Latar belakang
Tulang merupakan penopang tubuh manusia sehingga tulang menjadi komponen penting bagi manusia dan harus dijaga serta dipertahankan kekuatannya.1 Kerusakan pada
tulang menyebabkan terganggunya fungsi tubuh. Kerusakan tulang yang paling sering terjadi adalah patah tulang (fraktur). Patah tulang adalah retaknya bagian tulang, biasanya disertai dengan cedera jaringan di sekitarnya.2
Untuk mengatasi patah tulang (fraktur) yang lazim dilakukan diantaranya yaitu dengan cara menggips ataupun memasang pen (implant). Implant merupakan istilah yang digunakan untuk logam yang ditanamkan ke dalam tubuh untuk mengatasi tulang yang
rusak atau patah.3 Namun, saat ini
pemasangan implant masih relatif mahal. Selain itu, logam yang digunakan juga harus memiliki biokompatibilitas yang tinggi agar tidak menyebabkan korosi pada logam oleh cairan tubuh. Korosi logam pen dapat menimbulkan reaksi peradangan (inflamasi) di sekitar jaringan yang diimplankan sehingga akan sangat berbahaya bagi tubuh.
Untuk tulang yang retak atau cedera ringan biasanya tidak dibutuhkan implant, tetapi untuk bagian yang cedera tersebut diberikan material pengganti tulang yang bisa membantu mempercepat pemulihan tulang dan dapat menggantikan struktur jaringan yang hilang tanpa menimbulkan efek negatif bagi tubuh.
Material yang digunakan dalam tubuh
disebut biomaterial. Biomaterial yang
biasanya digunakan sebagai pengganti tulang adalah hydroxyapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) dan
beta-tricalcium phosphate (β-Ca3(PO4)2).
Kedua material ini memiliki komposisi kimia yang mendekati struktur tulang dan gigi.4
Beta-tricalcium phosphate (β–TCP) dapat dipakai sebagai pengganti tulang yang potensial karena bersifat biocompatible,5 bioresorbable (mudah diserap), dan bersifat osteokonduktifitas. Biocompatible adalah kemampuan biomaterial untuk menyesuaikan dengan kecocokan tubuh penerima. Osteokonduktifitas adalah kemampuan biomaterial untuk mendukung pelekatan sel-sel osteoblas baru dan osteoprogenitor, memiliki struktur yang saling berhubungan sehingga sel-sel baru dapat berpindah dan pembuluh darah baru dapat terbentuk. Osteoprogenitor adalah sel yang berfungsi untuk membentuk jaringan tulang.6
yang mengandung kalsium yang cukup tinggi adalah cangkang telur ayam. Cangkang telur ayam memiliki kandungan %berat kalsium karbonat sebesar 97% sedangkan 3% sisanya terdiri dari fosfor, magnesium, kalium, natrium, seng, mangan, besi dan tembaga.7
Sehingga cangkang telur berpotensi menjadi sumber kalsium pada sintesis β–TCP. Kalsium dari bahan alami dapat meningkatkan biokompabilitas material. Selain itu, diharapkan pula pemakaian cangkang telur sebagai sumber kalsium dapat menghasilkan
β–TCP dari bahan alami yang banyak tersedia di alam.
Tujuan
1. Membuat senyawa β-TCP dari cangkang telur menggunakan metode presipitasi dengan suhu larutan 50oC.
2. Mengetahui suhu sintering optimum yang dibutuhkan untuk menghasilkan β-TCP.
3. Mempelajari struktur β–TCP
menggunakan x-ray diffractometer
(XRD), komponen gugus kompleks menggunakan fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), morfologi bahan
menggunakan scanning electron
microscope (SEM) dan particle size analyzer (PSA) untuk menentukan ukuran partikel.
Perumusan masalah
Berapa suhu sintering optimum yang
dibutuhkan untuk menghasilkan β-TCP?
Hipotesis
Suhu sintering optimum pada sintesis β-TCP adalah 1000oC-1100oC.
TINJAUAN PUSTAKA
Tricalcium phosphate
Tricalcium phosphate (TCP) adalah senyawa dengan rumus kimia Ca3(PO4)2. TCP
merupakan senyawa kalsium fosfat yang memiliki rasio molaritas Ca/P sebesar 1,50 dengan massa jenis 3,07 g/cm3.8
TCP memiliki empat polymorph yaitu α, β,
γ ,dan super-α. Polymorph α-TCP terbentuk pada suhu 1120oC sampai 1470oC. β-TCP
terbentuk pada suhu 1120oC, sedangkan
polymorph super-α dapat dibentuk pada temperatur kira-kira di atas 1470oC. Gambar 1
di bawah ini adalah struktur molekul
Gamb Untuk s sering digun tulang adala memiliki b parameter k c=1,5219 n bentuk sel h a=1,0439 nm nm.9 Saat dip tinggi HA a Oleh karen diperlukan s Polymorp dalam bidan memiliki s Adapun sifa mampu terd laju yang t osteokonduk β-TCP yai dibandingka Hydroxy yang berup kimia Ca10( gr/cm3 serta kalsium fos biomaterial dibandingka bersifat bior Dalam Takatoshi9 TCP pada bioresobabl sedangkan p dapat diketa TCP lebih kadar kelar lima kali leb itu, kajian in menunjukka daripada β -berdasarkan β-TCP< α T Bentuk β bentuk mem 1 memperlih fungsinya s 1987.11 bar 1 Struktur saat ini, TC nakan dalam ah α dan β-TC bentuk sel kisi a=1,2887 nm sedangka heksagonal de m dan param panaskan pad akan bertransfo na itu, untuk suhu yang ting
rphα-TCP leb ng kedokteran sifat mekan at dari β-TCP degradasi sec tinggi, bioreso
ktif. Salah sat itu relatif t an dengan α-T yapatite (HA) pa kalsium a PO4)6(OH)2 d a memiliki fasa sfat yang sta
pengganti tu an dengan resorbable (m penelitian ya dinyatakan b a kelinci le karena pada HA tida ahui bahwa tinggi diban rutan β-TCP
bih baik diban
n vitro menunj an kadar ke -TCP. Sehing n tingkat kelar TCP. β-TCP sangat miliki fungsi m hatkan bentuk ebagai bahan molekul TCP CP polymorph penelitian im CP.10 Kristal monoklinik 7 nm, b=2,72 an β-TCP m engan parame meter kisi c= da suhu yan formasi menja k mensintesi ggi.9
bih banyak dig gigi. Namun nik yang re P adalah berp cara biologis orbable, bioak tu sifat mekan tidak mudah TCP.9 adalah minera apatit dengan
dan massa jen a kristal dan s abil. HA mer ulang dan gig
HA, β-TCP mudah diserap) ang dilakuka bahwa implan menunjukkan mudah ak. Oleh kar
tingkat kelar nding HA. B adalah tiga ndingkan HA njukkan bahwa elarutan lebi gga dapat di rutannya bahw t beragam dan masing-masing k-bentuk β-TC n biomaterial P.9 h yang mplantasi α -TCP dengan 280 nm, memiliki eter kisi 3,7375 g lebih adi TCP. is TCP gunakan n α-TCP endah.11 pori dan dengan ktif dan nik dari h patah al alami n rumus nis 3,08 senyawa rupakan gi. Jika P lebih ).9 an oleh ntasi β -n sifat diserap ena itu, rutan β -Besarnya sampai A. Selain a α-TCP ih baik iurutkan wa HA< n setiap g. Tabel CP serta Hulbert Tabel 1 Bentu Bent Serbuk Kristal ukuran nano Serbuk atau yang berpor Granul ( kecil) Bentuk krista halus dapat dalam bentuk Abadi et berukuran n (NH4)2HPO4. pada pH=10,8 larutan Ca(NO laju tetes 3 selama 16 jam dan etanol karakteristik endapannya selama 24 j kalsinasi pad Gambar 2 d difraksi sinar hasil sintesis Gambar 2 P uk-bentuk β-T tuk Fill mem kec dengan o Metula mer per jari u granul ri Imp (butiran Fill dan al β-TCP da diserap sem k blok hanya d al,12 membu nano dari Larutan (N 8 dengan met O3)2 1,2 M pa ml/menit d m. Kemudian 98% unt pemecahan m dipanaskan jam. β-TCP da suhu 800 an 3 di baw r-x dan pola Abadi et al. Pola difraksi si TCP dan fungs Fungsi ler u mperbaiki cacatan tulang emperbaiki ba ang rangsang rtumbuhan ingan tulang b plan jaringan ler untuk tu n gigi alam bentuk mpurna, seda diserap sebagia uat sintesis Ca(NO3)2 d NH4)2HPO4 0 ode presipitas ada pH=10,8 d dan proses s dicuci denga tuk meningk molekul, setel pada suhu dihasilkan d 0oC selama 2
wah ini adalah FTIR untuk inar-X dari β -sinya untuk g agian dan baru ulang granul angkan an.11 β-TCP dengan 0,8 M si pada dengan stirring an H2O katkan lah itu 80oC dengan 2 jam. h pola β-TCP -TCP.
Gambar 3 Pola FTIR dari β-TCP.
Reaksi pembentukan β-TCP adalah
sebagai berikut :
H2O(l) + 3CaO(l) + 2H3PO4(l)Æ Ca3(PO4) 2(l) + 4H2O(l) ..(1)
Sintesis β-TCP dapat dibuat dari bahan kimia murni maupun dari bahan alami. Dalam penelitian ini dilakukan sintesis β-TCP dari bahan alami yaitu cangkang telur. Cangkang telur mengandung kalsium karbonat sebesar 97% dan 3% sisanya terdiri dari fosfor, magnesium, kalium, natrium, seng, mangan, besi, dan tembaga.7 Cangkang telur yang telah
dikalsinasi pada suhu 1000oC selama 5 jam
akan merubah kalsium karbonat (CaCO3)
menjadi kalsium oksida (CaO). Cangkang telur yang telah dikalsinasi dapat digunakan untuk sintesis β-TCP sebagai sumber CaO berbahan alam.13 Berikut ini adalah reaksi
pembentukan CaO dari cangkang telur: CaCO3(s) Æ CaO(s) + CO2(g) ...(2) X-ray diffraction (XRD)
X-ray diffractometer (XRD) merupakan alat yang digunakan untuk mengarakterisasi struktur kristal dan ukuran kristal dari suatu bahan padat. Semua bahan yang mengandung kristal tertentu ketika dianalisa menggunakan XRD akan memunculkan puncak–puncak yang spesifik.14 XRD adalah suatu metode
yang didasari oleh difraksi sinar-x.
Data yang diperoleh dari metode karakterisasi XRD adalah sudut hamburan (sudut Bragg) versus intensitas. Sudut difraksi sangat bergantung kepada lebar celah kisi sehingga mempengaruhi pola difraksi, sedangkan intensitas cahaya difraksi bergantung dari berapa banyak kisi kristal yang memiliki orientasi yang sama. Metode ini dapat digunakan untuk menentukan sistem kristal, parameter kisi, derajat kristalinitas, dan fasa yang terdapat dalam suatu sampel.15
Apabila suatu material dikenai sinar-x, maka intensitas sinar yang direfleksikan oleh kisi kristal lebih rendah dari sinar datang. Hal ini disebabkan adanya penyerapan oleh material dan juga penghamburan oleh atom-atom dalam material tersebut. Berkas sinar–x yang dihamburkan tersebut ada yang saling menghilangkan karena fasanya berbeda dan ada pula yang saling menguatkan karena fasanya sama. Berkas sinar -x yang saling menguatkan itulah yang disebut sebagai berkas difraksi. Syarat terjadinya difraksi harus memenuhi hukum Bragg:
2d sin θ = n λ ... (3) Dimana d adalah jarak antar bidang kristal, λ
adalah panjang gelombang saat melewati kisi kristal , Ө adalah sudut datang, dan n adalah bilangan gelombang.
Jika atom-atom tersusun periodik dalam kristal, gelombang terdifraksi akan terdiri dari interferensi maksimun tajam (peak) yang simetri, peak yang terjadi berhubungan dengan jarak antar atom.16
Ukuran kristal (D) dapat dihitung menggunakan persamaan schrrer yang dapat dilihat pada persamaan berikut:
D = ...(4) Nilai k adalah konstanta untuk material biologi yang bernilai 0,94, λ adalah panjang gelombang yang digunakan pada alat XRD yaitu 0,15406 nm, dan β adalah full width at half maximum (FWHM) dari garis difraksi skala 2Ө.16
Pada proses terjadinya difraksi sinar-x berdasarkan hukum bragg (Gambar 4) yaitu saat berkas sinar-x jatuh pada bidang P1 dan P2 yang terpisah sejauh d, maka akan terbentuk sudut terhadap bidang yang menumbuk titik A dan B. Sementara itu kedua berkas akan mencapai maksimum apabila
mempunyai fase yang sama.16
Gambar 4 Skema difraksi Sinar-x
Pola sinar-x berbagai bahan telah dikumpulkan dalam data joint committee of power difraction standard (JCPDS). Hasil analisis pola XRD sampel yang akan dianalisis komposisi fasanya dapat dibandingkan dengan pola XRD terukur pada JCPDS.
Fourier transform infrared spectroscopy
(FTIR)
Fourier transform infrared spectroscopy
(FTIR) dapat mengidentifikasi kandungan
gugus kompleks dalam senyawa kalsium
fosfat, tetapi tidak dapat digunakan untuk
menentukan unsur-unsur penyusunnya.
Spektroskopi inframerah memanfaatkan
energi vibrasi gugus penyusun senyawa kalsium fosfat, yaitu: gugus PO43-, gugus
CO32-,dan gugus OH-.17
Spektrum senyawa kalsium fosfat juga dapat dilihat pada bilangan gelombang maksimum 562 cm-1 dan 602 cm-1Pita
absorpsi CO3 (karbonat) terlihat pada bilangan
gelombang 1545 cm-1, 1450 cm-1, dan 890
cm-1. Pita absorpsi OH- dapat terlihat dalam
spektrum kalsium fosfat, yaitu pada bilangan gelombang sekitar 3576 cm-1 dan 632 cm-1.
Air di permukaan akan hilang dan tidak dapat balik pada pemanasan di bawah suhu 200oC.17
Analisis sampel pada spektroskopi FTIR diawali dengan dipancarkannya sinar inframerah dari sumber benda hitam. Sinar tersebut melaju dan melewati celah yang mengontrol jumlah energi yang disediakan untuk sampel. Sinar ini masuk ke dalam interferometer dimana ada kode khusus. Hasil interferogramnya kemudian keluar dari interferometer. Sinar tersebut kemudian memasuki ruang sampel, di mana sinar tersebut ditransmitasikan keluar atau dipantulkan kembali oleh permukaan sampel, tergantung dari tipe analisis yang diselesaikan. Setelah itu, sinar tersebut masuk ke detektor untuk analisis akhir.18
Scanning electron microscopy (SEM) Scanning electron microscope (SEM) digunakan untuk mengamati morfologi suatu bahan. Prinsipnya adalah sifat gelombang dari elektron yakni difraksi pada sudut yang sangat kecil. Elektron dapat dihamburkan oleh sampel yang bermuatan (karena sifat listriknya). Sifat gelombang dari elektron yakni difraksi pada sudut yang sangat kecil. Elektron dihamburkan oleh sampel yang bermuatan (karena sifat listriknya). Jika sampel yang digunakan tidak bersifat konduktif, maka sampel terlebih dahulu harus
dilapisi (coating) dengan emas. Citra yang terbentuk menunjukkan struktur dari sampel yang diuji.19
Kata kunci dari prinsip kerja SEM adalah
scanning, yang berarti bahwa berkas elektron “menyapu” permukaan sampel, titik demi titik dengan sapuan membentuk garis demi garis. Adapun prinsip kerja SEM mirip dengan mikroskop optik, namun memiliki perangkat yang berbeda. Pertama berkas elektron disejajarkan dan difokuskan oleh magnet yang didesain khusus berfungsi sebagai lensa. Energi elektron biasanya 100 keV yang menghasilkan panjang gelombang kira-kira 0,04 nm. Spesimen sasaran sangat tipis agar berkas yang dihantarkan tidak diperlambat atau dihamburkan terlalu banyak. Bayangan akhir diproyeksikan ke dalam layar pendar atau film. Berbagai distorsi yang terjadi akibat masalah pemfokusan dengan lensa magnetik membatasi resolusi hingga sepersepuluh nanometer.19
Particle size analysis (PSA)
Particle size analyzer (PSA) dapat digunakan untuk menentukan ukuran partikel. Ukuran partikel dapat diketahui melalui gambar yang dihasilkan. Ukuran tersebut dinyatakan dalam jari-jari untuk partikel yang berbentuk bola.20
PSA juga digunakan untuk mengukur konsentrasi partikel massa secara langsung dalam medium cairan. Sampel berupa padatan dimasukkan ke wadah cairan dan dicampur sampai penyebaran aliran suspensi sampel berupa padatan yang homogen dan penyebaran cairan dipompa melalui sel.21
Penentuan ukuran dan distribusi partikel menggunakan PSA dapat dilakukuan dengan (1) difraksi sinar laser untuk partikel dari ukuran submikron sampai dengan milimeter, (2) counter principle untuk mengukur dan menghitung partikel yang berukuran mikron sampai dengan milimeter, dan (3) penghamburan sinar untuk mengukur partikel yang berukuran mikron sampai dengan nanometer.20
BAHAN DAN METODE
Tempat dan waktu penelitianSintesis sampel untuk suhu 800oC, 900oC,
dan 1000oC dilakukan di Laboratorium
Biofisika Material, Departemen Fisika, FMIPA-IPB. Sedangkan untuk sintesis sampel untuk suhu 1100oC, 1200oC, dan 1300oC
dilakukan di PTBIN, BATAN (Badan Tenaga Nuklir Nasional), Serpong. Karakterisasi
XRD dilakukan di Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan, Gunung Batu. FTIR dan PSA dilakukan di Departemen Fisika IPB. Sedangkan untuk karakterisasi SEM dilakukan di pusat penelitian dan pengembangan geologi kelautan ( PPGL)-Bandung. Penelitian dilaksanakan pada bulan Januari sampai dengan Mei 2012.
Bahan dan alat
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah cangkang telur ayam, larutan H3PO4
dan aquabidest. Alat yang digunakan terdiri dari neraca analitik, sudip, pipet tetes, gelas ukur 10 ml, labu ukur 100 ml, gelas kimia 250 ml, furnace, hot plate stirrer, aluminium foil, kertas saring, pompa vakum, mortar, buret, perangkat XRD, perangkat spektroskopi FTIR, perangkat SEM, dan perangkat PSA.
Prosedur penelitian
Prosedur penelitian ini meliputi dua tahapan yaitu sintesis sampel dan karakterisasi sampel.
A. Sintesis sampel
1. Kalsinasi cangkang telur ayam
Pada penelitian ini, sumber kalsium yang digunakan berasal dari cangkang telur yang telah dikalsinasi. Proses perlakuan cangkang telur meliputi pembersihan, pengeringan dan kalsinasi. Proses kalsinasi diawali dengan membersihkan cangkang telur dari kotoran makro, membuang membran cangkang telur kemudian cangkang dikeringkan di udara terbuka dikalsinasi selama 5 jam pada suhu 1000oC.
2. Sintesis sampel
Sintesis sampel dihasilkan dari cangkang telur ayam yang telah dikalsinasi sebagai sumber kalsium (Ca) dan fosfat (P) yang berasal dari senyawa H3PO4. Kemudian
masing-masing sumber kalsium dan fosfat dilarutkan dengan aquabides sampai 100 ml. Pada penelitian ini digunakan larutan CaO dengan konsentrasi 1,2 M dan larutan H3PO4
dengan konsentrasi 0,8 M. Metode yang digunakan adalah presipitasi yaitu dengan cara meneteskan 100 ml larutan H3PO4 ke dalam
100 ml larutan CaO dari cangkang telur sambil dipanaskan dan diaduk menggunakan
magnetic stirrer dengan kecepatan putar 300 rpm pada suhu 50oC. Kemudian disaring
menggunakan pompa vakum dan dilakukan proses sintering selama 7 jam dengan variasi suhu 800oC, 900oC, 1000oC, 1100oC, 1200oC,
dan 1300oC. Berdasarkan penelitian Aisyah22
sintesis β-TCP yang paling optimum
dihasilkan pada suhu 1000oC dengan waktu sintering 7 jam. Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan waktu 7 jam dengan variasi suhu sintering.
B. Karakterisasi sampel
Setelah sintering maka dilakukan tahap karakterisasi sampel. Tahap ini penting dilakukan agar dapat diketahui sifat-sifat fisik dari sampel. Karakterisasi tersebut meliputi uji XRD, FTIR, SEM, dan PSA.
1. Karakterisasi XRD
Karakterisasi difraksi sinar-x diperlukan untuk mengetahui fasa yang terdapat pada sampel, menentukan ukuran kristal dan kristalinitas. Karakterisasi sinar-x dilakukan menggunakan alat XD-610 Shimadzu yaitu dengan meletakkan 200 mg sampel β-TCP pada alumunium yang berdiameter 2 cm. Kemudian sampel tersebut akan dikarakterisasi menggunakan alat XRD XD-610 dengan sumber Cu yang memiliki panjang gelombang 1,5406 Ǻ. Sedangkan sudut difraksi yang digunakan yaitu sebesar 10o sampai 60o.
2. Karakterisasi FTIR
Karakterisasi FTIR dilakukan menggunakan alat FTIR dengan tipe ABB MB-3000 dengan jangkauan 400-4000 cm-1.
Sebanyak 2 mg sampel β-TCP dicampur
dengan 100 mg KBr, kemudian dibuat pelet lalu dikarakterisasi.
3. Karakterisasi SEM
Karakterisasi SEM digunakan untuk mengamati morfologi dari suatu bahan. Karakterisasi SEM dilakukan menggunakan alat SEM dengan tipe JEOL JCM-35C. Sampel diletakkan pada plat alumunium yang memiliki dua sisi kemudian dilapisi dengan lapisan emas setebal 48 nm. Sampel yang telah dilapisi dengan emas kemudian diamati menggunakan SEM dengan tegangan 22 kV dengan perbesaran 5000x, 10000x, dan 20000x.
4. Karakterisasi PSA
Karakterisasi PSA dilakukan menggunakan alat PSA dengan tipe
VASCO-Particle Size Analyzer. PSA bertujuan untuk menentukan ukuran partikel dan distribusinya dari sampel. Distribusi ukuran tersebut dapat diketahui dari gambar yang dihasilkan. Sampel diambil sebanyak 1 gram kemudian
6
dilarutkan dengan 8 ml asam asetat kemudian diaduk sampai homogen. Kemudian larutan dimasukkan ke dalam disposiable plastik cuvet maksimal 1 tetes. Sampel diukur dengan
zeta nano particle analyzer dengan run sebanyak 5 kali pengukuran per sampel. Pada atenuator lebar celah yang optimum yaitu sekitar 6-8. Jika sampel keruh maka atenuator akan berada di bawah 6, sehingga sampel perlu diencerkan. Untuk sampel yang terlalu transparan maka atenuator akan berada di atas 8 sehingga perlu dilakukan penambahan sampel.
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil sintesis sampel1. Kalsinasi cangkang telur ayam.
Kalsinasi 55,44 gram cangkang telur kering pada suhu 1000oC menghasilkan 30,12
gram serbuk CaO yang berwarna putih. Kalsinasi perlu dilakukan untuk menghilangkan kandungan organik dan magnesium. Pada proses kalsinasi juga terjadi
konversi senyawa CaCO3 menjadi CaO.
Massa hasil kalsinasi lebih kecil daripada massa sebelum kalsinasi karena kandungan organik yang semakin berkurang seiring dengan bertambahnya suhu sintering serta hilangnya kandungan magnesium. Kandungan organik dapat tereliminasi pada temperatur 80-100oC, sedangkan untuk magnesium akan
hilang pada suhu 650oC.8
2. Sintesis Sampel.
Pembuatan sampel diperoleh dengan mereaksikan 4,81 gram massa CaO dengan H3PO4 sebanyak 4,59 ml. Dari pencampuran
tersebut dihasilkan efisiensi rata-rata sampel sebesar 56,22%. Nilai efisiensi untuk setiap sampel dapat dilihat pada Tabel 2. Efisiensi adalah suatu ukuran perbandingan antara massa sebelum dan massa hasil.
Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa semakin besar suhu sintering maka semakin kecil massa yang dihasilkan. Selain itu, juga dapat dilihat bahwa nilai persentase dari efisiensi yang semakin berkurang seiring dengan bertambahnya suhu.
Hal ini disebabkan oleh inhibitor yang berada di dalam sampel akan hilang seiring dengan kenaikan suhu sintering. Inhibitor
adalah zat yang dapat menghambat atau menurunkan laju reaksi kimia, dalam hal ini yang dimaksud dengan inhibitor salah satunya adalah OH-. Sehingga semakin tinggi suhu sintering maka semakin sedikit kandungan OH- pada sampel.
Tabel 2 Efisiensi Proses Pembuatan Sampel (Presipitasi-Sintering) Suhu (oC) Massa CaO (g) Massa H3PO4 (g) Massa hasil Sampel (g) Efisiensi (%) 800 4,81 7,84 7,70 60,84 900 4,81 7,84 7,59 60,02 1000 4,81 7,84 7,54 59,63 1100 4,81 7,84 6,90 54,56 1200 4,81 7,84 6,52 51,52 1300 4,81 7,84 6,42 50,76 Efisiensi Rata-rata 56,22
B. Hasil karakterisasi sampel
1. Karakterisasi XRD
Dalam penelitian ini karakterisasi x-ray diffraction dilakukan untuk menentukan fasa, ukuran kristal dan kristalinitas setiap sampel. Untuk menentukan fasa β-TCP dari setiap sampel yaitu dengan membandingkan setiap puncak sampel dengan puncak dari β-TCP (β
-tricalcium phosphate), HA (hydroxyapatite), OCP (octa calcium phosphate), dan α-TCP (α
-tricalcium phosphate). Pola difraksi β-TCP, HA, OCP, dan α-TCP yang akan dicocokkan dengan sampel berasal dari database joint comittee on powder diffraction standars
(JCPDS) dengan nomor 09-0169 untuk β -TCP, 09-0432 untuk HA, 44-0778 untuk OCP dan 29-0359 untuk α-TCP. Pola XRD untuk semua sampel dapat dilihat pada Gambar 5 dan Gambar 6.
Sampel pada suhu 800oC (Gambar 5(a))
terbentuk tiga fase yang berbeda yaitu HA, β -TCP, dan OCP. Pada suhu ini lebih didominasi oleh HA dan β-TCP. Fase HA memiliki 2 puncak tertinggi yaitu pada sudut 2Ө sebesar 31,82o dan pada sudut 32,94o.
Selain itu fase β-TCP dan OCP juga telah menempati salah satu puncak tertinggi. Untuk
β-TCP yaitu pada sudut 2Ө sebesar 31,04o dan
untuk OCP pada sudut 2Ө sebesar 34,42o.
Fase β-TCP sudah mulai terbentuk pada suhu 800oC yaitu pada sudut 2Ө sebesar 13,68o.
Pada suhu 900oC (Gambar 5 (b)) pola XRD
menunjukkan bahwa terdapat tiga fase yaitu HA, β-TCP, dan OCP. Pada suhu ini sampel lebih didominasi oleh HA dan β-TCP.
Pada suhu 900oC tidak mengalami
perbedaan yang cukup besar jika dibandingkan dengan suhu 800oC, hanya saja
puncak β-TCP lebih tinggi dan fase HA memiliki puncak yang lebih rendah dibandingkan dibandingkan suhu 800oC. Hal
ini menunjukkan mulai bertambahnya intensitas pada β-TCP dan berkurangnya nilai intensitas pada fase HA dibandingkan sebelumnya.
Pada suhu 1000oC (Gambar 5 (c)) pola
XRD menunjukkan bahwa terdapat tiga
fase yaitu HA, β-TCP, dan OCP. Pada
suhu 1000oC, fase β-TCP lebih
mendominasi dibandingkan yang lainnya. Tiga puncak tertingginya didominasi oleh
β-TCP yaitu pada sudut 2Ө sebesar 27,8o,
31,04o, dan 34,38o.
Untuk sampel pada suhu 1100oC (Gambar
6(a)) pola XRD menunjukkan terbentuknya tiga fase yaitu HA, β-TCP, dan OCP. Fase yang paling dominan adalah fase β-TCP dan HA. Pada fase β-TCP memiliki 3 puncak tertingginya yaitu pada sudut 2Ө sebesar 27,94o, 31,16o, dan 34,5o, namun intensitasnya
lebih kecil dibandingkan suhu 1000oC.
Sedangkan HA menempati 2 puncak tertingginya yaitu pada sudut pada sudut 2Ө
sebesar 31,9o dan 33,6o .
Untuk suhu 1200oC (Gambar 6 (b)) pola
XRD menyatakan bahwa terdapat tiga fase yaitu HA, β-TCP, dan OCP. Pada suhu ini lebih didominasi dengan munculnya fase dari
β-TCP dan OCP. Fase β-TCP terdapat di dua puncak tertingginya yaitu pada sudut 2Ө
sebesar 27,92o dan 31,12o. Sedangkan fase
OCP terdapat di satu puncak tertingginya yaitu pada sudut 2Ө sebesar 34,46o.
Pada suhu 1300oC (Gambar 6 (c)) pola
XRD menyatakan bahwa terdapat empat fase yaitu HA, β-TCP, OCP, dan α-TCP . Namun untuk fase HA dan α-TCP pada suhu ini memiliki persentase yang relatif kecil. Pada suhu ini didominasi oleh β-TCP dan OCP. Dua puncak tertingginya ditempati oleh β -TCP yaitu pada sudut 2Ө sebesar 27,92o dan
31,18o. Dan satu puncak tertingginya dimiliki
oleh OCP yaitu pada 2Ө sebesar 34,52o.
Munculnya α-TCP pada suhu 1300oC
disebabkan karena α-TCP terbentuk pada suhu 1120oC sampai 1470oC dan pada suhu 1300oC
ini merupakan fase transisi dari β-TCP menjadi α-TCP. Nilai persentase komponen fase pada setiap sampel dapat dilihat pada Tabel 3.
Gambar 5 Pola difraksi sinar-X sampel pada suhu 800oC (a), 900oC (b), dan
1000oC (c).
Gambar 6 Pola difraksi sinar-X sampel pada suhu 1100oC (a), 1200oC (b), dan
Pada Tabel 3 dapat dilihat bahwa fase β -TCP sudah mulai terbentuk pada suhu 800oC
dengan persentase 47,25%. Kemudian pada suhu 900oC menurun menjadi 42,09%. Pada
suhu 1000oC fase β-TCP naik menjadi 76,97%
dan merupakan persentase terbesar dibandingkan suhu yang lainnya.
Pada suhu 1100oC persentase β-TCP turun
menjadi 60,05% dan persentase β-TCP
kembali naik pada suhu 1200oC menjadi
67,23% kemudian turun menjadi 51,17% pada suhu 1300oC. Sehingga dapat diketahui bahwa
sintesis β-TCP maksimum terbentuk pada
suhu 1000oC dengan persetase 76,97%.
Untuk parameter kisi dan ketepatannya disajikan pada Tabel 4.
Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa nilai ketepatan untuk a maupun c sudah diatas 99%, kecuali sampel β-TCP pada suhu 800oC.
Hal ini dikarenakan pada suhu 800oC fasa
yang dominan terbentuk bukan β-TCP
melainkan fasa HA. Hasil perhitungan parameter kisi a dan c menunjukkan bahwa parameter kisi berada pada kisaran nilai parameter β-TCP. Untuk ukuran kristal dan derajat kristalinitas untuk setiap sampel β -TCP dapat dilihat pada Tabel 5.
Pada Tabel 5 dapat dilihat bahwa tingginya suhu sintering berpengaruh terhadap derajat kristalinitas dan ukuran kristal. Ukuran kristal β-TCP digunakan berdasarkan tujuan aplikasinya pada tulang. Tulang yang memiliki fungsi untuk melindungi organ internal tubuh akan memiliki ukuran kristal yang besar. Sehingga dibutuhkan ukuran kristal yang besar untuk tulang tersebut, misalnya tulang iga dan tulang kepala.
Untuk tulang yang memiliki fungsi sebagai penyokong tubuh akan membutuhkan ukuran kristal yang lebih kecil dibandingkan tulang iga dan tulang kepala, contoh tulang penyokong adalah tulang tibia. Tulang tibia memiliki ukuran kristal yang lebih kecil karena selama hidupnya tulang ini mendapat tekanan dari berat tubuh yang harus disokongnya. Dari Tabel 5 dapat dilihat bahwa derajat kristalinitas yang paling baik ada pada sampel pada suhu 1300oC sebesar
92,93%.
Tabel 3 Komponen Fase Sampel Suhu (oC) Komponen (%) β-TCP HA OCP α-TCP 800 47,25 37,20 15,54 - 900 42,09 47,30 10,61 - 1000 76,97 17,93 5,10 - 1100 60,05 20,20 19,75 - 1200 67,23 10,43 22,34 - 1300 51,17 8,85 29,95 10,03 Tabel 4 Parameter Kisi dan Persentase
Ketepatan Sampel β-TCP
Suhu (oC)
Parameter Kisi Ketepatan (%)
a(Ǻ) c (Ǻ) a c 800 12,84 43,58 78,82 83,40 900 10,44 37,45 99,82 99,82 1000 10,44 37,41 99,82 99,93 1100 10,44 37,42 99,82 99,90 1200 10,44 37,41 99,82 99,93 1300 10,41 37,27 99,93 99,71 Tabel 5 Ukuran dan Derajat Kristalinitas
Sampel Suhu (oC) Kristal (nm) Ukuran Derajat Kristalinitas (%) 800 47,16 80,47 900 57,75 86,31 1000 57,47 84,51 1100 55,69 91,83 1200 75,82 81,29 1300 91,58 92,93
Derajat kristalinitas adalah besaran yang menyatakan banyaknya kandungan kristal dalam suatu material dengan membandingkan luasan kurva kristal dan luasan kurva amorf. Pengukuran derajat kristalinitas langsung dari program karakterisasi XRD, sedangkan untuk ukuran kristal didapat dari persamaan scherrer
(Persamaan 4, halaman 7).
Dari hasil karakterisasi XRD untuk variasi suhu sintering 800oC, 900oC, 1000oC, 1100oC,
1200oC, dan 1300oC menunjukkan bahwa fase β-TCP yang paling optimum terbentuk pada
suhu 1000oC (Gambar 5 (c)) dengan
persentase 76,97%, ukuran kristal 57,47 nm, dan derajat kristalinitas 84,51%. Pada penelitian Abadi et al12 disebutkan bahwa fase β-TCP mulai terbentuk pada suhu 800oC
dengan menggunakan sumber kalsium Ca(NO3)2 dan sumber fosfat (NH4)2HPO4.
Pada penelitian Aisyah 22 yang menggunakan
cangkang telur dan H3PO4 dengan
memvariasikan waktu tahan, menunjukkan bahwa pada suhu 1000oC dengan waktu tahan
7 jam dapat menghasilkan β-TCP yang paling optimum. Sehingga dapat dikatakan bahwa perbedaan prekursor pembentuk senyawa kalsium fosfat menyebabkan hasil sintesis memiliki fase yang berbeda.
2. Karakterisasi FTIR
Analisis adanya karbonat dalam kristal diamati dari spektra FTIR untuk setiap variasi suhu sintering. Spektra FTIR menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu maka semakin
berkurang gugus OH-. Gugus OH- yang
teridentifikasi menunjukkan bahwa pada sampel tersebut masih mengandung H2O.
Gugus OH- terdapat pada puncak pita pada
bilangan gelombang 3600 cm-1 sampai 3200
cm-1. Selain itu juga terdapat gugus PO 43-.
Gugus PO43- terdapat pada puncak pita pada
garis bilangan 1200 cm-1 sampai 500 cm-1.
Puncak pita pada bilangan gelombang 1200 cm-1 sampai 500 cm-1 menunjukkan pita
transmitansi untuk PO43- pada Ca3(PO4)2
sebagai karakteristik β-TCP. Pita-pita tersebut menyatakan kehadiran senyawa kalsium fosfat.
Berikut ini akan ditunjukkan grafik spektra FTIR untuk sampel β-TCP pada suhu 800oC
(Gambar 7 (a)), suhu 900oC (Gambar 7 (b)),
suhu 1000oC (Gambar 7 (c)). Sedangkan
grafik spektra FTIR pada suhu 1100oC dapat
dilihat pada Gambar 8 (a), suhu 1200oC
(Gambar 8 (b)), dan suhu 1300oC (Gambar 8
(c)).
Gambar 7 Spektra FTIR β-TCP pada suhu 800oC (a), 900oC (b), 1000oC
(c).
Gambar 8 Spektra FTIR β-TCP pada suhu 1100oC (a), 1200oC (b), 1300oC
Dari spe transmitansi pada suhu 1 dari XRD y kristalinitas 1300oC yaitu 3. Karakter Karakter mengetahui yang diuji suhu 1000oC hasil karakt 5000x, 1000 Gambar 9
ktra FTIR dap i PO43- yang 1300oC. Hal i yang menunju yang paling u sebesar 92,9 risasi SEM risasi SEM bentuk morfo SEM hanya C. Berikut in terisasi SEM 00x, dan 2000 (a) (b) (c) Hasil Karakt pada suhu dengan per 10000x (b), d
pat dilihat bah paling lebar ini menguatka ukkan bahwa g tinggi pad 93%. diperlukan ologi sampel. sampel β-TC ni (Gambar 9) M dengan per 00x. terisasi SEM sintering rbesaran 500 dan 20000x (c hwa pita r adalah an hasil derajat da suhu untuk Sampel CP pada ) adalah rbesaran β-TCP 1000oC 00x (a), c). j f Dari has dapat diket menunjukkan ukuran sekita rata-rata 1 µm TCP yaitu ber 4. Karakteris Untuk m distribusi d pengukuran P dikarakterisas yang mengan paling banya hasil PSA did suhu 1000oC
KESIM
Kesimpulan Sintesis mereaksikan Dalam penel digunakan be sudah dikalsi jam, sedangk larutan H3PO Karakteris fourier transf untuk semua 800oC, 900oC 1300oC. Kara dan 900oC d paling domin Pada suhu 90 dibandingkan 1000oC fasa TCP dengan suhu 800oC d 1100oC fasa y HA dan β-TC adalah pada i dibandingkan lebih besar 900oC. Untuk suh paling domin Perbedaannya pada suhu 13 pada suhu 12 TCP pada intensitasnya β-TCP pada XRD maka untuk mengh yaitu dengan kristal 57,47 sil karakteris tahui bahwa n kristal berbe ar 0,6 µm den m. Hal ini sesrpori. sasi PSA mengetahui uk ari sampel PSA. Sampel si dengan P ndung β-TCP k yaitu pada dapat ukuran p sebesar 427,9
MPULAN D
n β-TCP d senyawa ka litian ini, sum erasal dari ca inasi pada suh kan sumber O4.sasi x-ray diff form infrared sampel β-TC C, 1000oC, 1 akterisasi XRD dapat diketahu nanan yaitu fa 00oC intensitas n pada suhu yang paling intensitas yan dan 900oC. Sed yang paling d CP. Perbedaan intensitas β-T n pada suhu dibandingkan hu 1200oC da nan adalah a hanya pad 300oC lebih b 200oC. Sedan suhu 1200 hampir sama suhu 1100oC dapat diketa hasilkan β-TC n persentase nm, derajat k asi SEM te a sampel entuk granul d ngan jarak anta suai dengan s kuran partike maka digu l β-TCP yang SA adalah s P dengan pers suhu 1000oC partikel β-TCP 90 nm.
DAN SARA
diperoleh d alsium dan mber kalsium angkang telur hu 1000oC sel fosfat berasa ffraction (XRD d (FTIR) dila CP yaitu pada 100oC, 1200o D pada suhu ui bahwa fasa asa HA dan β s β-TCP lebih 800oC. Pada dominan ada ng lebih tingg dangkan untuk dominan adala n pada suhu 1 CP yang lebih 1000oC tetapi n suhu 800oC an 1300oC fasa β-TCP dan da intensitas besar dibandi ngkan untuk f 0oC dan 1 a dengan inte C. Dari karakt ahui suhu op CP adalah 1 e 76,97%, u kristalinitas s 10 ersebut β-TCP dengan ar pori sifat β -el dan unakan g akan sampel sentase C. Dari P padaAN
dengan fosfat. m yang r yang lama 5 al dari D) dan akukan a suhu oC dan 800oC a yang β-TCP. h tinggi a suhu alah β -gi dari k suhu ah fasa 1100oC h kecil i tetap C dan a yang OCP. OCP ingkan fasa β -1300oC ensitas terisasi timum 1000oC ukuran sebesar11
84,51%, ketepatan a sebesar 99,82%, dan ketepatan c sebesar 99,93%.
Karakterisasi FTIR pada suhu 800oC,
900oC, 1000oC, 1100oC, 1200oC dan 1300oC
menunjukkan bahwa gugus OH- akan semakin
berkurang seiring dengan bertambahnya suhu. Hal ini karena gugus OH- berasal dari H
2O.
Sedangkan untuk gugus PO43- semakin kecil
seiring dengan bertambahnya suhu.
Untuk karakterisasi scanning electron microscopy (SEM) dan particle size analysis
(PSA) hanya dilakukan untuk sampel yang memiliki persentase β-TCP paling besar yaitu terdapat di suhu 1000oC. Karakterisasi SEM
menunjukkan bahwa sampel β-TCP pada suhu 1000oC adalah kristal berbentuk granul
dengan ukuran sekitar 0,6 µm dengan jarak antar pori rata-rata 1 µm. Sedangkan untuk karakterisasi PSA diketahui bahwa ukuran
partikel untuk sampel β-TCP pada suhu
1000oC adalah 427,90 nm. Saran
Untuk penelitian lanjutan, maka langkah-langkah yang perlu dilakukan agar fase β-TCP yang terbentuk maksimum adalah:
1. Pada saat proses presipitasi, laju tetes larutan H3PO4 harus dibuat konstan yaitu
10 detik per tetes.
2. Suhu larutan juga harus stabil yaitu
sebesar 50oC.
3. Penyimpanan sampel β-TCP juga perlu diperhatikan yaitu harus di wadah kedap udara, tidak terkena matahari secara langsung dan tersimpan pada suhu kamar sekitar 27oC.
DAFTAR PUSTAKA
1 Sari, Y. W., Prasetyanti, F., & Dahlan, K.(2009). Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur menggunakan dry method. Jurnal Biofisika., 5 (2),71-78. 2 Anonim. (2010). PatahTulang (fraktur).
[Terhubung Berkala]. http://www.
medicastore.com. (18 februari 2012).
3 Miranda. (2011). Implant Logam.
[Terhubung Berkala]. http:// kuliahteknobiomedik.wordpress.com (19 Februari 2012).
4 Takazaki, Jetal. (2009). BMP-2 Release and Dose-Response Studies in
Hydroxyapatite and β-Tricalcium
Phosphate. Bio-Medical Materials and Engineering 19:141-146.
5 Kannan, et al. (2009). Synthesis and Structure Refinement of Zinc-Doped β -Tricalcium Phosphate Powder. Journal of The American Ceramic Society., 92 (7), 1592-1595.
6 Laurenchin, C. T. (2009). Bone Graft Subtitute Materials. [Terhubung Berkala]. http:// www. eMedicine. com (19 Februari 2012)
7 Butcher, G.D. et al. (1990). Concept of Eggshell Quality. http://edis.ifas.ufi.edu. (19 Februari 2012)
8 Dewi, S. U. (2009). Pembuatan
Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode Sonikasi. [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
9 Shi, D. (2003). Biomaterial and Tissue Engineering. New York: Springer.
10 Salahi, E., Heinrich, J. G. (2003). Synthesis an Thermal Behaviour of β -Tricalcium Phosphate. British Ceramic Transactions., (2),102.
11 Kasim, S. R. B., (2008). Sintesis β-TCP dengan Kaedah Basah Serta Penghasilan dan Pencirian Komposit β -TCP/CPP. [Tesis]. Malaysia: Universitas Sains Malaysia.
12 Abadi, M. B. H. et al. (2010). Synthesis
of nano β-TCP and Effects on The
Mechanical and Biological Properties of
β-TCP/HDPE/UHMWPE
Nanocomposits. ProQuest Science., 31 (10),1745.
13 Chen F, Z-C Wang, C-J Lin. (2002). Preparation and characterization of nano-sized hydroxyapatite particles and hydroxyapatite/chitosan nano-composite foruse in biomedical materials. Materials Letters.. 57, 858-861.
14 Anonim. -. XRD (X-Ray Powder
Diffraction). [Terhubung Berkala].
http://matericerdas.wordpress.com. (19
Ferbruari 2012).
15 Masrukan. (2008). Analisis Kualitatif dengan Menggunakan Teknik Difraksi Sinar X pada Penambahan Unsur Zr
terhadap Pembentukan Fasa Paduan U-Zr. Urania., 14 (2) ,65-76.
16 Culliti BD. (2001). Element of X-Ray Diffraction, Third Edition. New Jersey : Prentice Hall.
17 Soejoko, D. S., and Sri Wahyuni. (2002). Spektroskopi Inframerah Senyawa Kalsium Fosfat Hasil Preipitasi, Makara seri Sains., (6) 3, 117-120.
18 Stuart, B. (2005). Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications. New York: John Wiley&son, Inc
19 Prabakaran, K., Balamurugan, A., & Rajeswari, S. (2005) Development of Calcium Phosphate Based Apatite from Hen’s Eggshell. Bull. Mater. Sci., 28 (2), 115-119.
20 Hasanah, S. M. (2009). Optimasi
Pembuatan Mikrosfer Polipaduan Poliasamlaktat dengan Polikaprolakton.
[Skripsi]. Bogor:Institut Pertanian Bogor.
21 Anonim .-. Particle Size and Particle Size Distribution, Short Tutorial.
[Terhubung Berkala].
http://www.dispersion.com. (19 Februari
2012).
22 Aisyah, I. (2011). Sintesis dan
Karakterisasi β-Tricalcium Phosphate Berbasis Cangkang Telur Ayam di Udara Terbuka dengan Variasi Waktu Sintering. [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor.
