PREPARASI DAN KARAKTERISASI

CALSIUM FERRITE (CaFe4O7) DARI KERAMIK BIO GELAS

MELALUI SIMULATED BODY FLUID (SBF) RINGER

UNTUK IDENTIFIKASI SEL KANKER

TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai syarat untuk menempuh Sarjana Strata Satu

pada Program Studi Teknik Material, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara,

Institut Teknologi Bandung

Disusun oleh :

Irwan Taufik Hermawan

13703038

Pembimbing:

Dr. Ir. Bambang Sunendar

PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL

FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2008

LEMBAR PENGESAHAN

PREPARASI DAN KARAKTERISASI

CALSIUM FERRITE (CaFe4O7) DARI KERAMIK BIO GELAS

MELALUI SIMULATED BODY FLUID (SBF) RINGER

UNTUK IDENTIFIKASI SEL KANKER

Tugas Akhir

Diajukan sebagai syarat untuk menempuh Sarjana Strata Satu

pada Program Studi Teknik Material, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara,

Institut Teknologi Bandung

Oleh:

Irwan Taufik Hermawan

13703038

Bandung, 20 Februari 2008 Pembimbing Tugas Akhir

Dr. Ir. Bambang Sunendar

NIP.131126172

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JL. GANESHA 10 BANDUNG 40132 TELP/FAX : 022-2508144

TUGAS SARJANA Diberikan kepada : Irwan Taufik Hermawan

Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Bambang Sunendar

Jangka Waktu Penyelesaian : 4,5 bulan

Judul : Preparasi dan Karakterisasi Calsium Ferrite (CaFe4O7)

dari Keramik Bio Gelas melalui SBF Ringer

untuk Identifikasi Sel Kanker

Isi Tugas : 1. Studi literatur dan penentuan komposisi keramik bio gelas

2. Membuat keramik bio gelas dan SBF Ringer

berdasarkan ASTM F 2129

3. Pengaruh Heat Treatment pada pembuatan keramik

keramik bio gelas

4. Menghitung pengurangan berat serbuk keramik

bio gelas setelah direndam ke dalam larutan SBF Ringer

5. Karakterisasi XRD dan SEM pada keramik bio gelas

sebelum dan setelah direndam ke dalam larutan SBF

Ringer

Bandung, 20 Februari 2008

Pembimbing

Dr. Ir. Bambang Sunendar

NIP. 131471326

Karya ini Irwan persembahkan kepada keluarga yang Irwan cintai :

Mamah, Bapak, Aa Agus atas setiap do`a, harapan, tetesan keringat, dukungan,

perjuangan, pengorbanan, kasih sayang, kesabaran, sampai sekarang ...

Semoga Alloh SWT meridhoi kita semua

ABSTRAK

Adanya kebutuhan akan penyembuhan penyakit yang lebih baik dan lebih

cepat telah meningkatkan kebutuhan teknologi biomaterial terutama biomedis

khususnya pada terapi kanker.

Penggunaan biomaterial di dalam tubuh sangat berguna untuk memperbaiki

kualitas hidup manusia sekaligus menyelamatkan nyawa banyak orang tiap

tahunnya.

Pertumbuhan sel kanker sangat cepat dan mudah menempel di jaringan

tubuh karena sifat hidrofiliknya sehingga perlu mengidentifikasi sel kanker lebih

cepat dan selanjutnya dilakukan terapi untuk memusnahkannya.

Calcium ferrite (CaFe4O7) adalah senyawa yang fasanya menyerupai tulang.

sehingga sangat mungkin untuk digunakan sebagai bahan dalam perbaikan tulang.

Sedangkan hematite (α-Fe2O3) digunakan sebagai bio gelas aktif yang berfungsi

sebagai bahan magnetik yang tidak stabil untuk mendeteksi adanya sel kanker

yang juga bersifat tidak stabil.

Karakter struktur mikro morfologi apatite di permukaan diinvestigasi dengan

XRD dan SEM yang selanjutnya menunjukkan bioaktivitas dari keramik bio gelas

sebelum diaplikasikan dalam terapi kanker

Kata kunci : Keramik bio gelas aktif, calcium ferrite, hyperthermia, apatite

i

ABSTRACT

Demand for better and faster physical healing have improved biomaterial

technology especially biomedic in cancer therapy.

The using of biomaterial in human body is very useful for improving

quality of human life and also save many people every year.

Cancer cells growth very fast and fix in body network easily because its

hydrophilic characteristic so we need identifying cancer cells faster and then

doing therapy for damaging it.

Calcium ferrite (CaFe4O7) is compound having phase like bone so that

very possible to use as material in improving bone structure. Meanwhile hematite

(α-Fe2O3) used as bioactive glass that have main function as magnetic material to

detect existence of cancer cells that also unstable.

Microstructure morphology character of apatite in the surface were

investigated by XRD and SEM then we know bioactivity of bio glass ceramic

before applying in cancer therapy.

Keywords : Bio glass active ceramics; calcium ferrite; hyperthermia; apatite

ii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Alloh SWT atas segala

bimbingan, petunjuk, rahmat dan ridho-Nya sehingga penulis diberi kesempatan dan

kemampuan untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.

Shalawat dan salam, semoga selalu tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga, sahabat

dan para pengikutnya hingga akhir zaman.

Hanya atas izin Allah, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul

“Preparasi dan Karakterisasi Calsium Ferrite (CaFe4O7) dari Keramik Bio Gelas

melalui SBF Ringer untuk Identifikasi sel Kanker”.

Selesainya tugas akhir ini tentunya tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang

telah memberikan bimbingan, dorongan semangat, saran, sumbangsih pikiran, dan do’a.

Penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada

Bapak Dr. Ir. Bambang Sunendar yang telah membagikan waktu, pikiran, dukungan serta

kesabaran dalam proses penyelesaian tugas akhir penulis.

Selanjutnya penulis juga ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya

kepada :

1. Mamah dan Bapak tercinta yang tidak henti-hentinya memanjatkan do’a dalam

setiap kesempatan untuk kebaikan penulis dalam menapaki setiap tahap

kehidupan ini. Hanya Alloh yang mengetahui dan sanggup membalas setiap bait

do’a yang terucap.

2. Kakakku tercinta : Agus Darmawan yang banyak memberikan inspirasi dan

arti hidup yang bermakna dan menciptakan nilai yang berharga

3. Tanti Imaniaty alias Tie yang selalu ngasih dukungan, bantuan dan semangat yang

sangat berarti. Thanx my sweetest dear ☺

4. Partner sejati selama saya kuliah & mengerjakan TA yaitu Josafat dan Hans

5. Temen-temen angkatan 2003 lain seperjuangan untuk lulus wisuda Maret 2008 :

Tumpal, Ari, Mahetsa, Galih, Jan, Eko, Helmi, Elia

iii

6. Bapak Dr. Ir. Aditianto Ramelan yang telah memberi inspirasi, semangat dan

banyak membantu penulis selama kuliah di Teknik Material

7. Bapak Dr. Husaini Ardy selaku dosen wali dan dosen penguji sidang tugas akhir

yang cerdas, unik dan eksentrik

8. Bapak Dr. Hermawan Judawisastra selaku dosen penguji yang telah memberi

inspirasi tentang kehidupan setelah lulus dari kuliah

9. Seluruh dosen Teknik Material dan Ketua Program Studi Teknik Material ITB

10. Seluruh Staf Laboratorium Teknik Fisika ITB dan temen-temen Teknik Fisika

11. Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik dan Pak Idrus

12. Seluruh Staf TU Teknik Material dan Lab Logam : T` Titin, T` Wiwi, T` Wulan

13. Balai Besar Keramik

14. T` Nur (Lab Farmasi), Bu Sri (TU Farmasi), Pa Herry (TU SITH), T` Kokom (SITH),

Bu Ida (Kabag SITH), Bu Lubna Baradja dan Bu Khodijah (Kimia)

14. Pa Wikanda, Pa Wawan, Pa Purwo, Bu Dwi dari PPGL Pasteur

15. Teman-teman di lab Logam dari seluruh angkatan yang tidak bisa disebutkan satu

persatu, terima kasih atas kebersamaan dan persahabatan selama ini.

16. Warga MTM, Mahasiswa Muslim Material (MIM), dan mahasiswa teknik

material angkatan 2003 terima kasih atas persahabatan yang telah dibangun

selama ini.

17. Keluarga besar Kokesma dan Tokema ITB beserta T` Nani, terima kasih atas

kerjasama, kekeluargaan, dan persahabatan yang telah dibangun selama ini.

18. Serta semua pihak yang tak dapat disebut satu per satu yang telah memberikan

bantuan moril maupun materil, semoga Alloh SWT memberikan balasan yang

lebih baik.

Akhir kata, penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi siapa saja

yang memerlukan dan mendalami keilmuan khususnya di bidang biomaterial.

Bandung, 20 Februari 2008

Penulis

iv

v

DAFTAR ISI

ABSTRAK................................................................................................................i

ABSTRACT............................................................................................................. ii

KATA PENGANTAR............................................................................................ iii

DAFTAR ISI............................................................................................................ v

DAFTAR GAMBAR..............................................................................................vii

DAFTAR TABEL................................................................................................. viii

BAB I PENDAHULUAN........................................................................................ 1

1.1. Latar Belakang............................................................................................. 1

1.2. Tujuan Penelitian......................................................................................... 2

1.3. Ruang Lingkup dan Batasan Masalah.......................................................... 3

1.4. Metodologi Penelitian.................................................................................. 3

1.5. Sistematika Penulisan Laporan.................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................. 6

2.1. Material Keramik......................................................................................... 6

2.2. Bio Material................................................................................................. 7

2.2.1. Pengujian Biomaterial.......................................................................... 8

2.2.2. Reaksi Tubuh terhadap Biomaterial..................................................... 8

2.2.3. Persyaratan Biomaterial untuk Terapi Kanker..................................... 9

2.3. Gelas (Glass) ............................................................................................. 11

Keramik 2.4. Bio Gelas.................................................................................... 13

2.5. Sel Kanker................................................................................................. 14

2.6. Hyperthermia (Termoterapi) pada Penyakit Kanker................................. 15

2.7. Hubungan antara SBF, α-Fe O , Radiotherapy Glass...............................2 3 16

2.8. Simulated Body Fluid (SBF)..................................................................... 17

2.8.1. Simulated Body Fluid (SBF) Ringer................................................. 18

2.8.2. Tris Buffer Solution (TBS) ............................................................... 19

2.9. Larutan Penyangga (Buffer).................................................................... 20

2.10. Heat Treatment........................................................................................ 21

v

2.11. Karakterisasi Material ............................................................................. 21

2.11.1. Scanning Electron Microscope (SEM).......................................... 22

2.11.2. X Ray Diffraction (XRD).............................................................. 24

2.11.2.1. Analisa Kualitatif Menggunakan XRD......................................... 26

2.11.2.2. Determinasi Ukuran Kristalit ........................................................ 27

BAB III METODOLOGI PENELITIAN............................................................... 28

3.1. Diagram Alir Penelitian............................................................................. 29

3.2. Alat dan Bahan........................................................................................... 30

3.3. Langkah-langkah Percobaan...................................................................... 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................... 34

4.1. Analisa Struktur Mikro Morfologi Permukaan.......................................... 34

4.2. Analisa XRD ............................................................................................. 42

4.3. Analisa Pengurangan Berat (weight loss) ................................................. 46

4.4. Analisa Perubahan pH............................................................................... 47

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN................................................................ 48

5.1. Kesimpulan ............................................................................................... 48

5.2. Saran.......................................................................................................... 48

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 49

LAMPIRAN (EDX GC 21 atau BG-3 pada 475 oC)

vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1. Fenomena Permukaan Biocompability Material............................... 9

Gambar 2. 2. Struktur amorf gelas silika (SiO2) ................................................... 11

Gambar 2. 3. Proses terbentuknya gelas ............................................................... 12

Gambar 2. 4. Transformasi perubahan fasa silika (SiO2)...................................... 13

Gambar 2. 5. Sel kanker sebelum dan setelah mengalami treatment.................... 16

Gambar 2. 6. Cara kerja stirer magnetik pada pembuatan SBF Ringer ................ 18

Gambar 2. 7. Proses heat treatment keramik gelas............................................... 21

Gambar 2. 8. Skema dasar SEM ........................................................................... 22

Gambar 2. 9. Interaksi elektron dengan spesimen ................................................ 24

Gambar 2. 10. Difraksi sinar X oleh bidang-bidang atom pada kristal................. 25

Gambar 3. 1. pH meter Beckman 50 (Lab SF ITB) 31

Gambar 3. 2. Proses pembuatan gelas (Lab metalurgi mekanik ITB) 31

Gambar 3. 3. Serbuk Gelas 1 dan Gelas 2 setelah digerus dengan mortar 32

Gambar 3. 4. Timbangan digital miligram di sekolah Farmasi ITB 33

Gambar 4. 1. SEM Gelas tanpa heat treatment 34

Gambar 4. 2. SEM gelas BG-1 35

Gambar 4. 3. SEM gelas BG-2 36

Gambar 4. 4. SEM Gelas BG-3 37

Gambar 4. 5. EDX untuk BG-3 38

Gambar 4. 6. SEM Gelas BG-1 setelah perendaman di dalam SBF Ringer 39

Gambar 4. 7. SEM Gelas BG-2 setelah perendaman di dalam SBF Ringer 40

Gambar 4. 8. SEM Gelas BG-3 setelah perendaman di dalam SBF Ringer 41

Gambar 4. 9. Kurva XRD gelas tanpa heat treatment 42

Gambar 4. 10. Kurva XRD gelas tanpa heat treatment (literatur) 42

Gambar 4. 11. Keramik gelas BG-1 sebelum & setelah direndam di SBF Ringer 43

Gambar 4. 12. Keramik gelas BG-2 sebelum & setelah direndam di SBF Ringer 44

Gambar 4. 13. Keramik gelas BG-3 sebelum & setelah direndam di SBF Ringer 45

vii

DAFTAR TABEL

Tabel II. 1. Konsentrasi ion pada SBF (mM)........................................................ 17

Tabel II. 2. Komposisi penyusun konsentrasi ion SBF......................................... 18

Tabel II. 3. Perbandingan Tris-HCl....................................................................... 19

Tabel III. 1. Heat treatment Gelas pada berbagai temperatur............................... 32

Tabel IV. 1. Data pengurangan berat (weight loss)............................................... 46

Tabel IV. 2. Data pH sebelum dan setelah direndam di larutan SBF Ringer ....... 47

viii

9