Sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit dari limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa, sp)

(1)

DARI LIMBAH CANGKANG KERANG DARAH

(Anadara granosa,sp)

MUNTAMAH

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

DAN SUMBER INFORMASI

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis dengan judul Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Limbah Kerang Darah (Anadara granosa) adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang telah diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.

Bogor, Juli 2011

Muntamah

(3)

MUNTAMAH. Synthesis and Characterization of Hydroxyapatite from Seashell Wastes of Anadara granosa. Supervised by DONDIN SAJUTHI, HENDRA ADIJUWANA, and SULISTIOSO GIAT SUKARYO

Hydroxyapatite is a biomaterial that could be used for bone replacement. The synthesis of hydroxyapatite from seashell wastes of Anadara granosa has been investigated by wet and dry methods. The sintering of hydroxyapatite was done at 1250°C for two hours. The biomaterial formed was characterized by XRD, FTIR, SEM, and EDXA. The wet method showed a better result compare with the dry method. The XRD profiles showed uniformly crystals of hydroxyapatite. The XRD profiles showed uniformly crystals of hydroxyapatite. The FTIR spectra showed the existence of PO43- and OH- groups were the components of the

hydroxyapatite. The morphology of hydroxyapatite viewed under SEM showed

that the size of the particle was 0.52 m. The EDXA analysis showed that the

ratio of Ca / P by the wet and the dry methods was 1.64 and 1.84, respectively.

(4)

MUNTAMAH. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Limbah Cangkang Kerang Darah (Anadara granosa) dibimbing oleh DONDIN SAJUTHI, HENDRA ADIJUWANA, dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO

Hidroksiapatit merupakan senyawa kalsium fosfat yang merupakan komponen utama dari tulang dan gigi yang mempunyai sifat dapat berikatan dengan tulang alami. Hidroksiapatit merupakan senyawa mineral dari kelompok mineral apatit dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2 dan mempunyai struktur

heksagonal dengan parameter kisi a = 9.443 Ǻ dan c = 6.875Ǻ serta nisbah Ca/P sekitar 1.67. Kristal apatit banyak mengandung gugus karbon dalam bentuk karbonat. Pada struktur hidroksiapatit, karbon dapat menggantikan ion OH -membnetuk kristal apatit karbonat tipe A, dan bila menggantikan ion PO4

3-Sintesis serbuk hidroksiapatit telah dilakukan dengan berbagai sumber Ca dan P, diantaranya kalsium nitrat (Ca(NO

membentuk kristal apatit karbonat tipe B.

3)2) dengan amonium hidrogen fosfat

((NH4)2HPO4) dan kalsium hidroksida dengan asam fosfat (H3PO4). Telah

dikembangkan juga sintesis hidroksiapatit dengan sumber kalsium dari bahan alam diantaranya tulang manusia, tulang hewan, batu gamping dan cangkang telur. Pada penelitian ini dilakukan sintesis hidroksiapatit menggunakan Ca dari cangkang kerang darah karena limbah cangkang kerang darah ini banyak terdapat di perairan Indonesia dan pemanfaatannya belum maksimal. Metode sintesis yang digunakan adalah metode kering dan metode basah. Metode kering, menggunakan reaksi padat (dari padatan menjadi padatan) dan menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan butir halus dan derajat kristalinitasnya tinggi. Metode basah, menggunakan reaksi cairan (dari larutan menjadi padatan), merupakan metode yang umum digunakan karena sederhana dan menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan sedikit kristal atau amorf. Sumber P yang digunakan adalah ((NH4)2HPO4) dan (H3PO4

Sintesis dengan metode kering belum menghasilkan hidroksiapatit terlihat pada pola difraksi sinar X menunjukkan bahwa puncak-puncak yang terbentuk merupakan fasa senyawa apatit diantaranya apatit karbonat tipe A, apatit karbonat tipe B, okta kalsium fosfat juga ada puncak hidroksiapatit dengan intensitas rendah. Sintesis hidroksiapatit dengan metode kering yang menggunakan sumber Ca dari limbah cangkang kerang darah masih merupakan campuran beberapa fasa dan terlihat juga masih adanya CaO yang merupakan bahan dasar sintesis hidroksiapatit. Pada metode kering dihasilkan nisbah Ca/P 1.84 nilai ini lebih besar dari nilai nisbah Ca/P hidroksiapatit komersial. Ini disebabkan masih adanya CaO yang memperbesar Ca dalam hasil sintesis tersebut.

). Cangkang kerang darah yang digunakan untuk sintesis dikalsinasi pada suhu 1000⁰C selama 24 jam untuk mendapatkan CaO yang merupakan bahan dasar sintesis hidroksiapatit. Cangkang kerang darah yang sudah dikalsinasi dianalisis dengan AAS untuk menentukan kadar Ca. Nisbah Ca/P dalam sintesis adalah 5:3.

(5)

32.19⁰ dan ini spesifik untuk hidroksiapatit. Hasil penafsiran spektrum FTIR menunjukkan terbentuknya hidroksiapatit dengan adanya puncak ion PO43- dan

OH- yang merupakan gugus fungsi dari hidroksiapatit. Hasil analisis EDXA menunjukkan nisbah Ca/P 1.64. hasil ini mendekati hidroksiapatit komersial yang mempunyai nisbah Ca/P 1.67.

(6)

© Hak cipta milik IPB, tahun 2011

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

(7)

DARI LIMBAH CANGKANG KERANG DARAH

(

Anadara granosa,sp

)

MUNTAMAH

Tesis

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada

Program Studi Kimia

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(8)

(9)

Darah (Anadara granosa) Nama : Muntamah

NRP : G451090161

Disetujui Komisi Pembimbing

Ketua

Prof. drh. Dondin Sajuthi, MST, Ph.D

Ir. Hendra Adijuwana, MST

Anggota Anggota

Drs. Sulistio Giat Sukaryo, MT

Diketahui

Ketua Program Studi Dekan Sekolah Pascasarjana Pascasarjana Kimia

Prof. Dr. Purwantiningsih, M.S. Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc. Agr

(10)

Alhamdulillahirobilalamin penulis panjatkan puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat serta hidayahnya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan . Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan dari bulan Januari sampai dengan Mei 2011 ini adalah Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Limbah Cangkang Kerang Darah (Anadara granosa).

Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof. drh. Dondin Sajuthi, MST, Ph.D, Ir. Hendra Adijuwana, MST, dan Drs. Sulistioso Giat Sukaryo, MT selaku pembimbing, serta kepada Prof. Dr. Purwantiningsih MS, Dr. Charlena M.Si dan Agus Saputra, M.Si yang telah banyak memberi saran dan masukkan. Disamping itu terima kasih juga penulis sampaikan kepada staf Laboratorium Kimia Anorganik , PS Biofarmaka, Laboratorium Bersama IPB, laboratorium BATAN yang telah membantu selama penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, suami, anak-anak tercinta serta seluruh keluarga, atas doa, dukungan, dan kasih sayangnya.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

(11)

Penulis dilahirkan di Boyolali pada tanggal 4 April 1971 dari ayah Jamari dan ibu Daryati. Penulis merupakan putri pertama dari empat bersaudara.

Tahun 1989 penulis lulus dari SMA Negeri 6 Surakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IKIP Semarang melelui jalur UMPTN. Penulis memilih jurusan pendidikan kimia D3 Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam lulus tahun 1992 dan pada tahun yang sama diterima bekerja sebagai operator lab di PT. MIBENZO Lengkong Sukabumi Jawa Barat .

Tahun 1993 penulis diterima mengajar di SMA Negeri 3 Sukabumi dan tahun 1996 masuk ke Universitas Terbuka. Penulis menyelesaikan pendidikan sarjana pada tahun 1998 dan pada tahun 2001 mengajar di STM Negeri 1 Kota Sukabumi, kemudian pada tahun 2003 mengajar di Universitas Muhammadiyah Sukabumi pada tahun yang sama penulis diterima PNS di Departemen Agama dan ditugaskan mengajar kimia di MAN 1 Kota Sukabumi.

(12)

(13)

DAFTAR TABEL

Halaman

Kandungan elemen anorganik pada tulang... 7

DAFTAR GAMBAR

Halaman

1. Cangkang kerang Darah (Anadara granosa)………. 4 2. Struktur kristal hidroksiapatit ... 6 3. Difraktogram hasil kalsinasi cangkang kerang pada suhu 1000o

selama 24 jam………. 14 C

4. Difraktogram hasil sintesis hidroksiapatit dengan metode

kering (a) dan metode basah (b)………... 16 5. Spektrum FTIR hasil sintesis dengan metode kering (a)

(14)

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1. Hasil determinasi limbah cangkang kerang darah ……….. 26

2. Diagram alir sintesis hidroksiapatit metode kering………. 27

3. Diagram alir sintesis hidroksiapatit metode basah……… 28

4. Data JCPDS……… 29

5. Difraktogram hidroksiapatit komersial……….……… 31

6. Data hasil XRD (NH4)2HPO4 7. Data EDXA hasil sintesis metode kering……….. 32

……… 31

(15)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Dewasa ini kebutuhan masyarakat akan bahan untuk memperbaiki jaringan tulang dan gigi cukup besar sehingga berbagai upaya dikembangkan dalam rangka mencari bahan alternatif untuk memperbaiki tulang dan gigi yang baik, terjangkau masyarakat serta dapat menggantikan struktur jaringan yang hilang tanpa menimbulkan efek negatif

Tulang merupakan penopang tubuh manusia. Pada pembentukan tulang, sel-sel tulang keras membentuk senyawa kalsium fosfat dan senyawa kalsium karbonat. Senyawa kalsium fosfat ini yang memberikan sifat keras dalam jaringan tulang. Kristal kalsium fosfat dalam jaringan tulang tersebut dikenal sebagai kristal apatit (Dahlan et al. 2009).

Tulang memiliki kapasitas untuk mengalami pertumbuhan regeneratif, tetapi pada berbagai kasus klinis masih diperlukan pembedahan dan tranplantasi. Rekonstruksi dengan tranplantasi dapat dilakukan dengan allograft, autograft, xenograft ataupun berbagai biomaterial sintetis. Material allograft diperoleh dari

tulang manusia sedangkan xenograft diperoleh dari binatang. Penggunaan allograft dan xenograft dibatasi oleh respon imunologi ataupun kemungkinan

suatu penyakit yang menyertainya. Autograft dilakukan dengan menggunakan tulang sehat bagian tubuh lainnya milik pasien yang bersangkutan.Terbatasnya jumlah massa tulang yang dapat diambil juga menjadi limitasi pelaksanaan autograft. Biomaterial sintetis diharapkan dapat mengatasi limitasi allograft,

autograft ataupun xenograft (Sopyana 2007).

Implant tulang ke dalam tubuh manusia dapat menggunakan berbagai material sintetik alternatetif dari bahan keramik, logam maupun polimer, contohnya apatit serbuk. Hidroksiapatit dengan rumus kimia Ca10 (PO4) 6 (OH) 2

(16)

Hidroksiapatit yang di buat secara sintesa kimia disebut hidroksiapatit sintetik. Hidroksiapatit sintetik dapat diperoleh tidak hanya melalui reaksi senyawa-senyawa sintetik tetapi dapat juga mereaksikan senyawa sintetik tersebut dengan senyawa alami. Hidroksiapatit sintetik dikenal sebagai salah satu bahan implant yang penting karena mempunyai sifat bioaktif, biokompatibel, dan osteokonduktif yang sama dengan mineral tulang alami, sehingga bisa digunakan sebagai pengganti jaringan keras manusia (Balumurugan et. al 2005 & Kumar 2008). Senyawa hidroksiapatit yang dipakai sekarang adalah senyawa hidroksiapatit sintetik dengan harga yang sangat mahal karena merupakan bahan yang di impor dari luar negeri. Menurut data BPPT harga hidroksiapatit sintetik adalah 1 juta rupiah per gram dan diimpor dari jepang.

Penelitian ini diharapkan bisa mengatasi masalah di atas, yaitu dengan mensintesis hidroksiapatit menggunakan bahan dasar limbah kerang laut yang jumlahnya melimpah di Negara kita. Indonesia merupakan Negara kepulauan yang dua per tiga luas wilayahnya merupakan wilayah perairan. Luas perairaan yang dimiliki keberadaannya di Indonesia menjadikan sektor perikanan sangat potensial. Salah satu komoditas yang melimpah perairan adalah kerang. Produksi kerang-kerangan di Indonesia dari tahun 2002 ke tahun meningkat. Data produksi dari tahun 2002 sampai dengan 2006 berturut-turut, adalah sebesar 7.00 ton, 12.86 ton, 12.99 ton, 16.35 ton, dan 18.87 ton, namun komoditas ini belum optimum pemanfaatannya terutama limbah cangkang kerang (Prasustyane 2009). Limbah cangkang kerang mengandung kalsium karbonat yang tinggi 98% yang dapat dijadikan sumber kalsium pada sintesis hidroksiapatit (Awang-Hazmi et al, 2005)

Penelitian tentang hidroksiapatit sudah banyak dilakukan karena aplikasinya sebagai biomaterial, katalis, pertukaran ion, konduktor ion oksidasi, dan material luminescent. Hidroksiapatit telah secara luas digunakan untuk implant biomedis,

operasi jaringan keras, regenerasi tulang, memperbaiki, mengisi, memperluas dan merekonstruksi jaringan tulang rusak (V’azquez 2005, Prabakaran et al. 2005 & Teixeira 2008).

(17)

hidroksiapatit telah digunakan diantaranya sumber Ca berasal dari tulang manusia, tulang sapi, batu gamping dan cangkang telur. Sumber fosfor dalam sintesis hidroksiapatit yang telah digunakan adalah amonium hidrogen fosfat (NH4)2HPO4, asam fosfat (H3PO4), fosfor pentaoksida (P2O5

Pada penelitian ini sintesis hidroksiapatit melalui metode kering dan metode basah. Kalsium diambil dari cangkang kerang direaksikan dengan menggunakan ammonium hidrogen fosfat [(NH

)

4)2HPO4] untuk memperoleh

hidroksiapatit sintetik dan direaksikan dengan asam fosfat (H3PO4). Hasil sintesis

dikarakterisasi dengan menggunakan XRD (defraksi sinar-X), mikroskop elektron payaran (SEM/EDXA), dan FTIR.

Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah mensintesis dan karakterisasi kristal hidroksiapatit dari limbah cangkang kerang darah dengan dua metode yaitu metode kering dan metode basah.

Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat dimanfaatkan di bidang medis dan memberikan informasi bahwa limbah cangkang kerang laut dapat disintesis menjadi hidroksiapatit

Hipotesis

Kandungan kalsium dalam limbah kerang laut dapat dimanfaatkan sebagai starting material untuk mensintesis hidroksiapatit yang mempunyai sifat sama

(18)

TINJAUAN PUSTAKA

Cangkang Kerang Darah

Kerang merupakan jenis hewan bertubuh lunak (mollusca) yang termasuk pada kelas bivalvia (bercangkang dua). Cangkang kerang terdiri atas tiga lapisan yaitu, Periostrakum merupakan lapisan tipis dan gelap yang tersusun atas zat tanduk yang dihasilkan oleh tepi mantel sehingga sering disebut lapisan tanduk, fungsinya untuk melindungi lapisan yang ada di sebelah dalamnya dan lapisan ini berguna untuk melindungi cangkang dari asam karbonat dalam air serta memberi warna cangkang; Prismatik adalah lapisan tengah yang tebal dan terdiri atas kristal-kristal kalsium karbonat yang berbentuk prisma yang berasal dari materi organik yag dihasilkan oleh tepi mantel; Nakreas, merupakan lapisan terdalam yang tersusun atas kristal-kristal halus kalsium karbonat .Kerang darah (Anadara granosa) merupakan salah satu jenis kerang yang berpotensi dan bernilai

ekonomis untuk dikembangkan sebagai sumber protein dan mineral untuk memenuhi kebutuhan pangan masyarakat Indonesia. Kerang darah banyak ditemukan pada substrat yang berlumpur di muara sungai dengan tofografi pantai yang landai sampai kedalaman 20 m. Kerang darah bersifat infauna yaitu hidup dengan cara membenamkan diri di bawah permukaan lumpur di perairan dangkal.

Gambar 1 cangkang kerang darah (Anadara granosa)

(19)

Kerajaan : Animalia

Kerang ini memiliki pigmen darah merah/haemoglobin yang disebut bloody cockles, sehingga kerang ini dapat hidup pada kondisi kadar oksigen yang relatif

rendah, bahkan setelah dipanen masih bisa hidup walaupun tanpa air. Kerang yang hidup memiliki ciri cangkang tertutup rapat bila terkena sentuhan. Sedangkan kerang yang mati cangkangnya agak terbuka dan sedikit menganga yang diikuti oleh bau segar yang perlahan-lahan berganti dengan bau busuk (amoniak).

Ciri-ciri kerang darah adalah sebagai berikut: mempunyai 2 keping cangkang yang tebal, ellifs dan kedua sisi sama, kurang lebih 20 rib, cangkang berwarna putih ditutupi periostrakum yang berwarna kuning kecoklatan sampai coklat kehitaman. Ukuran kerang dewasa 6-9 cm (Nurjanah et al. 2005)

Komposisi mineral cangkang kerang dari 3 sumber yang berbeda adalah sama untuk semua sampel. Gabungan kalsium karbonat dan karbon terdiri lebih dari 98,7% dari total kandungan mineral. Mg, Na, P, K dan lain-lain (Fe, Cu, Ni, B, Zn dan Si) terdiri sekitar 1,3%. Komposisi mineral cangkang kerang dari Pantai Barat Semenanjung Malaysia adalah 98,7% CAC, 0,05% Mg, Na 0,9%, 0,02% P dan 0,2% lainnya (Awang-Hazmi et al, 2005)

(20)

Hidroksiapatit

Hidroksiapatit merupakan anggota dari mineral apatit (M10(ZO4)6X2, dan

memiliki rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. Hidroksiapatit juga merupakan senyawa

kalsium fosfat dengan rasio Ca/P sekitar 1,67. Jenis senyawa apatit lainnya diperoleh dengan mengganti elemen-elemen pada bagian M, Z, dan X. M dapat ditempati oleh Ca, Mg, Sr, Ba, Cd, Pb. Z dapat ditempati oleh unsur P, V, As, S, Si, Ge, dan gugus fungsi CO3. X dapat ditempati oleh unsur F, Cl, OH, O, Br,

serta gugus fungsi CO3 dan OH (V’azquez 2005). Struktur kristal dari

hidroksiapatit (Gambar 2) adalah heksagonal dengan parameter kisi a = b = 9,4225 Ǻ dan c = 6,8850 Ǻ (Manafi 200λ).

Gambar 2 Struktur kristal hidroksiapatit

Kristal apatit banyak mengandung gugus karbon dalam bentuk karbonat. Pada struktur hidroksiapatit, karbonat dapat menggantikan ion OH- membentuk kristal apatit karbonat tipe A, dan bila menggantikan ion PO4

3-Senyawa apatit merupakan jenis keramik yang dapat disintesis dan diimplankan ke dalam tubuh manusia. Untuk dapat diimplankan ke dalam tubuh manusia harus memenuhi syarat medis yaitu, bersifat bioaktif, biokompatibel dan tidak beracun. Hidroksiapatit, dengan formula Ca

membentuk kristal apatit tipe B. Pada umumnya, presipitasi pada temperatur rendah akan membentuk apatit karbonat tipe B, sedangkan apatit yang dipresipitasi dari reaksi pada suhu tinggi akan menghasilkan karbonat apatit tipe A (Riyani et al. 2005).

10(PO4)6(OH)2, merupakan

(21)

Tulang merupakan material gabungan organik-keramik alami dengan struktur hierarki yang komplek. Kandungan utamanya terdiri dari fibril kolagen (20 %) yang telah mengalami infiltrasi oleh fase inorganik kristal ukuran nano (69%) dan air (9%). Unsur pokok anorganik tulang memiliki keserupaan dengan yang ada pada komposisi hidroksiapatit sintetik..

Tabel 1 Kandungan elemen anorganik pada tulang

Kristal hidroksiapatit yang berada pada tulang memiliki bentuk yang menyerupai jarum atau menyerupai batang dengan panjang 40-60 nm, lebar 10-20 nm, dan ketebalan 1-3 nm. (Mollazadeh et al. 2007).

Komposisi Kandungan

(22)

Sintesis Hidroksiapatit

Pembuatan serbuk hidroksiapatit dipengaruhi oleh morfologi, stoikiometri, kristalinitas dan ukuran khususnya rentang nanometer memiliki peran utama dalam produksi biomaterial. Sintesis serbuk hidroksiapatit telah dilakukan dengan berbagai sumber Ca dan P, diantaranya kalsium nitrat (Ca(NO3)2) dengan

amonium hidrogen fosfat ((NH4)2HPO4) dan kalsium hidroksida dengan asam

fosfat (H3PO4

Sintesis hidroksiapatit dapat dilakukan dengan beberapa metode diantaranya adalah :

). Telah dikembangkan juga sintesis hidroksiapatit dengan sumber kalsium dari bahan alam diantaranya tulang manusia, tulang hewan, batu gamping dan cangkang telur.

1. Metode basah, menggunakan reaksi cairan (dari larutan menjadi padatan), merupakan metode yang umum digunakan karena sederhana dan menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan sedikit kristal atau amorf.

2. Metode kering, menggunakan reaksi padat (dari padatan menjadi padatan) dan menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan butir halus dan derajat kristalinitasnya tinggi.

3. Metode hidrotermal, menggunakan reaksi hidrotermal (dari larutan menjadi padatan) dan menghasilkan hidroksiapatit dengan kristal tunggal.

4. Metode alkoksida, menggunakan reaksi hidrolisa (dari larutan menjadi padatan) dan biasanya digunakan untuk membuat lapisan tipis (thin film) dan hidroksiapatit yang dihasilkan mempunyai derajat kristalinitas tinggi.

5. Metode fluks, menggunakan reaksi peleburan garam (dari pelelehan menjadi padatan), menghasilkan hidroksiapatit kristal tunggal yang mengandung unsur lain seperti boron apatit, fluorapatit, dan kloroapatit.

(23)

Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Kering

Proses kristalisasi kalsium fosfat dapat ditingkatkan dengan menaikkan aktivitas ion yang terlibat dengan cara meningkatkan suhu, atau menghilangkan penghambat. Pembuatan senyawa kalsium fosfat dapat dilakukan pada suhu 900o

Sintesis hidroksiapatit dengan sumbar Ca dari cangkang telur dengan metode kering menghasilkan hidroksiapatit dengan nilai parameter kisi mendekati ketepatan 100% dibandingkan dengan nilai sesungguhnya, kristalinitas berkisar dari 84 sampai 90% dan rasio Ca/P keseluruhan sampel berada pada kisaran 2.

nilai ini melebihi nilai hidroksiapatit murni dengan rasio Ca/P adalah 1,67 ( V’azquez 2005 & Dahlan et al. 2009).

C dan menghilangkan karbonat yang merupakan penghambat dalam pembentukan kristal. Metode kering dalam pembuatan hidroksiapatit sintetik menggunakan reaksi padat (padat menjadi padatan), tanpa menggunakan pelarut apapun. Metode ini tepat digunakan untuk menghasilkan kristalisasi yang baik dari hidroksiapatit, berupa bubuk dengan perhitungan %w dari perbandingan massa, sehingga menghasilkan fasa hidroksiapatit. Prinsip yang digunakan dalam metode ini adalah sifat dasar atom yang bergerak bervibrasi semakin cepat pada temperatur yang semakin tinggi. (Prabakaran et al. 2005 & Dahlan et al. 2009).

Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Basah

Sintesis hidroksiapatit dengan metode basah yaitu dengan menggunakan larutan dan akan dihasilkan padatan. Pada metode basah ini melalui proses presipitasi. Kristal apatit banyak mengandung gugus karbon dalam bentuk karbonat. Pada struktur hidroksiapatit, karbonat dapat menggantikan ion OH -membentuk kristal apatit karbonat tipe A, dan bila menggantikan ion PO4

3-Menurut Salas et al. 2004 Proses sintesis hidroksiapatit dengan metode basah ada dua macam, yaitu :

1. Proses yang melibatkan reaksi antara kalsium hidroksida Ca(OH) dan garam fosfat (NH

(24)

10Ca(OH)2 + 6(NH4)2HPO4 + 2H2O Ca10(PO4)6(OH)2

+ 12NH

4OH + 6H2

2. Proses yang melibatkan reaksi antara asam (H O

3PO4

dan basa (Ca(OH)

)

2

10Ca(OH)

).

2 + 6H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H2O

Keuntungan utama sintesis dengan proses basah, adalah bahwa hasil samping sintesisnya air, kemungkinan kontaminasi selama pengolahan sangat rendah, dan biaya pengolahan rendah.

.

(25)

BAHAN DAN METODE

Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan selama lima bulan mulai bulan Januari 2011 sampai Mei 2011 bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik Departemen Kimia FMIPA IPB, Laboratorium Bersama Departemen Kimia IPB, Pusat Biofarmaka IPB, dan Laboratorium Puspitek Serpong PTBIN BATAN.

Bahan dan Alat

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cangkang kerang laut (Anadara granosa), (NH4)2HPO4, etanol 96 %, dan H3PO4. Alat-alat

yang digunakan adalah cawan keramik, alat gelas yang biasa digunakan di laboratorium kimia, pemanas listrik, ballmill PW 700i, magnetik stirrer, termometer, buret, statip, dan neraca analitik. Untuk menentukan kadar kalsium dalam cangkang kerang dengan menggunakan AAS SHIMADZU AA-7000. Karakterisasi hasil sintesis dengan menggunakan Shimadzu XRD 610 sumber target Cu Kα ( = 1,54056 Ǻ) , FTIR Bruker tipe Tensor 37 dengan jangkauan bilangan gelombang 4000-400 cm-1

Metode Penelitian

, dan untuk mengetahui morfologi hasil sintesis digunakan SEM/EDXA JEOL JSM-6510LA dengan tegangan 22 kV perbesaran 1500 kali.

Sintesis hidroksiapatit pada penelitian ini dilakukan dengan metode reaksi kering (padat menjadi padatan) dan metode basah (presipitasi). Sumber kalsium yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cangkang kerang yang diambil dari rumah makan seafood di cibadak Sukabumi dengan diameter cangkang 1.5-2.0 cm.

Kalsinasi cangkang kerang

(26)

kalsium hal ini sesuai dengan yang dilakukan oleh Dahlan et al. 2009. Yang kedua dilakukan kalsinasi selama 24 jam pada suhu 10000

Penentuan kadar Ca dalam cangkang kerang (Dahlan et al_{. 2009)}

C. Cangkang kerang hasil kalsinasi dihaluskan kemudian dianalisis dengan AAS untuk mengetahui kadar kalsium pada cangkang kerang.

Sampel ditimbang 0,1025 gram, lalu ditambah 10 mL asam nitrat pekat. Sampel didestruksi pada suhu 1000

Sintesis hidroksiapatit dengan reaksi kering ( modifikasi Dahlan et al.₂₀₀₉₎

C selama 1 jam, diangkat dan didinginkan. Larutan dimasukkan dalam labu ukur 100 mL dan dibilas dengan air suling, kemudian dianalisis dengan menggunakan spektrometer AAS.

Cangkang kerang yang sudah dikalsinasi dan (NH4)2HPO4 ditimbang

dengan rasio Ca/P 5 : 3 persen massa dimilling dengan kecepatan 300 rpm selama 6 jam. Campuran tersebut dipanaskan pada suhu 1250oC selama 2 jam.

Sintesis hidroksiapatit dengan metode basah

Serbuk cangakng kerang hasil kalsinasi dan asam fosfat dilarutkan dalam etanol 96 % sebanyak 100 mL. Presipitasi dilakukan pada suhu 37

(modifikasi Vazquez et al_{. 2005)}

0

C dengan pengadukan 300 rpm dan laju alir 1,0 mL/menit kemudian dipanaskan dalam penangas air bersuhu 600C selama 1 jam, larutan diendapkan pada suhu kamar selama 24 jam kemudian diaduk pada suhu 600C dengan kecepatan pengadukan 300 rpm sampai larutan berubah menjadi gel berwarna putih. Gel yang diperoleh dipanaskan pada suhu 12500

Karakterisasi dengan XRD (Dahlan et al_{. 2009)}

C selama 2 jam.

(27)

Karakterisasi dengan FTIR

Dua milligram sampel dicampur dengan 100 mg KBR dibuat pellet kemudian dianalisis dengan IR dengan jangkauan bilangan gelombang 4000-400 cm-1.

Karakterisasi dengan SEM/EDXA

(28)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Penelitian ini diawali dengan persiapan sumber kalsium, yaitu limbah cangkang kerang darah. Limbah cangkang kerang berfungsi sebagai starting material pada pembuatan komposit kalsium fosfat. Persiapan dilakukan dengan

membersihkan cangkang kerang dari komponen organiknya melalui kalsinasi.

Penelitian pendahuluan limbah cangkang kerang dikalsinasi pada suhu 1000o

Hasil kalsinasi ini diharapkan menghasilkan CaO yang akan menjadi bahan dasar sintesis hidroksiapatit. Pola difraksi yang dihasilkan dicocokkan dengan data Joint Cristal Powder Difraction Standard (JCPDS). Pola difraksi yang menunjukkan struktur CaO, adalah pola difraksi yang sesuai dengan JCPDS (Lampiran 4). Hasil kalsinasi pada suhu 1000

C selama 12 jam. Hal ini mengacu pada kalsinasi yang telah dilakukan pada cangkang telur ( Dahlan et al. 2009).

o

C selama 12 jam belum menghasilkan CaO tetapi masih berupa CaCO3. Kalsinasi dilanjutkan dengan

menambahkan waktu kalsinasi menjadi 24 jam dengan suhu yang sama.

(29)

Limbah cangkang kerang yang dikalsinasi pada suhu 1000oC selama 24 jam (Gambar 3) menghasilkan pola difraksi dengan intensitas tinggi pada nilai 2θ: 32.20o, 37.40o, 54.02o, 64.36o, dan 67.60o

Dasar pemikiran penambahan waktu kalsinasi adalah cangkang kerang mempunyai struktur yang berbeda dengan cangkang telur. Cangkang kerang terdiri tiga lapisan yaitu periostrakum yang terdiri atas zat tanduk, prismatik yang merupakan lapisan tebal yang terdiri dari kristal-kristal CaCO

. Nilai 2θ ini spesifik untuk senyawa CaO sesuai dengan pola difraksi standar JCPDS.

3 dan nakreas yang

merupakan lapisan terdalam tersusun atas kristal-kristal halus CaCO3.

Kadar kalsium (Ca

Ketiga lapisan tersebut membentuk cangkang yang sangat keras sehingga membutuhkan waktu yang lebih lama untuk mendapatkan CaO dibandingkan dengan cangkang telur.

2+

) dalam cangkang kerang dari hasil kalsinasi pada suhu 10000C selama 24 jam diukur dengan menggunakan Atomic Absorption Spectrometer (AAS). Persentase Ca yang diperoleh sebesar 61,23% berdasarkan

bobot kering.

Sintesis hidroksiapatit

Sintesis hidroksiapatit menggunakan dua metode yaitu metode kering dan metode basah. Dua metode ini dipilih karena kedua metode mempunyai kelebihan dalam sintesis hidroksiapatit. Metode kering dalam sintesis hidroksiapatit menggunakan reaksi padat (padatan dengan padatan). Metode ini tepat digunakan untuk menghasilkan kristalisasi yang baik dari hidroksiapatit berupa bubuk. Prinsip yang digunakan dalam metode ini adalah sifat dasar atom yang bergerak bervibrasi semakin cepat pada temperatur yang semakin tinggi (Dahlan et al.2009). Metode basah (larutan menghasilkan padatan) mempunyai keuntungan

(30)

Gambar 4 Difraktogram hasil sintesis hidroksiapatit dengan metode kering (a) dan metode basah (b)

Difraktogram hasil sintesis hidroksiapatit (Gambar 4a) menunjukkan bahwa reaksi kering ammonium hidrogen fosfat dan kalsium yang berasal dari limbah cangkang kerang darah menghasilkan intensitas yang dimiliki secara bersama oleh beberapa fasa senyawa kalsium fosfat. Fasa yang muncul selain hidroksiapatit adalah apatit tipe A, apatit tipe B, dan okta kalsium fosfat. Puncak dengan

intensitas tertinggi terdapat pada sudut 2θ 27.78o

, 31.03o, 34.33o

Dahlan et al. 2009 melaporkan bahwa sintesis hidroksiapatit dengan metode kering dengan bahan dasar cangkang telur menghasilkan hidroksiapatit, apatit karbonat tipe A, apatit karbonat tipe B dan okta kalsium phospat. Hidroksiapatit yang dihasilkan mendekati 100% dibandingkan dengan nilai sesungguhnya mempunyai dan kristalinitas yang cukup tinggi yaitu 84% sampai 94% dan rasio Ca/P pada kisaran 2.

pola ini spesifik untuk senyawa okta kalsium fosfat (OKF). Selain itu masih ada puncak yang dimiliki oleh CaO. Hasil sintesis dengan metode kering dengan bahan dasar CaO dari cangkang kerang belum menghasilkan hidroksiapatit yang sesuai dengan data JCPDS (Lampiran 4) dan pola difraksi dari hidroksiapatit komersial (Lampiran 5).

0

(31)

Difraktogram hasil sintesis dengan metode basah (Gambar 4b) memperlihatkan bahwa puncak-puncak yang dihasilkan semua merupakan fasa hidroksiapatit. Sintesis hidroksiapatit dengan metode basah dihasilkan pola difraksi sesuai dengan data dari JCPDS dan hidroksiapatit komersial.

Identifikasi Gugus Anion PO43-, CO32-, dan OH- dengan FTIR

Gambar 5 Spektrum FTIR hasil sintesis dengan metode kering (a) dan metode basah (b)

Hasil pengukuran hidroksiapatit yang disintesis dengan metode kering dan metode basah menggunakan FTIR ditunjukkan pada Gambar 5a dan 5b. Gugus fosfat (PO43-) vibrasi asimetri stretching kedua hasil sintesis terdeteksi pada

bilangan gelombang 1024 cm-1 sampai 1092 cm-1. Vibrasi asimetri bending untuk kedua metode terlihat pada bilangan gelombang 550 cm-1 sampai 608 cm-1. Untuk vibrasi simetri stretching hasil sintesis dengan metode basah nampak pada bilangan gelombang 961 cm-1 sedangkan hasil sintesis dengan metode kering tidak terdeteksi bilangan gelombangnya. Vibrasi simetri bending hasil sintesis metode basah tidak terdeteksi sedangkan hasil sintesis metode kering terdeteksi pada bilangan gelombang 436 cm-1

Pita serapan karbonat hasil sintesis dengan metode basah terdeteksi pada bilangan gelombang 1420 cm

.

-1

dan 1456 cm-1 yang merupakan pita serapan vibrasi asimetri stretching lemah dengan bentuk tidak simetri yang menunjukkan

b

(32)

terbentuknya kristal. Hasil sintesis metode kering pita serapan karbonat tidak terdeteksi.

Spektrum hasil sintesis dengan metode kering pada bilangan gelombang 1024 cm-1 berupa pita serapan yang melebar sedangkan hasil sintesis metode basah terdapat pita serapan yang tidak simetri pada 1048 cm-1 dan 1092 cm-1

Kristal hidroksiapatit ditandai oleh pita dalam bentuk ganda dengan maksimum pada bilangan gelombang 570 cm

menunjukkan bahwa terbentuk kristal pada hasil sintesis.

-1

dan 601 cm-1 untuk hasil sintesis metode basah, 550 cm-1 dan 608 cm-1 untuk hasil sintesis metode kering. Pada hasil sintesis metode basah terlihat juga pita serapan pada bilangan gelombang 631 cm-1 yang bukan merupakan gugus PO43- melainkan dari gugus OH

-Pada gambar 5a kandungan fase kristal apatit pada hasil sintesis dengan metode basah lebih tinggi dibandingkan dengan kristal apatit hasil sintesis dengan metode kering. Pita fosfat pada spektrum hidroksiapatit komersial hadir sebagai pita kecil pada bilangan gelombang 960 cm

. Pada kedua hasil sintesis terlihat adanya pita ganda yang menunjukkan terbentuknya senyawa hidroksiapatit, untuk hasil sintesis metode basah puncaknya lebih tajam dibandingkan hasil sintesis metode kering hal ini sesuai dengan pola difraksi sinar X bahwa pada metode basah sudah terbentuk hidroksiapatit sesuai dengan data JCPDS. Selain menunjukkan kehadiran kristal apatit bentuk ganda pita absorbsi fosfat juga menunjukkan kandungan fase kristal apatit pada sampel (Soejoko & Wahyuni 2002, Maauof et al.2010).

-1

Selain itu dalam spektrum hidroksiapatit terlihat pita serapan karakteristik OH disekitar 3576 cm

. Pita yang sama tampak relatif kecil pada spektrum hasil sintesis metode basah sedangkan pada metode kering tidak tampak.

-1

(33)

Analisis morfologi sampel

Identifikasi fasa kristal dengan analisis difraksi sinar-X (XRD), juga dikarakterisasi dengan SEM (scannging electron microscopy) yang diengkapi dengan EDX untuk mengamati mikrostuktur serta komposisi sampel. Hasil foto SEM untuk hasil síntesis dengan metode kering ditunjukkan pada gambar 6a. Dari hasil foto SEM tampak morfologi kristal beberapa senyawa apatit yang berkumpul sehingga tampak lebih besar. Hasil foto ini menunjukkan bahwa sintesis dengan metode kering belum menghasilkan hidroksiapatit. Hasil foto SEM untuk sampel hasil síntesis metode basah ditunjukkan pada gambar 6b. Dari hasil foto SEM tampak morfologi dengan butir yang halus dan seragam. Hal ini sesuai dengan pola difraksi sinar X yang menunjukkan bahwa sintesis dengan metode basah menghasilkan puncak-puncak hidroksiapatit. Ukuran partikel hasil síntesis dengan metode basah adalah 0.52 m. V’azquez 2005 melaporkan bahwa hasil SEM hidroksiapatit hasil presipitasi merupakan butir-butir halus yang berukuran seragam.

Gambar 6 SEM hasil sintesis dengan metode kering (a) dan metode basah (b)

a

(34)

(35)

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Hasil sintesis dengan metode basah mempunyai pola XRD sesuai dengan data JCPDS dan pola hidroksiapatit komersial. Pada sintesis metode kering belum menghasilkan hidroksiapatit. Spektrum FTIR menunjukkan adanya gugus fosfat 726 – 1024 cm-1 dan 550 – 608 cm-1 terlihat pula pita absorpsi karakteristik OH disekitar 3570 cm-1 dan 631 cm-1, adanya bentuk pita serapan ganda pada bilangan gelombang 550 cm-1 sampai 608 cm-1 dan 631 cm-1

Saran

menunjukkan terbentuknya hidroksipatit. Hasil SEM menunjukkan bahwa hasil sintesis dengan metode basah menghasilkan hidroksiapatit dengan bentuk butir-butir halus yang seragam dengan

ukuran partikel 0.52 m, sedangkan dengan metode kering merupakan gabungan

beberapa fasa. Hasil EDXA menunjukkan nisbah Ca/P 1.64 untuk metode basah dan 1.84 untuk metode kering. Limbah cangkang kerang laut dapat dijadikan starting material untuk sintesis hidroksiapatit.

Penelitian ini dapat dilanjutkan untuk mendapatkan hidroksiapatit yang mempunyai ukuran pori lebih besar antara lain guna keperluan implant tulang ukuran pori 100 - 400 m atau untuk filer gigi 2.λ0±0.22 m. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut penggunaan limbah cangkang kerang sebagai sumber kalsium untuk sintesis hidroksiapatit.

(36)

DAFTAR PUSTAKA

Awang-Hazmi ABZ, Zuki MM, Nurdin A,. Jalila, Norimah Y. 2005. Mineral Composition of the Cokle (Anadara granosa) Shells of West Coast of Peninsular Malaysia and It’s Potential as Biomaterial for Use in Bone Repair. J Animal and Veterinary Advances 6(5):591-594.

Balamurugan A, Michel J, Faure J, Benhayoune H, Wortham L, Sockalingum G, Banchet, Bouthors S, Maquin DL, Balossier G. 2006. Synthesis and Structural Analysis of Sol Gel Derived Stoichiometric Monophasic Hydroxyapatite Ceramics Silikáty 50(1):27-31

Dahlan K, Prasetyanti F, Sari YW. 2009. Sintesis Hidroksiapatit dari Cangkang Telur Menggunakan Dry Metode. J. Biofisika 5(2):71-78 Kehoe S, 2008. Optimisation of Hydroxyapatite (HAp) for Orthopaedic

Application via the Chemical Precipitation Technique [Thesis] School of Mechanical and Manufacturing Engineering Dublin City University Kumar A Ruban, Kalainathan S. 2008. Growth and characterization of

nano-crystalline hydroxyapatite at physiological conditions Res. Technol. 43(6):640 – 644

Maauof HA, Khalil NM, Beherei HM, Ramadan MH. 2010. Effect of Digestion Time on The Synthesis of Hydroxyapatite Ceramic Powder Vol. XXII, N 1 Faculty of Science, Sebha University, Sebha, Libya, National Research Centre, Cairo, Egypt

Manafi AM, Joughehdoust S. 2009. Synthesis of Hydroxyapatite Nanostructure by Hydrothermal Condition for Biomedical Application. Iranian J Pharmaceutechal Science 5(2):89-94

Mollazadeh S, Javadpour J, Khavandi A. 2007. In Situ Synthesis and Characterization of Nano-size Hydroxyapatite in Poly (vinyl alcohol) Matrix 33:1579-1583

Nurjanah, Zulhamzah, Kustiyariyah,.2005. Kandungan Mineral dan Proksimat Kerang Darah (Anadara granosa) yang diambil dari Kabupaten Boalemo, Gorontalo. Bulletin Teknologi Hasil Perikanan Vol VIII Nomor 2

Prabakaran K, Balamurungan A, Rajeswari S. 2005. Development of Calcium Phosphate Based Apatie From Hens Eggshell. Bull. Matar. Sci 28:115-119

(37)

Riyani E, Maddu A, Soejoko DJ. 2005. Karakterisasi Senyawa Kalsium Fosfat Karbonat Hasil Pengaruh Penambahan ion F- dan Mg2+. J. Biofisika 1:82-89

Salas J, Benzo Z, Gonzalez G. 2004. Synthesis of Hydroxyapatite by Mechanochemical Transformation. Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materials 24(1):12-16

Sasikumar S, Vijayaraghavan R. 2006. Low Temperature Syntesis of Nanocrystaline Hydroksiapatite from Egg Shells by Combustion Method. Trens Biomater.Artif.Organs 19(2):70-73

Soejoko DJ, Wahyuni S. 2002. Spektroskopi Infra Merah Senyawa Kalsium Fosfat Hasil Presipitasi. Makara Sains Vol. 6 No. 3

Sopyana I, Mel M, Ramesh S, Khalidd KA. 2007. Porous Hydroxyapatite for Artiﬁcial Bone Applications, Science and Technology of Advanced Materials (8):116–123

Teixeira S, Rodriguez MA, Pena P, Monteiro FJ. 2008. Physical Characterization of Hydroxyapatite Porous Scaffolds for Tissue engineering Instituto de Engenharia Biomédica, Divisão de Biomateriais; Universidade do Porto, Rua do Campo Alegre 823 (4):150-180

Thamaraiselvi TV, Prabakaran K, Rajeswari S. 2006. Synthesis of Hydroxyapatite that Mimic Bone Mineralogy. Trends Biomater. Artif. Organs, 19(2):81-83

(38)

(39)

(40)

(41)

Lampiran 2 Diagram alir sintesis hidroksiapatit metode kering

Pencucian dan pengeringan cangkang kerang

Kalsinasi cangkang kerang pada T: 1000oC ; t :12 jam dan t ; 24

jam

Analisis kalsium dengan AAS

Cangkang kerang + (NH4)2HPO4

di campur kemudian dimilling pada kec. 300rpm; t :6 jam

Dipanaskan pada T : 12500C ; t : 2 jam

Karakterisasi

(42)

Lampiran 3 Diagram alir hidroksiapatit metode basah

Kerang hasil kalsinasi + H3PO4

Dilarutkan dalam ethanol 96% sebanyak 50 ml

Diaduk dengan kec. 300 rpm pada T:37oC titrasi dengan etanol

96%

Dipanaskan pada penangas air pada T : 60oC ; t : 1 jam

Diaduk dengan kec. 300rpm pada T : 60oC sampai terbentuk gel

Dipanaskan pada T : 1250oC ; t: 2 jam

(43)

(44)

(45)

Lampiran 5 Difraktogram hidroksiapatit komersial

(46)

(47)

Perhitungan nisbah Ca/P hidroksiapatit hasil sintesis dengan metode kering Mol Ca ═ 23.λ6 μ 40.08

═ 0.5λ

Mol P ═ λ.λ5 μ 30.λ7

═ 0.32

Nisbah Ca/P ═ 0.59/0.32

═ 1.84

(48)

Perhitungan nisbah Ca/P hidroksiapatit hasil sintesis dengan metode basah Mol Ca ═ 27.71 μ 40.08

═ 0.6λ

Mol P ═ 13.04 μ 30.λ7

═ 0.42

Nisbah Ca/P ═ 0.6λ/0.42

(49)

(50)

(51)

DARI LIMBAH CANGKANG KERANG DARAH

(Anadara granosa,sp)

MUNTAMAH

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(52)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Dewasa ini kebutuhan masyarakat akan bahan untuk memperbaiki jaringan tulang dan gigi cukup besar sehingga berbagai upaya dikembangkan dalam rangka mencari bahan alternatif untuk memperbaiki tulang dan gigi yang baik, terjangkau masyarakat serta dapat menggantikan struktur jaringan yang hilang tanpa menimbulkan efek negatif

Tulang merupakan penopang tubuh manusia. Pada pembentukan tulang, sel-sel tulang keras membentuk senyawa kalsium fosfat dan senyawa kalsium karbonat. Senyawa kalsium fosfat ini yang memberikan sifat keras dalam jaringan tulang. Kristal kalsium fosfat dalam jaringan tulang tersebut dikenal sebagai kristal apatit (Dahlan et al. 2009).

Tulang memiliki kapasitas untuk mengalami pertumbuhan regeneratif, tetapi pada berbagai kasus klinis masih diperlukan pembedahan dan tranplantasi. Rekonstruksi dengan tranplantasi dapat dilakukan dengan allograft, autograft, xenograft ataupun berbagai biomaterial sintetis. Material allograft diperoleh dari

tulang manusia sedangkan xenograft diperoleh dari binatang. Penggunaan allograft dan xenograft dibatasi oleh respon imunologi ataupun kemungkinan

suatu penyakit yang menyertainya. Autograft dilakukan dengan menggunakan tulang sehat bagian tubuh lainnya milik pasien yang bersangkutan.Terbatasnya jumlah massa tulang yang dapat diambil juga menjadi limitasi pelaksanaan autograft. Biomaterial sintetis diharapkan dapat mengatasi limitasi allograft,

autograft ataupun xenograft (Sopyana 2007).

Implant tulang ke dalam tubuh manusia dapat menggunakan berbagai material sintetik alternatetif dari bahan keramik, logam maupun polimer, contohnya apatit serbuk. Hidroksiapatit dengan rumus kimia Ca10 (PO4) 6 (OH) 2

(53)

Hidroksiapatit yang di buat secara sintesa kimia disebut hidroksiapatit sintetik. Hidroksiapatit sintetik dapat diperoleh tidak hanya melalui reaksi senyawa-senyawa sintetik tetapi dapat juga mereaksikan senyawa sintetik tersebut dengan senyawa alami. Hidroksiapatit sintetik dikenal sebagai salah satu bahan implant yang penting karena mempunyai sifat bioaktif, biokompatibel, dan osteokonduktif yang sama dengan mineral tulang alami, sehingga bisa digunakan sebagai pengganti jaringan keras manusia (Balumurugan et. al 2005 & Kumar 2008). Senyawa hidroksiapatit yang dipakai sekarang adalah senyawa hidroksiapatit sintetik dengan harga yang sangat mahal karena merupakan bahan yang di impor dari luar negeri. Menurut data BPPT harga hidroksiapatit sintetik adalah 1 juta rupiah per gram dan diimpor dari jepang.

Penelitian ini diharapkan bisa mengatasi masalah di atas, yaitu dengan mensintesis hidroksiapatit menggunakan bahan dasar limbah kerang laut yang jumlahnya melimpah di Negara kita. Indonesia merupakan Negara kepulauan yang dua per tiga luas wilayahnya merupakan wilayah perairan. Luas perairaan yang dimiliki keberadaannya di Indonesia menjadikan sektor perikanan sangat potensial. Salah satu komoditas yang melimpah perairan adalah kerang. Produksi kerang-kerangan di Indonesia dari tahun 2002 ke tahun meningkat. Data produksi dari tahun 2002 sampai dengan 2006 berturut-turut, adalah sebesar 7.00 ton, 12.86 ton, 12.99 ton, 16.35 ton, dan 18.87 ton, namun komoditas ini belum optimum pemanfaatannya terutama limbah cangkang kerang (Prasustyane 2009). Limbah cangkang kerang mengandung kalsium karbonat yang tinggi 98% yang dapat dijadikan sumber kalsium pada sintesis hidroksiapatit (Awang-Hazmi et al, 2005)

Penelitian tentang hidroksiapatit sudah banyak dilakukan karena aplikasinya sebagai biomaterial, katalis, pertukaran ion, konduktor ion oksidasi, dan material luminescent. Hidroksiapatit telah secara luas digunakan untuk implant biomedis,

operasi jaringan keras, regenerasi tulang, memperbaiki, mengisi, memperluas dan merekonstruksi jaringan tulang rusak (V’azquez 2005, Prabakaran et al. 2005 & Teixeira 2008).

(54)

hidroksiapatit telah digunakan diantaranya sumber Ca berasal dari tulang manusia, tulang sapi, batu gamping dan cangkang telur. Sumber fosfor dalam sintesis hidroksiapatit yang telah digunakan adalah amonium hidrogen fosfat (NH4)2HPO4, asam fosfat (H3PO4), fosfor pentaoksida (P2O5

Pada penelitian ini sintesis hidroksiapatit melalui metode kering dan metode basah. Kalsium diambil dari cangkang kerang direaksikan dengan menggunakan ammonium hidrogen fosfat [(NH

)

4)2HPO4] untuk memperoleh

hidroksiapatit sintetik dan direaksikan dengan asam fosfat (H3PO4). Hasil sintesis

dikarakterisasi dengan menggunakan XRD (defraksi sinar-X), mikroskop elektron payaran (SEM/EDXA), dan FTIR.

Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah mensintesis dan karakterisasi kristal hidroksiapatit dari limbah cangkang kerang darah dengan dua metode yaitu metode kering dan metode basah.

Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan dapat dimanfaatkan di bidang medis dan memberikan informasi bahwa limbah cangkang kerang laut dapat disintesis menjadi hidroksiapatit

Hipotesis

Kandungan kalsium dalam limbah kerang laut dapat dimanfaatkan sebagai starting material untuk mensintesis hidroksiapatit yang mempunyai sifat sama

(55)

TINJAUAN PUSTAKA

Cangkang Kerang Darah

Kerang merupakan jenis hewan bertubuh lunak (mollusca) yang termasuk pada kelas bivalvia (bercangkang dua). Cangkang kerang terdiri atas tiga lapisan yaitu, Periostrakum merupakan lapisan tipis dan gelap yang tersusun atas zat tanduk yang dihasilkan oleh tepi mantel sehingga sering disebut lapisan tanduk, fungsinya untuk melindungi lapisan yang ada di sebelah dalamnya dan lapisan ini berguna untuk melindungi cangkang dari asam karbonat dalam air serta memberi warna cangkang; Prismatik adalah lapisan tengah yang tebal dan terdiri atas kristal-kristal kalsium karbonat yang berbentuk prisma yang berasal dari materi organik yag dihasilkan oleh tepi mantel; Nakreas, merupakan lapisan terdalam yang tersusun atas kristal-kristal halus kalsium karbonat .Kerang darah (Anadara granosa) merupakan salah satu jenis kerang yang berpotensi dan bernilai

ekonomis untuk dikembangkan sebagai sumber protein dan mineral untuk memenuhi kebutuhan pangan masyarakat Indonesia. Kerang darah banyak ditemukan pada substrat yang berlumpur di muara sungai dengan tofografi pantai yang landai sampai kedalaman 20 m. Kerang darah bersifat infauna yaitu hidup dengan cara membenamkan diri di bawah permukaan lumpur di perairan dangkal.

Gambar 1 cangkang kerang darah (Anadara granosa)

(56)

Kerajaan : Animalia

Kerang ini memiliki pigmen darah merah/haemoglobin yang disebut bloody cockles, sehingga kerang ini dapat hidup pada kondisi kadar oksigen yang relatif

rendah, bahkan setelah dipanen masih bisa hidup walaupun tanpa air. Kerang yang hidup memiliki ciri cangkang tertutup rapat bila terkena sentuhan. Sedangkan kerang yang mati cangkangnya agak terbuka dan sedikit menganga yang diikuti oleh bau segar yang perlahan-lahan berganti dengan bau busuk (amoniak).

Ciri-ciri kerang darah adalah sebagai berikut: mempunyai 2 keping cangkang yang tebal, ellifs dan kedua sisi sama, kurang lebih 20 rib, cangkang berwarna putih ditutupi periostrakum yang berwarna kuning kecoklatan sampai coklat kehitaman. Ukuran kerang dewasa 6-9 cm (Nurjanah et al. 2005)

Komposisi mineral cangkang kerang dari 3 sumber yang berbeda adalah sama untuk semua sampel. Gabungan kalsium karbonat dan karbon terdiri lebih dari 98,7% dari total kandungan mineral. Mg, Na, P, K dan lain-lain (Fe, Cu, Ni, B, Zn dan Si) terdiri sekitar 1,3%. Komposisi mineral cangkang kerang dari Pantai Barat Semenanjung Malaysia adalah 98,7% CAC, 0,05% Mg, Na 0,9%, 0,02% P dan 0,2% lainnya (Awang-Hazmi et al, 2005)

(57)

Hidroksiapatit

Hidroksiapatit merupakan anggota dari mineral apatit (M10(ZO4)6X2, dan

memiliki rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. Hidroksiapatit juga merupakan senyawa

kalsium fosfat dengan rasio Ca/P sekitar 1,67. Jenis senyawa apatit lainnya diperoleh dengan mengganti elemen-elemen pada bagian M, Z, dan X. M dapat ditempati oleh Ca, Mg, Sr, Ba, Cd, Pb. Z dapat ditempati oleh unsur P, V, As, S, Si, Ge, dan gugus fungsi CO3. X dapat ditempati oleh unsur F, Cl, OH, O, Br,

serta gugus fungsi CO3 dan OH (V’azquez 2005). Struktur kristal dari

hidroksiapatit (Gambar 2) adalah heksagonal dengan parameter kisi a = b = 9,4225 Ǻ dan c = 6,8850 Ǻ (Manafi 200λ).

Gambar 2 Struktur kristal hidroksiapatit

Kristal apatit banyak mengandung gugus karbon dalam bentuk karbonat. Pada struktur hidroksiapatit, karbonat dapat menggantikan ion OH- membentuk kristal apatit karbonat tipe A, dan bila menggantikan ion PO4

3-Senyawa apatit merupakan jenis keramik yang dapat disintesis dan diimplankan ke dalam tubuh manusia. Untuk dapat diimplankan ke dalam tubuh manusia harus memenuhi syarat medis yaitu, bersifat bioaktif, biokompatibel dan tidak beracun. Hidroksiapatit, dengan formula Ca

10(PO4)6(OH)2, merupakan

(58)

Tulang merupakan material gabungan organik-keramik alami dengan struktur hierarki yang komplek. Kandungan utamanya terdiri dari fibril kolagen (20 %) yang telah mengalami infiltrasi oleh fase inorganik kristal ukuran nano (69%) dan air (9%). Unsur pokok anorganik tulang memiliki keserupaan dengan yang ada pada komposisi hidroksiapatit sintetik..

Tabel 1 Kandungan elemen anorganik pada tulang

Kristal hidroksiapatit yang berada pada tulang memiliki bentuk yang menyerupai jarum atau menyerupai batang dengan panjang 40-60 nm, lebar 10-20 nm, dan ketebalan 1-3 nm. (Mollazadeh et al. 2007).

Komposisi Kandungan

(59)

Sintesis Hidroksiapatit

Pembuatan serbuk hidroksiapatit dipengaruhi oleh morfologi, stoikiometri, kristalinitas dan ukuran khususnya rentang nanometer memiliki peran utama dalam produksi biomaterial. Sintesis serbuk hidroksiapatit telah dilakukan dengan berbagai sumber Ca dan P, diantaranya kalsium nitrat (Ca(NO3)2) dengan

amonium hidrogen fosfat ((NH4)2HPO4) dan kalsium hidroksida dengan asam

fosfat (H3PO4

Sintesis hidroksiapatit dapat dilakukan dengan beberapa metode diantaranya adalah :

). Telah dikembangkan juga sintesis hidroksiapatit dengan sumber kalsium dari bahan alam diantaranya tulang manusia, tulang hewan, batu gamping dan cangkang telur.

1. Metode basah, menggunakan reaksi cairan (dari larutan menjadi padatan), merupakan metode yang umum digunakan karena sederhana dan menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan sedikit kristal atau amorf.

2. Metode kering, menggunakan reaksi padat (dari padatan menjadi padatan) dan menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan butir halus dan derajat kristalinitasnya tinggi.

3. Metode hidrotermal, menggunakan reaksi hidrotermal (dari larutan menjadi padatan) dan menghasilkan hidroksiapatit dengan kristal tunggal.

4. Metode alkoksida, menggunakan reaksi hidrolisa (dari larutan menjadi padatan) dan biasanya digunakan untuk membuat lapisan tipis (thin film) dan hidroksiapatit yang dihasilkan mempunyai derajat kristalinitas tinggi.

5. Metode fluks, menggunakan reaksi peleburan garam (dari pelelehan menjadi padatan), menghasilkan hidroksiapatit kristal tunggal yang mengandung unsur lain seperti boron apatit, fluorapatit, dan kloroapatit.

(60)

Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Kering

Proses kristalisasi kalsium fosfat dapat ditingkatkan dengan menaikkan aktivitas ion yang terlibat dengan cara meningkatkan suhu, atau menghilangkan penghambat. Pembuatan senyawa kalsium fosfat dapat dilakukan pada suhu 900o

Sintesis hidroksiapatit dengan sumbar Ca dari cangkang telur dengan metode kering menghasilkan hidroksiapatit dengan nilai parameter kisi mendekati ketepatan 100% dibandingkan dengan nilai sesungguhnya, kristalinitas berkisar dari 84 sampai 90% dan rasio Ca/P keseluruhan sampel berada pada kisaran 2.

nilai ini melebihi nilai hidroksiapatit murni dengan rasio Ca/P adalah 1,67 ( V’azquez 2005 & Dahlan et al. 2009).

C dan menghilangkan karbonat yang merupakan penghambat dalam pembentukan kristal. Metode kering dalam pembuatan hidroksiapatit sintetik menggunakan reaksi padat (padat menjadi padatan), tanpa menggunakan pelarut apapun. Metode ini tepat digunakan untuk menghasilkan kristalisasi yang baik dari hidroksiapatit, berupa bubuk dengan perhitungan %w dari perbandingan massa, sehingga menghasilkan fasa hidroksiapatit. Prinsip yang digunakan dalam metode ini adalah sifat dasar atom yang bergerak bervibrasi semakin cepat pada temperatur yang semakin tinggi. (Prabakaran et al. 2005 & Dahlan et al. 2009).

Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Basah

Sintesis hidroksiapatit dengan metode basah yaitu dengan menggunakan larutan dan akan dihasilkan padatan. Pada metode basah ini melalui proses presipitasi. Kristal apatit banyak mengandung gugus karbon dalam bentuk karbonat. Pada struktur hidroksiapatit, karbonat dapat menggantikan ion OH -membentuk kristal apatit karbonat tipe A, dan bila menggantikan ion PO4

3-Menurut Salas et al. 2004 Proses sintesis hidroksiapatit dengan metode basah ada dua macam, yaitu :

1. Proses yang melibatkan reaksi antara kalsium hidroksida Ca(OH) dan garam fosfat (NH

(61)

10Ca(OH)2 + 6(NH4)2HPO4 + 2H2O Ca10(PO4)6(OH)2

+ 12NH

4OH + 6H2

2. Proses yang melibatkan reaksi antara asam (H O

3PO4

dan basa (Ca(OH)

)

2

10Ca(OH)

).

2 + 6H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H2O

Keuntungan utama sintesis dengan proses basah, adalah bahwa hasil samping sintesisnya air, kemungkinan kontaminasi selama pengolahan sangat rendah, dan biaya pengolahan rendah.

.

(62)

BAHAN DAN METODE

Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan selama lima bulan mulai bulan Januari 2011 sampai Mei 2011 bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik Departemen Kimia FMIPA IPB, Laboratorium Bersama Departemen Kimia IPB, Pusat Biofarmaka IPB, dan Laboratorium Puspitek Serpong PTBIN BATAN.

Bahan dan Alat

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cangkang kerang laut (Anadara granosa), (NH4)2HPO4, etanol 96 %, dan H3PO4. Alat-alat

yang digunakan adalah cawan keramik, alat gelas yang biasa digunakan di laboratorium kimia, pemanas listrik, ballmill PW 700i, magnetik stirrer, termometer, buret, statip, dan neraca analitik. Untuk menentukan kadar kalsium dalam cangkang kerang dengan menggunakan AAS SHIMADZU AA-7000. Karakterisasi hasil sintesis dengan menggunakan Shimadzu XRD 610 sumber target Cu Kα ( = 1,54056 Ǻ) , FTIR Bruker tipe Tensor 37 dengan jangkauan bilangan gelombang 4000-400 cm-1

Metode Penelitian

, dan untuk mengetahui morfologi hasil sintesis digunakan SEM/EDXA JEOL JSM-6510LA dengan tegangan 22 kV perbesaran 1500 kali.

Sintesis hidroksiapatit pada penelitian ini dilakukan dengan metode reaksi kering (padat menjadi padatan) dan metode basah (presipitasi). Sumber kalsium yang digunakan dalam penelitian ini adalah limbah cangkang kerang yang diambil dari rumah makan seafood di cibadak Sukabumi dengan diameter cangkang 1.5-2.0 cm.

Kalsinasi cangkang kerang

(63)