Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 23 Desember 1969 dari pasangan Ir Kurnainsyah Hadering dan Noorhasanah, SPrg. Penulis merupakan anak kedua dari lima bersaudara.
Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Sekolah Tinggi Kimia Bogor, lulus pada tahun 2010. Pada tahun 2011, penulis diterima di Program Studi Kimia pada Program Pascasarjana IPB dan menamatkannya pada tahun 2014. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Badan Litbang Pertanian.
Penulis bekerja sebagai staf Laboratorium Kimia Balai Penelitian Tanah Bogor sejak tahun 1992. Selama mengikuti program S-2, penulis telah mengikuti seminar internasional pada International Conference on Advanced Materials Science and Technology (ICAMST 2013) yang dilaksakan di Universitas Gajah Mada dan mempublikasikan jurnal berjudul Synthesis of Hydroxyapatite Nanoparticle from Tutut (Bellamya javanica) Shells by using Precipitation Method for Artificial Bone Engineering dan sudah diterbitkan di Advanced Materials Research Switzerland. Jurnal tersebut merupakan sebagian dari hasil penelitian tesis di bawah bimbingan Ibu Dr Eti Rohaeti MS, Ibu Dr Charlena Msi dan Bapak Drs Sulistioso Giat Sukaryo MT.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya kasus patah tulang dan kerusakan gigi, kebutuhan bahan biomaterial pengganti tulang dan gigi juga terus meningkat. Oleh karena itu perlu upaya untuk mencari alternatif biomaterial yang bersifat bioaktif terhadap jaringan yang dapat menggantikan struktur jaringan yang hilang dan tidak menimbulkan efek samping. Biomaterial yang banyak digunakan untuk substitusi tulang adalah biokeramik yang merupakan senyawa kalsium fosfat. Kalsium fosfat bersifat biokampatibel dan bioaktif, sehingga sangat tepat untuk dijadikan bahan implan (Dahlan 2013).
Tulang merupakan penopang tubuh manusia, memiliki komponen utama kalsium fosfat dan senyawa kalsium karbonat yang dikenal sebagai apatit. Senyawa kalsium fosfat memberikan sifat keras dalam jaringan tulang. Kristal kalsium fosfat dalam jaringan tulang dikenal sebagai kristal apatit (Dahlan et al. 2009). Apatit terbagi menjadi 3 kelompok, yaitu Hidroksiapatit, Fluor-apatit, Klor-apatit. Salah satu fasa kalsium fosfat untuk tulang dan gigi yang banyak dikembangkan adalah hidroksiapatit (HAp) dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. HAp adalah biokeramik yang telah dikenal luas untuk aplikasi biomedis sebagai pengganti tulang (Hsiung et al. 2012).
HAp digunakan sebagai bahan untuk membuat tulang palsu dan gigi serta bahan penambal tulang untuk memperbaiki tulang secara cepat setelah trauma atau operasi besar. Kristal HAp dalam tulang umumnya berbentuk jarum yang berukuran nanometer dengan kisaran lebar 5-20 nm dan panjangnya 60 nm (Ferraz et al. 2004).
HAp dan trikalsiumfosfat (TCP/Ca3(PO4)2) banyak diteliti karena sifatnya yang sangat biokompatibel dengan jaringan tubuh manusia (Santos et al. 2004). Saat ini nanostruktur HAp aplikasinya cukup luas dalam bidang ortopedi, gigi, dan aplikasi penyalut obat. Penelitian telah menunjukkan bahwa HAp berukuran nano memiliki energi permukaan tinggi yang dapat meningkatkan sifat mekanik dan memungkinkan untuk penggantian permukaan implan lebih cepat (Bigi et al. 2008).
Sumber kalsium dari bahan-bahan alami telah dikembangkan untuk sintesis hidroksiapatit, diantaranya berasal dari cangkang telur dan cangkang kerang darah. (Dahlan et al. 2009). Selain dari cangkang telur dan cangkang kerang, eksplorasi perlu dilakukan terhadap sumber bahan yang banyak mengandung kalsium. Salah satu bahan yang berpotensi mengandung kalsium adalah cangkang tutut atau keong sawah. Cangkang tutut merupakan limbah dari konsumsi daging tutut yang belum memiliki pemanfaatan komersial. Limbah ini kaya akan berbagai mineral termasuk kalsium (Baby et al. 2010).
Sintesis HAp dilakukan melalui metode presipitasi dan hidrotermal. Sintesis nano hidroksiapatit dengan metode presipitasi memiliki keuntungan, yaitu sederhana dan biaya rendah (Khoerunnisa 2011) sedangkan metode hidrotermal dilakukan pada suhu rendah dan menghasilkan produk kristal yang homogen, kemurnian bahan terjaga karena sampel dimasukkan ke dalam teflon dan bejana baja yang tertutup rapat sehingga terjaga dari kontaminasi luar.
2
Beberapa penelitian menunjukkan sintesis nano HAp dapat dilakukan dengan metode presipitasi dan hidrotermal. Cunniffe et al. (2010) melaporkan bahwa sintesis HAp dengan metode presipitasi menghasilkan nano HAp berukuran <100 nm. Binnaz dan Koca (2009) juga melakukan penelitian dengan metode ini menghasilkan partikel HAp berukuran 50 nm. Sintesis HAp menggunakan metode hidrotermal berhasil dilakukan oleh Poinern et al. (2009) dan menghasilkan nano partikel HAp dengan diameter 30 nm. Manafi dan Joughehdoust (2009) juga menghasilkan kristal HAp yang berdiameter 30-50 nm. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa metode presipitasi dan hidrotermal menggunakan bahan dasar Ca(OH)2 sebagai sumber kalsium berhasil membuat HAp berukuran nano. Oleh karena itu teknik ini digunakan untuk sintesis nano HAp menggunakan bahan dasar cangkang tutut sebagai sumber kalsiumnya.
Perumusan Masalah
Hidroksiapatit hasil sintesis yang akan digunakan sebagai biomaterial pengganti tulang harus bersifat biokompatibel terhadap jaringan tubuh. Tulang merupakan bagian tubuh manusia yang secara mikroskopis dipandang sebagai struktur biokomposit, yaitu terdiri dari substansi inorganik yang tertanam di dalam substansi organik. Substansi inorganik (70%) terdiri dari mineral dengan unsur inorganik dominan adalah kalsium (Ca) dan fosfor (P) dan air (H2O); sedangkan substansi organik (30%) berupa matriks tulang, yaitu serat kolagen dan protein non-kolagen. Di dalam tulang, unsur-unsur inorganik mengalami biomineralisasi membentuk senyawa yang dikenal dengan hidroksiapatit dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. Hidroksiapatit biologik ini membangun 70% berat dan 50% volume jaringan keras tulang dengan berbagai substitusi, yaitu ion karbonat CO32- sebesar 3-8 % dan unsur-unsur magnesium, natrium, kalium, florin atau klorin. Kristal HAp dalam tulang umumnya berbentuk jarum yang berukuran nanometer dengan kisaran lebar 5–20 nm dan panjangnya 60 nm. HAp sintetik yang digunakan sebagai material implan ini tidak beracun dan tidak menyebabkan kanker. Metode presipitasi maupun hidrotermal yang menggunakan tutut sebagai sumber kalsium diharapkan dapat menghasilkan HAp yang memiliki sifat-sifat yang sesuai dengan tubuh dan partikel yang dihasilkan berskala nanometer.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan mensintesis hidroksiapatit dalam skala nanometer dari bahan dasar cangkang tutut melalui metode presipitasi dengan teknik pengadukan ultrasonik dan metode hidrotermal. Mengetahui karakteristik senyawa nano hidroksiapatit yang mencakup analisis fasa, morfologi, penentuan gugus fungsi dan ukuran partikel dari hasil sintesis nano hidroksiapatit.
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya kasus patah tulang dan kerusakan gigi, kebutuhan bahan biomaterial pengganti tulang dan gigi juga terus meningkat. Oleh karena itu perlu upaya untuk mencari alternatif biomaterial yang bersifat bioaktif terhadap jaringan yang dapat menggantikan struktur jaringan yang hilang dan tidak menimbulkan efek samping. Biomaterial yang banyak digunakan untuk substitusi tulang adalah biokeramik yang merupakan senyawa kalsium fosfat. Kalsium fosfat bersifat biokampatibel dan bioaktif, sehingga sangat tepat untuk dijadikan bahan implan (Dahlan 2013).
Tulang merupakan penopang tubuh manusia, memiliki komponen utama kalsium fosfat dan senyawa kalsium karbonat yang dikenal sebagai apatit. Senyawa kalsium fosfat memberikan sifat keras dalam jaringan tulang. Kristal kalsium fosfat dalam jaringan tulang dikenal sebagai kristal apatit (Dahlan et al. 2009). Apatit terbagi menjadi 3 kelompok, yaitu Hidroksiapatit, Fluor-apatit, Klor-apatit. Salah satu fasa kalsium fosfat untuk tulang dan gigi yang banyak dikembangkan adalah hidroksiapatit (HAp) dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. HAp adalah biokeramik yang telah dikenal luas untuk aplikasi biomedis sebagai pengganti tulang (Hsiung et al. 2012).
HAp digunakan sebagai bahan untuk membuat tulang palsu dan gigi serta bahan penambal tulang untuk memperbaiki tulang secara cepat setelah trauma atau operasi besar. Kristal HAp dalam tulang umumnya berbentuk jarum yang berukuran nanometer dengan kisaran lebar 5-20 nm dan panjangnya 60 nm (Ferraz et al. 2004).
HAp dan trikalsiumfosfat (TCP/Ca3(PO4)2) banyak diteliti karena sifatnya yang sangat biokompatibel dengan jaringan tubuh manusia (Santos et al. 2004). Saat ini nanostruktur HAp aplikasinya cukup luas dalam bidang ortopedi, gigi, dan aplikasi penyalut obat. Penelitian telah menunjukkan bahwa HAp berukuran nano memiliki energi permukaan tinggi yang dapat meningkatkan sifat mekanik dan memungkinkan untuk penggantian permukaan implan lebih cepat (Bigi et al. 2008).
Sumber kalsium dari bahan-bahan alami telah dikembangkan untuk sintesis hidroksiapatit, diantaranya berasal dari cangkang telur dan cangkang kerang darah. (Dahlan et al. 2009). Selain dari cangkang telur dan cangkang kerang, eksplorasi perlu dilakukan terhadap sumber bahan yang banyak mengandung kalsium. Salah satu bahan yang berpotensi mengandung kalsium adalah cangkang tutut atau keong sawah. Cangkang tutut merupakan limbah dari konsumsi daging tutut yang belum memiliki pemanfaatan komersial. Limbah ini kaya akan berbagai mineral termasuk kalsium (Baby et al. 2010).
Sintesis HAp dilakukan melalui metode presipitasi dan hidrotermal. Sintesis nano hidroksiapatit dengan metode presipitasi memiliki keuntungan, yaitu sederhana dan biaya rendah (Khoerunnisa 2011) sedangkan metode hidrotermal dilakukan pada suhu rendah dan menghasilkan produk kristal yang homogen, kemurnian bahan terjaga karena sampel dimasukkan ke dalam teflon dan bejana baja yang tertutup rapat sehingga terjaga dari kontaminasi luar.
2
Beberapa penelitian menunjukkan sintesis nano HAp dapat dilakukan dengan metode presipitasi dan hidrotermal. Cunniffe et al. (2010) melaporkan bahwa sintesis HAp dengan metode presipitasi menghasilkan nano HAp berukuran <100 nm. Binnaz dan Koca (2009) juga melakukan penelitian dengan metode ini menghasilkan partikel HAp berukuran 50 nm. Sintesis HAp menggunakan metode hidrotermal berhasil dilakukan oleh Poinern et al. (2009) dan menghasilkan nano partikel HAp dengan diameter 30 nm. Manafi dan Joughehdoust (2009) juga menghasilkan kristal HAp yang berdiameter 30-50 nm. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa metode presipitasi dan hidrotermal menggunakan bahan dasar Ca(OH)2 sebagai sumber kalsium berhasil membuat HAp berukuran nano. Oleh karena itu teknik ini digunakan untuk sintesis nano HAp menggunakan bahan dasar cangkang tutut sebagai sumber kalsiumnya.
Perumusan Masalah
Hidroksiapatit hasil sintesis yang akan digunakan sebagai biomaterial pengganti tulang harus bersifat biokompatibel terhadap jaringan tubuh. Tulang merupakan bagian tubuh manusia yang secara mikroskopis dipandang sebagai struktur biokomposit, yaitu terdiri dari substansi inorganik yang tertanam di dalam substansi organik. Substansi inorganik (70%) terdiri dari mineral dengan unsur inorganik dominan adalah kalsium (Ca) dan fosfor (P) dan air (H2O); sedangkan substansi organik (30%) berupa matriks tulang, yaitu serat kolagen dan protein non-kolagen. Di dalam tulang, unsur-unsur inorganik mengalami biomineralisasi membentuk senyawa yang dikenal dengan hidroksiapatit dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. Hidroksiapatit biologik ini membangun 70% berat dan 50% volume jaringan keras tulang dengan berbagai substitusi, yaitu ion karbonat CO32- sebesar 3-8 % dan unsur-unsur magnesium, natrium, kalium, florin atau klorin. Kristal HAp dalam tulang umumnya berbentuk jarum yang berukuran nanometer dengan kisaran lebar 5–20 nm dan panjangnya 60 nm. HAp sintetik yang digunakan sebagai material implan ini tidak beracun dan tidak menyebabkan kanker. Metode presipitasi maupun hidrotermal yang menggunakan tutut sebagai sumber kalsium diharapkan dapat menghasilkan HAp yang memiliki sifat-sifat yang sesuai dengan tubuh dan partikel yang dihasilkan berskala nanometer.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan mensintesis hidroksiapatit dalam skala nanometer dari bahan dasar cangkang tutut melalui metode presipitasi dengan teknik pengadukan ultrasonik dan metode hidrotermal. Mengetahui karakteristik senyawa nano hidroksiapatit yang mencakup analisis fasa, morfologi, penentuan gugus fungsi dan ukuran partikel dari hasil sintesis nano hidroksiapatit.
3
Manfaat Penelitian
Hasil penelitian memiliki informasi tentang peluang pemanfaatan cangkang tutut. Cangkang tutut merupakan limbah dari bahan pangan tutut yang akhir-akhir ini banyak dikonsumsi. Kalsium hidroksida [Ca(OH)2] yang diekstrak dari cangkang tutut telah dimanfaatkan untuk membuat hidroksiapatit dengan cara presipitasi dan hidrotermal.
Ruang Lingkup Penelitian
Pada penelitian ini, kajian akan dibatasi dengan menitikberatkan pada sintesis bahan hidroksiapatit dengan metode presipitasi dan hidrotermal dari bahan baku ekstrak cangkang tutut. Karakterisasi difokuskan pada penentuan struktur kristal, morfologi, gugus fungsi dan ukuran partikel dengan menggunakan XRD, SEM, FTIR, PSA dan TEM. Sedangkan pembahasan akan difokuskan pada tinjauan perbandingan hasil yang diperoleh dari metode presipitasi dan hidrotermal.