SINTESIS HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG KEONG SAWAH
(Bellamya javanica) DENGAN METODE BASAH DAN MODIFIKASI
PORI DENGAN KITOSAN
DESY KUSUMA FITRI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul SintesisHidroksiapatit dariCangkang Keong Sawah (Bellamya javanica) dengan Metode Basah dan Modifikasi Pori dengan Kitosan adalah benar karya saya denganarahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
DESY KUSUMA FITRI. Sintesis Hidroksiapatit dari Cangkang Keong Sawah (Bellamya javanica)dengan Metode Basah dan Modifikasi Pori dengan Kitosan. Dibimbing oleh CHARLENA dan IRMA HERAWATI SUPARTO.
Hidroksiapatit (HAp) disintesis dari cangkang keong sawah (Bellamya javanica) sebagai sumber kalsium dan direaksikan dengan fosfat yang bersumber dari diamonium hidrogen fosfat, kemudian pori dimodifikasi dengan kitosan. HAp disintesis dengan metode basah. Kitosan digunakan sebagai porogen karena memiliki sifat bioaktif dan biokompatibel. Sintesis dilakukan dengan ragam waktu sonikasi 2, 4, dan 6 jam. Semakin lama waktu sonikasi, semakin tinggi kemurnian HAp. Pori HAp dengan kemurnian tertinggi dimodifikasi dengan menambahkan kitosan sebesar 4% dan 6%. Hasil identifikasi HAp dengan porogen kitosan 4% dan 6% menggunakan mikroskop elektron pemayaran tidak menunjukkan perbedaan ukuran pori yang signifikan. Hasil identifikasi gugus fungsi dengan inframerah transformasi Fourier pada HAp berporogen kitosan 6% memiliki gugus yang hampir sama dengan HAp tanpa porogen. Uji in vitro pada HAp berporogen menunjukkan HAp berporogen bersifat bioaktif.
Kata kunci: cangkang keong sawah, hidroksiapatit, kitosan, metode basah, uji in vitro
ABSTRACT
DESY KUSUMA FITRI. Synthesis of Hydroxyapatite from Rice Fields Snail Shell (Bellamya javanica) through Wet Method and Pore Modification Using Chitosan. Supervised by CHARLENA and IRMA HERAWATI SUPARTO.
Hydroxyapatite (HAp) was synthesized using calcium originated from rice fields snail shell, that was reacted with phosphate obtained from diammonium hydrogen phosphate. The resulted ore was modified using chitosan. The HAp was prepared using wet method. Chitosan was used as porogen due to its bioactivity and biocompatibility properties. Sonication time in the synthesis was varied in 2, 4, and 6 hours. The longer the synthesis time, the higher the purity of the HAp. Pore modification was applied to HAp with the highest purity. Pore modifications were conducted by adding 4% and 6% chitosan. Scanning electron microscope identification showed no significant differencein pore sizes using 4% and 6% chitosan. Fourier transform infrared spectrum of HAp with 6% chitosan showed almost similar functional groups with that of the unporogened HAp. In vitro test of the porogened HAp revealed its bioactivity.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2014
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
SINTESIS HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG KEONG SAWAH
(Bellamya javanica) DENGAN METODE BASAH DAN MODIFIKASI
PORI DENGAN KITOSAN
DESY KUSUMA FITRI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Sintesis Hidroksiapatit dari Cangkang Keong Sawah (Bellamya javanica) dengan Metode Basah dan Modifikasi Pori dengan Kitosan
Nama : Desy Kusuma Fitri NIM : G44090018
Disetujui oleh
Dr Charlena, MSi Pembimbing I
Dr dr Irma Herawati Suparto, MS Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat yang Maha Kuasa Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat melaksanakan serta menyelesaikan karya ilmiah ini. Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Maret sampai Agustus 2013 yang bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik dan Laboratorium bersama Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor (FMIPA IPB). Karya Ilmiah yang berjudul Sintesis Hidroksiapatit dari Cangkang Keong Sawah (Bellamya javanica) dengan Metode Basah dan Modifikasi Pori dengan Kitosan ini disusun sebagai salah satu syarat mencapai gelar sarjana.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam pelaksanaan serta penyelesaian skripsi ini, terutama kepada Ibu Dr. Charlena, MSi selaku pembimbing I dan Dr. dr. Irma Herawati Suparto, MS selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan selama penelitian dan penyusunan karya ilmiah ini. Ucapan terima kasih kepada Bapak Sawal, Bapak Sunarsa, Bapak Mulyadi, dan, Bapak Wawan yang telah membantu dalam pemakaian alat dan bahan di laboraturium Kimia Anorganik dan Laboratorium Bersama. Ucapan terima kasih tidak lupa disampaikan kepada Ibunda, Ayahanda, dan adik tersayang atas dukungan moral dan materilnya. Ucapan terima kasih kepada Mugananda, Trias, Aldhi, dan Agung yang telah memberikan semangat dan motivasi dalam menyusun karya ilmiah ini. Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan umumnya bagi pembaca.
.
Bogor, Februari 2014
DAFTAR GAMBAR
1 Difraktogram sinar-X cangkang keong sawah sebelum kalsinasi 5 2 Difraktogram sinar-X cangkang keong sawah setelah kalsinasi 1000 ºC 6 3 Difraktogram sinar-X HAp sintesis (a) sonikasi 2 jam (b) sonikasi4 jam
(c) sonikasi 6 jam 7
4 Difraktogram sinar-X HAp dengan penambahan 6% porogen kitosan 8 5 Difraktogramsinar-XHAp dengan penambahan 6% porogen kitosan 8 6 Spektrum FTIR HAp sintesis dan HAp berporogen 6% kitosan 9 7 Hasil analisis SEM HAp tanpa porogen (sonikasi 6 jam) pada
perbesaran 15000× 10
8 Hasil analisis SEM HAp berporogen 4% kitosan pada perbesaran
15000× 10
9 Hasil analisis SEM HAp berporogen 6% kitosan pada perbesaran
15000× 11
10 Konsentrasi kalsium larutan SBF terhadap periode waktu perendaman 12
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian 15
2 Data JCPDS 16
3 Data komposisi bahan yang digunakan untuk menghasilkan HAp 19 4 Data perhitungan konsentrasi kalsium cangkang keong sawah 20
5 Data analisis hasil XRD 21
PENDAHULUAN
Semakin maraknya kecelakaan lalulintas yang terjadi belakangan ini menyebabkan tingginya permintaan akan material yang dapat memperbaiki kerusakan tulang. Kecelakaan dapat menyebabkan kerusakan pada tulang berupa patahan atau retakan.Implantasi pada bagian tulang rusak merupakan upaya pengobatan yang baik dalam pengembalian fungsi tulang. Implan tulang ke dalam tubuh manusia dapat menggunakan berbagai material sintetik alternatif dari bahan keramik, logam, maupun polimer, contohnya apatit serbuk.Apatitserbuk yang diimplankan dalam tulang harus memenuhi syarat medis, yaitu bersifat bioaktif, biokompatibel dan tidak beracun, dan menghasilkan ikatan kimia yang sangat baik terhadap jaringan tulang (Riyani 2005).
Hidroksiapatit dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2 merupakan salah satu contoh apatit serbuk. Material ini dapat digunakan sebagai pengganti tulang buatan yang diimplankan ke dalam tubuh manusia. HAp berpori diterapkan untuk pengganti tulang buatan, tujuan utamanya adalah perbaikan dan regenerasi. Meskipun jaringan tulang sendiri menunjukkan kemampuan regenerasi tulang yang sangat baik, tetapi untuk kerusakan tulang yang cukup parah proses penanganan dengan cangkok tulang sulit dilakukan (Sopyan et al. 2007). Untuk optimalisasi pori tersebut, dapat digunakan kitosan sebagai porogen.
Kitosan merupakan polimer alam dari bahan alami yang memiliki sifat biodegradabel, tidak beracun, dan biokompatibel (Kim et al. 2007). Kitosan diharapkan mampu meningkatkan bioaktivitas, biokompatibilitas dan sifat mekanik komposit. Sifat getas dan mudah patah dari HAp diharapkan dapat dihilangkan dengan penggunaan kitosan sebagai biopolimer. Kitosan telah banyak dipelajari dalam berbagai bidang biomedis seperti rekayasa jaringan untuk tulang, pembuluh darah, dan syaraf. Ternyata, kitosan bukan material ideal untuk rekayasa jaringan, sifat bioaktif kitosan perlu dimanfaatkan untuk teknik khusus seperti polimer. Untuk peningkatan sifat bioaktif dalam kitosan biasanya dikombinasikan dengan material bioaktif lainnya.Sintesis HAp dan kitosan sebagai porogen diharapkan mampu menghasilkan HAp berpori yang tidak bersifat toksik untuk tubuh.
2
METODE
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan adalah cangkang keong sawah, kitosan, akuades, air deion, K2Cr2O7, HCl 37%, (NH4)2HPO4, CH3COOH 2%, dan larutan Simulated Body Fluid (SBF).
Alat
Alat-alat yang digunakan adalah alat-alat kaca,mesin penggilingan, neraca analitik, gegep, pengaduk magnetik, blender, saringan teh, mortar, desikator, cawan porselin, kertas saring, alat kompaksi, penangas air, tanur Nabertherm, oven Memmert Wisconia, sonikator 8893 Lok-Parmer, sentrifuga Hermle Labret Z206A, spektrofotometer serapan atom (AAS, Shimadzu AA7000), XRD (Shimadzu XRD-7000), SEM (Zeiss), dan spektrofotometer FTIR (One merk Perkin Elmer).
Prosedur Percobaan
Penelitian terdiri atas 6 tahap, yaitu (1) identifikasi dan preparasi cangkang keong sawah, (2) penentuan kadar kalsium, (3) sintesis HAp, (4) preparasi larutan kitosan dan sintesis HAp berporogen kitosan, (5) karakterisasi menggunakan SEM, XRD dan FTIR, dan (6) preparasi larutan SBF sertauji in vitro (Lampiran 1).
Preparasi Cangkang Keong Sawah (Modifikasi Soido et al. 2009)
Preparasi cangkang keong sawah meliputi 4 tahap, yaitu pembersihan, pengeringan, penggilingan, dan kalsinasi. Cangkang keong sawah dicuci kemudian direbus dengan tujuan agar bagian daging yang masih tersisa dapat terpisah dari cangkangnya serta untuk menghilangkan bau. Selanjutnya cangkang keong sawah dikeringkan di bawah sinar matahari. Setelah kering, cangkang keong sawah digiling hingga berbentuk serbuk, lalu sebanyak 2 g diambil dan dihaluskan untuk diidentifikasi fasanya dengan menggunakan XRD. Setelah digiling kemudian dikalsinasi selama 2 jam pada suhu 1000 ºC untuk menghasilkan senyawa CaO. Serbuk CaO dibiarkan kontak dengan udara selama seminggu pada suhu ruang agar membentuk senyawa Ca(OH)2. Untuk pemastian terbentuknya Ca(OH)2, abu yang telah dibiarkan kontak dengan udara dianalisis pola difraksi sinar-X nya.
Penentuan Kadar Kalsium
3 deion. Blanko dibuat dengan memasukkan 5 mL HCl 37% ke dalam labu takar, kemudian ditera dengan menggunakan air deion. Tiap larutan di dalam labu takar diambil 1 mL dan dipindahkan ke dalam labu takar yang lain, lalu ditera. Deret standar, blanko dan sampel diukur dengan AAS pada panjang gelombang 422.7 nm.
Sintesis HAp (Santos et al. 2004)
Suspensi Ca(OH)2 0.5 M disiapkan dari serbuk Ca(OH)2 (abu hasil kalsinasi yang telah dihidrasi) dan air deion. Larutan (NH4)2HPO4 0.3 M ditambahkan ke dalam suspensi Ca(OH)2 dengan menggunakan buret pada suhu 40±2 °C dan diaduk dengan menggunakan pengaduk magnetik.Larutan kemudian dibiarkan (aged) selama 24 jam pada suhu kamar.Selanjutnya larutan disonikasi dengan menggunakan sonikator bath dengan 3 variasi waktu, yaitu selama 2, 4 dan 6 jam. Setelah itu larutan didekantasi. Endapan disentrifugasi pada 4500 rpm selama 15 menit kemudian dibilas dengan air deion. Lalu endapan dikeringkan pada suhu 100 °C selama 3 jam dengan menggunakan oven. Setelah kering, endapan ditumbuk halus dengan menggunakan mortar lalu dipanaskan dalam tanur pada suhu 900 °C selama 2 jam. Serbuk HAp dibiarkan mendingin di dalam desikator.Setelah dingin, dilakukan pencirian dengan menggunakan XRD. Hidroksiapatit dengan hasil pencirian XRD terbaik dari 3 variasi waktu sonikasi dikarakterisasi lanjut menggunakan SEM. Selain itu, HAp terbaik digunakan untuk sintesis HAp berpori.
Preparasi Larutan Kitosan
Larutan kitosan dibuat melalui modifikasi metode Kim et al. (2007). Larutan kitosan 4% dan 6% dibuat dengan melarutkan 4 g dan 6 g serbuk kitosan ke dalam larutan asam asetat 2%. Larutan ini diaduk dengan kecepatan pengadukan 300 rpm pada suhu kamar selama 3 jam kemudian didiamkan selama 24 jam untuk melarutkan kitosan, kemudian larutan dimasukkan ke dalam labu takar 100 mL dan ditera dengan asam asetat 2%.
Sintesis HAp Berporogen Kitosan(Modifkasi Santos et al. 2004)
4
Pencirian Hap Berporogen Kitosan dengan XRD, SEM dan FTIR
Pencirian dengan XRD dilakukan untuk mengetahui fase yang terkandung di dalam sampel.Sampel yang sudah kering disiapkan dan digerus dengan menggunakan mortar sampai halus. Setelah itu sampel dimasukkan ke dalam holder.Holder berisi sampel dikait pada difraktometer. Selanjutnya, pada komputer di set nama sampel, sudut awal, sudut akhir, dan kecepatan analisa. Sudut awal pada 10º dan sudut akhir pada 80º, kecepatan baca di set 0.60 detik dengan panjang gelombang 1.5406 Aº dan sebagai target adalah tembaga (Cu).
Pencirian dengan SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi dan ukuran pori dari hidroksiapatit. Sampel diletakkan pada plat alumunium, kemudian dilapisi dengan pelapis emas setebal 48 nm. Proses selanjutnya, sampel yang telah dilapisi emas diamati menggunakan SEM dengan tegangan 16 kV.
Pencirian dengan FTIR dilakukan untuk mengidentifikasi gugus fungsi yang terkandung di dalam sampel. Sampel sebanyak 0.1 g di tambah KBr, kemudian dibuat peletdengan menggunakan alat kompaksi. Setelah itu pelet sampel-KBr diletakkan pada wadah sampel FTIR dan dimasukkan ke dalam kompartemen sampel, kemudian dilakukan pemayaran menggunakan FTIR. Preparasi Larutan SBF (Purnama et al. 2004)
Air sebanyak 960mL diaduk dengan menggunakan pengaduk magnetik pada suhu 35 °C. Selanjutnya dimasukkan bahan-bahan dengan urutan sebagai berikut: 3.2735 g NaCl 99.5%, 1.1340 g NaHCO3 99.5%, 0.1865 g KCl 99%, 0.0890 g Na2HPO4.2H2O 99.5%, 0.1525 g MgCl2.6H2O 98%, 0.1840 g CaCl2.2H2O 99%, 0.0355 g Na2SO4, 3.0285 g (CH2OH)3CNH2 99.2% dan 20 g HCl 1M. Agar bahan-bahan yang dimasukkan dapat larut secara merata, pencampuran diberi selang 2 menit setiap bahannya serta penambahan HCl 2 tetes per detik.
Ujiin Vitrodengan menggunakan Larutan SBF(Modifikasi Sharma et al.
2009)
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
Identifikasi dan Preparasi Cangkang Keong Sawah
Keong sawah merupakan moluska air tawar yang dagingnya banyak dimanfaatkan sebagai bahan pangan kaya protein dan mineral di berbagai negara di dunia termasuk Indonesia.Cangkang keong sawah merupakan limbah dari konsumsi dagingnya dan belum memiliki pemanfaatan komersial yang signifikan. Limbah ini kaya akan berbagai mineral termasuk kalsium (Baby et al. 2010). Cangkang keong sawah digunakan sebagi bahan baku dalam penelitian ini sebab memiliki kandungan kalsium yang tinggi. Selain kalsium, terdapat pula fasa lain yang terkandung dalam cangkang keong sawah dapat dilihat pada difraktogran sinar-X cangkang keong sawah sebelum dikalsinasi.
Difraktogram sinar-X cangkang keong sawah sebelum dikalsinasi pada Gambar 1 menunjukkan cangkang keong sawah mengandung fasa CaCO3 dan Ca3(PO4)2.Fase CaCO3 dengan intensitas tinggi terdapat pada nilai 2: 26.25°, 33.16°, dan 45.88°. Nilai 2 ini dicocokkan dengan data JCPDS untuk CaCO3, yaitu 26.213°, 33.128°, dan 45.853° (Lampiran 2). Difraktogram sinar-X cangkang keong sawah di atas menunjukkan fasa CaCO3 merupakan komponen yang dominan. Kalsium yang terkandung dalam cangkang moluska umumnya berada dalam bentuk kalsium karbonat (Soido et al. 2009).
Gambar 1 Difraktogram sinar-X cangkang keong sawah sebelum kalsinasi Kalsium karbonat yang terdapat dalam serbuk cangkang keong sawah diubah menjadi Ca(OH)2 melalui proses kalsinasi dan hidrasi untuk selanjutnya digunakan sebagai sumber kalsium untuk sintesis HAp pada penelitian ini. Proses kalsinasi dilakukan untuk menghilangkan gas CO2 dan komponen organik dari CaCO3 (Adak dan Purohit 2011). Senyawa CaO yang terbentuk kemudian diubah menjadi Ca(OH)2 melalui proses hidrasi dengan cara membiarkan CaO mengalami kontak dengan udara dengan cara menempatkan di tempat yang lembab selama satu minggu. Berikut ini merupakan resksi dari proses kalsinasi (a) dan hidrasi (b) yang terjadi :
6
Kalsium karbonat yang telah melalui proses kalsinasi dan hidrasi kemudian dianalisis dengan difraksi sinar-X untuk pemastian pembentukan Ca(OH)2. Setelah proses kalsinasi pada suhu 1000 oC selama 2 jam dan hidrasi selama satu minggu, difraktogram sinar-X yang dihasilkan (Gambar 2) menunjukkan terbentuknya fasa Ca(OH)2 dan beberapa fasa lain seperti CaCO3dan Ca(PO4)2.
Kadar kalsium yang terkandung di dalam serbuk cangkang keong sawah diukur menggunakan AAS. Hasil analisis menunjukkan bahwa kadar kalsium yang terdapat dalam serbuk cangkang keong sawah sebesar 88.54% dan merupakan kalsium aragonit (Lampiran 3).
Gambar 2 Difraktogram sinar-X cangkang keong sawah setelah kalsinasi 1000 ºCdan dibiarkan selama 1 minggu
Sintesis HAp
Sintesis HAp pada penelitian ini menggunakan metode basah. Penggunaan metode basah ini didasari oleh ketersediaan alat yang dapat digunakan, biaya yang relatif murah, serta dalam prosesnya akan menghasilkan HAp dengan tingkat kemurnian yang cukup tinggi dan hasil samping sintesisnya air (Vijayalakshmi dan Rajeswari 2006).
Sintesis HAp dimulai dengan mencampurkan larutan (NH4)2.HPO4 0.3 M pada suspensi Ca(OH)20.5 M seperti yang disiapkan pada metode sebelumnya pada suhu 40±2 °C, pH dimonitor namun tidak dikoreksi.Perbandingan konsentrasi yang digunakan mengacu pada salah satu indikator terbentuknya HAp,yaitu nisbah Ca/P sebesar 1.67. Reaksinya adalah sebagai berikut:
10Ca(OH)2 + 6(NH4)2.HPO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 6H2O + 12NH4OH Sonikasi bertujuan untuk menghomogenkan campuran kalsium dengan fosfat. Terdapat tiga variasi waktu sonikasi pada sintesis HAp yakni 2, 4, dan 6 jam (Gambar 3). Variasi waktu dilakukan untuk melihat hasil sintesis HAp terbaik. Selanjutnya dilakukan sentrifugasi yang bertujuan memisahkan endapan.
7 terkandung di dalam sampel, diantaranya adalah CaCO3, CaO, Ca(OH)2, apatit karbonat tipe A (AKA) dengan rumus molekul Ca10(PO4)6CO3 dan apatit karbonat tipe B (AKB) dengan rumus molekul Ca10(PO4)3(CO3)3(OH)2, keberadaan fasa lain ini tidak membahayakan bagi tubuh. Hidroksiapatit sintesis dengan lama waktu sonikasi 6 jam, meskipun masih terdapat fasa lain selain HAp yaitu AKB, tetapi kemurnian HAp yang dihasilkan sudah cukup tinggi. Sehingga lamanya waktu sonikasi selama 6 jam ini digunakan untuk menghasilkan HAp yang akan dimodifikasi porinya dengan menggunakan porogen.
Gambar 3 Difraktogram sinar-X HAp sintesis (a) sonikasi 2 jam(b)sonikasi 4 jam (c) sonikasi 6 jam
Sintesis HAp Berporogen Kitosan
Hidroksiapatit yang merupakan komponen utama dari tulang dapat disintesis dengan menyampurkan kitosan yang berfungsi sebagai porogen untuk a)
b)
8
modifikasi pori. Hidroksiapatit berpori telah dipergunakan untuk pengganti tulang buatan. Kegunaan utamanya untuk perbaikan pertumbuhan kembali jaringan yang hilang, rusak atau mengalami perubahan (Sopyan et al. 2007). Modifikasi pori HAp dilakukan untuk memperbesar dan menambah jumlah pori pada HAp. Penggunaan kitosan sebagai porogen karena kitosan merupakan polimer alam yang mudah didapat, bersifat biokompatibel, bioaktif, dan aman jika diaplikasikan pada manusia. Penambahan porogen berupa kitosan dilakukan dengan variasi konsentrasi sebesar 4% dan 6%. Gambar di bawah ini menunjukkan difraktogram sinar-X HAp berporogen kitosan dan difraktogram sinar-X kitosan.
Gambar4 Difraktogram sinar-X HAp dengan penambahan 6% porogen kitosan Difraktogram sinar-X HAp dengan penambahan 6% porogen kitosan (Gambar 4) menunjukkan bahwa semua sudut puncak 2θ, baik yang intensitasnya rendah, maupun yang intensitasnya tinggi telah sesuai dengan data JCPDS (Lampiran 4). Difraktogram tersebut menunjukkan hanya fasa HAp yang terbentuk (Lampiran 5). Hal ini menunjukkan bahwa penambahan kitosan tidak membuat perubahan pada difraktogram sinar-X HAp. Ini berarti bahwa penambahan kitosan tidak menyebabkan perubahan bentuk struktural dari HAp. Kitosan dari komposit telah hilang saat dikalsinasi pada suhu 1000 °C. Senyawa organik akan terdegradasi pada pemanasan dengan suhu diatas 600 °C (Trianita 2012).
Gambar 5 menunjukkan difraktogram sinar-X kitosan yang membuktikan pada difraktogram HAp dengan penambahan kitosan 6% tidak terbentuk difraktogram sinar-X dari kitosan yang memilki 2θ bernilai 20.362° dan 10.527° (Romawarni 2011).
9 Tabel 1 Ukuran kristal dan parameter kisi HAp sintesis dan berpori
Sampel Ukuran kristal
(nm)
Parameter kisi a (Å) c (Å) HAp sintesis (sonikasi 6 jam) 41.959 9.413 6.883 HAp berporogen 6% kitosan 37.606 9.473 6.922
Struktur kristal dari HAp adalah heksagonal. Parameter kisi HAp memiliki nilai a=b±c. Hasil perhitungan parameter kisi (Lampiran 6) menunjukkan baik pada HAp tanpa porogen maupun HAp berporogen nilainya telah mendekati dengan nilai parameter kisi yang ada pada literatur, yaitu pada JCPDS nilai parameter kisi a dan c untuk HAp berturut-turut adalah 9.418 Å dan 6.884 Å. Hidroksiapatit yang telah ditambahkan 6% kitosan ukuran kristalnya lebih kecil dibandingkan dengan HAp tanpa porogen. Hasil analisis SEM terbaik selain dianalisis lanjut dengan menggunakan XRD, juga dianalisis lanjut dengan menggunakan FTIR. Identifikasi gugus fungsi menunjukkan secara keseluruhan spektrum FTIR HAp berporogen 6% kitosan menyerupai HAp tanpa porogen. Hal ini semakin memperkuat hasil karakterisasi XRD sebelumnya, yakni terlihat bahwa penambahan kitosan tidak terlalu berpengaruh.
Gambar 6 menunjukkan spektrum inframerah dari HAp berporogen 6% kitosan terdapat ikatan OH pada vibrasi gelombang 3571.51 cm-1 dan 632.17 cm-1 sedangkan pada HAp sintesis menunjukkan adanya ikatan OH pada vibrasi gelombang 3571.61 cm-1 dan 632.12 cm-1(Pattanayak et al. 2005). Dalam penelitian ini ikatan gugus fosfat pada HAp berporogen 6% kitosan tampak pada bilangan gelombang 571.10 cm-1, 602.60 cm-1, dan 962.96 cm-1,sedangkan pada HAp tanpa porogen tampak pada bilangan gelombang 570.79 cm-1, 602.66 cm-1 dan 962.88 cm-1 (Gambar 6). Menurut Pattanayak et al. (2005) ikatan gugus fosfat dengan intensitas yang paling tinggi terdapat pada bilangan gelombang 1000-1100 cm-1. Ikatan gugus fosfat dengan intensitas yang paling tinggi dari hasil analisis ini terdapat pada bilangan gelombang 1054.37 cm-1 untuk HAp berporogen 6% kitosan dan1059.03 cm-1 untuk HAp tanpa porogen. Gugus fungsi senyawa fasa Ca-O dari HAp berporogen 6% kitosan dan HAp tanpa porogen tidak berbeda jauh, yakni ditemukan pada vibrasi gelombang 1423.83 cm-1 dan 1458.07 cm-1. Menurut Pattanayak et al. (2005) gugus fungsi senyawa fasa Ca-O ditemukan pada vibrasi gelombang 1400-1700 cm-1.
10
Morfologi HAp
Analisis SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi HApdengan atau tanpa adanya kitosan. Karakteristik fisik dari HAp berpori yang meliputi ukuran pori, morfologi pori, dan keseragaman pori akan mempengaruhi pertumbuhan tulang ke dalam implant (Sopyanetal.2007).
Gambar 7 memperlihatkan hasil SEM dari HAp tanpa porogen.Hasil analisis yang dilakukan pada perbesaran 15000× menunjukkan partikel-partikel halus yang membentuk agregat dengan ukuran tidak meratadan menunjukkan ukuran pori yang sangat kecil yaitu sekitar 0.09-0.40 µm setelah dilakukan pengukuran (Lampiran 7).
Gambar 7 Hasil analisis SEM HAp sintesis (sonikasi 6 jam) pada perbesaran 15000×
Gambar 8 memperlihatkan hasil foto SEM HAp berporogen 4% kitosan yang dilakukan pada perbesaran 15000×. Pori-pori yang terbentuk berukuran sekitar 0.14 - 0.24µm.Meskipun pori-pori yang dihasilkan masih terlampau kecil, tetapi dari hasil analisis ini terlihat telah terjadi perubahan ukuran pori pada sampel dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya.
11 Hasil analisis SEM HAp berporogen 6% kitosan (Gambar 9) yang dilakukan pada perbesaran 15000× memperlihatkan struktur HAp berpori yang sedikit lebih terlihat dibandingkan HAp yang ditambahkan 4% kitosan, walaupun perbedaannya tidak signifikan. Pori-pori yang terbentuk sedikit lebih besar, yaitu sekitar 0.17-0.65µm. Jika ukuran pori yang terbentuk kurang dari 10 µmakan menghalangi pertumbuhan sel, 15-50 µm dapat merangsang pertumbuhan fibrovaskuler, 50-150 µm dapat menghasilkan pembentukan osteoid dan pada ukuran lebih dari 150 mikron memungkinkan terjadinya mineralisasi(Kim et al. 2007).
Gambar 9 Hasil analisis SEM HAp berporogen 6% kitosan pada perbesaran 15000×
Menurut Chen et al (2002), komposit hidroksiapatit-kitosan akan menghasilkan pori yang kecilsehingga ukuran partikelnya pun kecil, sehingga terbentuk nanohidroksiapatit yang memiliki ukuran partikel dengan panjang 20-30 nm dan lebar 50-60 nm. Ukuran kristal HAp yang diperoleh pada penelitian ini yaitu sebesar 37.606 nm mendekati ukuran nanohidroksiapatit. Nanohidroksiapatit dapat berfungsi sebagai pelapis logam untuk implan tulang.
12
UjiIn Vitro
Larutan SBF (simulated body fluid) merupakan larutan yang mengandung ion-ion yang komposisinya kurang lebih sama dengan cairan tubuh manusia. Cairan SBF dapat digunakan sebagai media untuk pertumbuhan kristal apatit dalam uji coba in vitro. Uji in vitro dilakukan untuk mengetahui sifat bioaktif dari suatu material HAp yang ditandai dengan pertumbuhan kristal apatit. Pertumbuhan kristal apatit membutuhkan ion kalsium dan fosfat (Oudadesse et al. 2011). Perendaman sampel di dalam larutan SBF dilakukan selama 20 hari dengan pengamatan konsentrasi kalsium dilakukan pada hari ke 6 dan hari ke 20. Menurut Sharma et al. (2009) langkah awal dalam pertumbuhan kristal apatit terlihat setelah perendaman selama tujuh hari. Karena pada periode waktu tersebut terjadi proses pengendapan ion Ca2+.
Konsentrasi kalsium dapat diidentifikasi menggunakan AAS. Konsentrasi kalsium dalam larutan SBF awal,yaitu sebesar 3.43 ppm (Lampiran 8). Konsentrasi kalsium HAp tanpa porogen, HAp berporogen 4% kitosan dan HAp berporogen 6% kitosan setelah perendaman selama 6 hari berturut-turut sebesar 8.78 ppm, 6.07 ppm dan 6.82 ppm. Konsentrasi kalsium HAp tanpa porogen, HAp berporogen 4% kitosan dan HAp berporogen 6% kitosan setelah perendaman selama 20 hari berturut-turut adalah sebesar 10.93 ppm, 10.88 ppm dan 12.59 ppm (Lampiran 8).
Gambar 10 menunjukkan Setelah dilakukan perendaman di dalam larutan SBF, baik HAp tanpa porogen maupun HAp berporogen menghasilkan konsentrasi kalsium yang lebih besar dibandingkan dengan larutan SBF awal. Hal ini disebabkan oleh keberadaan perbedaan potensial kimia antara sampel dengan larutan SBF. Terjadi proses pertukaran ion antara sampel dengan larutan SBF, yaitu sampel melepaskan ion Ca2+ke dalam larutan SBF, sehingga ion Ca2+ dalam larutan SBF bertambah (Sharma et al. 2009). Hidroksiapatit berporogen 6% kitosan menghasilkan konsentrasi kalsium yang lebih tinggi dibandingkan dengan HAp berporogen 4% kitosan dan HAp tanpa porogen. Hasil analisis ini memperlihatkan kecepatan HAp dengan struktur berpori dalam meningkatkan sifat bioaktif. Dengan keberadaan pori akan memudahkan pertukaran ion antara sampel dan larutan SBF (Romawarni 2011). Kitosan akan menghambat pelepasan Ca2+, namun karena kitosan telah hilang pada proses kalsinasi maka kitosan tidak dapat menghambat pelepasan Ca2+.
13
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sintesis hidroksiapatitberbahan dasar Ca(OH)2 dari serbuk cangkang keong sawah telah berhasil dibuat dengan menggunakan metode basah. Hasil analisis XRD menunjukkan bahwa pada sampel telah terbentuk fase HAp dengan tingkat kemurnian yang cukup tinggi. Pencirian SEM memperlihatkan pori-pori berukuran 0.17-0.65 µm yang terlihat jelas pada sampel HAp dengan penambahan kitosan 6%. Penambahan kitosan dapat memperkecil ukuran partikel dan membuat pori seragam. Identifikasi gugus fungsi HAp berpori dengan FTIR menunjukkan spektrum FTIR HAp berporogen kitosan menyerupai HAp tanpa porogen. Uji in vitro menunjukkan semakin lama waktu perendaman maka pelepasan Ca2+akan semakin meningkat.
Saran
Perlu adanya teknik khusus untuk proses penyempurnaan sintesis hidroksiapatit berporogen kitosan agar diperoleh pori-pori dengan ukuran yang optimum, bentuk pori yang teratur dan seragam, Selain itu, untuk analisis sampel dengan menggunakan SEM, disarankan tidak hanya melihat permukaannya saja, tetapi juga penampang lintangnya, sehingga dapat dilihat kedalaman pori dari sampel. Perlu dilakukan uji korosi dan analisis ukuran partikel HAp dengan PSA atau TEM. Karakterisasi dengan menggunakan XRD dan SEM perlu dilakukan pada sampel yang telah direndam dalam larutan SBF untuk melihat pertumbuhan dari kristal apatit.
DAFTAR PUSTAKA
Adak MD, Purohit KM. 2011. Synthesis of nano-crystalline hydroxiapatite from dead snail shell for biological implantation. Trends BiomaterArtif Organs. 25(3): 101-106.
Baby RL, Hasan I, Kabir KA, Naser MN. 2010. Nutrient analysis of some Commercially important molluscs of Bangladesh. J. Sci. Res.2(2): 390-396. Chen F, Wang ZC, Lin CJ. 2002. Preparation and characterization of nano-sized
hydroxyapatiteparticles and hydroxyapatite/chitosan nano-composite for usein biomedical materials. Mater.Lett. 57: 858–861
Dahlan KA, Prasetyani F, Sari YW. 2009. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur menggunakan dry method. J. Biofis. 5(2): 71-78.
Kim HS, Kim JT, Jung YJ. 2007. Preparation of porous chitosan/fibroin hydroxiapatite composite matrix for tissue engineering. Macromol. Res. 15(1): 65-73.
14
Pattanayak DK, Divya P, Upadhyay S, Prasad RC, Rao BT, Mohan TRR. 2005. Synthesis and evaluation of hydroxiapatite ceramics. Trends Biomater Artif Organs.18(2).
Prihantoko DA. 2011. Karakterisasi paduan CoCrMo dengan pelapisan titanium nitrida dan hidroksiapatit-kitosan [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Purnama EF. Nikmatin S, Langenati R. 2004. Pengaruh suhu reaksi terhadap derajat kristalinitas dan komposisi hidroksiapatit dibuat dengan media air dan cairan tubuh buatan (synthetic body fluid). J. Mater. Sci.
Riyani E. 2005. Karakterisasi senyawa kalsium fosfat karbonat hasil presipitasiMenggunakan XRD, SEM, dan EDXA pengaruh perubahan ion F dan Mg [skripsi]. Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Romawarni A. 2011. Sintesis dan uji in vitro hidroksiapatit berporogen kitosan dengan metode sol-gel [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Santos MH, de Oliveira M, Souza LPF, Mansur HS, Vasconcelos WL. 2004. Synthesis control and characterization of hydroxiapatite prepared by wet precipitation process. Mater Res. 7(4): 625-630.
Sharma S, Son VP, Bellare JR. 2009. Chitosan reinforced apatite wollastonite coating by electrophoretic deposition on titanium implants. J. Mater. Sci. 20: 1427-1436.
Soido C, Vasconcello MC, Diniz AG, Pinheiro J. 2009. An improvement of calcium determination technique in the shell of molluscs. Braz Archives Bio Tech.52(1): 93-98.
Sopyan I, Mel M, Ramesh S, Khalid KA. 2007. Porous hidroxyapatite for artificial bone application. SciTech Adv Mater. 8:116-123.
Trianita VN. 2012. Sintesis hidroksiapatit berpori dengan porogen polivinil alkohol dan pati [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
15 Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Pencirian dengan FTIR
Pori terbaik
Pencirian dengan XRD dan FTIR Preparasi cangkang keong sawah (Pembersihan, pengeringan, penggilingan,dan
kalsinasi pada suhu 1000 ºC selama 2 jam)
Penentuan kadar kalsium dengan AAS
Sintesis HAp dengan metode basah
(suspensi Ca(OH)2 0,5 M + suspensi (NH4)2.HPO4 0,3 M) sonikasi 2 jam, 4 jam dan 6 jam
Sintesis HAp berporogen kitosan (kitosan 4%dan 6%)
Uji in vitro
Pencirian dengan SEM Pencirian dengan XRD
HAp terbaik (sonikasi 6 jam)
16
Lampiran 2 Data JCPDS a. Kalsium karbonat: CaCO3
17 Lampiran 2 lanjutan
c. Kalsium oksida: CaO
18
Lampiran 2 lanjutan
e. Apatit tipe B (AKB): Ca10(PO4)3(CO3)3(OH)2
19 Lampiran 2 lanjutan
g. Kalsium hidroksida: Ca(OH)2
Lampiran 3 Data komposisi bahan yang digunakan untuk menghasilkan HAp Pereaksi Ca(OH)2 (NH4)2.HPO4
Bobot molekul (g/mol) 74.0780 131.9880 Bobot teoritis (g) 3.7039 3.9596
20
Lampiran 4 Data perhitungan konsentrasi kalsium cangkang keong sawah a. Absorban standar kalsium
b. Absorban dan konsentrasi kalsium cangkang keong sawah
21 Lampiran 5 Data analisis hasil XRD
a. Serbuk cangkang keong sawah sebelum kalsinasi
2 Ө Intensitas Fasa
b. Serbuk cangkang keong sawah setelah kalsinasi
22
Lampiran 5 lanjutan
c. HAp tanpa porogen (sonikasi 2 jam)
23 Lampiran 5 lanjutan
d. HAp tanpa porogen (sonikasi 4 jam)
2 Ө Intensitas Fase
17.90 26 Ca(OH)2
25.80 76 AKB
28.04 22 HAp
28.90 52 HAp
31.76 230 HAp
32.14 136 HAp
32.88 142 HAp
34.08 94 Ca(OH)2
35.46 22 HAp
39.18 28 HAp
39.76 58 AKA
42.04 20 HAp
46.70 76 HAp
48.10 50 HAp
49.48 84 HAp
50.50 48 HAp
51.32 26 HAp
52.12 36 HAp
53.18 40 HAp
24
Lampiran 5 lanjutan
e. HAp tanpa porogen (sonikasi 6 jam)
2 Ө Intensitas Fase
10.80 22 HAp
21.76 22 HAp
22.86 28 HAp
25.88 86 HAp
28.10 28 HAp
28.92 44 HAp
31.80 288 HAp
31.72 152 HAp
32.96 170 HAp
34.12 76 HAp
39.84 62 HAp
46.78 92 HAp
48.14 36 HAp
49.50 88 HAp
50.54 50 HAp
51.38 42 HAp
52.14 40 AKB
53.20 48 HAp
55.90 26 HAp
57.16 20 HAp
61.70 28 HAp
25
Lampiran 5 lanjutan
f. HAp berporogen 6% Kitosan
2Ө Intensitas Fasa
10.84 20 Hap
22.8 20 Hap
25.9 86 Hap
28.12 34 Hap
31.82 248 Hap
32.92 162 Hap
39.88 82 Hap
46.7 70 Hap
48.1 44 Hap
49.5 98 Hap
50.54 44 Hap
51.3 24 Hap
52.08 36 Hap
53.14 40 Hap
55.8 26 Hap
26
Lampiran 6 Perhitungan ukuran kristal dan parameter kisi HAp a) Perhitungan ukuran kristal
Contoh perhitungan (HAp sintesis sonikasi 6 jam):
27 Lampiran 7 Contoh perhitungan ukuran pori dan hasil foto SEM
Keterangan :
A = diameter pori dalam cm / diameter pori pada foto (cm) B = diameter pori sesungguhnya (µm)
C = diameter skala dalam cm / panjang skala pada foto (cm)
D = diameter skala sesungguhnya (µm) / panjang skala pada foto (µm) Perhitungan:
28
Lampiran 7 lanjutan
a) Hasil foto SEM HAp sintesis (sonikasi 6 jam)
29 Lampiran 7 lanjutan
30
Lampiran 8 Data perhitungan konsentrasi kalsium hasil analisis uji in vitro a. Absorban standar kalsium
b. Absorban dan konsentrasi kalsium
Sampel Absorban Pengen ceran Konsentrasi Ca (ppm) Terbaca Terkoreksi Instrumen Perhitungan
Blanko –0.0013 0.0000 - –0.3505 - Contoh perhitungan HAp berporogen 6% kitosan (6 hari):
31
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 4 April 1991 dari pasangan Bapak Surasa dan Ibu Andiyani. Penulis merupakan putri pertama dari dua bersaudara. Pada tahun 2003, penulis menyelesaikan sekolah dasar di Sekolah Dasar Negeri Bintaro 02 pagidan dilanjutkan pada tahun 2006 di Sekolah Menengah Pertama Negeri 19 Jakarta. Tahun 2009 penulis menyelesaikan sekolah di Sekolah Menengah Atas Negeri 47 Jakarta dan pada tahun yang sama penulis lolos seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.
