SETIA UTAMI DEWI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode Sonikasi adalah 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 tesis ini.
Bogor, Agustus 2009
Setia Utami Dewi
ABSTRACT
SETIA UTAMI DEWI. Synthesizes of Calcium Phosphate-Chitosan Composite by Sonication Method. Under direction of KIAGUS DAHLAN and DJARWANI SOEHARSO SOEJOKO.
Formation of biomaterial composite consisting of organic matrix and inorganic mineral has been studied. The inorganic minerals used hydroxyapatite and hydroxyapatite and carbonated apatite compound that was result reaction of calcium from calcinations of chicken eggshell at 1000oC and phosphor in the form of diammonium hydrogen phosphates. Whereas the organic matrix was a commercial chitosan originated from shrimp shell. To produce the composite, both of apatite was mixed with chitosan using sonication method. The result samples were further dried at 50°C. Used calcium phosphate is hysroxyapatite as stable crystal and carbonated apatite as resorbable crystal. That calcium phosphate results from optimation process. Percentages of chitosan and calcium phosphate that used are 20:80 and 30:70. Another was studied influence percentages of hydroxyapatite and hydroxyapatite-carbonated apatite compound. Characteristics of the samples were performed using X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy. Identification phase from XRD profile shown there are not change calcium phosphate compound phase. Added chitosan influences to crystalline degree where an increase of chitosan tends to decrease crystalline the composite. Chitosan presenting was shown by N-H and C-H bands transmittance from FTIR spectrum. The SEM micrograph also showed granules of apatite carbonate and rod of hydroxyapatite. Increase of chitosan tends to increase of composite density.
RINGKASAN
SETIA UTAMI DEWI. Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode Sonikasi. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan DJARWANI SOEHARSO SOEJOKO.
Tinginya kasus kerusakan tulang dalam medis sering terjadi sebagai akibat fraktur yang penanganannya memerlukan pembedahan dan grafting (pencangkokan) dengan menggunakan biomaterial. Pemenuhan kebutuhan biomaterial tulang di Indonesia masih menggunakan material import. Adapun yang telah dikembangkan di tanah air adalah biomaterial yang berasal dari tulang manusia ataupun tulang sapi yang disebut allograft pada umumnya hanya terdiri dari komponen mineral saja serta mempunyai kelemahan, yakni karakternya tidak pasti, tidak konstan dan perbedaan imunitas yang dapat menyebabkan terjadinya karsinogenik. Dalam perkembangannya untuk mengatasi persoalan tersebut dilakukan pembuatan biomaterial sintetik diharapkan karakter bahan diketahui secara pasti sehingga lebih biokompatibel dibanding dengan biomaterial
allograftt.
Biomaterial sintetik yang telah berhasil diproduksi oleh negara lain memiliki harga yang tinggi. Oleh karena itu perlu dikembangkan produksi biomaterial di tanah air. Kelimpahan bahan alam yang sangat tinggi dapat dikembangkan sebagai raw material dalam membuat biomaterial. Kelimpahan kalsit (CaCO3) dapat dimanfaatkan sebagai donor kalsium dalam sintesis kalsium fosfat yang merupakan komponen mineral tulang. Kalsit dapat diperoleh dari koral, kerang dan marin alga bahkan cangkang telur yang dianggap sebagai limbah dapat dimanfaatkan karena mengandung 94-97% CaCO3. Dalam pengembagan biomaterial tulang tidak hanya komponen mineral saja namun perlu dimodifikasi dalam bentuk komposit antara komponen mineral dan matriks organik karena mendekati komponen alamiah tulang yang terdiri dari mineral apatit dan kolagen sebagai matriks organik.
Dalam penelitian ini dilakukan pembuatan komposit kalsium fosfat-kitosan. Pembuatan komposit ini menggunakan sumber kalsium dari hasil kalsinasi cangkang telur ayam dan kitosan dari kulit udang. Dua jenis senyawa kalsium fosfat yang digunakan untuk pembuatan komposit yaitu, hidroksiapatit (HA) sebagai kristal stabil dan campuran HA-apatit karbonat (AK) sebagai kristal yang lebih mudah diserap oleh cairan tubuh. Keberadaan HA sebagai kristal stabil bertujuan untuk memberikan sifat mekanik yang tinggi sedangkan AK dapat mempercepat penyerapan komposit yang dapat memberikan kesempatan sel untuk berinfiltrasi dalam komposit sehingga dapat mempercepat proses remodellling
tulang. Kitosan digunakan sebagai matriks untuk mengurangi sifat brittle. Selain itu kitosan memiliki sifat osteokonduktif, bioresorbable, biokompatible dan tidak mengandung racun.
komposit kalsium fosfat-kitosan dilakukan dengan menggunakan metode sonikasi. Untuk memperoleh komposisi komposit yang tepat dilakukan variasi perbandingan kalsium fosfat (HA dan campuran HA-AK) dengan kitosan yaitu (80:20)% dan (70:30)%. Kalsium fosfat yang digunakan juga dilakukan variasi perbandingan HA dan campuran HA-AK. Sampel komposit yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan difraksi sinar-X, spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) dan Scanning Electron Microscopy (SEM).
Pembuatan komposit kalsium fosfat-kitosan dilakukan dengan metode sonikasi memberikan keseragaman morfologi komposit. Pengaruh kitosan diamati pada sampel HA dan campuran HA-AK yang ditambahkan dengan 20 dan 30% kitosan. Penambahan kitosan dianalisis dari pola difraksi memperlihatkan tidak terjadi perubahan fase namun dapat menurunkan ukuran kristal. Selain itu penambahan kitosan dapat memberikan sifat ulet dilihat dari bentuk pellet yang dihasilkan. Keberadaan komponen kitosan yang terlihat dari spektra FTIR menunjukkan pengaruh kitosan 20% tidak signifikan dibandingkan dengan kitosan 30%. Komposit dengan kitosan 20% cukup baik untuk dikembangkan sebagai biomaterial substitusi tulang. Pengaruh penambahan jumlah campuran HA-AK pada komposit dapat pula menurunkan derajat kristalin dan ukuran kristal. Semakin tinggi perbandingan campuran HA-AK untuk kedua penambahan kitosan menunjukkan bahwa ukuran kristal menurun. Morfologi komposit yang dihasilkan dalam bentuk padat dapat memberikan kekuatan mekanik yang lebih tinggi.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
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 masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
PEMBUATAN KOMPOSIT KALSIUM
FOSFAT-KITOSAN DENGAN METODE SONIKASI
SETIA UTAMI DEWI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Biofisika
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Tesis : Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode Sonikasi
Nama : Setia Utami Dewi NIM : G751070041
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Kiagus Dahlan Prof. Dr. Djarwani Soeharso Soejoko Ketua Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Biofisika Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Akhiruddin Maddu Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS
PRAKATA
Alhamdulillahirobbil’alamin, puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat, anugrah dan kasih sayang-Nya penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini sebagai syarat untuk menyelesaikan Program Magister Sains pada Program Studi Biofisika, Sekolah Pascasarjana IPB. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak Agustus 2008 ialah biomaterial substitusi tulang, dengan judul Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode Sonikasi. Pemilihan tema ini bertujuan sebagai upaya pengembangan bidang biomaterial tulang di Indonesia.
Penyusunan penulisan karya ilmiah ini dapat diselesaikan karena dukungan dan bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. Kiagus Dahlan dan Prof. Dr. Djarwani S. Soejoko sebagai dosen pembimbing atas bimbingan, pengarahan dan nasehat serta kepada kedua orang tua dan keluarga besar atas segala dukungan dan doa. Ungkapan terima kasih yang mendalam Penulis ucapkan kepada Mas Chairudin yang telah memberikan segala motivasi, doa dan bantuannya selama menempuh pendidikan ini. Penghargaan Penulis sampaikan kepada Dr. Irzaman dan Ibu Yessie Widya Sari, M.Si yang selalu memberikan semangat dan inspirasi. Kepada Bapak Didik, Bapak Dadang, Bapak Gustan Pari, Bapak Saptadi serta seluruh staf Balai Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor, Staf Biofarmaka IPB dan Bapak Wawan serta Bapak Wikanda, Penulis menghaturkan terima kasih yang telah membantu dalam pengambilan data. Kepada rekan-rekan S2 biofisika Penulis mengucapkan terima kasih atas bantuan, semangat dan keceriaan selama menempuh pendidikan Magister ini. Penulis pula sampaikan terima kasih kepada teman-teman seperjuangan di Laboratorium Biofisika atas keceriaan dan kebersamaan selama penelitian.
Semoga hasil penulisan ini dapat menjadi wacana yang memberikan wawasan yang bermanfaat bagi semua pihak. Penulis mengharapkan kritik dan saran untuk kesempurnaan penulisan karya selanjutnya. Terima kasih.
Bogor, Agustus 2009
SETIA UTAMI DEWI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER
INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode Sonikasi adalah 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 tesis ini.
Bogor, Agustus 2009
Setia Utami Dewi
ABSTRACT
SETIA UTAMI DEWI. Synthesizes of Calcium Phosphate-Chitosan Composite by Sonication Method. Under direction of KIAGUS DAHLAN and DJARWANI SOEHARSO SOEJOKO.
Formation of biomaterial composite consisting of organic matrix and inorganic mineral has been studied. The inorganic minerals used hydroxyapatite and hydroxyapatite and carbonated apatite compound that was result reaction of calcium from calcinations of chicken eggshell at 1000oC and phosphor in the form of diammonium hydrogen phosphates. Whereas the organic matrix was a commercial chitosan originated from shrimp shell. To produce the composite, both of apatite was mixed with chitosan using sonication method. The result samples were further dried at 50°C. Used calcium phosphate is hysroxyapatite as stable crystal and carbonated apatite as resorbable crystal. That calcium phosphate results from optimation process. Percentages of chitosan and calcium phosphate that used are 20:80 and 30:70. Another was studied influence percentages of hydroxyapatite and hydroxyapatite-carbonated apatite compound. Characteristics of the samples were performed using X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy. Identification phase from XRD profile shown there are not change calcium phosphate compound phase. Added chitosan influences to crystalline degree where an increase of chitosan tends to decrease crystalline the composite. Chitosan presenting was shown by N-H and C-H bands transmittance from FTIR spectrum. The SEM micrograph also showed granules of apatite carbonate and rod of hydroxyapatite. Increase of chitosan tends to increase of composite density.
RINGKASAN
SETIA UTAMI DEWI. Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode Sonikasi. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan DJARWANI SOEHARSO SOEJOKO.
Tinginya kasus kerusakan tulang dalam medis sering terjadi sebagai akibat fraktur yang penanganannya memerlukan pembedahan dan grafting (pencangkokan) dengan menggunakan biomaterial. Pemenuhan kebutuhan biomaterial tulang di Indonesia masih menggunakan material import. Adapun yang telah dikembangkan di tanah air adalah biomaterial yang berasal dari tulang manusia ataupun tulang sapi yang disebut allograft pada umumnya hanya terdiri dari komponen mineral saja serta mempunyai kelemahan, yakni karakternya tidak pasti, tidak konstan dan perbedaan imunitas yang dapat menyebabkan terjadinya karsinogenik. Dalam perkembangannya untuk mengatasi persoalan tersebut dilakukan pembuatan biomaterial sintetik diharapkan karakter bahan diketahui secara pasti sehingga lebih biokompatibel dibanding dengan biomaterial
allograftt.
Biomaterial sintetik yang telah berhasil diproduksi oleh negara lain memiliki harga yang tinggi. Oleh karena itu perlu dikembangkan produksi biomaterial di tanah air. Kelimpahan bahan alam yang sangat tinggi dapat dikembangkan sebagai raw material dalam membuat biomaterial. Kelimpahan kalsit (CaCO3) dapat dimanfaatkan sebagai donor kalsium dalam sintesis kalsium fosfat yang merupakan komponen mineral tulang. Kalsit dapat diperoleh dari koral, kerang dan marin alga bahkan cangkang telur yang dianggap sebagai limbah dapat dimanfaatkan karena mengandung 94-97% CaCO3. Dalam pengembagan biomaterial tulang tidak hanya komponen mineral saja namun perlu dimodifikasi dalam bentuk komposit antara komponen mineral dan matriks organik karena mendekati komponen alamiah tulang yang terdiri dari mineral apatit dan kolagen sebagai matriks organik.
Dalam penelitian ini dilakukan pembuatan komposit kalsium fosfat-kitosan. Pembuatan komposit ini menggunakan sumber kalsium dari hasil kalsinasi cangkang telur ayam dan kitosan dari kulit udang. Dua jenis senyawa kalsium fosfat yang digunakan untuk pembuatan komposit yaitu, hidroksiapatit (HA) sebagai kristal stabil dan campuran HA-apatit karbonat (AK) sebagai kristal yang lebih mudah diserap oleh cairan tubuh. Keberadaan HA sebagai kristal stabil bertujuan untuk memberikan sifat mekanik yang tinggi sedangkan AK dapat mempercepat penyerapan komposit yang dapat memberikan kesempatan sel untuk berinfiltrasi dalam komposit sehingga dapat mempercepat proses remodellling
tulang. Kitosan digunakan sebagai matriks untuk mengurangi sifat brittle. Selain itu kitosan memiliki sifat osteokonduktif, bioresorbable, biokompatible dan tidak mengandung racun.
komposit kalsium fosfat-kitosan dilakukan dengan menggunakan metode sonikasi. Untuk memperoleh komposisi komposit yang tepat dilakukan variasi perbandingan kalsium fosfat (HA dan campuran HA-AK) dengan kitosan yaitu (80:20)% dan (70:30)%. Kalsium fosfat yang digunakan juga dilakukan variasi perbandingan HA dan campuran HA-AK. Sampel komposit yang dihasilkan dianalisis dengan menggunakan difraksi sinar-X, spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) dan Scanning Electron Microscopy (SEM).
Pembuatan komposit kalsium fosfat-kitosan dilakukan dengan metode sonikasi memberikan keseragaman morfologi komposit. Pengaruh kitosan diamati pada sampel HA dan campuran HA-AK yang ditambahkan dengan 20 dan 30% kitosan. Penambahan kitosan dianalisis dari pola difraksi memperlihatkan tidak terjadi perubahan fase namun dapat menurunkan ukuran kristal. Selain itu penambahan kitosan dapat memberikan sifat ulet dilihat dari bentuk pellet yang dihasilkan. Keberadaan komponen kitosan yang terlihat dari spektra FTIR menunjukkan pengaruh kitosan 20% tidak signifikan dibandingkan dengan kitosan 30%. Komposit dengan kitosan 20% cukup baik untuk dikembangkan sebagai biomaterial substitusi tulang. Pengaruh penambahan jumlah campuran HA-AK pada komposit dapat pula menurunkan derajat kristalin dan ukuran kristal. Semakin tinggi perbandingan campuran HA-AK untuk kedua penambahan kitosan menunjukkan bahwa ukuran kristal menurun. Morfologi komposit yang dihasilkan dalam bentuk padat dapat memberikan kekuatan mekanik yang lebih tinggi.
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2009
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 masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB.
PEMBUATAN KOMPOSIT KALSIUM
FOSFAT-KITOSAN DENGAN METODE SONIKASI
SETIA UTAMI DEWI
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada
Program Studi Biofisika
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Judul Tesis : Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode Sonikasi
Nama : Setia Utami Dewi NIM : G751070041
Disetujui
Komisi Pembimbing
Dr. Kiagus Dahlan Prof. Dr. Djarwani Soeharso Soejoko Ketua Anggota
Diketahui
Ketua Program Studi Biofisika Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Akhiruddin Maddu Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS
PRAKATA
Alhamdulillahirobbil’alamin, puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat, anugrah dan kasih sayang-Nya penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini sebagai syarat untuk menyelesaikan Program Magister Sains pada Program Studi Biofisika, Sekolah Pascasarjana IPB. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak Agustus 2008 ialah biomaterial substitusi tulang, dengan judul Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode Sonikasi. Pemilihan tema ini bertujuan sebagai upaya pengembangan bidang biomaterial tulang di Indonesia.
Penyusunan penulisan karya ilmiah ini dapat diselesaikan karena dukungan dan bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. Kiagus Dahlan dan Prof. Dr. Djarwani S. Soejoko sebagai dosen pembimbing atas bimbingan, pengarahan dan nasehat serta kepada kedua orang tua dan keluarga besar atas segala dukungan dan doa. Ungkapan terima kasih yang mendalam Penulis ucapkan kepada Mas Chairudin yang telah memberikan segala motivasi, doa dan bantuannya selama menempuh pendidikan ini. Penghargaan Penulis sampaikan kepada Dr. Irzaman dan Ibu Yessie Widya Sari, M.Si yang selalu memberikan semangat dan inspirasi. Kepada Bapak Didik, Bapak Dadang, Bapak Gustan Pari, Bapak Saptadi serta seluruh staf Balai Penelitian dan Pengembangan Hasil Hutan Bogor, Staf Biofarmaka IPB dan Bapak Wawan serta Bapak Wikanda, Penulis menghaturkan terima kasih yang telah membantu dalam pengambilan data. Kepada rekan-rekan S2 biofisika Penulis mengucapkan terima kasih atas bantuan, semangat dan keceriaan selama menempuh pendidikan Magister ini. Penulis pula sampaikan terima kasih kepada teman-teman seperjuangan di Laboratorium Biofisika atas keceriaan dan kebersamaan selama penelitian.
Semoga hasil penulisan ini dapat menjadi wacana yang memberikan wawasan yang bermanfaat bagi semua pihak. Penulis mengharapkan kritik dan saran untuk kesempurnaan penulisan karya selanjutnya. Terima kasih.
Bogor, Agustus 2009
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kuningan-Jawa Barat pada tanggal 14 Januari 1985. Penulis merupakan putri bungsu dari pasangan Bapak Salim dan Ibu Karwiti.
Penulis menyelesaikan Program Sarjana di Departemen Fisika, FMIPA-IPB pada tahun 2007. Pada tahun yang sama Penulis melanjutkan pendidikan Program Magister di Sekolah Pascasarjana IPB dengan Program Studi Biofisika. Beasiswa pendidikan Pascasarjana diperoleh dari Program Beasiswa Unggulan Diknas tahun 2007.
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... xii DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
PENDAHULUAN ... 1 Latar Belakang ... 1 Perumusan Masalah ... 2 Tujuan Penelitian ... 3 Manfaat Penelitian ... 3 Ruang Lingkup Penelitian ... 3
TINJAUAN PUSTAKA ... 4 Tulang ... 4
Struktur Tulang ... 4
Komposisi Tulang ... 6 Kalsium Fosfat ... 9
Hidroksiapatit (HAP) ... 11
Apatit karbonat (AK) ... 15
Trikalsium Fosfat (TKF) ... 16 Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan ... 18
Kitosan ... 18
Sintesis dan Karakterisasi Komposit kalsium fosfat-kitosan ... 19 METODOLOGI PENELITIAN ... 22
Bahan dan Alat ... 22 Metode ... 22
Tahap Pertama: Sintesis Kalsium Fosfat ... 23 1. Kalsinasi cangkang telur ... 23 2. Sintesis kalsium fosfat... 24
3. Uji kelarutan dlam Simulated Body Fluid (SBF) ... 26
Tahap Kedua: Pembuatan dan Karakterisasi Komposit
Kalsium Fosfat-Kitosan ... 28 1. Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan ... 28 2. Karakterisasi Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan... 29
HASIL PENELITIAN ... 30
PEMBAHASAN ... 53
SIMPULAN DAN SARAN ... 64 Simpulan ... 64 Saran ... 65
DAFTAR PUSTAKA ... 66
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Kandungan unsur mineral dalam tulang ... 7
2 Jenis-jenis senyawa kalsium fosfat ... 10
3 Parameter kisi untuk sampel hasil penelitian Saraswaty dkk... 21
4 Variasi konsentrasi Ca dan P pada pembuatan HA ... 25
5 Variasi termperatur dan waktu pada sintesis TKF ... 26
6 Volume larutan ionik untuk pembuatan SBF ... 26
7 Komposisi ionik dalam SBF ... 27
8 Variasi komposisi sintesis komposit ... 28 9 Efisiensi kalsinasi cangkang telur pada temperatur 1000oC selama
5 jam ... 30
10 Effisiensi penggunaan senyawa kalsium dari cangkang telur dan
(NH2)HPO4 pada sintesis HA ... 32 11 Ukuran parameter kisi sampel HA ... 33
12 Ukuran kristal pada bidang h k l (0 0 2) dan (3 0 0) untuk sampel HA ... 34
13 Efisiensi penggunaan senyawa kalsium dari hasil kalsinasi cangkang telur dan (NH4)2HPO4 pada sintesis TKF ... 37 14 Kelarutan sampel kalsium fosfat dalam SBF ... 38
DAFTAR GAMBAR
Halaman
16 Struktur tulang padat dan tulang jala ... 5
17 Bentuk tulang panjang (a) dan pipih (b) ... 6
18 Spektra FTIR untuk mineral tulang tibia laki-laki usia 37 Tahun ... 8
19 Pola difraksi sinar-X untuk mineral tulang tibia laki-laki usia 37 Tahun. 8
20 Struktur unit sel hidroksiapatit ... 11
21 Pola difraksi sinar-X HA hasil kalsinasi pada berbagai temperatur (hasil penelitian Deepak dkk) ... 12
22 Pola difraksi sinar-X HA dengan metode hidrotermal pada temperatur 200oC pada berbagai waktu 24 jam (a), 48 jam (b) dan 72 jam (c) (hasil penelitian Earl dkk) ... 13
23 Pola difraksi sinar-X untuk HA yang menggunakan cangkang telur (hasil penelitian prabakaran) ... 14
24 Spektra FTIR untuk apatit karbonat sintetik Tipe A (a) dan Tipe B (b) (hasil penelitian Sonju Clasen dkk) ... 15
25 Pola difraksi sinar-X hasil sintesis apatit karbonat (hasil penelitian Sari dkk) ... 16 26 Pola difraksi sinar-X TKF pada berbagai temperatur (hasil penelitian
Wang dkk) ... 17
27 Struktur monomer kitosan ... 19
28 Pola difraksi sinar-X pada kitosan ... 19
29 Difraksi sinar-X untuk DGB (a), HA (b) dan komposit DBG-kitosan-gelatin (c) (hasil penelitian Saraswaty dkk) ... 20
30 Mikrograf SEM Kitosan (a) dan Komposit kitosan-HA (b) (hasil penelitian Yamaguchi dkk). ... 21
31 Proses kalisinasi cangkang telur... 23
32 Skema tahap-tahap presipitasi ... 24
33 Pengujian kelarutan kalsium fosfat dalam SBF ... 27 34 Proses sonikasi komposit kalsium fosfat-kitosan ... 29
35 Pola difraksi sinar-X hasil kalsinasi cangkang telur pada temperatur 1000 oC selama 5 jam ... 31 36 Pola difraksi sinar-X sampel HA dengan perbandingan Ca:P
(0,30:0,18) M H3 (a) dan (0,50:0,30) M. H5 (b) ... 33
38 Spektra FTIR untuk sampel Hidroksiapatit (HA) (a) dan Apatit Karbonat (AK) (b) ... 36
39 Pola difraksi sinar-X untuk sampel TKF sintering 1000oC selama 5 jam(a) dan sintering 1300oC selama 5 jam (b) ... 37 40 Pola difraksi sinar-X kitosan ... 39
41 Spektra FTIR kitosan ... 39
42 Pola difraksi sinar-X untuk komposit kalsium fosfat-kitosan dengan perbandingan HA dan kitosan (80:20)% (a) dan (70:30)% (c) ... 41
43 Grafik ukuran kristal pada HA dan AK terhadap pengaruh kitosan ... 42
44 Spektra FTIR untuk komposit kalsium fosfat-kitosan dengan variasi perbandingan HA dan kitosan (100:0)% (a), (80:20)% (b), (70:30)% (c) dan (0:100)% (d) ... 42
45 Spektra FTIR untuk komposit kalsium fosfat-kitosan dengan variasi perbandingan campuran HA-AK dan kitosan (100:0)% (a), (80:20)% (b), (70:30)% (c) dan (0:100)% (d) ... 44
46 Pola difraksi sinar-X komposit kalsium fosfat kitosan 20% dengan berbagai perbandingan HA dan campuran HA-AK (80:0)% (a), (64:16)% (b), (56:24)% (c) dan (0:80)% (d) ... 45
47 Pola difraksi sinar-X komposit kalsium fosfat kitosan 30% dengan berbagai perbandingan HA dan campuran HA-AK (70:0)% (a), (56:14)% (b), (49:21)% (c) dan (0:70)% (d) ... 46
48 Grafik ukuran kristal bidang (3 0 0 ) komposit kalisum fosfat-kitosan dengan berbagai perbandingan HA dan campuran HA-AK ... 47
49 Grafik ukuran kristal bidang (0 0 2) komposit kalisum fosfat-kitosan dengan berbagai perbandingan HA dan campuran HA-AK ... 47
50 Spektra FTIR komposit kalsium fosfat kitosan 20% dengan berbagai perbandingan HA dan campuran HA-AK (80:0)% (a), (64:16)% (b), (56:24)% (c) dan (0:80)% (d) ... 48
51 Spektra FTIR komposit kalsium fosfat kitosan 30% dengan berbagai perbandingan HA dan campuran HA-AK (70:0)% (a), (56:14)% (b), (49:214)% (c) dan (0:70)% (d) ... 49
52 Mikrograf kitosan (a) Hidroksiapatit (HA) (b) dan campuran HA-AK (c). ... 50
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
1 Diagram alir penelitian ... 70
2 Perhitungan massa komponen pada sintesis kalsium fosfat ... 72
3 Massa komponen dan hasil pembuatan komposit ... 73
4 Pola difraksi sinar-X untuk sampel Hidroksiapatit (HA) hasil sintering pada temperatur 900oC selama 5 jam ... 74 5 Perhitungan parameter kisi untuk sampel Hidroksiapatit (HA) ... 78
6 Perhitungan ukuran kristal untuk sampel Hidroksiapatit (HA) ... 93
7 Pola difraksi sinar-X untuk sampel Trikalsium fosfat (TKF) ... 94
8 Pola difraksi sinar-X untuk sampel campuran hidroksiapatit (HA) dan apatit karbonat (AK) ... 97
9 Perhitungan parameter kisi dan ukuran kistal sampel campuran
hidroksiapatit (HA) dan apatit karbonat (AK) ... 98
10 Massa hasil uji kelarutan dalam Simulated Body Fluid (SBF) ... 100 11 Pola difraksi sinar-X untuk komposit kalsium fosfat-kitosan ... 102
12 Perhitungan parameter kisi sampel komposit kalsium fosfat-kitosan .. 110
13 Perhitungan ukuran kristal untuk komposit kalsium fosfat-kitosan .... 122
14 Spektra FTIR untuk kalsium fosfat ... 123
15 Spektrum FTIR kitosan ... 124
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penurunan kualitas hidup manusia erat kaitannya dengan kesehatan organ
tubuh. Terganggunya fungsi organ dapat disebabkan oleh penyakit dan
kecelakaan. Penanganan kerusakan fungsi pada beberapa organ dilakukan dengan
implantasi biomaterial. Contohnya adalah kerusakan katup jantung, pembuluh
darah, lensa kontak, tulang dan gigi. Biomaterial yang paling banyak digunakan
ialah untuk keperluan substitusi tulang sebesar 46% dari total keseluruhan.
Penderita kerusakan tulang meningkat setiap tahunnya1. Fraktur merupakan
salah satu penyakit tulang yang sering ditemui. Selain fraktur, kerusakan tulang
lainnya ialah osteoporosis. Studi di dunia menyatakan bahwa satu di antara tiga
wanita di atas usia 50 tahun dan satu di antara lima pria di atas 50 tahun menderita
osteoporosis2.
Penanganan yang tepat pada kerusakan tulang sangat penting karena tulang
berperan sebagai penyokong fungsi tubuh, maka penggunaan material yang tepat
merupakan faktor keberhasilkan implantasi tulang. Material substitusi tulang yang
digunakan harus bersifat dapat diterima oleh tubuh (biokompatible), tidak korosif, disain yang tepat dan dapat berintegrasi dengan cepat3.
Pada bidang medis telah dilakukan rekonstruksi tulang dengan berbagai
jenis biomaterial. Berdasarkan sumber material, biomaterial dikelompokkan
menjadi empat jenis. Biomaterial yang berasal dari tulang manusia disebut
allograft. Penggunaan bahan ini mempunyai kelemahan dapat terjadi infeksi jika tulang donor tidak sehat. Xenograft yaitu implantasi bagian tubuh dari spesies yang berbeda. Kelemahan dari biomaterial ini yaitu memiliki perbedaan karakter
mineral tulang. Autograft yaitu substitusi tulang dari bagian tulang yang lain yang dimiliki oleh pasien yang sama. Hal ini akan memberikan beban tambahan pada
pasien3. Untuk mengatasi keterbatasan-keterbatasan material tersebut dilakukan
berbagai modifikasi pembuatan biomaterial sintetik. Dengan biomaterial sintetik
Biomaterial sintetik yang tepat yaitu biomaterial yang mendekati sifat
alamiah tulang. Struktur tulang merupakan komposit alami antara substansi
anorganik dan susbtansi organik. Substansi organik meliputi matriks organik, sel
osteoblas, osteosit, dan osteoklas. Sel-sel tersebut memegang peranan dalam
pertumbuhan mineral tulang3. Substansi anorganik adalah mineral yang
memberikan sifat mekanik yang kuat. Kalsium fosfat merupakan komponen
dominan terdapat dalam mineral tulang. Kalsium fosfat dalam tulang membentuk
senyawa apatit4. Senyawa apatit tulang terdiri dari fase amorf dan kristal5.
Hidroksiapatit (HA) merupakan kristal kalsium fosfat yang umum
digunakan untuk implantasi dibidang biomedis karena memiliki sifat bioaktif dan
osteokonduktif yang sangat bermanfaat dalam proses mineralisasi tulang4. Namun
HA memiliki keterbatasan yaitu bersifat keras dan brittle.Untuk mengurangi sifat ini perlu dilakukan modifikasi dengan menambahkan polimer sebagai matriks.
Biomaterial dengan menggabungkan dua komponen senyawa kalsium fosfat dan
polimer disebut komposit. Komposit sangat berpotensi untuk digunakan sebagai
biomaterial substitusi tulang.
Komposit substitusi tulang dengan menggunakan bahan alam dapat
dilakukan dengan menggunakan bahan yang dapat dijadikan prekursor pembentuk
senyawa kalsium fosfat. Bahan alam yang berpeluang digunakan yaitu limbah
cangkang telur dan kulit udang. Kandungan kalsium yang tinggi pada cangkang
telur dapat dimanfaatkan sebagai donor kalsium pada sintesis kalsium fosfat. Kulit
udang terdiri dari struktur kitin yang dapat diekstrak menjadi biopolimer kitosan.
Kitosan bersifat biokompatibel, bioderadabel, oseokonduktif dan dapat
mengurangi sifat britle senyawa kalsium fosfat sehingga dapat dimanfaatkan sebagai matriks pada sintesis komposit kalsium fosfat-kitosan sebagai biomaterial
substitusi tulang. Komposit dengan menggunakan bahan alam diharapkan dapat
meningkatkan biokompatibilitas saat diaplikasikan.
Perumusan Masalah
Dalam penelitian ini dilakukan pembuatan komposit substitusi tulang
menggunakan bahan alam. Bahan alam yang digunakan adalah cangkang telur
sebagai matriks organik. Pendekatan terhadap struktur tulang dalam tubuh
dilakukan dengan sintesis senyawa kalsium fosfat dalam dua fasa, yaitu fasa
kristal dan amorf. Komposit disintesis dengan mengkombinasikan pencampuran
kalsium fosfat kristal dan amorf dengan kitosan. Pengamatan yang dilakukan yaitu
pengaruh penambahan jumlah kitosan dan variasi bobot fase kristal dan amorf
dalam sintesis komposit. Pengujian karakteristik yang diamati yaitu struktur dan
morfologi komposit.
Tujuan Penelitian
1. Dapat menyintesis komposit kalsium fosfat-kitosan dari cangkang telur
sebagai material substitusi tulang
2. Dapat memahami pengaruh penambahan kitosan pada komposit substitusi
tulang
3. Dapat memperoleh komposisi komposit yang tepat untuk aplikasi implantasi
tulang
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan prototype komposit substitusi tulang berbasis bahan alam yaitu cangkang telur dan kitosan. Prototype ini diharapkan mampu menjaring para medis khususnya bidang ortopodik sehingga
dapat dimanfaatkan sebagai bahan implantasi tulang. Lebih jauh lagi, dari segi
harga, diharapkan pula biomaterial tulang yang dihasilkan dapat terjangkau oleh
masyarakat luas.
Ruang Lingkup Penelitian
Kajian yang akan dilakukan yaitu rekayasa sintesis komposit dari limbah
cangkang telur ayam dan kitosan sehingga memiliki nilai tambah sebagai sumber
kalsium untuk sintesis senyawa kalsium fosfat dan pemanfaatan kitosan sebagai
matriks organik. Komposit yang diperoleh akan dimanfaatkan sebagai implantasi
tulang. Pemanfaatan limbah cangkang telur dan kulit udang diharapkan mampu
menyelesaikan permasalahan masyarakat dalam hal penyediaan bahan implan
tulang yang terjangkau oleh berbagai aspek masyarakat.
TINJAUAN PUSTAKA
Tulang
Tulang merupakan jaringan kuat pembentuk kerangka tubuh manusia.
Tulang sebagai pembentuk kerangka manusia memiliki empat fungsi utama yaitu
fungsi mekanik, protektif, metabolik dan hemopetik. Fungsi mekanik yaitu
sebagai penyokong tubuh dan tempat melekatnya jaringan otot untuk pergerakan.
Fungsi protektif yaitu sebagai pelindung berbagai alat vital dalam tubuh dan
sumsum tulang. Fungsi metabolik yaitu sebagai cadangan dan tempat
metabolisme berbagai mineral yang penting seperti kalsium dan fosfat. Fungsi
hemopetik yaitu sebagai tempat berlangsungnya proses pembentukan dan
perkembanagan sel darah6. Karena perbedaan fungsi tersebut, tulang memilki
struktur dan komposisi yang berbeda.
Struktur Tulang
Kompleksitas dalam tulang mengakibatkan klasifikasi tulang dilakukan
dalam berbagai cara. Secara radiologis tulang dibedakan menjadi dua yaitu tulang
padat atau compact dan tulang jala atau cancellous6. Jumlah tulang jala dalam tubuh relatif lebih banyak dibandingkan dengan tulang padat. Struktur tulang
secara radiologis ditunjukan oleh Gambar 1.
Unit struktur dari tulang padat dewasa adalah sistem harvesian atau osteon
dengan diameter 100-300 m. Sistem harvesian memiliki sebuah kanal harvesian
yang dikelilingi oleh lamela yang tersusun secara konsentrik. Kanal harvesian
memiliki paling sedikit satu pembuluh darah kapiler yang menyediakan nutrien
bagi osteosit untuk remodelling tulang. Lamela pada sistem harvesian memiliki rongga-rongga yang disebut lakuna. Setiap lakuna berisi sel yang bernama
osteosit. Semua lakuna pada sistem harvesian dihubungkan oleh kanal-kanal kecil
dihubungkan dengan kanalikuli seperti pada tulang padat tetapi lamela pada
[image:31.612.236.429.141.319.2]tulang jala tidak tersusun secara konsentrik7.
Gambar 1 Struktur tulang padat dan tulang jala7.
Berdasarkan anatomi, tulang memiliki berbagai bentuk dan ukuran untuk
memenuhi kebutuhan tubuh, tulang dibedakan menjadi empat macam, yaitu tulang
panjang, tulang pendek, tulang pipih, dan tulang tak sama bentuk. Tulang panjang
merupakan tulang dengan ukuran yang panjang yang dibentuk oleh bagian
epiphyses dan diaphyses (Gambar 2a). Diaphyses terdapat pada bagian tengah yang didalamnya terdapat medullar cavity sebagai tempat sumsum tulang.
Epiphyses terdiri dari tulang jala yang terbungkus oleh lapisan tulang padat terdapat pada ujung tulang panjang. Pada anak-anak tulang panjang berisi sumsum
merah. Setelah dewasa, sumsum ini diganti menjadi sumsum kuning. Tulang
pendek berupa jala yang dipenuhi dengan ruang-ruang. Strukturnya hampir sama
dengan tulang panjang namun tidak memiliki medullar cavity. Tulang pipih merupakan tulang berbentuk pipih, tipis dan melengkung. Tulang pipih terbentuk
dari dua lapisan tulang padat yang diantara keduanya terdapat tulang jala. Tulang
pipih seperti tampak pada Gambar 2b. Tulang ini berfungsi sebagai tempat
melekatnya otot-otot dan melindungi organ-organ yang ada di dalamnya. Tulang
tak sama bentuk merupakan tulang yang tidak memiliki kesesuaian dengan bentuk
(a) (b)
Gambar 2 Bentuk tulang panjang (a) dan pipih (b) 7.
Komposisi Tulang
Komposisi utama jaringan tulang jumlahnya bergantung pada spesies, umur,
jenis kelamin, jenis tulang dan posisi tulang. Komposisi tulang secara umum
terdiri dari 60% material anorganik, 30% organik dan 15% air3. Material
anorganik merupakan mineral tulang yang mengandung cukup kalsium yaitu
dalam bentuk kalsium fosfat karbonat atau disebut apatit karbonat dan
mineral-mineral lain. Mineral-mineral-mineral lain yaitu magnesium (Mg), flouride (F) dan klor
(Cl), natrium (Na) dan kalium (K)8. Kehadiran mineral-mineral tersebut
menjadikan kalsium fosfat dalam tulang mempunyai sifat yang kompleks, seperti
dapat hadir dalam berbagai fase dan adanya impuritas. Apatit karbonat atau
dahlite [(Ca, Na, Mg)5(HPO4, PO4 , CO3 )3(OH, CO3)]4. Senyawa kalsium fosfat dalam tulang disebut juga sebagai apatit biologi. Kandungan senyawa mineral
tulang manusia secara umum terdapat pada Tabel 1.
Fase apatit yang stabil yaitu hidroksiapatit (HA) dengan rumus kimia
Ca10(PO4)6(OH)2. Kehadiran karbonat (CO32-) dalam tubuh dapat mensubstitusi
formula HA dengan menempati dua posisi. Karbonat menggantikan posisi
hidroksil (OH-) disebut apatit karbonat tipe A dan menggantikan posisi fosfat
Tabel 1 Kandungan unsur mineral dalam tulang9
Unsur Kandungan (% berat)
Ca 34,00
P 15,00
Mg 0,50
Na 0,80
K 0,20
C 1,60
Cl 0,20
F 0,08
Zat sisa 47,62
Untuk mengetahui karakteristik apatit biologi tulang dilakukan penelitian
dengan menggunakan hewan uji. Tahun 1998, Baig dkk melakukan pengujian
karakter tulang dengan mineral tulang tikus. Karakter tulang tikus menunjukkan
bahwa mineralnya mengandung banyak karbonat. Semakin bertambah usia tikus
kelarutan apatit menurun karena karena kristalinitas meningkat13. Solehan (2001)
mengamati kehadiran karbonat dalam mineral tulang tikus yang berumur 1-6
bulan diteliti dengan menggunakan difraksi sinar-X. Hasil penelitian
menunjukkan bahwa kandungan mineral dalam bentuk apatit karbonat meningkat
dengan kenaikan umur. Selanjutnya disamping konsentrasi mineral, kristalinitas
apatit karbonat dalam tulang tikus juga meningkat dengan kenaikan umur14.
Penelitian yang lebih komprehensif juga telah dilakukan oleh Sari YW dkk (2005)
untuk mengetahui pertumbuhan senyawa kalsium fosfat dalam tulang tikus yang
berumur dalam rentang 1-8 bulan15,16. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
senyawa kalsium fosfat dalam tulang tikus hadir dalam bentuk amorf dan kristalin
ukuran kecil dengan morfologi berbentuk kepingan.
Selain menggunakan tulang hewan, penelitian dengan menggunakan tulang
manusia dilakukan oleh Nurizati dkk (2006), menunjukkan bahwa mineral tulang
dalam bentuk senyawa campuran senyawa apatit karbonat dan HA. Data ini
difraksi sinar X (Gambar 3 dan Gambar 4)17. Puncak untuk karbonat pita
ν
3menujukkan kehadiran senyawa apatit karbonat tipe B begitu juga dengan
ν
2.Hasil tersebut didukung dengan data difraksi sinar-X yang menujukkan puncak
tertinggi merupakan puncak apatit karbonat tipe B. Hasil analisis komposisi
mineral tulang manusia menunjukkan kehadiran unsur-unsur lain yaitu Na, Mg
dan K. Kehadiran ion asing selain karbonat menyebabkan adanya inhibitor bagi
apatit biologi. Inhibitor tersebut mengakibatkan apatit biologi yang hadir dalam
tulang mempunyai kristalinitas rendah dan nonstoikiometri. Sebagian ion asing
masuk ke dalam kisi kristal apatit, dan sebagian lain ada yang hanya diadsorpsi.
Hal ini menyebabkan tulang terdiri dari fase kristal dan amorf.
Gambar 3 Spektra FTIR untuk mineral tulang tibia laki-laki usia 37 Tahun.
ν
4 PO4ν
3 PO4ν
1PO4ν
2CO3ν
3CO3OH
Gambar 4 Pola difraksi sinar-X untuk mineral tulang tibia laki-laki usia 37
Tahun.
Dalam penelitian kalsifikasi tulang diketahui bahwa proses pertumbuhan
dan pendewasaan tulang berkaitan erat dengan konversi fase amorf kalsium fosfat
menjadi kristal apatit. Proses transformasi tersebut akan terbentuk kristal non
apatit sebagai fase antara yang mendahului pembentukan kristal apatit18. Fase
antara yaitu dikalsium fosfat dihidrat (DKFD), oktakalsium fosfat (OKF) dan
trikalsium fosfat (TKF). Hal ini ditunjukkan bahwa semakin bertambah usia
kristalnitas semakin tinggi. Hidroksiapatit merupakan kristal apatit yang paling
stabil.
Hidroksiapatit (HA) adalah yang mengandung hidroksida, anggota dari
kelompok mineral dalam tulang yang memiliki rasio Ca/P dicirikan sebesar 1,67.
Struktur HA adalah heksagonal. Dimensi parameter kisi HA pada tulang adalah
nilai a = b = 9,419 Å dan c = 6,880 Å dan sudut α = = 90o dan =120o19.
Komponen organik tulang terdiri dari sel dan matriks. Sel-sel yang terdapat
pada tulang adalah osteoblas, osteoklas dan osteosit. Osteoblas merupakan sel
yang membantu pertumbuhan tulang. Osteoklas merupakan sel penyerapan tulang
sedangkan osteosit untuk mempertahankan mineral tulang. Penyusun matriks
alami tulang adalah kolagen. Kolagen merupakan protein yang keras pembentuk
struktur jaringan konektif tulang. Terdapat 13 jenis kolagen dari tipe I sampai
XIII. Kolagen tipe I yaitu tipe kolagen yang terdapat pada tulang. Melalui
pengamatan dengan mikroskop elektron, kolagen merupakan polimer dalam
bentuk fibril. Kolagen berfungsi sebagai media tumbuh senyawa mineral yang
membantu sel-sel pembentuk tulang melakukan mineralisasi. Dimana kristal
mineral tulang berada di dalam dan di antara fibril kolagen. Kristal apatit karbonat
bergabung sepanjang fibril kolagen dan penggabungan tersebut menjadikan tulang
dalam bentuk komposit yang kuat dan keras20.
Kalsium fosfat
Komponen utama mineral tulang adalah senyawa kalsium fosfat.
Pendekatan yang dilakukan untuk memperoleh material substitusi tulang yang
fosfat sintetik diperoleh dengan mencampurkan prekursor kalisum dan fosfat
dengan berbagai metode.
Kalsium fosfat merupakan keramik yang yang memiliki ikatan kovalen atau
ionik. Senyawa kalsium fosfat tidak memiliki muatan bebas sehingga memiliki
sifat listrik yang rendah. Dalam berbagai penelitian kalsium fosfat sintetik berhasil
diperoleh dalam berbagai macam fase. Perbedaan fase kalsium fosfat dapat
digunakan dalam medis tergantung pada bioaktivitas atau kemampuan penyerapan
material yang diperlukan. Pada Tabel 2 menjukkan daftar kalsium fosfat yang
sering digunakan pada bidang medis19.
Biomaterial untuk implantasi tulang menggunakan senyawa kalsium fosfat
yang memiliki kekuatan tinggi. Meninjau sifat tersebut, HA merupakan senyawa
apatit yang banyak digunakan dibidang ortopedik9. Kombinasi beberapa fase
kalsium fosfat dapat dilakukan untuk menghasilkan biomaterial yang optimum
dan dapat mempercepat proses remodelling. HA memiliki stabilitas yang tinggi. Pada penggunaannya HA dimodifikasi dengan menambahkan fase kalsium fosfat
lain yang memiliki kelarutan yang tinggi bertujuan untuk menghasilkan bagian
yang dapat terdegradasi selama remodelling tulang. Fase senyawa kalsium fosfat yang mudah terserap adalah Trikalsium fosfat (TKF) dan apatit karbonat (AK)21.
Tabel 2 Jenis-jenis senyawa kalsium fosfat
Nama mineral Nama kimia Rumus kimia Ca : P
(rasio molar)
Monetite Dikalsium fosfat (DKF)
CaHPO4 1,00
Brushite Dikalsium fosfat dihidrat (DKFD)
CaHPO4.2H2O 1,00
Whitlockite Oktakalsium fosfat (OKF )
Trikalsium fosfat
(TKF)
Ca8H2(PO4)65H2O
Ca3(PO4)2
1,33
1,50
Hidroksiapatit Hidroksiapatit (HA) Ca10(PO4)6(OH)2 1,67
(TTCP)
Hidroksiapatit (HA)
Hidroksiapatit merupakan kristal apatit yang paling stabil. HA termasuk
kelompok apatit yang paling banyak digunakan dibidang medis karena memilki
sifat biokompatibel dan osteokonduktif9. Rumus kimia HA adalah
Ca10(PO4)6(OH)2 yang memiliki rasio Ca:P adalah 1,67. Secara teoritis densitas
HA adalah 3,156 g/cm3. Struktur kristal dari HA adalah heksagonal dalam bentuk
closed-paked dengan paramenter kisi a = 9,418 Å dan c = 6,881 Å9.
Struktur unit sel HA terdiri dari dua triangular (Gambar 7). Atom kalsium (Ca) ditunjukan oleh warna hijau, atom fosfor oleh warna merah dan atom oksigen
oleh warna biru. Setiap unit sel memiliki dua jenis atom Ca yaitu Ca1 dan Ca2.
Perbedaan ini berdasarkan letak posisi Ca, dimana Ca1 yaitu yang berada di pusat
triangular sedangkan Ca2 yang berada di dinding trianngular.
Sintesis HA telah banyak dilakukan oleh para peneliti. Berbagai metode dan
prekursor sudah ditemukan untuk menghasilkan HA. Metode yang dapat
dilakukan yaitu metode basah melalui presipitasi, metode kering dengan
perlakuan termperatur tinggi dan hidrotermal. Raw material yang digunakan pada sintesis HA berasal dari bahan alam atau sintetik.
Deepak dkk (2005) melaporkan hasil sintesis HA dari kalsium nitrat
tetrahidrat [Ca(NO3)24H2O] dan di-ammonium hidrogen ortofosfat [(NH3)2HPO4]
dengan metode presipitasi. Pada penelitiannya juga dilakukan variasi temperatur
dari 200oC sampai 1000oC dengan interval 200oC22.
Gambar 6 Pola difraksi sinar-X HA hasil kalsinasi pada berbagai temperatur
(hasil penelitian Deepak dkk).
Hasil difraksi sinar-X menunjukkan bahwa pada kalsinasi 200oC dan 400oC
HA tampak dalam fase amorf sedangkan pada temperatur 600oC terlihat
peningkatan derajat kristalin dengan disertai munculnya fase trikalsium fosfat
(TKF). Semakin tinggi temperatur maka kristalinitasnya semakin meningkat. Hal
ini ditunjukkan dengan menurunnya nilai lebar setengah puncak. Selain itu pada
temperatur 800oC dan 1000oC terdapat penambahan fase dikalsium fosfat (DKF)
(Gambar 6)22.
Earl dkk (2006) melakukan sintesis HA dari senyawa yang sama yaitu
Ca(NO3)24H2O dan (NH3)2HPO4 dengan metode hidrotermal. Metode hidrotermal
dilakukan dengan memberikan perlakuan panas dan tekanan pada proses sintesis
HA. Temperatur yang digunakan yaitu 200oC dengan variasi waktu pada 24, 48
dan 72 jam. Hasil eksperimen dianalisis dengan difraksi sinar-X. Pola difraksi
sinar-X menunjukkan bahwa tidak hanya muncul fase HA namun terdapat monetit
(CaHPO4) pada waktu perlakuan 48 dan 72 jam. Pada waktu perlakuan 24 jam
Gambar 7 Pola difraksi sinar-X HA dengan metode hidrotermal pada
temperatur 200oC pada berbagai waktu 24 jam (a), 48 jam (b) dan 72
jam (c) (hasil penelitian Earl dkk).
Sumber prekursor untuk menghasilkan HA dapat juga diperoleh dari bahan
alam. Bahan alam yang mulai dikembangkan yaitu koral, kerang dan cangkang
telur. Penggunaan bahan tersebut sebagai sumber kalsium. Sebagian besar
kandungan yang terdapat pada bahan tersebut adalah kalsit (kalsium karbonat,
CaCO3)24,25,26.
Senyawa HA diperoleh dengan mereaksikan kalsium dari bahan-bahan
tersebut dengan senyawa yang mengandung fosfat. Ben-Nissan (2003)
menunjukkan sintesis HA dengan menggunakan koral dan diamonium hidrogen
fosfat dengan metode hidrotermal. Pada proses tersebut dapat memelihara struktur
pori pada koral24.
Vecchio dkk (2007) melakukan sintesis HA dari kulit kerang dengan metode
hidrotermal pada termperatur 180oC dan 200oC selama 10 hari. HA murni
diperoleh dari perlakuan hidrotermal temperatur 200oC selama 10 jam. Perlakuan
Gambar 8 Pola difraksi sinar-X untuk HA yang menggunakan cangkang telur
(hasil penelitian prabakaran).
Prabakaran dkk (2005) melakukan sintesis HA dari cangkang telur. Metode
yang dilakukan dengan menghilangkan komponen organik pada cangkang telur
sehingga dapat menghasilkan senyawa kalsium dengan mengkalsinasi cangkang
telur pada temperatur 900oC. Kalsium yang diperoleh selanjutnya direaksikan
dengan senyawa asam fosfat sehingga menghasilkan senyawa kalsium fosfat.
Untuk memperoleh HA dilakukan perlakuan pemanasan pada temperatur 400, 700
dan 900oC. Dari hasil analisis dengan difraksi sinar-X diperoleh bahwa
pemanasan yang dapat menghasilkan HA yaitu pada temperatur 900oC (Gambar
8)26.
Nurlaela dkk (2009) melakukan metode ekstraksi senyawa kalsium dari
cangkang telur menjadi senyawa kalsium oksida dengan memberikan variasi
temperatur, yaitu 900 dan 1000oC dengan berbagai variasi waktu. Hasil optimum
untuk menghasilkan senyawa kalsium oksida dari cangkang telur yaitu pada
temperatur 1000oC selama 5 jam27.
Penelitian in vivo mengenai penggunaan HA pada rekonstruksi tulang rahang kelinci dari bahan alam menunjukkan hasil yang sangat baik. Penelitian
lain menunjukkan HA dari bahan alam memiilki osteokonduktif yang lebih baik
Apatit karbonat (AK)
Mayoritas apatit yang terdapat pada apatit biologi adalah apatit karbonat
[(Ca, Na, Mg)5(HPO4, PO4 , CO3 )3(OH, CO3)]17,21. Pada penelitian kalsium fosfat
sintetik telah diperoleh fase-fase kalsium fosfat yang sesuai dengan apatit biologi.
Terbentuknya apatit karbonat sintetik yaitu dengan menambahkan karbonat dalam
formulasi HA. Karbonat dapat menggantikan posisi OH- pada HA membentuk
apatit karbonat tipe A dan jika menggantikan posisi (PO4)3- disebut apatit
karbonat tipe B10,11,12. Ukuran parameter kisi untuk Tipe A adalah a = 9,529 Å, b
= 19,10 Å dan c = 6,860 Å. Ukuran parameter kisi untuk Tipe B nilai a = 9,309 Å
dan c = 6,927 Å.
Probalitas karbonat untuk membentuk apatit karbonat tipe B lebih mudah
dibandingkan dengan membentuk apatit karbonat tipe A. Fenomena itu terjadi
karena OH- pada HA membutuhkan energi yang lebih besar untuk lepas dari pada
(PO4)3-. Apatit karbonat tipe A dapat dibentuk pada termperatur yang tinggi dan
mayoritas apatit tipe B karbonat dapat dibentuk pada termperatur rendah.
Sonju Clasen dkk (1997) melakukan sintesis apatit karbonat tipe A dan tipe
B. Apatit karbonat tipe A disintesis pada termperatur 900 oC dengan ditambahkan
gas karbon dioksida dengan laju 0,5 L/jam selama lima jam. Apatit karbonat tipe
B disintesis dengan mereaksikan (NH4)2HPO4, (NH4)2CO3, dan Ca(NO3)2 lalu
disimpan selama 2 jam kemudian dikeringkan pada termperatur 70oC. Hasil yang
diperoleh ditunjukkan dengan spektra FTIR (Gambar 9). Pita karbonat untuk tipe
A yaitu pada bilangan gelombang 1545 dan 1460 cm-1, sedangkan pita karbonat
untuk tipe B yaitu pada bilangan gelombang 1466, 1455 dan 1422 cm-1 29.
Gambar 9 Spektra FTIR untuk apatit karbonat sintetik Tipe A (a) dan Tipe B (b)
(hasil penelitian Sonju Clasen dkk).
(a)
Gambar 10 Pola difraksi sinar-X hasil sintesis apatit karbonat (hasil penelitian
Sari dkk).
Sintesis apatit karbonat dengan metode pereaksian basah dilakukan oleh
Waluyo dkk (2006). Sintesis dilakukan dari senyawa CaCl2.2H2O,
Na2HPO4.2H2O dan NaHCO3. Hasil difraksi sinar-X menunjukkan bahwa fase
yang terbentuk lebih dari satu yaitu HA, apatit karbonat tipe A, apatit karbonat
tipe B (Gambar 10)30.
Trikalsium fosfat (TKF)
Rumus kimia TKF adalah Ca3(PO4)2. TKF memiliki empat polimorf: α, ,
dan super- α. Polimorf super- α dapat diamati pada termperatur sekitar 1500 oC.
Polimorf yang sering diperoleh pada TKF yaitu α dan . α-TKF memiliki struktur
monoklinik dengan parameter kisi a = 12,887 Å, b = 27,728 Å dan c = 15,219 Å.
-TKF memiliki struktur rhombohedral dengan unit sel memiliki ukuran a =
10,439 Å dan c = 37,3775 Å. Struktur -TKF memiliki plot yang sama dengan
heksagonoal19.
Sintesis TKF dilakukan dengan memberikan perlakuan temperatur tinggi.
Pemanasan ini diperlukan untuk menghilangkan semua OH yang terbentuk.
Termperatur pembentukan fase TKF diatas 1000oC. -TKF stabil sampai
termperatur 1125oC. Diatas temperatur tersebut sampai 1430oC menjadi TKF pada
fase α. Super- α TKF dapat terbentuk pada termperatur 1430oC dan memiliki titik
α-TKF memiliki densitas yang lebih rendah dari pada -TKF. α-TKF memiliki reaktivitas yang tinggi dalam sistem air dapat terhidrolisis jika dicampur
dengan dikalsium fosfat dihidrat (DKFD), oksihidroksiapatit dan kalsium fosfat
lain dalam berbagai macam proporsi, tergantung pada kondisi. -TKF tidak dapat
terbentuk pada sistem cair. -TKF dikenal lebih mudah larut dari pada
oksihidroksiapatit, tetapi diatas pH=6 kemampuan kelarutannya lebih kecil
dibandingkan dengan kalsium fosfat lain. Selain itu, kelarutannya menurun
dengan meningkatnya temperatur.
Penelitian kelarutan TKF dan HA telah diamati oleh banyak peneliti. Hasil
yang diperoleh bahwa TKF memiliki waktu yang lebih cepat larut 12,3 waktu
dibanding HA dalam larutan penyangga asam laktik (0,4 M, pH 5,2) dan 22,3
waktu lebih besar dari HA pada larutan etilen diamin tetrasetik acid (EDTA) (0,05 M, pH 8,2). Kelarutan antara HA dan -TKF yaitu berbeda 3 kali waktu lebih
besar -TKF. Kelarutan HA dan fase-fase TKF jika diurutkan berdasarkan
kelarutannya adalah: HA< -TKF< α TKF
Untuk keperluan medis TKF memiliki sifat biodegradabel, bioaktif dan
kelarutan yang tinggi. Material ini dapat digunakan untuk material implan tulang.
Para peneliti melakukan sintesis TKF dengan menggunakan temperatur tinggi.
[image:43.612.166.480.440.643.2].
Gambar 11 Pola difraksi sinar-X TKF pada berbagai temperatur (hasil penelitian
Wang dkk melakukan sintesis TKF dari senyawa kalsium fosfat sintetik
kemudian diberi perlakuan beberapa variasi temperatur yaitu 1100-1600oC dengan
interval 100oC. Hasilnya pada temperatur 1100 dan 1200oC menghasilkan -TKF.
Semakin tinggi temperatur maka α-TKF semakin banyak terbentuk31 (Gambar
11).
Komposit kalsium fosfat-kitosan
Komposit kitosan diperoleh dengan menggabungkan kalsium fosfat dengan
kitosan. Penggunaaan kitosan yaitu untuk media melekatnya kalsium fosfat.
Kitosan diharapkan dapat meningkatkan bioaktivitas, biokompatibel dan sifat
mekanik komposit.
Kitosan
Kitosan merupakan polimer alami yang berpotensi digunakan sebagai
matriks dalam pembuatan komposit. Ketersediaan kitosan banyak terdapat di
alam. Kitosan dapat diekstrak dari kepiting atau udang32. Kitosan merupakan
polisakarida alam yang terdapat di biota laut, dengan strukturnya menyerupai
glycosaminoglycansi33. Kitosan terdiri dari glusamine dan N-acetylglusamine
yang dihasilkan dari ikatan 1-4 glicosideic34 (Gambar 12). Kitosan diperoleh dari eliminasi asetil kitin.
Kitosan memiliki karakter bioresorbabel, biokompatibel, toksin,
non-antigenik, biofungsional35 dan osteokonduktif36. Karakter osteokonduktif yang
dimiliki kitosan dapat mempercepat pertumbuhan osteoblas sehingga dapat
mempercepat pembentukan mineral tulang. Karakter lain yang dimiliki kitosan
adalah tidak larut dalam air, alkali dan pelarut organik tetapi larut dalam larutan
asam organik dan dapat terdegradasi oleh enzim dalam tubuh. Kitosan dapat
dibentuk menjadi struktur berpori dengan freezing dan lyophilising35. Hasil penelitian sebelumnya membentuk struktur berpori dengan metode freezing
menghasilkan makropori yang homogen pada rongga permukaan dan hubungan
Gambar 12 Struktur monomer kitosan33.
Gambar 13 Pola difraksi sinar-X pada kitosan.
Pengataman difraksi sinar-X untuk kitosan ditunjukkan pada Gambar 13.
Puncak difraksi terjadi pada sudut 20o dengan nilai lebar setengah puncak
(FWHM) yang tinggi37. Besarnya nilai FWHM menujukkan bahwa kristalinitas
kitosan rendah (Gambar 13).
Sintesis dan karakterisasi komposit kalsium fosfat-kitosan
Sintesis komposit kalsium fosfat-kitosan untuk penggunaan implantasi
tulang diperlajari dari beberapa literatur. Metode utama yaitu dilakukan dengan
presipitasi ex situ dan in situ, sol gel dan pembentukan semen.
Saraswaty dkk (2001) mengamati sintesis tiga dimensi jaringan HA/kitosan
gelatin komposit yang dihasilkan dengan metode pemisahan fase. Fase yang
dibuat yaitu, suspensi HA melalui proses dispersi dengan ultrasonik, larutan
kitosan pada asam asetat dan gelatin. Pencampuran semua larutan dilakukan
kitosan-gelatin maka porositas menurun28. Difraksi sinar-X ditunjukkan pada
Gambar 14. Gambar tersebut membandingkan Deglued Bone (DGB), HA dan komposit HA kitosan gelatin. Fase HA pada komposit tidak berubah, hasil difraksi
[image:46.612.212.437.179.618.2]hanya menggeser posisi sudut sehingga nilai parameter kisinya berubah (Tabel 3).
Gambar 14 Difraksi sinar-X untuk DGB (a), HA (b) dan komposit
Tabel 3 Parameter kisi untuk sampel hasil penelitian Saraswaty dkk
Parameter kisi HA DGB Komposit
a 9,418 Å 9,414 Å 9,406 Å
c 6,886 Å 8,886 Å 6,880 Å
Yamaguchi dkk (2003) melakukan sintesis komposit HA-kitosan dengan
metode presipitasi. Larutan kitosan dalam asam asetat disiapkan dengan
menambahkan bubuk kitosan pada aquabides yang dicampur dengan asam asetat.
Larutan tersebut ditambahkan pada larutan H3PO4 sehingga diperoleh larutan
kitosan- H3PO4, larutan tersebut kemudian ditambahkan pada larutan Ca(OH)2
dalam kondisi distirring sampai pH 9. Pada saat tersebut kitosan tidak larut dan
presipitasi HA terbentuk maka dapat dihasilkan komposit HA-kitosan. Hasil
presipitasi kemudian disimpan selama 24 jam. Presipitat kemudian disaring dan
dibilas dengan aquabidest selanjutnya dikeringkan38. Hasil pengamatan dengan
mikroskop menunjukka bahwa HA hasil presipitasi menempel pada permukaan
kitosan (Gambar 15).
(a) (b)
Gambar 15 Mikrograf SEM Kitosan (a) dan Komposit kitosan-HA (b) (hasil
METODOLOGI PENELITIAN
Bahan dan Alat
Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini yaitu cangkang telur ayam
sebagai donor kalsium, diamonium hidrogen fosfat ((NH4)2HPO4) pro analis
(Merck) dan kitosan (Teknologi Hasil Perikanan, Fakultas Perikanan IPB) sebagai
matriks organik. Bahan pendukung lain yang digunakan yaitu aquades, aquabides
dan asam asetat.
Alat yang digunakan terdiri dari dua kelompok, peralatan yang digunakan
untuk pembuatan sampel dan pengujian sampel. Peralatan pembuatan sampel
terdiri dari magnetic stirrer, ultrasonic chamber, hot plate, neraca analitik,
thermometer digital, furnace, incubator, buret 100 mL, gelas kimia, mortar,
pipette Mohr, corong, dan kertas saring (whatman 40). Pembuatan sampel dilakukan di Laboratorium Biofisika Departemen Fisika FMIPA-IPB.
Peralatan karakterisasi sampel pada prinsipnya digunakan untuk tiga jenis
analisis. Analisis struktur dilakukan dengan menggunakan difraktometer sinar-X
Shimadzu Philips Diffraktometer yang terdapat di Laboratorium Terpadu bagian
Kimia Kayu di Badan Penelitian dan Pengembangan Hutan (Balithut) Bogor.
Difraksi menggunakan sinar-X karakteristik Kα Cu (λkαCu = 1,54002 Å).
Kandungan gugus fungsi sampel dianalisis dengan spektrometer Fourier Transform Infrared (FTIR) Burker Tensor 37 milik Laboratorium Biofarmaka IPB-Bogor. Morfologi permukaan diamati dengan Mikroskop elektron JEOL
SEM (Scanning Electron Microscope) yang dilakukan di Pusat Penelitian Geologi–Bandung.
Metode
Sintesis komposit kalsium fosfat-kitosan sebagai material substitusi tulang
dilakukan dalam dua tahap. Penelitian tahap pertama bertujuan untuk memperoleh
fase kalsium fosfat kristal stabil dan kristal yang dapat larut dalam cairan tubuh.
Telah diketahui fase senyawa hidroksiapatit (HA)10 sebagai kristal stabil dan fase
mudah larut oleh cairan tubuh20. Tahap kedua melakukan sintesis dan
karakterisasi komposit kalsium fosfat-kitosan.
Tahap Pertama: Sintesis Kalsium Fosfat
Proses ini diawali dengan kalsinasi cangkang telur untuk memperoleh
senyawa kalsium. Selanjutnya dilakukan sintesis kalsium fosfat. Masing-masing
tahapan diuraikan di bawah ini.
1. Kalsinasi Cangkang Telur
Proses kalsinasi cangkang telur diawali dengan membersihkan
cangkang dari membran dan kotoran makro dengan menggunakan aquades.
Selanjutnya, dikeringkan pada termperatur ruang dan dikalsinasi pada
termperatur 1000oC selama 5 jam dengan laju kenaikan termperatur
5oC/menit. Karakterisasi fase diamati dengan menggunakan difraksi sinar-X
dan kadar kalsium diuji dengan spektroskopi serapan atom. Secara skematis
[image:49.612.154.506.403.673.2]proses kalsinasi cangkang telur dapat ditunjukkan pada Gambar 16.
Gambar 16 Proses kalisinasi cangkang telur.
Karakterisasi difraksi sinar-X Cangkang telur yang
sudah dibersihkan
Kalsinasi pada T=1000oC selama 5 jam
Serbuk hasil kalsinasi
2. Sintesis Kalsium Fosfat
Senyawa kalsium fosfat diperoleh dengan mereaksikan prekursor
kalsium (Ca) dan prekursor fosfat (P). Prekursor Ca diperoleh dari hasil
kalsinasi cangkang telur. Prekursor P diperoleh dari senyawa (NH4)2HPO4.
Masing masing prekursor dilarutkan dalam aquabides.
Kedua prekursor direaksikan dengan metode presipitasi, yang
dilakukan dengan cara meneteskan 100 ml larutan (NH4)2HPO4 ke dalam
100 ml suspensi Ca dari hasil kalsinasi cangkang telur (Gambar 17).
Presipitasi dilakukan pada termperatur 37oC larutan diaduk dengan magnetic stirrer. Selanjutnya, hasil presipitasi diendapkan selama 24 jam pada termperatur ruang. Kemudian presipitat disaring dan dikeringkan pada
[image:50.612.156.499.340.670.2]termperatur 110oC selama 5 jam.
Gambar 17 Skema tahap-tahap presipitasi.
Penyaringan dengan whatman
40
Pengeringan pada T=110oC selama
5 jam Presipitat kering
Larutan (NH4)2HPO4
Suspensi CaO
Presipitasi T=37oC
Pengendapan selama 24 jam,
T= ruang
Presipitasi untuk sintesis HA dilakukan dengan berbagai variasi
konsentrasi komponen prekursor yang dapat dilihat pada Tabel 4. Presipitat
kering yang diperoleh selanjutnya disintering pada termperatur 900oC selama 5 jam.
Tabel 4 Variasi konsentrasi Ca dan P pada pembuatan HA
konsentrasi Kode sampel
Ca (M) P (M)
0,10 0,06 H1
0,20 0,12 H2
0,30 0,18 H3
0,40 0,24 H4
0,50 0,30 H5
Sintesis AK dilakukan setelah diperoleh fase HA optimum karena
konsentrasi yang digunakan pada presipitasi AK sama dengan konsentrasi
yang digunakan untuk memperoleh HA optimum. Perbandingan konsentrasi
tersebut adalah 0,3 M suspensi Ca dari hasil kalsinasi cangkang telur dan
0,18 M larutan (NH4)2HPO4. Proses yang dilakukan seperti pada sintesis HA
namun tanpa proses sintering.
Untuk memperoleh fase TKF, proses presipitasi dilakukan dengan
mereaksikan 100 ml larutan Ca dari hasil kalsinasi cangkang telur 0,3 M dan
100 ml larutan (NH4)2HPO4 0,2 M. Selanjutnya dilakukan sintering presipitat kering pada termperatur yang bervariasi mulai 1000oC sampai
1300oC. Variasi waktu sintering dipilih sesuai dengan kemampuan furnace. Variasi temperatur dan waktu sintering ditunjukkan pada Tabel 5. Analisis senyawa HA, AK dan TKF dilakukan dengan difraktometer sinar-X dan uji
Tabel 5 Variasi termperatur dan waktu pada sintesis TKF
Termperatur (oC) Waktu (jam) Kode sampel
1000 5 T1
1000 10 T2
1000 15 T3
1100 3 T4
1300 3 T5
1300 5 T6
3. Uji kelarutan dalam Simulated Body Fluid (SBF)
Simulated Body Fluid (SBF) adalah larutan sintetik yang memiliki komposisi ionik mendekati komposisi dalam plasma darah. Dalam penelitian
ini SBF dibuat dengan mencampur larutan-larutan ionik KCl 0,8 M, NaCl 2
M, NaHCO3 0,54 M, MgSO4.7H2O 0,2 M, CaCl2 52,5 mM, Tris+HCl 0,77
M, NaN3 1,54 M, KH2PO4 0,2 M. Pembuatan SBF mengikuti Muller L dan
Muller FA (2006) dilakukan dengan cara menambahkan secara berurutan
KCl, NaCl, NaHCO3, MgSO4.7H2O, CaCl2, Tris+HCl, NaN3, KH2PO4
sesuai dengan Tabel 6 ke dalam 70 ml aquabides. Hasil pencampuran
ditambah dengan aquabides sampai 100 ml. SBF yang hasilkan dengan cara
yang sama telah diuji konsentrasi ionik yang ditunjukkan pada Tabel 7.
Tabel 6 Volume larutan ionik untuk pembuatan SBF
Larutan ionik SBF (ml)
KCl 0,8 M 0,50
NaCl 2 M 5,60
NaHCO3 0,54 M 2,78
MgSO4.7H2O 0,2 M 0,50
CaCl2 52,5 mM 2,50
Tris+HCl 0,77 M 5,00
NaN3 1,54 M 1,00
Tabel 7 Komposisi ionik dalam SBF
Ion Jumlah (mM)
Na+ 108,69
K+ 5,01
Mg2+ 1,11
Ca2+ 0,99
Cl- 155,13
SO43- 1,08
PO43- 2,01
Pada pengujian HA dan campuran HA-AK yang dipilih adalah yang
disintesis dengan konsentrasi larutan Ca dari hasil kalsinasi cangkang telur
0,3 M dan (NH4)2HPO4 0,18 M sedangkan TKF yang digunakan yaitu
seluruh sampel TKF. Cara uji kelarutan dilakukan dengan merendam sampel
dalam 10 ml SBF selama 24 dan 48 jam. Laju kelarutan diamati dengan
membandingkan bobot sebelum dan setelah perendaman.
Gambar 18 Pengujian kelarutan kalsium fosfat dalam SBF.
SBF 10 ml Serbuk kalsium
fosfat
Perendaman dalam SBF
(24 dan 48 jam) Penyaringan dengan whatman 40
Tahap kedua: Pembuatan dan Karakterisasi Komposit Kalisum
Fosfat-Kitosan
1. Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan
Pembuatan komposit kalsium fosfat-kitosan dilakukan metode
sonikasi. Larutan kitosan 2% (b/v) diperoleh dengan melarutkan serbuk
kitosan dalam asam asetat 3% (v/v). Larutan kitosan yang digunakan dengan
konsentrasi 2%. Larutan yang diperoleh disaring dan disimpan pada
termperatur ruang selama lebih dari 12 jam untuk menghilangkan
gelembung-gelembung udara. Kalsium fosfat yang digunakan HA dan
campuran HA-AK. Selanjutnya HA dan campuran HA-AK didispersikan
dalam aquabidest dengan menggunakan ultrasonik selama 1 jam. Larutan
kitosan dengan HA dan AK dicampurkan dengan fraksi massa bervariasi
dengan metode sonikasi sampai homogen. Variasi fraksi massa pembuatan
komposit ditunjukkan pada Tabel 8. Secara skematis pembuatan komposit
kalsium fosfat-kitoan ditunjukkan pada Gambar 19. Untuk memastikan
homogentitas campuran tersebut dilakukan penyimpanan selama 12 jam
pada temperatur ruang. Secara visual diamati sampel terlihat tetap homogen.
Selanjutnya sampel dikeringkan pada termperatur 50oC selama 15 jam.
Pembuatan sampel komposit untuk masing-masing variasi dilakukan tiga
kali ulangan.
Tabel 8 Variasi komposisi sintesis komposit
Kitosan (C) (%) Kalsium fosfat (A) (%) Kode Sampel
HA Campuran HA-AK
20
80 0 C1A1
64 16 C1A2
56 24 C1A3
0 80 C1A4
30
70 0 C2A1
56 14 C2A2
49 21 C2A3
2. Karakterisasi Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan
Komposit yang dihasilkan dikarakterisasi dengan menggunakan
difraksi sinar-X, SEM dan spektroskopi FTIR. Prngukuran difraksi sinar-X
dilakukan pada rentang 10-80o dengan laju 0,02o per detik. Untuk kedelapan
sampel komposit dilakukan masing-masing 2 kali ulangan. Persiapan sampel
untuk pengukuran dengan spektrometer FTIR dilakukan dengan
mencampurkan 10 mg sampel dan 100 mg KBr kemudian ditekan sehingga
membentuk pellet. Pengukuran FTIR dilakukan pada rentang bilangan gelombang 400-4000 cm-1. Untuk pengamatan morfologi dengan SEM,
sebelumnya sampel dilapisi dengan emas untuk memberikan sifat konduktif
[image:55.612.156.480.309.521.2]pada sampel. Observasi dilakukan sampai perbesaran 20.000 kali.
Gambar 19 Proses sonikasi komposit kalsium fosfat-kitosan.
Sonikasi selama 3 jam Larutan
kitosan
Dispersi HA dan AK
Campuran Larutan kitosan + HA dan AK
HASIL PENELITIAN
Pembuatan komposit kalsium fosfat-kitosan dalam penelitian ini diperoleh
dari pencampuran senyawa kalsium fosfat yang disintesis dengan menggunakan
sumber kalsium dari cangkang telur ayam dan kitosan dari kulit udang. Senyawa
kalsium fosfat yang digunakan terdiri dari dua fase yaitu fase stabil, hidroksiapatit
(HA) dan fase yang mudah larut dalam cairan tubuh, trikalsium fosfat (TKF) atau
apatit karbonat (AK).
Sintesis kalsium fosfat diawali dengan melakukan kalsinasi cangkang telur
pada temperatur 1000oC selama 5 jam. Metode ini merupakan metode optimum
untuk menghasilkan kalsium oksida (CaO) dari cangkang telur29. Kalsinasi
bertujuan untuk mengeliminasi komponen organik dan mengkonversi senyawa
kalsium karbonat (CaCO3) sebagai komponen utama cangkang telur menjadi CaO.
Prediksi reaksi tersebut yaitu :
CaCO3→ CaO + CO2
Hasil kalsinasi menunjukkan adanya eliminasi komponen-komponen
tersebut dilihat dari data pengurangan massa setelah kalsinasi. Rata-rata
pengurangan massa selama proses kalsinasi adalah 34,33%. Ini berarti e
