HANDRA HAFISKO
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2014
PEMANFAATAN CANGKANG KERANG DARAH
DALAM SINTESIS NANOHIDROKSIAPATIT
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul Pemanfaatan Cangkang Kerang Darah dalam Sintesis Nanohidroksiapatit adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun. 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.
Bogor, Juli 2014
iv
ABSTRAK
HANDRA HAFISKO. Pemanfaatan Cangkang Kerang Darah dalam Sintesis Nanohidroksiapatit. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan SETIA UTAMI DEWI.
Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis dan karakterisasi nanohidroksiapatit dengan sumber kalsium dari cangkang kerang darah memanfaatkan gelombang ultrasonik dengan metode ultrasonikasi dan presipitasi untuk sintesis nanohidroksiapatit. Nanohidroksiapatit didapatkan melalui dua perlakuan yaitu menggunakan serbuk CaO yang diultrasonikasi dan serbuk Hidroksiapatit yang diultrasonikasi. Proses ultrasonikasi bertujuan untuk memperkecil sebaran dan rata-rata ukuran partikel dengan memanfaatkan efek kavitasi gelombang ultrasonik yang merambat pada media cairan. Proses ultrasonikasi pada penelitian ini dilakukan dengan tiga variasi waktu yaitu 30, 60 dan 120 menit dengan tiga kali sintesis untuk setiap perlakuan. Hasil karakterisasi XRD memperlihatkan bahwa pada HA dari CaO yang diultrasonikasi terbentuk fasa selain HA, yaitu TKF dan OKF. Dari hasil karakterisari PSA didapat waktu optimum untuk ultrasonikasi adalah 60 menit. Hal ini dikarenakan pada waktu ultrasonikasi 30 dan 120 menit sebaran dan rata-rata ukuran partikel lebih besar. Kata kunci: Hidroksiapatit, PSA, ultrasonikasi, XRD
ABSTRACT
HANDRA HAFISKO. Utilization of blood clam shells in Synthesis Of Nanohydroxiapatite. Supervised by KIAGUS DAHLAN and SETIA UTAMI DEWI.
Research on the synthesis and characterization of nanohydroxyapatite, by using the source of calcium from the shells of mussles blood has been conducted. This research used ultrasonic waves through ultrasonication and precipitation methods for the shyntesis. Nanohydroxyapatite obtained was based on two treatmens which were CaO powder ultrasonication and hydroxyapatite powder ultrasonication. Ultrasonication process aims to minimize the spread and average particel size by using cavitation effect of ultrasonic waves propagating in a liquid medium. Ultrasonication in this research was counducted in three variation of time which were 30, 60 and 120 minutes with three replications for each treatment. The results of XRD characterization showed that for HA from CaO ultrasonication, appeared other phases whice are TCP and OCP. The result of optimum time for ultrasonication was 60 minutes. This is because at the time of ultrasonication 30 and 120 minutes, the distribution and average particle size were very large.
PEMANFAATAN CANGKANG KERANG DARAH
DALAM SINTESIS NANOHIDROKSIAPATIT
HANDRA HAFISKO
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul : Pemanfaatan cangkang kerang darah dalam Sintesis Nanohidroksiapatit
Nama : Handra Hafisko
NIM : G74100053
Disetujui :
Dr Kiagus Dahlan Setia Utami Dewi, M.Si
Pembimbing I Pembimbing II
Diketahui :
Dr Akhiruddin, M.Si Kepala Departemen Fisika
viii
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Judul dari karya ilmiah ini yaitu Pemanfaatan cangkang kerang darah dalam Sintesis Nanohidroksiapatit.
Terima kasih penulis ucapkan kepada :
1. Bapak Dr. Kiagus Dahlan dan Ibu Setia Utami Dewi, M.Si selaku pembimbing, Bapak Heryanto Syahputra, M.Si selaku penguji, serta dosen Departemen Fisika yang telah memberi masukan dan saran. 2. Ayahanda Haflil dan ibunda Helitepri yang selalu mencurahkan doa,
perhatian dan segalanya untuk terselesaikannya dengan baik penelitian dan skripsi ini.
3. Untuk adik-adik uda tercinta Fungki Gusmelan Dari, Hartika Srinita dan Layra Marthfarenza, juga untuk uci yang selalu mendoakan disetiap sholatnya.
4. Untuk “genk tjantik” dan mbak Ais yang selalu memberi semangat dan
motivasinya (Hani, Ardi, Siska, Ade, Nindya, Jerry, Demos, Iteh, Tia, Febri, Risal).
5. Untuk Mila, Dini, Ratna, Kamil, Jojo dan Erlan sukses buat kita semua. 6. Untuk teman-teman Kapur IX yang kuliah di IPB, Trixi, Iga, Etri, Willa
dan Helni yang juga selalu memotivasi dan membantu.
7. Dan teman-teman fisika 47 lain yang telah banyak membantu, memberi saran dan masukan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2014
DAFTAR ISI
Preparasi dan kalsinasi cangkang kerang darah 4
Sintesis Nanohidroksiapatit 4
Fasa HA hasil karakterisasi XRD perlakuan pertama 7 Fasa hidroksiapatit hasil karakterisasi XRD perlakuan kedua 9
x
DAFTAR TABEL
1. Ukuran kristal hasil perhitungan 11
2. Parameter kisi sampel 12
3. Ukuran partikel CaO dan HA kontrol 12
4. Ukuran partikel CaO yang diultrasonikasi 12
5. Ukuran partikel HA dari CaO yang diultrasonikasi 12
6. Ukuran partikel HA yang diultrasonikasi 13
DAFTAR GAMBAR
1. Prinsip Dynamic Light Scattering (DLS) 5
2. Pola XRD CaO (a) sebelum ultrasonikasi, (b) setelah ultrasonikasi 7
3. Pola XRD hidroksiapatit kontrol 7
4. Pola XRD hidroksiapatit dari CaO yang diultrasonikasi (a) 30
menit (b) 60 menit (c) 120 menit 8
5. Pola XRD hidroksiapatit yang diultrasonikasi (a) 30 menit (b) 60
menit (c) 120 menit 10
6. Grafik ukuran partikel 13
DAFTAR LAMPIRAN
1. Diagram Alir Penelitian 16
2. Prosedur Penelitian 17
3. Database JCPDS (a) HA (b) TKF (c) OKF (d) CaO (e) Ca(OH)2 19
4. Rumus parameter kisi 22
5. Perhitungan parameter kisi untuk sampel Hidroksiapatit 23
6. Tabel sebaran dan rata-rata ukuran sampel 24
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kerusakan pada tulang manusia dapat disebabkan oleh banyak hal. Salah satu diantaranya adalah kecelakaan yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari seperti, kecelakaan kerja, kecelakaan lalu lintas, dan kecelakaan lainnya yang kerap menimbulkan luka dan terjadinya kerusakan pada tulang. Bone implant merupakan komponen yang digunakan sebagai media pada proses pemulihan tulang yang retak maupun patah.1
Hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) memiliki biokompatibilitas yang baik
terhadap kontak langsung dengan tulang. Hidroksiapatit merupakan senyawa mineral apatit yang memiliki sifat fase paling stabil, tidak korosi, tidak beracun, dan bioaktif. Hidroksiapatit ini digunakan sebagai pelapis tulang yang dimasukkan ke dalam tubuh manusia dan merupakan salah satu kristal kalsium fosfat yang memberikan sifat keras pada tulang.1
Pada penelitian ini disintesis hidroksiapatit dalam struktur ukuran partikel nanometer dengan menggunakan metode ultrasonikasi. Ultrasonik adalah gelombang suara yang memiliki frekuensi di atas jangkauan pendengaran manusia. Frekuensi suara tertinggi yang dapat dideteksi oleh telinga manusia yaitu sekitar 20.000 kHz.2 Penggunaan ultrasonikasi dalam penelitian ini bertujuan untuk
menghindari terkontaminasinya serbuk hidroksiapatit dari material lain seperti logam, magnesium jika menggunakan proses milling serta memperkecil distribusi ukuran partikel. Nanopartikel merupakan partikel yang berukuran berkisar 10-1000 nm.3 Dalam penelitian ini, proses karakterisasi yang dilakukan yaitu karakterisasi X-Ray diffraction (XRD) dan Particle Size Analyzer (PSA).
Sintesis nanohidroksiapatit pada penelitian ini menggunakan kalsium sumber alami yaitu dari cangkang kerang darah (Anadara granosa Linn.), karena kandungan kalsium dalam serbuk cangkang kerang darah sangat tinggi sehingga berpotensi digunakan sebagai sumber kalsium dalam proses sisntesis hidroksiapatit. Cangkang kerang darah belum termanfaatkan secara optimal sehingga berguna untuk mengurangi limbah.4
Berbagai teknik telah diterapkan untuk penyusunan struktur mikro hidroksiapatit, termasuk konversi hidrotermal dan penyemprotan termal.2,3 Namun, hanya ada beberapa mengenai nanohidroksiapatit. Ultrasonikasi dianggap metode yang paling tepat dalam menyintesis hidroksiapatit, karena metode ini tidak menyebabkan adanya material lain tercampur ke dalam material sampel.
Salah satu yang penting dari aplikasi gelombang ultrasonik adalah pemanfaatannya dalam menimbulkan efek kavitasi akustik. Kavitasi adalah peristiwa pembentukan, pertumbuhan, dan meledaknya gelembung di dalam cairan yang melibatkan sejumlah energi yang sangat besar. Fenomena ini yang dimanfaatkan untuk mereduksi partikel yang dilarutkan dalam cairan antara lain melalui proses tumbukan antar partikel hingga diperoleh partikel berukuran nanometer.5
2
disebabkan terbentuknya ion dan partikel yang teraktivasi akibat pemberian gelombang ultrasonik yang kemudian terperangkap dalam gelembung. Ketika gelombang ultrasonik menjalar pada cairan, terjadi siklus rapatan dan regangan. Tekanan negatif yang terjadi ketika regangan menyebabkan molekul dalam cairan tertarik dan terbentuk kehampaan, kemudian membentuk gelembung yang akan menyerap energi dari gelombang suara sehingga dapat memuai. Gelembung berosilasi dalam siklus rapatan dan regangan.6
Selama osilasi, sejumlah energi berdifusi masuk atau keluar gelembung. Energi masuk terjadi ketika regangan dan keluar ketika rapatan, dimana energi yang keluar lebih kecil daripada energi yang masuk, sehingga gelembung memuai sedikit demi sedikit selama regangan kemudian menyusut selama rapatan. Dalam kondisi ini, gelembung tidak dapat lagi menyerap energi secara efisien. Tanpa energi input, gelembung tidak dapat mempertahankan dirinya, cairan di sekitarnya akan menekannya dan gelembung akan mengalami ledakan hebat, yang menghasilkan tekanan sangat besar. Gelembung inilah yang disebut sebagai gelembung kavitasi.6
Hal utama yang membuat nanomaterial memiliki sifat unik yaitu karena ukurannya yang kecil, nanomaterial memiliki nilai perbandingan antara luas permukaan dan volume yang lebih besar jika dibandingkan dengan material sejenis dalam ukuran besar.7 Hal ini membuat nanomaterial bersifat lebih reaktif.7 Hidroksiapatit dengan struktur nano telah terbukti meningkatkan adhesi sel, proliferasi dan diferensiasi yang dibutuhkan untuk fungsi jaringan.8 Bahkan, struktur nano menunjukkan kapasitas pengisian jauh lebih tinggi, yaitu 16 kali lebih tinggi dibandingkan dengan biokeramik yang tersedia secara komersial yang masih dalam ukuran mikrometer dan tidak keropos.9
Untuk tingkat kerusakan parah pada tulang biasanya menggunakan paduan logam sebagai substrat implan tulang untuk penyambungan tulang.Tidak sembarang jenis logam bisa digunakan sebagai implan pada tulang. Logam yang digunakan sebagai implan pada tulang harus memiliki sifat non toksik, kuat, tahan korosi, kadar impuritas rendah dan mudah dibentuk. Namun beberapa sifat dari logam menjadi kendala dalam biokompabilitas dengan media interaksinya (tubuh manusia). Kendala tersebut diantaranya korosi lokal, pelarutan dari permukaan, tidak dapat meregenerasi tulang baru, membatasi fungsi organ, serta memperngaruhi bioaktifitas dalam tubuh. Selain ini produk hasil korosi akan bereaksi dengan tubuh dan akan menyebabkan kegagalan implan dini.
3 Perumusan Masalah
1. Apakah kalsium dari cangkang kerang darah dapat digunakan untuk mensintesis hidroksiapatit berukuran nanometer menggunakan metode ultrasonikasi?
2. Bagaimana struktur, komposisi dan ukuran nanohidroksiapatit yang dihasilkan?
3. Bagaimana ukuran hidroksiapatit dari CaO yang diultrasonikasi dan hidroksiapatit yang diultrasonikasi?
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk membuat senyawa hidroksiapatit berukuran nanometer dengan sumber kalsium dari cangkang kerang darah menggunakan metode ultrasonikasi dan menganalisis nanohidroksiapatit yang dihasilkan.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk mebuat material bone implant yang aman dan ekonomis untuk mempercepat regenerasi kerusakan tulang dan menambah nilai guna dari pemakaian sumber alami berupa cangkang kerang darah.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah bidang biofisika material yang mencakup aspek fisika. Aspek fisika meliputi penggunaan alat ultrasonikasi yang memanfaatkan gelombang ultrasonik dan penggunakan alat karakterisasi X-ray diffraction dan Particle Size Analyzer.
METODE
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan antara lain cangkang kerang darah, diamonium hidrogen fospat atau (NH4)2HPO4 dan aquades.
Alat
4
Prosedur Penelitian
Preparasi dan kalsinasi cangkang kerang darah
Cangkang kerang darah dibersihkan dari lumpur yang menempel dengan menyikatnya. Selanjutnya, cangkang dikeringkan dan diberi perlakuan panas (kalsinasi) pada suhu 1000 oC dengan waktu penahanan selama 5 jam. Setelah itu dikarakterisasi XRD dan PSA. Pada penelitian ini dilakukan tiga kali sistesis untuk masing-masing perlakuan.
Sintesis Nanohidroksiapatit
Pada sintesis nanohidroksiapatit dilakukan dengan dua metode : - Pertama
Ultrasonikasi serbuk CaO (waktu 30, 60 dan 120 menit)
Siapkan 5 gram serbuk CaO lalu masukkan ke dalam gelas piala dan ditambahkan 100 ml aquades. Selanjutnya, dilakukan proses ultrasonikasi dengan tigavariasi waktu. Proses ultrasonikasi dilakukan pada frekuensi 20 kHz, daya 130 watt, dan amplitudo 40%. Setelah proses ultrasonikasi selesai, dikeringkan.
Sintesis hidroksiapatit
Sintesis hidroksiapatit dilakukan menggunakan metode presipitasi. Siapkan serbuk CaO yang telah diultrasonikasi sebanyak 2.82 gram dilarutkan dalam 100 ml aquades dan 3.96 gram (NH4)2HPO4 dilarutkan dalam 100 ml
aquades. Selanjutnya, larutan (NH4)2HPO4 diteteskan ke suspensi serbuk CaO
melalui alat infus dan dilakukan stirring selama 90 menit. Selanjutnya, distirring kembali selama 60 menit untuk homogenesis larutan campuran dan diendapkan selama 12 jam. Setelah diendapkan, sampel disaring dan dikeringkan pada suhu 110 oC dengan waktu tahan 5 jam dan disintering pada suhu 900 oC dengan waktu tahan 5 jam.10 Selanjutnya, serbuk hasil presipitasi dikarakterisasi XRD dan PSA. Sebagai pembanding (kontrol), dilakukan sintesis hidroksiapatit dari CaO yang tidak diultrasonikasi dan hasil hidroksiapatitnya juga tidak diultrasonikasi.
- Kedua
Sintesis hidroksiapatit
Sintesis hidroksiapatit dilakukan menggunakan metode presipitasi. Siapkan serbuk CaO hasil kalsinasi sebanyak 2.82 gram dilarutkan dalam 100 ml aquades dan 3.96 gram (NH4)2HPO4 dilarutkan dalam 100 ml aquades.
Selanjutnya, larutan (NH4)2HPO4 diteteskan ke suspensi serbuk CaO melalui alat
5 Ultrasonikasi serbuk HA (waktu 30, 60 dan 120 menit)
Lima gram serbuk di masukkan HA ke dalam gelas piala dan ditambahkan 100 ml aquades. Selanjutnya, dilakukan proses ultrasonikasi dengan tiga variasi waktu. Proses ultrasonikasi dilakukan pada frekuensi 20 kHz, daya 130 watt, dan amplitudo 40%. Setelah proses ultrasonikasi selesai, lalu dikeringkan. Tabel 4 menujukan HA yang diultrasonikasi.
Karakterisasi XRD
Karakterisasi XRD bertujuan untuk melihat fasa, parameter kisi dan ukuran kristal (ACS) yang terkandung dalam serbuk cangkang kerang darah dan HA sebelum dan setelah diultrasonikasi. Karakterisasi ini juga untuk melihat parameter kisi (Lampiran 4 dan 5) dan ACS (Halaman 11). Sampel diletakkan pada spesimen holder kemudian diletakkan pada difraktometer. Hasil analisis dibandingkan dengan Joint Commite on Powder Diffraction Standars (JCPDS). Karakterisasi PSA
Karakterisasi PSA dilakukan dengan mencampurkan 0,2 gram serbuk sampel dengan 20 ml aquades. Selanjutnya dilakukan homogenisasi selama tiga menit menggunakan stirrer.
Penganalisis ukuran partikel dapat menganalisis partikel suatu sampel bertujuan menentukan ukuran partikel dan distribusinya dari sampel yang representatif. Prinsip pengukuran particle size adalah Dynamic Light Scattering (DLS) (Gambar 1). Dynamic Light Scattering juga dikenal sebagai Photon Correlation Spectroscopy (PCS) telah menjadi teknologi baru dan populer untuk menyelidiki difusi bahan partikulat baik dalam larutan atau suspensi.11 Dengan menentukan laju difusi (koefisien difusi), informasi mengenai ukuran partikel, konformasi rantai makromolekul, interaksi antara berbagai unsur dalam larutan atau suspensi, dan bahkan hamburan kinetik dapat diperoleh tanpa perlu kalibrasi. Keuntungan dari PCS adalah teknik non-invasif mutlak hanya membutuhkan sejumlah kecil sampel, dan tidak memerlukan persiapan sampel yang luas, telah membuat teknologi ini metode pilihan untuk ukuran partikel submikron. Standar internasional yang meliputi penggunaan PCS untuk memperoleh ukuran partikel rata-rata berbentuk suspensi encer telah dibentuk.11
6
Secara umum, batas ukuran yang lebih rendah dari jenis pengukuran ditentukan oleh fluktuasi hamburan partikel terdeteksi versus kebisingan eksperimental.12 Fluktuasi hamburan diukur harus lebih besar dari suara eksperimental yang dibuat oleh berbagai sumber, termasuk gangguan lingkungan, fluktuasi suhu, dan suara elektronik yang melekat, untuk mendapatkan hasil yang bias. Batas ukuran atas pengukuran ini ditentukan terutama oleh batas sedimentasi.Partikel yang sedang dianalisis harus stabil. Batas ukuran maksimal dalam percobaan PCS yaitu dalam skala mikron tergantung pada densitas material, viskositas medium, dan batas ukuran minimal yaitu dalam skala nanometer tergantung pada perbedaan indeks bias antara partikel dan medium
.
12
HASIL DAN PEMBAHASAN
Identifikasi Fasa CaO
Proses kalsinasi pada cangkang kerang darah bertujuan untuk mengambil komponen kalsium dan membuang komponen lain seperti Na dan Mg yang tidak diperlukan dalam sintesis nanohidroksiapatit. Cangkang kerang darah yang dipanaskan pada suhu 1000 oC selama 5 jam menghasilkan senyawa kalsium oksida (CaO). Analisis hasil XRD dicocokan dengan data JCPDS. Fase yang terbentuk pada pola difraksi sinar-X cangkang kerang darah sebelum dan sesudah diultrasonikasi ditunjukkan pada Gambar 2 (a dan b).
Dari analisis hasil XRD sampel CaO sebelum ultrasonikasi pada Gambar 2 (a), cangkang kerang darah setelah kalsinasi pada suhu 1000 oC terbentuk dalam fasa kalsium oksida (CaO). Dibuktikan dengan sudut 2θ 37.381o dan 53.908o yang merupakan sudut 2θ dari kalsium oksida berdasarkan data JCPDS.
Gambar 2 (b) menunjukkan pola difraksi sinar-X setelah ultrasonikasi selama 2 jam dan dikeringkan dengan inkobator pada suhu 60 oC. Hasil analisis ini mennjukan terbentuknya puncak selain CaO. Dari data JCPDS puncak yang terbentuk adalah Ca(OH)2 yang dibuktikan dengan sudut βθ yaitu 18.144o, 50.858o
dan 54.407o. Munculnya fase Ca(OH)2 pada serbuk cangkang kerang darah karena
pada saat proses ultrasonikasi, CaO dicampur dengan H2O sehingga menghasilkan
Ca(OH)2.
7
Gambar 2 Pola XRD CaO (a) sebelum ultrasonikasi, (b) setelah ultrasonikasi
Fasa HA hasil karakterisasi XRD perlakuan pertama
Fase yang terbentuk pada pola difraksi sinar-X hidroksiapatit kontrol ditunjukan pada Gambar 3 dan hidroksiapatit dari CaO yang diultrasonikasi ditunjukan pada Gambar 4.
8
Gambar 4 Pola XRD hidroksiapatit dari CaO yang diultrasonikasi (a) 30 menit (b) 60 menit (c) 120 menit
(a)
(b)
9
Hasil XRD dari Hidroksiapatit kontrol (Gambar 3) dapat dilihat mayoritas puncak yang terbentuk adalah HA, sesuai dengan data JCPDS HA (Lampiran 3 a) yang dibuktikan dengan sudut βθ pada γ1.784o, 32.235o dan 49.494o. Sedangkan
untuk sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi mayoritas yang terbentuk juga
HA, dibuktikan dengan puncak βθ yang terbentuk pada sampel HA dari CaO yang
diultrasonikasi 30 menit (Gambar 4 a) yaitu 25.905o dan 31.776o. Sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 60 menit (Gambar 4 b) yaitu 32.259o, 25.924o dan 49.504o. Sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 120 menit (Gambar 4 c) yaitu 25.896o, 32.228o dan 49.482o. Tapi pada sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi juga terdapat fasa lain diantaranya TKF dibuktikan dengan terbentuknya puncak yang cukup tinggi pada sudut βθ yaitu γ4.366o dan 53.532o untuk sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 30 menit (Gambar 4 a). Pada sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 60 menit (Gambar 4 b) juga terdapat fasa ini ditujukan pada sudut βθ yaitu 18.508o dan 34.975o. Sama halnya pada sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 120 menit (Gambar 4 c) terdapat juga fasa trikalsium fosfat (TKF) dibuktikan dengan puncak yang terbentuk pada sudut βθ yaitu γ3.063o dan 65.256o. Selain itu pada sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 30 menit juga terdapat fasa oktakalsium Fosfat (OKF) yang ditunjukan pada sudut βθ yaitu β8.176o dan 48.945o, sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 60 menit fasa OKF yang ditunjukan pada sudut βθ yaitu β9.331o
dan 43.439o, dan sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 120 menit fasa ini ditunjukan pada sudut βθ yaitu 27.252o dan 49.446o data ini disesuaikan dengan data TKF dan OKF pada JCPDS.
Berdasarkan hasil analisis XRD Hidroksiapatit pada sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi masih banyak terdapat fasa lain selain HA dibandingkan dengan sampel HA kontrol. Salah satu fasa yang terbentuk adalah TKF dan OKF, fasa ini biasanya terbentuk pada rentang suhu 800 oC sampai dengan 1120 oC.7 Namun kehadiran fasa ini tidak berbahaya dan tidak memiliki efek samping ketika diimplankan kedalam tubuh.9
Fasa hidroksiapatit hasil karakterisasi XRD perlakuan kedua
10
Gambar 5 Pola XRD hidroksiapatit yang diultrasonikasi (a) 30 menit (b) 60 menit (c) 120 menit
(a)
(b)
11 Hasil XRD dari hidroksiapatit yang diultrasonikasi dapat dilihat mayoritas puncak yang terbentuk adalah HA, sesuai dengan data JCPDS HA (Lampiran 3) yang dibuktikan dengan sudut βθ pada sampel HA yang diultrasonikasi 30 menit (Gambar 5 a) yaitu 25.901o, 32.208o dan 49.468o. Sampel HA yang diultrasonikasi
60 menit (Gambar 5 b) yaitu 25.881o, 46.746o dan 49.495o. Sampel HA yang diultrasonikasi 120 menit (Gambar 5 c) yaitu 32.237o dan 49.503o.
Tabel 1 memperlihatkan ACS sampel hasil perhitungan dengan persamaan scherrer,
ACS = ACS = Atomic Crystal Size (nm)
β = FWHM (FullWidth at Half Maximum) λ = Panjang gelombang Cu = 0.15406 nm θ = Sudut difraksi
Atomic Crystal Size hasil perhitungan pada sampel berkisar antara 32.93-40.92 nm (Tabel 1) dan berbanding terbalik dengan nilai FWHM. Jika nilai FWHM kecil maka ACS sampel akan besar. Secara umum ACS hasil perhitungan pada semua sampel memiliki ukuran kristal yang hampir sama. Suhu pada proses sinterring mempengaruhi ukuran kristal sampel, semakin tinggi suhu yang digunakan menyebabkan semakin teratur susunan atom dalam bahan tersebut, sehingga semakin tinggi intensitas dan semakin sempit lebar setengah puncak, hal ini menyebabkan ACS semakin besar.12 Struktur unit kristal HAp berbentuk heksagonal dengan parameter kisi a=b=9.418 Å dan c=6.881 Å. Dengan pola difraksi, parameter kisi dapat dihitung dengan menggunakan metode Cohen yang hasilnya dapat dilihat pada Lampiran 5. Tabel 2 memperlihatkan tingginya persentase ketepatan parameter kisi yakni kisaran 99% yang dihasilkan hampir di setiap sampel. Tingginya ketepatan parameter kisi yang dihasilkan dalam setiap sampel menunjukkan bahwa fase yang terkandung dalam sampel pada umumnya adalah HA.
Tabel 1 Ukuran kristal hasil perhitungan
Sampel βθ (deg) (rad) ACS(nm) (002)
HA kontrol 25.926 0.0035 40.40
12
Tabel 2 Parameter kisi sampel
Sampel
HA dari CaO yang diultrasonikasi 30 menit 9.46 99.49 6.92 99.49 HA dari CaO yang diultrasonikasi 60 menit 9.44 99.67 6.93 99.37 HA dari CaO yang diultrasonikasi 120 menit 9.44 99.72 6.91 99.65 HA yang diultrasonikasi 30 menit 9.38 99.68 6.86 99.65 HA yang diultrasonikasi 60 menit 9.44 99.73 6.91 99.69 HA yang diultrasonikasi 120 menit 9.46 99.49 6.92 99.49
Analisis ukuran partikel
Ukuran partikel sampel CaO dan HA kontrol ditunjukan pada Tabel 3. Sampel CaO yang diultrasonikasi ditunjukan pada Tabel 4. Sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi ditunjukan pada Tabel 5. Sampel HA yang diultrasonikasi ditunjukan pada Tabel 6.
Tabel 3 Ukuran partikel CaO dan HA kontrol
No Sampel Ukuran (nm)
1 CaO 517.53
2 HA 450.78
Tabel 4 Ukuran partikel CaO yang diultrasonikasi
No Sampel
Ukuran (nm)
Standar Deviasi 1 CaO yang diultrasonikasi 30 menit 427.18 16.82 2 CaO yang diultrasonikasi 60 menit 248.67 47.13 3 CaO yang diultrasonikasi 120 menit 331.19 31.04
Tabel 5 Ukuran partikel HA dari CaO yang diultrasonikasi
No Sampel Ukuran (nm) Standar Deviasi
13
Tabel 6 Ukuran partikel HA yang diultrasonikasi
No Sampel
Ukuran (nm)
Standar Deviasi 1 HA yang diultrasonikasi 30 menit 208.67 4.02 2 HA yang diultrasonikasi 60 menit 115.37 1.06 3 HA yang diultrasonikasi 120 menit 177.91 17.87
Gambar 6 memperlihatkan pengaruh waktu ultrasonikasi dengan ukuran sampel. Perlakuan ultrasonikasi pada sampel memanfaatkan efek kavitasi yang mengakibatkan ukuran partikel sampel mengecil seiring bertambah lamanya waktu ultrasonikasi. Dari data dapat dilihat rata-rata ukuran partikel sampel yang diultrasonikasi 1 jam lebih kecil dibandingkan yang diultrasonikasi 2 jam hal ini mungkin disebabkan suhu sintering yang tinggi meningkatkan energi kinetik atom-atom penyusun sehingga terjadi difusi dengan partikel yang berdekatan atau bersinggungan satu sama lain dan terjadi pengikatan partikel bersama (teraglomerasi), hal ini menyebabkan ukuran dari partikel tersebut semakin besar.14 Selain itu pada proses ultrasonikasi pada cairan memiliki berbagai parameter, seperti frekuensi, tekanan, temperatur, viskositas, dan konsentrasi. Frekuensi ultrasonik naik akan mengakibatkan produksi dan intensitas gelembung kavitasi dalam cairan menurun.6
Perbedaan ukuran rata-rata partikel HA yang dihasilkan oleh dua perlakuan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 5 dan 6. Rata-rata partikel HA yang dihasilkan dari CaO yang diultrasonikasi lebih besar dari rata-rata partikel HA yang diultrasonikasi. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh pengaruh suhu tinggi pada saat sinttering untuk hidroksiapatit dari CaO yang diultrasonikasi, suhu sinttering yang tinggi meningkatkan energi kinetik atom-atom penyusun sehingga terjadi difusi dengan partikel yang berdekatan atau bersinggungan satu sama lain dan terjadi pengikatan partikel bersama (teraglomerasi), hal ini menyebabkan ukuran partikel semakin besar.8
14
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Serbuk cangkang kerang darah mengandung kalsium dalam bentuk kalsium oksida CaO yang cukup tinggi, sehingga sangat potensial digunakan sebagai sumber kalsium dalam menyintesis Hidroksiapatit untuk bone implan pada kerusakan tulang.
Sintesis hidroksiapatit berukuran nanometer dengan perlakuan ultrasonikasi pada sumber kalsium (CaO) belum menghasilkan HA 100%, hal ini dibuktikan dengan terbentuknya fasa selain HA yaitu TKF dan OKF, hal ini dikarenakan proses ultrasonikasi yang dicampur dengan H2O menyebabkan
munculnya fasa Ca(OH)2. Sedangkan untuk proses sintesis HA terlebih dahulu
baru dilakukan proses ultrasonikasi menghasilkan HA yang lebih tinggi tingkat kemurnianya, dapat dilihat tidak terbentuknya fasa lain selain HA. Ketepatan parameter kisi dari hasil analisis XRD didapatkan data berkisar 99% menunjukan sebagian besar sampel yang terbentuk adalah HA.
Untuk efektifitas pemanfaatan metode ultrasonikasi pada sintesis nanohidroksiapatit, lebih efektif dengan melakukan sistesis HA terlebih dahulu baru dilanjutkan dengan proses ultrasonikasi. Karena rata-rata ukuran partikelnya lebih kecil dibandingan dengan perlakuan sisntesis nanohidroksiapati dengan CaO yang diultrasonikasi, yaitu rata-rata ukuran partikelnya 115 nm dengan standar deviasi 1.06.
Saran
15
DAFTAR PUSTAKA
1. Langenati R, dkk. Aplikasi hidroksiapatit di bidang medis. Seminar Teknologi Material – Universitas Gajah Mada. 2003
2. Xu Y, Wang D, Yang L, Tang H. Hydrothermal conversion of coral into hydroxyapatite. Mater. Charac., 47, 83. 2001
3. Li H, Khor K A, Cheang P. Thermal sprayed hydroxyapatite splats: nanostructures, pore formation mechanisms and TEM characterization. Biomaterials, 25, 3463. 2004
4. Muntamah. 2011. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Limbah Cangkang Kerang Darah ( Anadara granosa,sp ). [Tesis]
5. Wahyudi A. Sintesa nanopartikel zeolit secara top down menggunakan planetary ball mill dan ultrasonikator. http://isjd.pdii.lipi. go.id/admin/jurnal/ 81103236.pdf. 2010 [5 November 2013]
6. Suslick K S, Price GJ. Application of ultrasound to materials chemistry. J. of Annu.Rev. Sci., 29, 295-326. 1999
7. Abdullah, M., Virgus, Y., Khairurijal. Review sintesis nanomaterial. Nanosains dan Nanoteknologi, 1, 1-25. 2008
8. Webster TJ, Siegel R W, Bizios R. Enhanced functions of osteoblasts on nanophase ceramics. Biomaterials, 21, 1803. 2000
9. Fan J, Lei J, Yu C, Tu B, Zhao D, Hard-templating synthesis of a novel rod-like nanoporous calcium phosphate bioceramics and their capacity as antibiotic carriers. Mater. Chem. Phys., 103, 489. 2007
10.Balgies. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Cangkang Kerang (Chicoreusramosus) [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 2011
11.Farzaneh R, Tom L, Richard, Bruce E Logan. .Analysis of chitin particle size on maximum power generation, power longevity, and Coulombic efficiency in solid–substrate microbial fuel cells. Elsevier. 2009
12.Standards Association of Australia. AS 1289.C6.2-1976 Determination of the Particle Size Distribution of a Soil: An Analysis by Sieving in Combination with Hydrometer Analysis.
13.Dahlan K, Prasetyanti F, Sari YW. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur menggunakan dry method. J Biofisika 2009; 5 (2) : 71-78.
16
Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian
Persiapan Alat dan Bahan Penelusuran Literatur
Kalsinasi cangkang kerang pada suhu 1000oC selama 5 jam
Karakterisasi XRD dan PSA
Proses Ultrasonikasi Sintesis Nanohidroksiapatit
Sintesis Nanohidroksiapatit Proses Ultrasonikasi
Karakterisasi XRD dan PSA
Pengolahan Data dan Penyusunan Laporan Hasil
17 Lampiran 2 Prosedur Penelitian
1. Preparasi Sampel Cangkang Kerang Darah dan Proses Kalsinasi
(a) (b) (c) (d) (e) (f) Keterangan :
(a) cangkang kerang darah setelah dibersihkan,
(b) cangkang kerang darah setelah dihancurkan dengan palu (c) cangkang kerang darah dimasukan ke dalam crussibel (d) crussibel dimasukan kedalam furnace untuk proses kalsinasi (e) cangkang kerang darah setelah kalsinasi siap untuk digerus (f) serbuk cangkang kerang darah
2. Proses Ultrasonikasi
(a) (b) (c) (d) Keterangan :
(a) serbuk cangkang kerang darah dilarutkan dalam aquades (b) proses ultrasonikasi sekaligus proses stirring
(c) penyaringan sampel
(d) penggerusan sampel serbuk cangkang kerang darah setelah ultrasonikasi dan dikeringkan
3. Proses sintesis nanohidroksiapatit
18
(e) (f) (g) (h) Keterangan :
(a) gambar CaO yang dilarutkan dalam aquades (b) posfat yang dilarutkan dalam aquades (c) proses presipitasi sekaligus stirring (d) larutan campuran yang telah diagin (e) proses penyaringan
(f) sampel hasil penyaringan dimasukan dalam crussibel (g) proses pengeringan dan sinterring menggunakan furnace (h) serbuk hidroksiapatit
4. Sampel hasil
19 Lampiran 3 Database JCPDS (a) HA (b) TKF (c) OKF (d) CaO (e) Ca(OH)2
(a) JCPDS HA
20
( c ) JCPDS OKF
21
22
Lampiran 4 Rumus parameter kisi
Where,
∑ ∑ ∑ ∑
∑ ∑ ∑ ∑
23 Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi untuk sampel Hidroksiapatit
βθ h K l α βθ (rad) θ δ 0,085959 0,343838 0,343838 0,270155 16
0,116226 1,510942 0 0,47754 169
0,157382 1,888583 0,629528 0,834835 144 0,175235 1,226644 1,577114 1,013051 49
24
Lampiran 6 Tabel sebaran dan rata-rata ukuran sampel
Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel CaO yang diultrasonikasi 30 menit
No Sampel Sebaran (nm) Rata-rata (nm)
1 CaO A1 195.04 - 8130.46 434.46
2 CaO A2 309.11 - 2042.28 439.14
3 CaO A3 223.93 - 1862.58 407.95
Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel CaO yang diultrasonikasi 60 menit
No Sampel Sebaran (nm) Rata-rata (nm)
1 CaO B1 67.63 - 1071.80 198.75
2 CaO B2 61.68 - 1230.59 292.41
3 CaO B3 61.68 - 1950.36 254.86
Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel CaO yang diultrasonikasi 120 menit
No Sampel Sebaran (nm) Rata-rata (nm)
1 CaO C1 147.95 - 1479.50 331.13
2 CaO C2 117.52 - 977.50 300.23
3 CaO C3 147.95 - 2042.28 362.21
Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel HA dari CaO yang diultrasonikasi 30 menit
No Sampel Sebaran (nm) Rata-rata (nm)
1 HA A1 81.30 - 3549.07 338.48
2 HA A2 42.67 - 1122.32 345.50
3 HA A3 295.20 - 1175.21 375.79
Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel HA dari CaO yang diultrasonikasi 60 menit
No Sampel Sebaran (nm) Rata-rata (nm)
1 HA B1 81.30 - 407.49 194.85
2 HA B2 22.39 - 2138.53 187.16
3 HA B3 51.30 - 1023.56 157.72
Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel HA dari CaO yang diultrasonikasi 120 menit
No Sampel Sebaran (nm) Rata-rata (nm)
1 HA C1 89.15 - 977.50 215.61
2 HA C2 186.26 - 489.91 239.31
25 Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel HA yang diultrasonikasi 30 menit
No Sampel Sebaran (nm) Rata-rata (nm)
1 HA D1 44.68 - 4468.02 211.51
2 HA D2 14.80 - 3389.34 210.44
3 HA D3 10.24 - 2455.36 204.08
Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel HA yang diultrasonikasi 60 menit
No Sampel Sebaran (nm) Rata-rata (nm)
1 HA E1 16.22 - 1622.24 114.25
2 HA E2 37.16 - 851.36 116.35
3 HA E3 11.22 -933.50 115.51
Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel HA yang diultrasonikasi 120 menit
No Sampel Sebaran (nm) Rata-rata (nm)
1 HA F1 70.81 - 813.05 189.14
2 HA F2 20.42 - 2692.25 157.30
26
28
29
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Muaro Paiti, 14 Desember 1991 dari pasanag Haflil dan Helitepri. Penulis merupakan anak pertama dari empat bersaudara. Pada tahun 1998, penulis menyelesaikan pendidikan taman kanak-kanak di TK Dharma Wanita 2 di Nagari Muaro Paiti. Pada tahun 2004, penulis menyelesaikan pendidikan sekolah dasar di SDN 04 Muaro Paiti. Pada tahun 2007, penulis menyelesaikan pendidikan sekolah menengah pertama di SMP N 1 Kecamatan Kapur IX. Pada tahun 2010, penulis menyelesaikan pendidikan sekolah menengah atas di SMA N 1 Kecamatan Kapur IX dan pada tahun yang sama, penulis melanjutkan pendidikan sarjana di Fisika IPB melalui jalur seleksi masuk USMI.
