BAB I
PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Tulang adalah sebuah organ penting yang berfungsi untuk menyangga tubuh,
melindungi organ – organ dalam tubuh dan menyimpan ion – ion anorganik (kalsium
dan fosfor). Dalam memperbaiki kerusakan tulang, bahan buatan yang bebas dari
patogen dan tersedia dalam jumlah yang tidak terbatas sangat dibutuhkan
(Kamitakahara et al., 2015). Material pengganti tulang yang umum digunakan adalah
autograft (penggantian satu bagian tubuh dengan bagian tubuh lainnya dalam satu
individu), allograft (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari
manusia lain), dan xenograft (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal
dari hewan) (Sulistioso et al., 2012). Material pengganti tulang tersebut biasanya
tersedia dalam jumlah yang terbatas (Sulistioso et al., 2012) dan terkadang kurang
memberikan hasil yang sempurna sebagai implan tulang karena ketidakstabilan
mekanis dan biologis dan ketidakcocokan dengan tulang (Mondal et al., 2012).
Salah satu bahan substitusi tulang yang paling cocok adalah hidroksiapatit.
Hidroksiapatit (HAp atau HA) termasuk ke dalam keluarga senyawa kalsium fosfat
yang mempunyai rumus molekul Ca10(PO4)6(OH)2 (Pudjiastuti, 2012). Hidroksiapatit
telah diakui sebagai bahan implan tulang dalam berbagai aplikasi medis dan gigi
karena komposisi kimianya yang mirip dengan komposisi tulang (Mondal et al.,
Media pertumbuhan jaringan tulang terjadi pada pori – pori hidroksiapatit.
Jaringan sel tulang baru akan tumbuh di dalam pori – pori hidroksiapatit, sehingga
dapat meningkatkan regenerasi tulang dengan baik. Pembentukan hidroksiapatit
berpori dapat dilakukan dengan berbagai macam cara. Salah satunya dengan
menggunakan bahan yang menguap (volatile particles) dimana akan terbakar habis
selama proses pemanasan. Bahan – bahan porogen (pembentuk pori) yang dapat
digunakan dalam cara ini antara lain: parafin, naftalena, karbon, pati (pati singkong,
kentang, dan beras ketan), hidrogen peroksida, dan polimer sintetis lainnya
(contohnya polivinil butiral) (Sopyan et al., 2007).
Hidroksiapatit berpori dari pati mempunyai potensi yang besar untuk
dikembangkan. Hal ini disebabkan karena bahan porogen dari pati memiliki beberapa
kelebihan yaitu bersifat biodegradable, biocompatible dan ekonomis. Salah satu
sumber pati yang berpotensi untuk dijadikan sebagai bahan porogen adalah pati dari
biji durian. Biji durian memiliki kandungan pati mencapai 47,6%, biji nangka 36,7%,
dan singkong hanya 37,6% (UGM, 2015). Kandungan karbohidrat yang tinggi ini
memungkinkan untuk dimanfaatkannya biji durian sebagai bahan porogen. Selain
tidak bersaing dengan produk pangan, biji durian juga lebih ekonomis dan
ketersediaannya cukup tinggi. Perkembangan produktivitas durian di Indonesia
selama periode tahun 1990 – 2013 berfluktuasi, namun menunjukkan kecenderungan
meningkat dengan rata – rata peningkatan sebesar 4,86% per tahun (Sekretariat
Tulang ayam di Indonesia cukup besar ketersediaannya. Tulang ayam
merupakan sumber kalsium yang murah. Komposisi kalsium pada tulang ayam
adalah 30 g/100 g berat tulang ayam (Sittikulwitit et al., 2004). Metode yang telah
digunakan pada sintesis hidroksiapatit dari tulang ayam adalah hidrolisis alkalin
(Rajesh et al., 2012) dan kalsinasi. Penggunaan tulang ayam untuk pembuatan
hidroksiapatit dengan metode pengendapan kimia basah (wet chemical precipitation)
jarang dilakukan. Metode pengendapan kimia basah memiliki banyak kelebihan, yaitu
sederhana, harga bahan baku yang murah, suhu pemrosesan yang rendah, biaya
operasi yang murah, dan cocok untuk skala besar.
Adapun perkembangan penelitian sintesis hidroksiapatit dengan beberapa
metode dapat dilihat dalam Tabel 1.1.
Tabel 1.1. Perkembangan Penelitian Sintesis Hidroksiapatit
Lingkup Studi Hasil
Perlakuan panas (annealing) tulang sapi pada T 400 – 1200°C (Ooi et al., 2007).
Kristalinitas meningkat pada suhu annealing di atas 700°C dan senyawa organik yang terkandung pada HAp hilang setelah dipanaskan pada suhu di atas 600°C.
Penggunaan metode sol – gel untuk sintesis HAp dengan T Kalsinasi 200°C – 800°C (Sanosh et al., 2009).
Peningkatan suhu dapat meningkatkan ukuran partikel dan kristalinitas dari HAp (20–60 nm). water dan proses hidrotermal alkali (Barakat et al., 2009).
Tabel 1.1. Perkembangan Penelitian Sintesis Hidroksiapatit (Lanjutan) memiliki kecocokan dengan HAp standar JCPDS. Hasil FE-SEM menunjukkan pembentukan HAp berstruktur nano (80–300 nm) pada suhu 600°C.
Penggunaan metode sol gel untuk sintesis HAp, T Kalsinasi 400°C – 750°C (Agrawal et al., 2011).
Hasil XRD menunjukkan pada T 400°C – 750oC menghasilkan HAp yang memiliki kemiripan dengan pola HAp standar. Hasil FTIR menunjukkan terdapat HAp pada sampel yang dibuktikan dengan munculnya gugus PO43- dan
HAp dengan kristalinitas tinggi dan distribusi ukuran yang seragam tercapai pada metode ultrasonik pada media aquabides dengan kalsinasi.
Hidrolisis alkalin tulang ayam dengan menggunakan komposit multiwalled carbon nanotubes dan kitosan (Rajesh et al., 2012)
Hasil XRD menunjukkan HAp yang dihasilkan memiliki kesesuaian dengan HAp standar. Analisis FTIR menunjukkan terdapatnya gugus PO43-, OH dan CO32- pada sampel HAp. Ukuran partikel HAp sebesar 50-100 nm dengan rasio Ca/P sebesar 1,88.
Pembuatan HAp berpori dari limbah tulang ikan berporogen kitosan dengan metode kalsinasi (1100°C, 5 jam). (Handayani et al., 2012)
Tabel 1.1. Perkembangan Penelitian Sintesis Hidroksiapatit (Lanjutan)
HAp dengan kemurnian yang tinggi diperoleh pada T<700°C. HAp berporogen kitosan memiliki ukuran pori sebesar 0,1 – 1,0 µ m. HAp berporogen kitosan dalam bentuk pelet terlihat mempunyai pori-pori yang lebih besar dan lebih banyak dari HAp yang tanpa porogen.
Pembuatan HAp dari limbah tulang sapi menggunakan metode sol – gel. (Pinangsih et al., 2014)
Hasil XRF menunjukkan fasa anorganik utama penyusun HAp adalah Ca 80,1 % dan P 14,0 %. Hasil FTIR menunjukkan terdapatnya gugus PO4
3-, OH dan CaO pada sampel HAp. Hasil SEM EDX menunjukkan ukuran partikel HAp sebesar 0,52 µm dan rasio Ca/P sebesar 1,04.
1.2Perumusan Masalah
Penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa pori - pori pada
hidroksiapatit mempunyai peranan penting dalam meningkatkan pertumbuhan
jaringan sel tulang baru. Pori – pori pada hidroksiapatit dapat dibentuk dengan
porogen dari parafin, naftalena, karbon, pati (pati singkong, kentang, gandum dan
beras ketan), hidrogen peroksida, dan polimer sintetis lainnya. Maka pada penelitian
ini akan dilihat bagaimana keefektifan dari penggunaan pati biji durian sebagai bahan
porogen terhadap karakteristik hidroksiapatit yang dihasilkan. Sehingga dapat
diaplikasikan sebagai bahan implan pada dunia medis maupun pada bidang lainnya.
Selain itu keefektifan dari tulang ayam sebagai bahan baku pembuatan hidroksiapatit
1.3Tujuan Penelitian
Pada penelitian yang dilakukan ini diharapkan dapat:
1. Melakukan sintesis hidroksiapatit menggunakan tulang ayam sebagai sumber
kalsium.
2. Mengetahui pengaruh porogen pati biji durian terhadap luas pori
hidroksiapatit.
3. Mengetahui pengaruh suhu dan waktu kalsinasi terhadap karakteristik
hidroksiapatit berpori yang dihasilkan dari tulang ayam.
1.4Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini bagi industri dan
masyarakat adalah:
1. Memberikan informasi bahwa tulang ayam dapat disintesis menjadi
hidroksiapatit sehingga meningkatkan nilai ekonomisnya.
2. Hasil penelitian diharapkan dapat diaplikasikan ke dalam dunia biomaterial
medis yaitu sebagai material pengganti tulang (bone substitute), pelapis atau
pengisi tulang (bone filler), pengisi gigi, dan drug carrier. Aplikasi nonmedis
dari hidroksiapatit adalah meliputi media kemasan untuk kromatografi kolom,
sensor gas, katalis, dan penghilang logam berat.
3. Mendorong terciptanya usaha – usaha pengendalian pencemaran dengan cara
memanfaatkan biowaste.
1.5Lingkup Penelitian
Adapun batasan masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah
sebagai berikut:
a. Bahan – bahan yang digunakan adalah:
1. Tulang ayam sebagai sumber kalsium.
2. Pati biji durian sebagai bahan pembentuk pori atau porogen.
3. Larutan NaOH untuk mempermudah menghilangkan daging dan kulit
yang menempel pada tulang ayam. Selain itu untuk mengatur pH pada
proses pengendapan.
4. Akuades sebagai pelarut.
5. Asam fosfat sebagai prekursor.
b. Tahap preparasi: melakukan dua metode preparasi sampel yaitu secara kimia
dan fisika. Secara kimia dilakukan terlebih dahulu dengan merebus tulang
ayam dan dilanjutkan dengan perendaman dengan NaOH yang kemudian
dicuci dengan air bersih. Secara fisika dilakukan dengan pengecilan ukuran
tulang yaitu dengan membuat tepung dengan ukuran 100 – 70 mesh.
c. Tahap sintesis hidroksiapatit:
1. Variabel berubah yang digunakan antara lain suhu kalsinasi (500 dan
900oC), waktu kalsinasi (2 dan 6 jam) dan penggunaan pati dan tanpa pati
biji durian.
d. Tahap analisis hasil proses:
1. Pengujian kandungan Ca tepung tulang ayam hasil kalsinasi dengan
analisis AAS.
2. Analisis gugus fungsi dari HAp tanpa porogen dan HAp berporogen pati
biji durian untuk suhu kalsinasi 500oC dan 900oC selama 6 jam dengan
analisis FTIR.
3. Analisis fasa, ukuran kristal dan kristalinitas dari HAp tanpa porogen dan
HAp berporogen pati biji durian untuk suhu kalsinasi 900oC selama 6 jam
dengan analisis XRD.
4. Analisis morfologi dari HAp tanpa porogen dan HAp berporogen pati biji
durian untuk suhu kalsinasi 500oC dan 900oC selama 2 jam dan 6 jam
dengan analisis SEM. Analisis rasio Ca/P untuk HAp tanpa porogen dan
HAp berporogen pati biji durian untuk suhu kalsinasi 900oC selama 6 jam
