Cangkang kerang hijau mengandung sekitar 95% kalsium karbonat (CaCO3) dalam bentuk mineral kalsit atau aragonit, atau keduanya.13 Proses kalsinasi CaCO3 pada suhu 600 – 900 oC dapat menghasilkan senyawa CaO berdasarkan reaksi berikut14:
CaCO3 (padat) → CaO (padat) + CO2 (gas) (3) Adapun senyawa yang terbentuk setelah dikalsinasi pada suhu tersebut diperlihatkan pada Tabel 113.
CaO yang bereaksi dengan H2O akan membentuk Ca(OH)2 menurut reaksi14:
Oksida Persentase (%) Hilang saat dipanaskan 43,37%
CaO 51,35% SiO2 3,630% Al2O3 0,1800% Fe2O3 0,1400% MgO 0,3300% SO3 0,3100% Na2O 0,6500% K2O 0,4600% Cl- 0,07800%
Senyawa CaO dan Ca(OH)2 ini nantinya akan digunakan sebagai bahan dasar dalam sintesis HAp (Persamaan (2)).
High Density Polyethylene
HDPE (0,9410 gr/cm3 < densitas < 0,9650 gr/cm3) merupakan polimer yang tersusun atas atom-atom C dan H yang saling berikatan membentuk produk bahan dengan bobot molekul yang tinggi.15 HDPE tidak mengalami perubahan susunan kimia saat dicetak dan tidak menjadi keras meskipun diberi penekanan. HDPE memiliki beberapa kelebihan, di antaranya: (1) ringan; (2) tahan kelembaban; (3) tidak korosif; dan (4) mudah dibentuk.15 Jika diimplan, HDPE bersifat sangat inert karena hampir tidak bereaksi dengan jaringan tubuh. Oleh karenanya, HDPE sering digunakan sebagai material pengganti tulang.16 Pengamatan dengan XRD memberikan gambaran pola difraksi HDPE seperti diperlihatkan pada Gambar 2.17
BCP-HDPE Scaffold
Scaffold didefinisikan sebagai struktur tiga dimensi yang berfungsi sebagai matriks ekstraseluler untuk adhesi, migrasi, proliferasi, dan regenerasi sel tulang.2 Karena digunakan dalam aplikasi perbaikan tulang, maka setidaknya scaffold harus memenuhi syarat berikut: (1) biokompatibel, tidak beracun, dan tidak bersifat karsinogenik; (2) memiliki permukaan bioaktif guna meningkatkan laju regenerasi jaringan;
Gambar 2 Pola difraksi HDPE17 (3) laju resorpsinya dapat dikontrol sesuai dengan pertumbuhan jaringan tulang; dan (4) kekerasannya mirip dengan tulang.2
BCP memberikan sifat kekerasan pada scaffold. Ketika diimplan, BCP yang berikatan dengan jaringan tulang dan jaringan di sekitarnya dapat mendukung aplikasi pembebanan. Namun karena BCP bersifat rapuh, maka diperlukan suatu pengikat bagi BCP. BCP dengan matriks HDPE diyakini dapat meningkatkan kekerasan pada scaffold.4
Terdapat tiga aspek penting terkait kekerasan scaffold. Pertama, komposisi BCP dan HDPE yang digunakan. Semakin banyak BCP di dalam scaffold, maka kekerasan semakin meningkat, juga demikian dengan kerapuhannya.18 Kedua, homogenitas BCP di dalam HDPE. Semakin homogen, maka kekerasannya juga akan meningkat. Homogenisasi BCP di dalam HDPE dapat dilakukan, misalnya dengan proses milling.9 Ketiga, pori pada scaffold. Pori ini dapat terbentuk melalui proses kompaksi.19 Pori berfungsi untuk merangsang pertumbuhan tulang.2 Namun, semakin banyak pori dan semakin besar ukurannya, tingkat kerapuhan scaffold akan semakin meningkat.19
X-Ray Diffraction
Sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang antara 0,5 – 2,5 Å. Sinar ini bergerak menurut garis lurus, tidak terdiri dari partikel bermuatan, sehingga tidak dibelokkan
berkas elektron berenergi tinggi, kemudian elektron-elektron tersebut mengalami pengurangan kecepatan dengan cepat, dan energinya diubah menjadi energi foton. Berkas foton ini merupakan sinar-X primer dari logam sasaran yang digunakan. Spektrum sinar- X yang digunakan untuk menganalisis struktur adalah spektrum yang diskrit.20
Pada tahun 1912, Laue melakukan percobaan berdasarkan hipotesis: bila kristal terdiri dari atom yang berjarak teratur, maka atom-atom tersebut dapat berfungsi sebagai pusat penghambur untuk sinar-X, dan bila sinar-X merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang yang kira- kira sama dengan jarak antar-atom dalam kristal, maka sinar-X tersebut dapat didifraksi oleh kristal. Bragg dan putranya kemudian menganalisis percobaan Laue dan menyusun bentuk matematik untuk menerangkan struktur kristal.20
Bila sinar-X jatuh pada kisi kristal, maka sinar akan didifraksi, artinya sinar yang sefasa akan saling memperkuat (Gambar 3). Garis horizontal menggambarkan bidang-bidang dalam kristal yang terpisah oleh jarak d. Bidang ABC tegak lurus pada berkas masuk sinar-X dan bidang LMN tegak lurus pada berkas yang direfleksikan. Bila sudut masuk θ diubah, berkas pantul hanya diperoleh jika gelombang sefasa pada bidang LMN, artinya bila perbedaan jarak antara bidang ABC dan LMN yang diukur sepanjang sinar yang kristal
Gambar 3 Diagram yang digunakan untuk membuktikan 2d‟ sin θ = n
FS + SG = n (5) Karena sin θ = FS/d = SG/d, maka
2d‟ sin θ = n (6)
Persamaan ini dikenal dengan hukum Bragg yang memberikan hubungan antara jarak antara bidang dalam kristal dan sudut refleksinya menunjukkan intensitas maksimum untuk panjang gelombang tertentu, yaitu jika sinar-X yang masuk sefasa. Jika lebih panjang dari 2d, tidak ada penyelesaian untuk n dan tidak terjadi difraksi.20
Refleksi yang sesuai dengan n = 1 disebut refleksi orde satu, n = 2 adalah refleksi orde dua, dan seterusnya. Makin meningkat ordenya, maka makin besar sudutnya. Persamaan (6) dapat ditulis sebagai20:
= 2d sin θ, dengan d = d‟/n (7) Secara umum, refleksi orde n dari bidang (hkl) dengan jarak d‟ dapat dianggap sebagai refleksi orde satu dari bidang (nh nk nl) dengan jarak d = d‟/n. Konversi ini sesuai dengan definisi indeks Miller, karena (nh nk nl) adalah indeks Miller dari bidang yang paralel dengan bidang (hkl), tetapi dengan jarak 1/n.20
Informasi pola difraksi sinar-X meliputi posisi puncak dan intensitas. Posisi puncak mengindikasikan fasa dan struktur kristal yang ada di bahan tersebut, sedangkan intensitas menunjukkan total hamburan balik dari masing-masing bidang dalam struktur kristal.21
Intensitas puncak difraksi bergantung pada fraksi berat suatu fasa di dalam campuran. Namun, hubungan antara intensitas dan fraksi berat ini tidak linier karena intensitas difraksi bergantung pada koefisien absorpsi campuran, sedangkan koefisien absorpsi bervariasi terhadap fraksi berat fasa tersebut.21
berorientasi secara acak dalam bentuk plat datar pada sebuah difraktometer, seperti diperlihatkan oleh Persamaan (8) berikut. I = IoA3 32πr o 4π 2e4 m2 1 V2[|F| 2p(1+cos22θ sin2θ cosθ)] e-2M 2 (8) dimana I adalah intensitas terintegrasi dari puncak difraksi, Io adalah intensitas berkas yang masuk, A adalah luas permukaan melintang sinar yang masuk (m2), adalah panjang gelombang sinar yang masuk, r adalah jari-jari lingkaran difraktometer, o adalah konstanta
dengan harga 4π x 10–7 m kg C–2, e adalah muatan elektron, m adalah
massa elektron, V adalah volume unit sel, F adalah faktor struktur, p adalah multiplisitas bidang, θ adalah sudut Bragg, e–2M adalah faktor suhu, dan
adalah koefisien absorpsi linier (m–1). Dan (1 + cos2 2θ)/(sin2 θ cos θ) adalah faktor polarisasi Lorentz.21
Pada metode perbandingan langsung dapat dimisalkan:
K=(IoA 3 32πr)[( o 4π) 2e4 m2] (9) R= 1 V2[|F| 2p(1+cos22θ sin2θcosθ)] e-2M 2μ (10) Persamaan (8) menjadi: I = KR 2 (11)
dimana K merupakan suatu konstanta yang tidak bergantung pada jenis dan jumlah unsur difraksi, melainkan hanya bergantung pada difraktometer. Dan R hanya bergantung pada sifat fasa, θ, dan hkl. Persamaan (11) dapat ditulis untuk dua fasa yang berbeda α dan sebagai berikut: Iα= KRα'Cα 2 m (12) I = KR 'C 2 m (13) Dengan membagi persamaan 12 dengan persamaan 13, maka K dan m (koefisien
absorpsi linier campuran) dapat dihilangkan, sehingga menjadi Persamaan 14 berikut:
Iα I =
RαCα
R C (14)
Harga Cα/C dapat diperoleh dari perhitungan Iα/I dan kalkulasi dari Rα dan R yang diperoleh dari informasi tentang struktur kristal dan parameter kisi dari dua fasa. Jika perbandingan Cα/C diperoleh, maka Cα atau C akan dike- tahui nilainya dari persamaan berikut21: Cα + C = 1 (15) Jika campuran terdiri dari tiga fasa, maka berlaku hubungan21:
Cα + C + C = 1 (16)