KARAKTERISASI
BIPHASIC CALCIUM PHOSPHATE
SEBELUM DAN SESUDAH DIIMPLAN PADA DOMBA
ROSALIA TIARA DHEWI
DEPARTEMEN FISIKA
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 Karakterisasi
Biphasic
Calcium Phosphate
Sebelum dan Sesudah Diimplan pada Domba adalah benar
karya saya dengan arahan 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.
Bogor, Juni 2014
Rosalia Tiara Dhewi
ABSTRAK
ROSALIA TIARA DHEWI. Karakterisasi Biphasic Calcium Phosphate Sebelum
dan Setelah Diimplan pada Domba. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan SETIA UTAMI DEWI.
Biphasic Calcium Phosphate merupakan campuran senyawa apatit yang
terdiri atas HA dan β- TCP. BCP mempunyai sifat bioresorbable, biocompatible
dan bioaktif untuk regenerasi tulang dalam pembentukan dan perkembangan sel-sel disekitar jaringan. Sintesis BCP dilakukan dengan metode mekanik yaitu
dengan mencampurkan secara langsung 60% HA dan 40% β- TCP. BCP tersebut
diimplantasikan ke dalam tulang tibia domba sebelah kanan, sedangkan sebelah kiri sebagai kontrol. Domba yang digunakan berjumlah 9 ekor dan dibagi menjadi 3 kelompok. Setiap kelompok dipanen pada bulan ke- 1, 2, dan 3 pasca operasi. Hasil analisis XRD BCP sebelum diimplan menunjukan bahwa penambahan kitosan mengubah intensitas dan rasio BCP. BCP yang dihasilkan dan digunakan
pada penelitian ini adalah 75.92% HA dan 24.08% β- TCP. Karakterisasi FTIR dan SEM EDX setelah diimplan menunjukan bahwa sampel telah berinteraksi dengan ion tubuh. Hal ini dibuktikan dengan hadirnya CO3, CH, NH pada karakterisasi FTIR, sedangkan pada karakterisasi SEM EDX dibuktikan dengan hadirnya unsur C dan memiliki rasio Ca/P tidak diantara 1.33 sampai 1.67. Jadi BCP tersebut dapat digunakan sebagai implan tulang karena mempunyai sifat
biocompatible dan bioaktif setelah diimplan pada domba selama 3 bulan. Uji
Vickers menunjukan bahwa tulang yang diimplan satu bulan memiliki nilai kekerasan yang paling tinggi.
ABSTRACT
ROSALIA TIARA DHEWI. Characterization of Biphasic Calcium Phosphate
Before and After Implantation into Sheep’s . Supervised by KIAGUS DAHLAN
and SETIA UTAMI DEWI.
Biphasic Calcium Phosphate is a mixture of apatite substance that consists
of HA and β- TCP. Characteristic of BCP is bioresorbable, biocompatible and bioactive for bone regeneration in the forming and developing of cells around the tissue. Synthesis of BCP is made by mechanical method. BCP implanted into
sheep’s right tibia bone, while the left tibia bone used as control. Nine sheep in this research divided into three groups. Each group has characterized the implant on the first, second, and third month after the surgery. XRD analysis of BCP
before implantation shows that chitosan addition changes the BCP’s intensity and
ratio. The BCP that is used in this research is 75.92% HA and 24.08% β- TCP. FTIR and SEM-EDX characterization after implantation shows that the sample
has interacted with body. FTIR characterization presences CO3, CH, and NH
bending, while SEM EDX characterization presences the C unsure. Ca/P ratio showed that is not 1.33 to 1.67 on SEM-EDX characterization. In conclusion, that BCP can use as bone implant because it shows the biocompatible and bioactive characteristic after it implanted in sheep for three months. The Vickers Test shows that one month implanted bone has the most hardness one.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
KARAKTERISASI
BIPHASIC CALCIUM PHOSPHATE
SEBELUM DAN SESUDAH DIIMPLAN PADA DOMBA
ROSALIA TIARA DHEWI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Skripsi : Karakterisasi Biphasic Calcium Phosphate Sebelum dan Sesudah
Diimplan pada Domba
Nama : Rosalia Tiara Dhewi
NIM : G74100067
Disetujui oleh
Dr. Kiagus Dahlan
Pembimbing I Setia Utami Dewi, M.Si Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Akhiruddin Maddu, M.Si Ketua Departemen Fisika
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT dan shalawat serta salam semoga tetap tercurahkan kepada Nabi Muhammad SAW. Berkat rahmat dan hidayah Allah SWT, penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul
“Karakterisasi Biphasic Calcium Phosphate Sebelum dan Sesudah Diimplan pada
Domba”. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana
di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua yang selalu memberikan nasehat, motivasi, bimbingan,
kasih sayang, semangat dan doa yang tidak pernah berhenti kepada penulis
2. Adik (Ummi Markhamah) yang telah memberi semangat, kasih sayang,
dan canda tawa kepada penulis
3. Keluarga besar yang telah memberikan kasih sayang, semangat, motivasi,
dan doa kepada penulis
4. Bapak Dr. Ir. Kgs Dahlan dan Ibu Setia Utami Dewi, M.Si selaku
pembimbing I dan pembimbing II yang telah memberikan bimbingan, saran dan kritik dalam penulisan skripsi
5. Bapak Moh. Nur Indro selaku penguji yang telah memberikan saran dan
kritik
6. Ibu Dr. drh. Gunanti, MS, Bapak drh. Riki Siswandi, dan teman-teman
FKH 47 yang telah membantu mengoperasi dan merawat domba
7. Bapak Sulistyo Giat MT dan Bapak Maryo BATAN PUSPITEK Serpong
yang telah membantu pengujian vicker
8. Seluruh Dosen pengajar, Bapak Firman, Bapak Jun, dan seluruh staf
Departemen Fisika
9. Keluarga Besar KSR PMI Unit 1 IPB yang telah memberikan kasih
sayang, pengalaman dan semangat kepada penulis selama tinggal di bogor
10.Keluarga Besar Al Iffah yang telah memberikan kasih sayang, canda tawa,
semangat dan doa kepada penulis selama menempuh studi
11.Keluarga SERUM-G Pelangi Inspirasi yang telah memberikan semangat
dan doa kepada penulis
12.Kak Aisyah yang telah memberikan bimbingan, saran dan kritik
13.Dini Novialisa selaku patner penelitian dan teman-teman biofisika material
14.Sahabat Arini, Has, Denok, Khusnul, Rita, Peni, Una yang telah
memberikan semangat, doa, dan senantiasa mendampingi penulis
15.Teman-teman fisika 46, 47, 48, 49 untuk kebersamaannya
16.Semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu terimakasih atas
dukungannya
Keterbatasan manusia membuat penulis merasa perlu kritik dan saran dari rekan-rekan demi kemajuan penelitian ini. Semoga usulan penelitian ini bermanfaat bagi semuanya.
Bogor, Juni 2014
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vi
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 2
Hipotesis 2
METODE 3
Bahan 3
Alat 3
Prosedur 3
HASIL DAN PEMBAHASAN 4
Hasil 5
Pembahasan 5
SIMPULAN DAN SARAN 14
Simpulan 14
Saran 15
DAFTAR PUSTAKA 16
LAMPIRAN 17
DAFTAR TABEL
1 Rasio BCP 7
2 Parameter kisi BCP 7
3 Makroskopis BCP setelah diimplan 9
4 Kandungan unsur setelah diimplan 12
5 Perbandingan Ca/P BCP setelah diimplan 12
6 Nilai kekerasan tulang tibia domba 13
DAFTAR GAMBAR
1 Pola XRD HA 5
2 Pola XRD β- TCP 5
3 Pola XRD sampel BCP serbuk 6
4 Pola XRD sampel BCP pellet 6
5 Pola FTIR sampel BCP serbuk dan BCP pellet 8
6 (a) Makroskopis BCP setelah diimplan 1 bulan (b) 2 bulan (c) 3 bulan 9
7 Pola FTIR sampel BCP sebelum dan sesudah diimplan 10
8 (a) Morfologi BCP setelah diimplan 1 bulan (b) 2 bulan (c) 3 bulan 11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian 17
2 Dokumentasi penelitian 18
3 JCPDS (Joint Comittee on Powder Diffraction Standards) 09-0432
untuk HA, JCPDS 09-0169 untuk β- TCP, dan JCPDS 44-0778 untuk
OCP 20
4 Komposisi BCP setelah diimplan 22
5 Perhitungan fasa XRD BCP 23
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Berbagai kasus penyakit seperti kanker tulang, penyakit periodontis,
trauma, patah tulang, dan lain-lain terus meningkat dewasa ini.1 Di Indonesia
memiliki jumlah kasus operasi bedah tulang yang cukup signifikan, kisaran
300-400 kasus operasi bedah tulang perbulan.2 Operasi implan tulang telah banyak
memanfaatkan material komersil atau biomaterial sintetik yang dapat mempercepat persembuhan tulang. Biomaterial sintetik yang ada di Indonesia
sekarang ini merupakan produksi impor dan harganya relatif mahal,1oleh karena
itu dibutuhkan biomaterial yang berasal dari alam yang lebih murah dan mudah diperoleh terutama untuk mengatasi kerusakan kecil. Biomaterial dapat berupa
senyawa kalsium fosfat yang terdiri dari β-tricalcium phosphate (β-TCP,
Ca3(PO4)2) dan hydroxyapatite (HA, Ca10(PO4)6(OH)2). Sumber senyawa kalsium
limbah cangkang telur ayam negeri dapat dijadikan alternatif untuk prekusor pembentukan senyawa apatit. Keunggulan cangkang telur ayam negeri yaitu
mudah diperoleh, mengandung CaCO3 sebagai starting material bersifat
biokompatibel. Kandungan dalam cangkang telur 90.9% kalsium karbonat, dan
sisanya adalah kalsium fosfat, bahan organik, magnesium karbonat.3
Biomaterial merupakan suatu material, baik bersifat alamiah maupun buatan, yang dapat berinteraksi dengan sistem tubuh dengan tujuan untuk memperbaiki, memulihkan, dan menggantikan jaringan yang rusak atau sebagai
penghubung dengan lingkungan fisiologis tubuh.1 Biomaterial pengganti tulang
yang ideal harus memiliki sifat osteoinduktif, osteokonduktif, biokompatibel, bioaktif, stabil secara biomekanis, bebas dari agen penyakit, mengandung faktor
antigen minimal, biodegradabel dan bioresorbabel.4
Pada penelitian ini menggunakan biomaterial yang berupa Biphasic
Calcium Phosphate (BCP) yaitu campuran antara senyawa apatit yang terdiri dari
dua fasa yaitu HA dan β-TCP. Kedua fasa tersebut memiliki komposisi kimia
yang mirip, tetapi kemampuan penyerapan biologisnya berbeda.5 HA merupakan
komposit anorganik utama pada tulang. HA termasuk material keramik bioaktif dengan bioffinitas tinggi, bersifat biokompatibel serta memiliki kesamaan komposisi dan biologis dengan tulang. Sifat bioaktif hidroksiapatit sangat membantu untuk regenerasi tulang dalam pembentukan dan perkembangan sel-sel
disekitar HA juga dapat berperan sebagai matriks.7 Sedangkan β-TCP berpori
mampu terdegradasi secara biologis dengan laju yang lebih tinggi, bioresorbabel
dan bioaktif.5 β-TCP juga berperan sebagai penyedia ion Ca2+ dan PO43- yang
dapat mempercepat pertumbuhan tulang baru.7 Tingkat kelarutan TCP lebih tinggi
dibanding HA dapat digambarkan bahwa HA < β-TCP < α-TCP.8 Apabila kedua fasa tersebut digabungkan maka akan membentuk BCP yang sifatnya lebih baik dan saling melengkapi. Adapun kelebihan BCP yaitu bersifat mudah larut dan sedikit demi sedikit dapat larut dalam tubuh jaringan induk, tumbuh formasi
tulang baru dengan melepaskan ion calcium dan phosphate dalam medium
biologis. BCP juga dapat menyebabkan pertumbuhan sel, proliferasi sel dan
perkembangan sel.9 Sifat kelarutan BCP tergantung pada rasio β-TCP/HA.
2
yang ideal mengandung 60% HA dan 40% β-TCP.9 Menurut Rouvillain et al11
BCP yang mempunyai rasio 60% HA dan 40% β-TCP dapat mendukung
pertumbuhan implan tulang dengan jaringan induk sehingga terbentuk ikatan yang
baik. Menurut Darlina, BCP dapat terbentuk pada suhu 300 oC dengan
menggunakan metode hidrotermal. Rasio BCP yang diperoleh dari penelitian
tersebut yaitu 68% HA dan 32% β-TCP.9
Untuk menguji apakah BCP dapat diterima oleh tubuh maka diperlukan hewan uji, sebelum implan tulang tersebut digunakan manusia. Hewan uji yang cocok untuk implantasi tulang yaitu anjing, domba, kambing, babi atau kelinci. Tulang domba secara signifikan menunjukkan kepadatan yang lebih tinggi dan
kekuatan yang lebih besar dari manusia.10 Tetapi, perbandingan komposisi mineral
tulang manusia dan domba tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan. Beberapa penelitian tentang implantasi tulang menunjukkan bahwa tulang domba
dan manusia memiliki pola yang serupa dalam hal pertumbuhan tulang (bone
ingrowth).10 Selain itu, domba juga mudah dalam perawatan, pemeliharaan dan
penanganan. Hewan uji yang digunakan pada penelitian ini adalah domba. Adanya implan tulang BCP diharapkankan dapat mempercepat persembuhan tulang.
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah:
1. Sintesis BCP dengan rasio 60% HA dan 40% β- TCP dari bahan cangkang
telur untuk implan tulang.
2. Mempelajari karakteristik BCP sebelum diimplan melalui analisis XRD
(X-Ray Diffraction)dan FTIR (Spektroskopi Fourier Transform Infrared).
3. Mempelajari karakteristik BCP setelah diimplan melalui analisis FTIR dan
SEM EDX (Scanning Electron Microscopy – Energy Dispersive X-Ray).
4. Mengetahui kekerasan tulang setelah diimplan menggunakan BCP.
Perumusan Masalah
Adapun perumusan masalah dari penelitian ini adalah:
1. Apakah BCP dengan rasio 60% HA dan 40% β- TCP dapat digunakan
sebagai bahan material implan tulang?
2. Bagaimana karakteristik BCP setelah diimplan pada domba jika dianalisis
dengan FTIR dan SEM EDX?
3. Bagaimana kekerasan tulang domba setelah diimplan dengan BCP?
Hipotesis
BCP dengan rasio 60% HA dan 40% β- TCPsetelah diimplan pada domba
3
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan pada bulan Juni 2013 – Januari 2014 di
Laboratorium Biofisika Material, Departemen Fisika IPB, Kampus IPB Darmaga. Operasi domba dilakukan di Laboratorium Bedah dan Radiologi FKH IPB Darmaga. Karakterisasi XRD dan FTIR dilakukan di Laboratorium Analisis Bahan IPB. Sedangkan karakterisasi SEM EDX dan uji Vickers dilakukan di BATAN.
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah 9 ekor domba,
cangkang telur, H3PO4, (NH4)2HPO4, aquabides, aquades, asam asetat, kitosan,
zylazine, antropin, ketamin, fluxin.entrofluxaxin.
Alat
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah buret, magnetic stirrer,
furnace, timbangan analitik, labu takar, elemayer, gelas piala, pipet tetes, hot
plate, vakum, kertas saring, aluminium foil, XRD, FTIR, SEM EDX, Vickers, alat bedah, dan suntikan.
Prosedur
Sintesis BCP
Sintesis BCP dilakukan secara mekanik yaitu mencampurkan secara
langsung HA dan β- TCP dengan rasio massa 60/40. Campuran tersebut distiring
selama 30 menit dengan kecepatan putar 300 rpm dan dikeringkan menggunakan
furnace pada suhu 110 oC dengan waktu tahan 5 jam. Sintesis ini diawali dengan
pembuatan HA dan β- TCP. Sintesis HA dilakukan denganmereaksikan antara Ca
dari cangkang telur sebanyak 2.8290 gram dengan (NH4)2HPO4 sebanyak 3.9628
gram dalam 100 ml aquades. Metode yang digunakan adalah presipitasi dalam
waktu 1.5 jam dan distiring selama 1 jam. Campuran tersebut kemudian diaging
dan disaring menggunakan vakum. Hasil penyaringan dikeringkan pada suhu 110
oC dan
disintering menggunakan furnace dengan suhu 900 oC selama 5 jam.
Sintesis β- TCP dilakukan dengan mereaksikan antara Ca dari cangkang telur
4.8096 gram dengan H3PO4 sebanyak 4.585 ml dalam 100 ml aquabides. Pada
penelitian ini menggunakan metode presipitasi dalam waktu 2 jam pada suhu 50
oC. Campuran tersebut kemudian disaring menggunakan vakum. Hasil
penyaringan disintering menggunakan furnace dengan suhu 1000 oC selama 7
jam.
Dalam penggunaannya secara in vivo BCP yang digunakan berbentuk
pellet. Pencetakan BCP dilakukan dengan mencampurkan BCP yang massanya
sebesar 6 gram hidroksiapatit dan 4 gram β- TCP, dengan larutan kitosan sebesar
0.2 gram dalam asam asetat 2 %. Asam asam asetat digunakan untuk melarutkan kitosan. Kitosan berbentuk padatan amorf dan dapat larut dalam asam organik
4
digunakan sebagai perekat atau memperkuat sampel BCP. Hasil pencampuran tersebut dicetak dengan ukuran 0.6 cm x 0.6 cm dan dikeringkan dalam inkubator.
Untuk mengetahui karakteristik struktur kristal yang dihasilkan dilakukan pengujian dengan XRD pada sampel. Alat XRD yang digunakan adalah XRD
GBC Emma. Sumber CuK ( λ = 1.54056 oA). Preparasi sampel dilakukan
dengan menyiapkan 2 gram sampel. Kemudian sampel dimasukkan ke dalam
holder yang berukuran 2 x 2 cm2. Holder berisi sampel yang dikait pada
difraktometer. Pada komputer di set nama sampel, sudut awal, sudut akhir, dan
kecepatan analisis. Pengujian XRD ini dilakukan pada sudut 2Ө dari 10o sampai
80o.
Pengujian BCP secara In vivo
Proses ini dilakukan dengan mengoperasi domba. Domba yang digunakan
berumur 1 tahun. Sebelum operasi domba diberi obat bius menggunakan zylazine,
antropin, ketamine. Tulang tibia domba sebelah kanan dibor menggunakan bor
sesuai dengan ukuran implan. Kemudian memasukkan implan BCP rasio 60/40 ke dalam tulang tersebut. Tulang tibia sebelah kiri digunakan sebagai kontrol. Pengamatan domba dibagi 3 kelompok. Domba untuk pengamatan satu bulan terdiri atas 3 ekor yang dimasukkan implan BCP rasio 60/40, begitu pula dengan domba untuk pengamatan dua bulan dan tiga bulan. Selama pengamatan selalu melakukan pengecekan fisik dan pemberian antibiotik pada domba untuk menjaga kesehatan domba tersebut.
Pengujian gugus fungsi pada sampel dilakukan dengan FTIR. Alat FTIR yang digunakan adalah FTIR ABB MB 300. Preparasi sampel yaitu dengan cara mencampurkan sampel sebanyak 2 mg dengan 100 mg KBr. Kemudian dibuat
cetak dan diuji dengan jangkauan bilangan gelombang 400-4000 cm-1.
Untuk mengetahui morfologi dan komposisi unsur dilakukan pengujian dengan SEM EDX. Preparasi sampel dilakukan dengan cara meletakkan sampel pada plat alumunium yang memiliki dua sisi. Pengujian SEM dilakukan dengan tegangan 35 kV dan pebesaran antara 5.000-30.000 kali.
Pengujian sifat mekanik dilakukan dengan uji kekerasan tulang
menggunakan perangkat Microhardness Tester Model HV- 1000 untuk
mengetahui tingkat kekerasan permukaan sampel. Tulang yang diuji adalah tulang tibia sebelah kiri sebagai kontrol dan tulang tibia sebelah kanan yang terdapat implan BCP. Tulang tersebut dimolding dan diamplas, kemudian ditekan menggunakan identor yang terbuat dari intan berbentuk piramida. Beban yang digunakan sebesar 50 gram.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Sintesis BCP
Sintesis ini diawali dengan pembuatan HA dan β- TCP. Hasil sintesis HA
danβ- TCP berupa serbuk putih. HA yang dihasilkan pada penelitian ini sebanyak
5
β- TCP yang dihasilkan pada penelitian ini sebanyak satu kali ulangan
dengan massa sebesar 7.45 gram. Massa serbuk putih yang dihasilkan pada proses ini juga lebih kecil dari pada massa prekusor yaitu 9.39 gram. Pengurangan massa
tersebut dikarenakan berkurangnya uap air saat proses sintering.
Untuk menentukan fasa dilakukan dengan cara membandingkan
puncak-puncak tertinggi dengan data JCPDS (Joint Comittee on Powder Diffraction
Pola XRD yang dihasilkan pada Gambar 1 menunjukkan bahwa fasa yang terbentuk adalah fasa HA murni. Fasa HA mempunyai tiga puncak tertinggi yaitu
pada sudut 2Ө sebesar 31.78o, 32.24o dan 32.96o. Gambar 2 menunjukkan bahwa
sampel merupakan β- TCP murni. Fasa β- TCP mempunyai tiga puncak tertinggi
yaitu pada sudut 2Ө sebesar 27.84o, 31.08o dan 34.4o.
Sintesis BCP dilakukan dengan metode mekanik yaitu pencampuran secara
6
TCP dengan rasio massa 60/40. Massa BCP yang dihasilkan sebesar 10 gram.
Dalam penggunaannya secara in vivo BCP yang digunakan berbentuk pellet. Hasil
pencetakan BCP berupa padatan berbentuk silinder dengan ukuran 0.6 cm x 0.6 cm. Pada pencetakan BCP ditambahkan kitosan yang bertujuan sebagai perekat atau memperkuat sampel BCP. BCP tersebut berbentuk silinder bertujuan untuk mempermudah saat proses implantasi.
Untuk mengetahui fasa BCP serbuk dan BCP pellet dilakukan pengujian
dengan XRD. Hasil karakterisasi BCP dapat dilihat pada Gambar 3 dan Gambar 4.
Gambar 3 Pola XRD sampel BCP serbuk
Pola XRD yang dihasilkan pada Gambar 3 menunjukkan bahwa fasa yang
terbentuk adalah fasa BCP murni yang terdiri atas HA dan β- TCP. Fasa HA
mempunyai empat puncak tertinggi yaitu pada sudut 2Ө sebesar 25.92o, 31.8o,
31.88o dan 33 o. Fasa β- TCP mempunyai tiga puncak tertinggi yaitu pada sudut
2Ө sebesar 27.84o, 31.08o dan 34.42o.
Gambar 4 Pola XRD sampel BCP pellet
Pola XRD yang dihasilkan pada Gambar 4 menunjukkan bahwa fasa yang
7
Sampel BCP setelah dikarakterisasi dengan XRD ternyata mempunyai
rasio 67.93% HA dan 32.07% β- TCP. Hal ini dikarenakan saat pengeringan pada
suhu 110 oC BCP melepaskan uap air sehingga mengakibatkan rasio BCP
berubah. Pada sampel BCP pellet penambahan kitosan tidak mengubah kemurnian fasa BCP, tetapi mengubah intensitas dan rasio BCP. Sampel BCP serbuk
berkurang. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Tabel 1. Pernyataan tersebut juga diperkuat dengan hasil FTIR yang menyebutkan bahwa senyawa kitosan dalam sampel BCP pellet tidak terdeteksi.
Perhitugan parameter kisi dapat dilakukan dengan metode Cohen. Hasil perhitungan parameter kisi dengan metode Cohen mempunyai nilai yang hampir sama dengan JCPDS. JCPDS HA mempunyai nilai a = 6,884 Å dan c = 9,418 Å.
JCPDS β-TCP a = 10,42 Å dan c = 37,38 Å. Nilai parameter kisi sampel BCP
serbuk menunjukkan bahwa sampel tersebut adalah BCP yang terdiri dari HA dan
β- TCP dengan tingkat akurasi nilai a dan c lebih dari 96%. Sedangkan sampel
Tabel 2 Parameter kisi BCP
Sampel
HA
a (Å) Akurasi (%) c (Å) Akurasi (%)
BCP serbuk 9.50 99.14 6.94 99.20
BCP pellet 9.50 99.11 6.94 99.11
Untuk mengetahui gugus fungsi dilakukan pengujian FTIR. Hasil karakterisasi FTIR BCP serbuk dan BCP pellet dapat dilihat pada Gambar 5.
8
Gambar 5 Pola FTIR sampel BCP serbuk dan BCP pellet
Berdasarkan Gambar 5 dapat diketahui bahwa sampel BCP serbuk dan
BCP pellet mempunyai gugus fungsi OH stretching pada bilangan gelombang
3572 cm-1, gugus PO4 asimetri stretching pada bilangan gelombang 1041 cm-1,
gugus PO4 asimetri bending pada bilangan gelombang 602 cm-1 dan 571 cm-1.
Gugus PO4 asimetri bending menunjukkan adanya apatit dalam sampel tersebut.
Adanya gugus OH menunjukkan masih terdapat H2O pada sampel tersebut.
Penambahan kitosan pada sampel BCP pellet tidak berpengaruh pada gugus fungsi
yang dihasilkan. Padahal kitosan pada penelitian ini dikeringkan pada suhu 50 oC,
dibawah titik lebur kitosan 80 oC15 sehingga masih terdapat sedikit kitosan. Jadi
dengan analisis FTIR kitosan tidak dapat terdeteksi dan hanya berfungsi sebagai perekat sampel.
Hasil Pengujian BCP secara In vivo
Pengujian BCP 60% HA dan 40% β-TCP dilakukan dengan menanamkan
BCP tersebut ke dalam tulang tibia domba yang berumur 1 tahun selama 1 sampai 3 bulan. Tulang tibia merupakan tulang panjang, bagian luar terbentuk dari tulang
padat.13 Hasil pengamatan selama 1 sampai 3 bulan material BCP 60% HA dan
40% β-TCP memiliki sifat biokompatibel terhadap domba. Hal ini dibuktikan
dengan domba tidak mengalami peradangan dan penyakit. Pengujian BCP 60%
HA dan 40% β-TCP secara in vivo selama 1 sampai 3 bulan juga tidak semua
terabsorbsi secara sempurna oleh tubuh domba dan masih tersisa sampel BCP
60% HA dan 40% β-TCP. Hal ini dikarenakan BCP terlalu keras dan kurangnya
waktu pengujian secara in vivo. Waktu yang dibutuhkan untuk perbaikan tulang
yaitu 4 sampai 6 bulan. Umumnya, semakin tua maka semakin besar lamanya
waktu untuk penyembuhan tulang.14 Hasil pengujian in vivo dapat dilihat pada
Gambar 6, sedangkan pengujian secara makroskopis dapat dilihat pada Tabel 3.
9
Tabel 3 Makroskopis BCP setelah diimplan
Sampel Warna Kondisi
BCP setelah diimplan 1
bulan Putih masih terdapat sampel dan mudah diambil
BCP setelah diimplan 2
bulan Putih
sampel masuk ke sumsum, mulai mengeras dan sulit diambil
BCP setelah diimplan 3
bulan Putih sedikit sampel, mulai mengeras dan sulit diambil
(a) (b) (c)
Gambar 6 (a) Makroskopis BCP setelah diimplan 1 bulan (b) 2 bulan (c) 3 bulan
Gugus fungsi BCP setelah diimplan dapat dilihat dari karakterisasi FTIR.
Pola FTIR ketiga sampel setelah diimplan pada domba ditunjukkan pada Gambar
7. Sampel BCP setelah diimplan 1 bulan mempunyai gugus fungsi OH stretching
pada bilangan gelombang 3572 cm-1, 3410 cm-1 dan 3379 cm-1, gugus CH pada
bilangan gelombang 2932 cm-1 dan 2862 cm-1, gugus NH pada bilangan
gelombang 1659 cm-1, 1582 cm-1 dan 1551 cm-1, gugus CO
3 pada bilangan
gelombang1412 cm-1 dan menyebabkan sampel terdapat AKAB (Apatit Karbonat
tipe-B), gugus PO4 asimetri stretching pada bilangan gelombang 1041 cm-1, gugus
PO4 asimetri bending pada bilangan gelombang 602 cm-1 dan 563 cm-1, sedangkan
PO4 simetri bending pada bilangan gelombang 447 cm-1.
Sampel BCP setelah diimplan 2 bulan mempunyai gugus fungsi OH
stretching pada bilangan 3865 cm-1 dan 3742 cm-1, gugus CH pada bilangan
gelombang 2924 cm-1,2854 cm-1 dan 1458 cm-1, gugus NH pada bilangan
gelombang 1659 cm-1 dan 1543 cm-1, gugus CO3 pada bilangan gelombang 1420
cm-1 yang menyebabkan sampel terdapat AKAB (Apatit Karbonat tipe-B), gugus
PO4 asimetri stretching pada bilangan gelombang 1044 cm-1, gugus PO4 asimetri
bending pada bilangan gelombang 602 cm-1 dan 563 cm-1.
Sampel BCP setelah diimplan 3 bulan mempunyai gugus fungsi OH
stretching pada bilangan gelombang 3572 cm-1 dan 3371 cm-1, gugus CH pada
bilangan gelombang 2924 cm-1 dan 2854 cm-1, gugus NH pada bilangan
gelombang 1659 cm-1 dan 1551 cm-1, gugus CO3 pada bilangan gelombang 1412
cm-1 dan menyebabkan sampel terdapat AKAB (Apatit Karbonat tipe-B), gugus
PO4 asimetri stretching pada bilangan gelombang 1041 cm-1, gugus PO4 asimetri
bending pada bilangan gelombang 602 cm-1 dan 563 cm-1. Jadi sampel BCP
10
Gambar 7 Pola FTIR sampel BCP sebelum dan sesudah diimplan
Analisis pola FTIR sebelum dan sesudah diimplan pada domba menunjukkan adanya perbedaan. Pada sampel BCP setelah diimplan muncul
gugus lain berupa CH, NH dan CO3. Semakin lama implan maka serapannya
semakin banyak. Gugus CH, NH dan CO3 dapat muncul karena sampel sudah
berinteraksi dengan ion tubuh disekitar tulang yang rusak. Interaksi tersebut berupa penyerapan unsur penyusun tubuh atau protein-protein tulang oleh sampel. Tulang tersusun atas sel- sel tulang, mineral, matriks, dan air. Penyusun utama tulang yaitu mineral tulang. Mineral tulang terdiri atas Ca, P dan protein yang
disebut kolagen.16 CH dan NH menunjukkan adanya protein dalam sampel. Unsur
penyusun protein yaitu C, H, O dan N.17 CH dan NH muncul karena kolagen
berinteraksi dengan sampel, dimana OH memiliki elektron negativitas lebih besar dibandingkan CH dan NH sehingga menyebabkan CH dan NH dari protein
kolagen berikatan dan terserap oleh sampel. CO3 menunjukkan adanya apatit tipe
B. Apatit tipe B muncul karena karbonat tubuh menggantikan posisi PO4.
Proses interaksi setelah sampel masuk ke dalam tubuh yaitu terjadi pelarutan permukaan sampel, terbentuknya kondisi equilibrium antara larutan fisiologis dengan permukaan sampel yang telah termodifikasi, terjadinya adsorpsi protein-protein atau senyawa bio-organik lainnya, terjadi adhesi dan perkembangan sel, kemudian perkembangan sel tulang baru di mulai dan
terbentuk tulang baru.18 Pada penelitian ini hanya sampai pada tahap adsorpsi
protein-protein atau senyawa bio-organik lainnya.
Komposisi unsur yang terkandung dalam BCP setelah diimplan diperoleh dari hasil identifikasi EDX. Hasil SEM dapat dilihat pada Gambar 8. Hasil analisis EDX dapat dilihat pada Tabel 4. Hasil EDX menunjukkan bahwa pada sampel BCP setelah diimplan 2 bulan dan 3 bulan terdapat unsur Ca, P, O, tetapi untuk sampel BCP setelah diimplan 1 bulan terdapat unsur C, Ca, P, O. Perbedaan unsur pada sampel tersebut dikarenakan sampel BCP setelah diimplan 1 bulan telah berinteraksi dengan ion tubuh. Hal ini diperkuat dengan karakterisasi FTIR yang menunjukkan adanya CH dan CO3.
PO4
Bilangan Gelombang ( cm-1) Sebelum diimplan
11 diimplan 2 bulan sebesar 1.383. Hal ini menunjukkan bahwa sampel BCP setelah diimplan 2 bulan masih berupa BCP. BCP memiliki rasio Ca/P berkisar
1.33-1.67.9 Sampel BCP setelah diimplan 1 bulan dan 3 bulan telah berinteraksi dengan
ion tubuh dan sampel tersebut mengandung apatit tipe B, karena memiliki nilai Ca/P yang lebih besar dari pada HA. Hal ini sesuai dengan penelitian sebelumnya yang menyebutkan bahwa Ca/P pada tulang manusia lebih besar dari nilai Ca/P
pada HA, dengan demikian tulang manusia didominasi oleh apatit tipe B.13,20
Pernyataan tersebut juga diperkuat dengan hasil karakterisasi FTIR yang menyebutkan bahwa sampel BCP setelah diimplan 1 bulan dan 3 bulan terdapat
CO3 yang memnyebabkan adanya apatit karbonat tipe B.
Hasil karakterisasi SEM EDX dan FTIR pada penelitian ini mengalami perbedaan. Pada karakterisasi FTIR sampel BCP setelah diimplan menunjukkan adanya interaksi dengan ion tubuh, sedangkan hasil karakterisasi SEM EDX yang mengalami interaksi dengan ion tubuh adalah sampel BCP setelah diimplan 1 bulan dan 3 bulan saja. Sampel BCP setelah diimplan 2 bulan hasil SEM EDX tidak mengalami interaksi dengan ion tubuh karena sampel BCP setelah diimplan 2 bulan masuk ke dalam sumsum tulang.
(a) (b) (c)
12
Tabel 4 Kandungan unsur setelah diimplan
Unsur
Tabel 5 Perbandingan Ca/P BCP setelah diimplan
13
Tabel 6 Nilai kekerasan tulang tibia domba
Sampel Spot VHN (HV) VHN (HV) rata-rata
Tulang kontol 1 bulan Samping 21.12 21.59
21.69 21.95
Atas 14.49 15.77
17.05 Tulang dengan BCP setelah diimplan 1
bulan Samping 19.33 17.68
18.66 15.05
Atas 24.12 23.29
22.46
Tulang kontrol 2 bulan Samping 17.76 19.34
19.9 20.35
Atas 11.97 13.91
15.84 Tulang dengan BCP setelah diimplan 2
bulan Samping 15.14 14.6
14.86 13.79
Atas 19.2 18.06
16.93
Tulang kontrol 3 bulan Samping 18.92 18.42
19.9 16.43
Atas 19.13 19.06
18.99 Tulang dengan BCP setelah diimplan 3
bulan Samping 15.54 14.73
15.74 12.91
Atas 21.29 20.38
19.47
Kekerasan tulang dapat diukur dengan Micro Hardness Tester. Alat yang
14
rendah dari pada sampel tulang dengan BCP bagian atas. Nilai kekerasan tertinggi pada pengujian tulang implan bagian samping dan bagian atas dimiliki oleh sampel tulang yang diimplan dengan BCP selama 1 bulan yaitu 17.68 HV dan 23.29 HV. Pada pengujian tulang bagian samping memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi.
Berdasarkan pernyataan diatas dapat diketahui bahwa tulang yang
diimplan dengan BCP 60% HA dan 40% β-TCP yang mempunyai nilai kekerasan
paling tinggi adalah tulang yang diimplan dengan BCP selama satu bulan. Hal ini disebabkan karena pada saat operasi domba, tidak semua sampel diletakkan tepat sesuai dengan lubang kerusakan tulang. Menurut teori, kekerasan tulang
ditentukan oleh matriks anorganik tulang.21 Matriks anorganik tulang yaitu
kalsium fosfat, salah satu contohnya BCP. Semakin lama BCP diimplan dalam tulang seharusnya semakin keras tulang tersebut, karena matriks anorganik dalam tulang semakin banyak jika dibandingkan dengan tulang yang tumbuh tidak diimplan dengan BCP.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sintesis BCP yang dihasilkan mempunyai rasio 67.93% HA dan 32.07%
β- TCP dan akan mengalami perubahan ketika kitosan ditambahkan. Penambaham
kitosan bertujuan sebagai perekat atau memperkuat BCP. Pada sampel BCP cetak penambahan kitosan tidak mengubah kemurnian fasa BCP tetapi mengubah
intensitas dan rasio BCP menjadi 75.92% HA dan 24.08% β- TCP. Sampel yang
digunakan untuk pengujian in vivo adalah sampel BCP pellet. Hasil karakterisasi
XRD dan FTIR BCP sebelum diimplan menunjukkan bahwa BCP tersebut murni.
Pengujian in vivo menunjukkan bahwa BCP tersebut dapat digunakan
sebagai implan tulang karena mempunyai sifat biocompatible dan bioaktif setelah
diimplan pada domba selama 3 bulan. Karakterisasi FTIR dan SEM EDX BCP setelah diimplan menunjukkan bahwa sampel telah berinteraksi dengan ion tubuh.
Hal ini dibuktikan dengan hadirnya CO3, CH, NH pada karakterisasi FTIR,
sedangkan pada karakterisasi SEM EDX dibuktikan dengan hadirnya unsur C dan memiliki rasio Ca/P tidak diantara 1.33 sampai 1.67. Pada karakterisasi FTIR CH
dan NH muncul karena adanya kolagen, sedangkan CO3 menunjukkan adanya
15
Saran
Perlu adanya metode lain untuk meghasilkan BCP tepat dengan rasio 60%
HA dan 40% β-TCP tanpa mengalami perubahan ketika sampel dicetak. Pengujian
in vivo dilakukan dengan domba tersendiri sehingga lebih jelas diketahui
sifat-sifat BCP ketika diimplan. Sampel untuk pengujian dapat berupa biomaterial berpori atau berukuran nano sehingga cepat terabsorbsi.
DAFTAR PUSTAKA
1. Darwis D. Aplikasi Teknik Isotop dan Radiasi pada Pembuatan Biomaterial
Untuk Keperluan Klinis. [terhubung berkala] http: nhc.batan.go.id [20 Oktober 2013]. 2008
2. Sopyan Iis. Coral dan Gamping, Alternatif Murah Pengobatan Kanker Tulang.
Makalah. Jakarta: Pusat Data dan Informasi Perhimpunan Rumah Sakit Seluruh Indonesia. 2007
3. Hincke MT, Tsang CP, Courtney M, Hill V, Narbaitz R. Purification and
Immunochemistry of a Soluble Matrix Protein of The Chicken Eggshell
(Ovocleidin 17).Calcif tissue 1995. 1995. 56(6): 578-83.
4. Kalfas IH. Principles of Bone Healing. Neurosurgery Focus. 2001. 10:7-10.
5. Lobo SE, Arinzeh TL. Biphasic calcium phosphate ceramics for bone
regeneration and tissue engineering applications. Materials 2010. 2010. 3:815-
826.
6. Sulistioso GS, Joko N, Bambang S, Sitompul, Yuswono. Pembuatan prototip
prostetik sendi lutut. Riset Insentif Kementerian RISTEK RI.PTBIN –
BATAN. 2012
7. Nilen RWN, Richter PW. The thermal stability of hydroxyapatite in biphasic
calcium phosphate ceramics. J Mater Sci: Mater Med. 2007.(doi
10.1007/s10856-007-3252-x)
8. Shi D. Biomaterials and Tissue Engineering. New York: Springer. 2003
9. Darlina KR. Pembuatan biphasic calcium phosphate (BCP) dengan metode
hidrotermal [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 2010
10.Pearce AI, Richards RG, Milz S, Schneider E, Pearce SG. Animal models for
implant biomaterial research in bone: a review. Switzerland: AO Research Institute, AO Foundation. 2007
11.Rouvillain JL, Lavelle F, Pascal-Mousselard H, Catonne Y, Delattre O,
Daculsi G. Macroporous biphasic calcium phosphate bioceramics wedges in
high tibial osteotomy. Key Engineering Material. 2008. 361-363:1319-1322
12. Austin PA. Chitin Solvent and Solubility Parameters. Dept. Of Commerce,
The University of Delaware. 1984
13.Dewi SU. Analisis kuantitatif, kekerasan dan pengaruh termal pada mineral
tulang manusia [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. 2007
14.Stewart G. The Skeletal and Muscular Systems. Department of State,
Washington, D.C. 2005
15.Nurlaela A. Penumbuhan kristal apatit dari cangkang telur ayam dan bebek
16
16.Putra I. Studi banding densitas mineral tulang pada masa klimakterium [tesis].
Medan (ID): Universitas Sumatera Utara. 2010
17.Anonim. Konsep dasar kimia untuk PGSD [internet]. [Waktu dan tempat
pertemuan tidak diketahui]. [diunduh 2014 Maret 30]. Tersedia
pada:http://file.upi.edu/Direktori/DualModes/konsep_dasar,kimia_untuk_SD/
BBM_10.pdf. 2010
18.Suryadi. Sintesis dan karakterisasi biomaterial hidroksiapatt dengan proses
pengendapan kimia basah [tesis]. Depok (ID): Universitas Indonesia. 2011
19.Liu H, et al. An in vitro evaluation of the Ca/P ratio for the cytocompatibility
of nano-to-micron particulate calcium phosphates for bone regeneration. Acta
Biomater. 2008. 4(5):1472-1479
20.Nurizati, Sari YW, Maddu A, Soejoko DS. Identification of human bone
mineral composition with variation of age by fourier transform
infrared(FTIR). J Biofisika. 2006. 2(2)
21.Vainionpaa, Aki. Bone Adaptation to impact loading significance of loading
intensity. Acta Universitas Ouluensis D Medica 935. Oulu: Oulu University
17
Lampiran 1Diagram Alir Penelitian
Persiapan sampel
Pembuatan Hidroksiapatit Pembuatan β- TCP
Karakterisasi XRD
Pencetakan Cetak Domba
Pengujian Invivo
Uji Vickers tulang
Analisis Data
Penyusunan Laporan Mulai
Selesai Sintesis BCP 60/40
Karakterisasi BCP denganXRD dan FTIR
18
Lampiran 2 Dokumentasi penelitian
Gambar 1 Sintesis HA
Serbuk CaO Presipitasi Aging
Serbuk HA Sintering
Gambar 2 Sintesis β- TCP
Serbuk CaO Presipitasi Sintering
19
Gambar 3 Sintesis BCP
Serbuk HA Serbuk β- TCP Serbuk BCP
Cetak BCP Cetak cetak BCP
Gambar 4 Pengujian In vivo
Operasi Tulang Tibia Domba Posisi BCP pada Domba
20
Lampiran 3 JCPDS
Hidroksiapatit (HA)
21
22
Lampiran 4 Komposisi BCP setelah diimplan
Sampel Unsur Konsentrasi Error
23
Lampiran 5 Perhitungan fasa XRD BCP BCP serbuk
24
Lampiran 6 Perhitungan Parameter kisi BCP
Perhitungan parameter kisi kristal dihitung melalui metode Cohen dengan persamaan sebagai berikut:
Σ α sin2θ = C Σ α2 + B Σ αϒ + A Σ αδ Σ ϒ sin2θ = C Σ αϒ + B Σ ϒ2 + A Σ ϒδ
Σ β sin2θ = C Σ αδ + B Σ ϒδ + A Σ δ2 Dimana:
C =
α = (h2 + hk + k2)
B =
ϒ = l2
A =
25
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sukoharjo pada tanggal 21 Juli 1992. Penulis adalah anak pertama dari dua bersaudara, dari pasangan Bapak Slamet dan Ibu Wardiningsih. Riwayat pendidikan formal penulis dimulai pada tahun 1997 di TK Demakan II dan lulus pada tahun 1998, SDN Demakan II dan lulus pada tahun 2004, SMP N I Mojolaban dan lulus pada tahun 2007, serta MA AL-Islam Jamsaren Surakarta dan lulus pada tahun 2010.
