BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Kristal hydroxyapatite [Ca10(PO4)6(OH)2] merupakan komponen yang membentuk mayoritas komponen tulang dan gigi manusia. Sehingga, hydroxyapatite memiliki peranan yang sangat penting dalam regenerasi cacat tulang (Dahotre, 2008). Biokeramik hydroxyapatite (HA) juga banyak digunakan untuk memperbaiki dan merekontruksi bagian tulang manusia yang rusak terutama sebagai tulang pengganti dalam pengisian tulang (Descamps dkk, 2008). Dalam aplikasi dibidang biomedis, morfologi dan ukuran partikel menjadi parameter penting karena mineral tulang terdiri dari kristal hidroksiapatit kecil di nanoregime. Nanostruktur hidroksiapatit memiliki bioaktivitas yang lebih baik daripada kristal kasar, sehingga hal inilah yang mendorong berkembangnya nanoteknologi untuk membuat material HA dengan skala nanometer (Fathi dkk, 2008).

Walaupun hydroxyapatite dapat meniru struktur tulang manusia, perbaikan kualitas sifat mekanik masih sangat banyak diinginkan. Kerapuhan dan rendahnya daya tarik menyebabkan terbatasnya aplikasi dari HA. Selain itu, bahan bioaktif seperti itu harus secara spontan mengikat dan mengintegrasikan dengan tulang di tubuh yang hidup. Dengan demikian, pengembangan material HA masih diperlukan. Sifat kimia dan struktur morfologi HA sangat bergantung terhadap perubahan komposisi kimia dan kondisi pengolahan (Bogdanoviciene dkk, 2006).

Disamping morfologi dan ukuran partikel, kemurnian dari serbuk berpengaruh terhadap properti HA yang akan diaplikasikan dalam bidang ortopedi, bahan pembuat gigi, maupun implant jaringan. Oleh karena itu, hydroxyapatite berukuran nanometer telah dikembangkan dengan kemurnian serta kristalinitas tinggi untuk meningkatkan kerapatan, kekuatan dan sifat bioaktifnya.

Keramik adalah senyawa anorganik dari logam atau non logam, dengan ikatannya ionik atau kovalen dan biasanya terbentuk pada suhu yang tinggi. Bioceramics adalah bahan yang digunakan untuk memperbaiki kerangka atau jaringan keras.

Bab I Pendahuluan

Laboratorium Mekanika Fluida dan Pencampuran

Jurusan Teknik Kimia FTI - ITS

I-2

Bioceramics terdiri dari bioinert (alumina, zirkonia), bioresorbable (tricalcium fosfat), bioaktif (hidroksiapatit, bioactive glasses, dan glass ceramics), dan keramik yang memiliki pori digunakan untuk jaringan yang masih tumbuh (lapisan hidroksiapatit, dan lapisan bioglass pada bahan metalik) (Dahotre, 2008)

Keramik bioinert tidak berpengaruh dan berinteraksi dengan jaringan tubuh sedangkan keramik bioaktive dapat berikatan dengan jaringan tulang yang hidup. Fenomena bioaktifitas tersebut menunjukkan adanya reaktivitas material tersebut dengan lingkungannya. Keramik tipe bioinert seperti alumina dan zirkonia digunakan sebagai prototipe yang diaplikasikan secara klinis sebagai bahan implant. Keramik tersebut memiliki kinetika reaksi yang sangat lambat sehingga dikatakan sebagai material yang hampir inert. Tetapi kebalikannya keramik bioaktif memiliki kinetika reaksi yang sangat cepat sehingga dapat bereaksi dengan cairan tubuh menghasilkan bahan tulang baru. Oleh karena itu, keramik bioaktif dapat digunakan untuk memperbaiki bagian tulang, yaitu dengan cara mengganti bagian tulang yang rusak atau meregenerasi tulang. Pada saat ini pembahasan keramik bioactive lebih dipusatkan pada sintesis HA dengan penambahan additive.

Ada beberapa metode untuk membuat serbuk hydroxyapatite yaitu dengan reaksi pada kondisi padat (solid-state reaction) dan metode larutan-cair (liquid-solution). Reaksi pada kondisi padat dilakukan pada temperatur tinggi memiliki keuntungan antara lain HA yang dihasilkan memiliki kemurnian dan kristalinitas yang baik. Tetapi, HA yang dibuat dengan metode reaksi pada kondisi padat (solid-state reaction) menghasilkan partikel dengan ukuran besar dan morfologi tidak teratur. Metode larutan-cair (liquid-solution) seperti sol-gel, hydrothermal, mikroemulsi, dan presipitasi memiliki keuntungan pengaturan morfologi serta ukuran serbuk HA cukup baik sehingga telah diaplikasikan untuk membuat serbuk HA berukuran nano. Tetapi metode ini memiliki kelemahan yaitu produk yang dihasilkan mengandung kontaminan serta kristalinitas yang rendah karena proses pembuatannya dilakukan

Bab I Pendahuluan

Laboratorium Mekanika Fluida dan Pencampuran

Jurusan Teknik Kimia FTI - ITS

I-3

pada temperatur rendah sehingga produk yang dihasilkan kurang memenuhi syarat apabila diaplikasikan dibidang biomedis.

Metode lain yang lebih modern dikembangkan untuk menghasilkan kristal HA dengan kristalinitas, morfologi, ukuran partikel serta kemurnian yang tinggi adalah metode sintesis dengan teknik aerosol. Dalam metode ini prekursor dicampur pada larutan pada level atomik. Yang tergolong dalam metode ini adalah metode spray pyrolysis dan flame spray pyrolysis.

Pada metode spray pyrolysis sumber panas peroleh dari dinding yang dipanaskan secara elektrik, sedangkan flame spray pyrolysis flame sebagai sumber panas yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar (LPG). Kedua metode tersebut diadopsi untuk membuat bubuk yang berukuran nanometer. Kelebihan flame spray pyrolisys dibandingkan spray pyrolysis adalah sumber energi pemanas (LPG) harganya lebih murah dibandingkan pemanasan melalui dinding yang mengkonsumsi energi (elektrik) yang lebih besar dan lebih mahal. Metode flame spray pyrolysis juga lebih mudah di scale up untuk kuantitas komersial daripada metode spray pyrolysis, sehingga hal inilah yang menjadi dasar pemilihan sintesis serbuk HA dengan metode flame spray pyrolysis. Dalam metode ini penambahan additive, temperatur pembakaran dan waktu tinggal partikel didalam proses pembakaran adalah parameter yang penting untuk menentukan karakteristik serbuk HA. I.2 Perumusan Masalah Dari uraian latar belakang tersebut di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan yang akan diselesaikan adalah melakukan eksperimen untuk mengetahui pengaruh penambahan additive dalam proses sintesis serbuk hydroxyapatite (HA) dengan metode flame spray pyrolysis terhadap kemurnian, ukuran, dan bentuk partikel hydroxyapatite. I.3 Batasan Penelitian Penelitian ini menggunakan metode flame spray pyrolysis untuk mensintesis/memperoleh partikel hydroxyapatite (HA)

Bab I Pendahuluan

Laboratorium Mekanika Fluida dan Pencampuran

Jurusan Teknik Kimia FTI - ITS

I-4

dengan peralatan utama yang terdiri dari ultrasonic nebulizer, flame nozzle, cyclone, burner, powder collector, water trap dan pompa vakum. Prekursor yang digunakan dalam penelitian ini adalah larutan Ca(NO3)2.4H2O, (NH4)2HPO4, solvent aquadest (H2O), dan additive berupa etilen glikol, glukosa dan urea. Udara digunakan sebagai carier gas sekaligus oksidizer, dan untuk bahan bakar digunakan LPG. I.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan additive pada proses sintesis hydroxyapatite (HA) powder dengan metode flame spray pirolysis terhadap kemurnian, ukuran, dan bentuk partikel hydroxyapatite yang terbentuk. I.5 Manfaat Penelitian

Dengan penelitian ini diharapkan dapat mengetahui pengaruh additive dari beberapa variabel dan membandingkannya sehingga diperoleh kondisi terbaik dalam mendapatkan hydroxyapatite dari segi struktur, kristalinitas, dan ukuran partikel tersebut

I.6 Penelitian Terdahulu Penelitian sebelumnya adalah tentang sintesis hydroxyapatite berukuran nano dengan metode flame spray pyrolysis dilakukan oleh Cho dan Kang (2007). Penelitian tersebut bertujuan untuk menghasilkan HAp dengan ukuran nanometer yang memiliki kristalinitas tinggi dan ketepatan stoichiometri yang sesuai yang dibuat pada temperatur tinggi dengan metode flame spray pyrolysis dari spray larutan dengan polyethylene glycol (PEG) sebagai additive. Ukuran rata-rata partikel yang dihasilkan melalui teknik ini adalah beberapa puluh hingga ratusan nanometer tergantung dari PEG yang ditambahkan dalam spray larutan pada temperatur post-treatment 800oC. Dalam analisa TEM-EDX (Transmission Electron Microscope & Energy Dispersive X-ray) diperoleh rasio antara kalsium dan posfat sebesar 1,69. Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Warsito dan

Bab I Pendahuluan

Laboratorium Mekanika Fluida dan Pencampuran

Jurusan Teknik Kimia FTI - ITS

I-5

Setyawan (2009) yang mempelajari pengaruh dari fuel gas, oxidizer dan gas pembawa terhadap morfologi dan kristalinitas partikel. Prasetyo dan Akmal (2010) melakukan penelitian sintesa HA menggunakan metode flame spray pyrolysis bertujuan mendapatkan partikel berukuran nanometer dengan penambahan additive urea, ethylene glycol, dan glukosa.

Bab I Pendahuluan

Laboratorium Mekanika Fluida dan Pencampuran

Jurusan Teknik Kimia FTI - ITS

I-6

(Halaman ini sengaja dikosongkan)