaran obat yang mucoadesiv. Invensi ini
menggunakan kitosan kalsium kolagenyang dikombinasi
dengan pengemulsi hidroksiapatit sebagai matriks
enkapsulasi hidroksiapatit untuk menghasilkan
hidroksiapatit sistem pelepasan terkontrol.
Invensi ini diharapkan dapat mengatasi permasalahan-permasalahan yang diungkapkan di atas karena memiliki keunggulan yaitu menggunakan bahan-bahan yang aman bagi tubuh. Kitosan merupakan polisakarida yang dihasilkan dari proses deasetilasi kitin cangkang udang windu.
Kitosan diketahui mempunyai sifat nontoksik,
biocompatibel, biodegradabel dan aman bagi jaringan
mucosa. Natrium kolagenmerupakan polisakarida yang diisolasi dari alga merah. Kolagenmempunyai monomer asam
L 16
guluronat dan manuronat. Kolagenbersifat nontoksik dan
dapat bersinergi dengan baik dengan kitosan.
Hidroksiapatit merupakan salah satu pengemulsi yang mempunyai HLB tinggi sehingga bisa mendispersikan sistem kitosan-kalsium kolagenW/O (water in Oil) yang akan menghasilkan hidroksiapatite yang permukaannya halus dengan ukuran pori yang seragam. Hidroksiapatit yang
dienkapsulasi dengan kitosan kalsium
kolagenhidroksiapatit mempunyai waktu paruh biologis yang lebih panjang sehingga penderita Fraktur tulang tidak perlu mengkonsumsi obat setiap hari, mempunyai ukuran partikel seragam dan permukaannya halus (tidak ada penggumpalan) sehingga tidak menyebabkan iritasi pada lambung ketika dikonsumsi pada waktu yang lama.
Uraian Singkat Invensi
Tujuan dari invensi ini adalah untuk membuat hidroksiapatit dari cangkang telur denagn metode pengendapan basah. Tujuan invensi ini dapat dicapai
dengan menyediakan metode sintesis hidroksiapatit
menggunakan cangkang telur dengan metode pengendapan basah. yang terdiri dari tahap-tahap sebagai berikut:
a. Cangkang telur bebek dicuci dengan air bersih berulang kali supaya kotoran, lendir, dan bau dapat dihilangkan. Cangkang telur yang telah bersih, dikeringkan selama 24 jam pada suhu ruang dengan cara diangin-anginkan. Cangkang telur bebek dihaluskan menggunakan blender hingga menjadi serbuk halus. Serbuk yang dihasilkan diayak dengan ayakan 100 mesh kemudian disimpan dalam tempat tertutup.
b. Sebanyak 8 gram serbuk cangkang telur bebek ditimbang dan dikalsinasi menggunakan tanur pada suhu 1000 oC selama 6 jam. Serbuk cangkang telur bebek dibiarkan dingin dalam tanur selama 24 jam
L 17
dan dimasukkan ke dalam desikator. Serbuk
ditimbang untuk mendapatkan rendemennya, kemudian disimpan di tempat tertutup.
c. Sintesis hidroksiapatit dilakukan dengan cara mereaksikan prekursor kalsium dan prekursor fosfat
dengan perbandingan konsentrasi Ca/P 1,67.
Sebanyak 100 mL Ca(OH)2 0,5 M dimasukkan ke dalam
gelas kimia dan dihubungkan dengan buret
berkapasitas 50 mL yang berisi asam fosfat. Mulut gelas kimia di tutup menggunakan aluminum foil untuk meminimalkan kontak dengan udara. Sebanyak 100 mL H3PO4 0,3 M pada buret ditambahkan setetes demi setetes sambil diaduk menggunakan magnetic
stirrer kecepatan 1 mot. Suspensi diaduk dengan
kecepatan 2 mot selama 1 jam pada suhu 60 oC. Suspensi diaduk kembali dengan magnetic stirer kecepatan 1 mot selama 120 menit pada suhu ruang. Suspensi ini ditambah NaOH 1 M setetes demi setetes hingga pH menjadi 10. Larutan diaduk kembali selama 30 menit menggunakan magnetic
stirrer dengan kecepatan 2 mot. Campuran didiamkan
(aging) pada suhu kamar selama 24 jam.
d.Endapan disaring menggunakan kertas saring, dicuci dengan akuademin sebanyak 3x, dan dikeringkan dengan oven pada suhu 105 oC selama 2 jam. Padatan ditimbang massanya, dihaluskan dengan mortar alu, ditambahan HNO3 12 M sebanyak 1 mL, dan dimasukkan dalam tanur 900 oC selama 2 jam. Padatan dibiarkan dingin dalam tanur selama 24 jam, dipindahkan dalam desikator, dan ditimbang massanya. Percobaan
diulang kembali dengan variasi tanpa suhu
sintering, suhu sintering 800, dan 1000 oC.
Uraian Lengkap Invensi
Sebagaimana yang telah dikemukakan pada latar belakang invensi bahwa salah satu permasalahan bagi
penanggulangan patah tulang adalah pembuatan
hidroksiapatit dengan bahan dasar cangkang telur dengan metode pengendapan basah. Ukuran tablet hidroksiapatit yang besar juga menjadi kendala bagi pasien ketika mengkonsumsinya, kelalaian pasien dalam mengkonsumsi obat menyebabkan pasien harus mengulang mengkonsumsi obat
L 18
tersebut mulai dari awal dan dengan dosis yang lebih tinggi. Enkapsulasi hidroksiapatit akan mereduksi permasalahan tersebut karena pelepasan hidroksiapatit akan terkontrol sesuai kondisi larutan fisiologis lambung dan usus halus. Pada invensi ini bahan-bahan yang digunakan untuk enkapsulasi hidroksiapatit adalah hidroksiapatit, natrium alginat, kitosan, CaCl2, Hidroksiapatit, air demineral,buffer sitrat, penyangga fosfat. Adapun proses enkapsulasi hidroksiapatit adalah sebagai berikut: hidroksiapatit dihaluskan dengan mortal sampai ukuran 200 mesh. Serbuk hidroksiapatit dicampur dengan larutan natrium kolagendengan variasi konsentrasi 0,5;1;1,5; 2; 2,5 dan 3% (b/v). Perbandingan massa hidroksiapatit: natrium kolagenyaitu 1:2. Campuran serbuk hidroksiapatit dan larutan natrium kolagendimasukkan ke dalam gelas kimia, kemudian diaduk dengan magnetik stirer dengan kecepatan 100 rpm selama 2 jam sampai homogen. Larutan yang dihasilkan kemudian ditambahkan pada larutan CaCl2 0,05; 0,1;0,15; 0,2 dan 0,25 M tetes demi tetes. Penambahan harus dilakukan tetes demi tetes supaya tidak terjadi penggumpalan. Hasil penetesan menghasilkan butiran putih berbentuk gel. Penetesan pada larutan CaCl2
ini bertujuan untuk melakukan repolimerisasi, ion Ca2+ dari CaCl2 sebagai zat pengikat silang gugus guluronat dan manuronat dari alginat. Butiran yang paling bagus dihasilkan pada penetesan dengan konsentrasi CaCl2 0,15 M. Pada konsentrasi ini butiran yang dihasilkan seragam dan bentuknya bagus. Butiran yang dihasilkan selanjutnya disaring, dikeringkan selama 24 jam pada temperatur ruang, kemudian dicuci dengan menggunakan air demineral sampai netral antara pH 6,5-7,5. Butiran putih yang
dihasilkan selanjutnya direndam pada pengemulsi
hidroksiapatit dengan konsentrasi antara 1-5%, disukai 3%
selama 10 menit. Perendaman dalam pengemulsi
L 19
terbentuknya aggregat pada permukaan butiran obat sehingga permukaan obat mempunyai bentuk yang halus dan pori-porinya mempunyai ukuran yang seragam. Permukaan
yang halus sangat diperlukan supaya obat tidak
menyebabkan iritasi pada saluran pencernaan ketika dikonsumsi pada jangka waktu yang lama. Butiran yang paling bagus didapatkan pada penambahan hidroksiapatit konsentrasi 3%. Butiran yang dihasilkan selanjutnya direndam pada larutan kitosan 0,05-0,5%, disukai 0,1% (b/V) selama 10-60 menit.Hasil terbaik diperoleh pada perendaman kitosan 0,1% selama 15 menit. Perendaman pada larutan kitosan bertujuan untuk melapisi permukaan obat, sistem enkapsulasi ini disebut sistem penyalutan ganda. Untuk menguji hasil enkapsulasi maka Hidroksiapatit
terenkapsulasi selanjutnya dikarakterisasi bentuk
morfologi dengan menggunakan instrument SEM (Scanning
Electron Microskop), efisiensi enkapsulasi, ukuran
partikel dengan menggunakan instrument PSA (Particle Size
Analysis). Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa butiran
yang paling bagus dihasilkan pada larutan hidroksiapatit yang dicampur dengan larutan natrium kolagen2% (b/v), penetesan dalam larutan CaCl2 0,15 M, perendaman dalam larutan Hidroksiapatit 3% (b/v) selama 10 menit dan perendaman dalam larutan kitosan 0,1 %(b/v)selama 15 menit. Hasil analisis morfologi permukaan menunjukkan bahwa permukaan obat berbentuk spheris, permukaannya halus merata, ukuran porinya seragam. Permukaan yang halus ini membuat obat akan aman dikunsumsi karena tidak menyebabkan iritasi pada saluran pencernaan, ukuran dan bentuk pori seragam menyebabkan laju pelepasan obat juga
seragam dan terkontrol. Proses enkapsulasi ini
menghasilkan efisiensi enkapsulasi tertinggi 79,1%. Pada penentuan ukuran partikel menunjukkan bahwa ukuran partikelnya sebanyak 91,5% berukuran 100-1000 nm dan 8,5% berukuran 10-100 nm.
L 20
Invensi ini dapat efektif untuk mengobati penyakit TBC karena memiliki keunggulan yaitu menggunakan bahan-bahan yang aman bagi tubuh dan mudah didapat di Indonesia. Mempunyai sifat nontoksik, biocompatibel,
biodegradabel dan aman bagi jaringan mucosa, waktu paruh
biologis yang lebih panjang sehingga penderita TBC tidak perlu mengkonsumsi obat setiap hari, mempunyai ukuran partikel seragam dan permukaannya halus (tidak ada penggumpalan) sehingga tidak menyebabkan iritasi pada lambung ketika dikonsumsi pada waktu yang lama.
L 21 Klaim
1. Metode enkapsulasi hidroksiapatit yang terdiri dari tahap-tahap sebagai berikut:
a. menghaluskan hidroksiapatit dengan mortal sampai terbentuk serbuk hidroksiapatit dengan ukuran 200 mesh,
b. menambahkan larutan natrium kolagen 2% (b/v) pada serbuk hidroksiapatit yang dihasilkan pada tahap
a) dengan perbandingan komposisi massa
hidroksiapatit : natrium kolagenadalah 1:2,
c. mengaduk campuran larutan natrium kolagendan serbuk hidroksiapatit dengan kecepatan 100 rpm selama 2 jam sampai homogen,
d. menambahkan campuran homogen yang dihasilkan pada tahap c) tetes demi tetes pada 500 mL larutan CaCl2 antara 0,05-0,25 M untuk menghasilkan butiran putih berbentuk gel,
e. menyaring butiran putih berbentuk gel yang dihasilkan pada tahap d) dengan kertas saring whatman 42 mesh,
f. mengeringkan butiran putih yang dihasilkan tahap e) selama 24 jam pada temperatur ruang,
g. mencuci butiran putih kering yang dihasilkan tahap f) dengan air demineral sampai netral antara pH
6,5-7,5 untuk menghasilkan hidroksiapatit
terenkapsulasi kalsium alginat,
i) merendam hidroksiapatit terenkapsulasi kalsium kolagenpada pengemulsi hidroksiapatit dengan konsentrasi antara 1-5% (b/v) selama 15 menit, dan j) merendam hidroksiapatit terenkapsulasi kalsium
alginate yang telah direndam pengemulsi
hidroksiapatit dengan larutan kitosan dengan konsentrasi antara 0,05-0,5 % (b/v) selama 10
L 22
terenkapsulasi kitosan-kalsium
alginat-hidroksiapatit.
2. Metode enkapsulasi hidroksiapatit sesuai dengan klaim 1, dimana konsentrasi CaCl2 yang ditambahkan pada tahap d) adalah 0,5M.
3. Metode enkapsulasi hidroksiapatit sesuai dengan klaim 1, dimana konsentrasi pengemulsi hidroksiapatit pada tahap i) adalah 3% (b/v).
4. Metode enkapsulasi hidroksiapatit sesuai dengan klaim 1, dimana konsentrasi larutan kitosan pada tahap j) adalah 0,1% (b/v).
L 23 Abstrak
SINTESIS HIDROKSIAPATITE DARI CANGKANG TELUR SECARA