sintesis hidroksiapatit berbahan dasar tulang sapi dengan metode pretipitasi sebagai kandidat...

5
Prosiding SNMF 2014 Margi Fitriawan Sintesis Hidroksiapatit Berbahan Dasar Tulang Sapi dengan Metode Pretipitasi sebagai Kandidat Pengganti Graft Berdasarkan Compressive Strength Margi Fitriawan * , Saptaria Rosa Amalia, Budi Antoni Saputra, Eva Setyawati, Agus Yulianto, Mahardika Prasetya Aji Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Semarang Jl. Raya Sekaran Gunungpati, Semarang 50229 Indonesia * [email protected] ABSTRAK Kerusakan tulang dapat terjadi karena kecelakaan seperti terjadinya keretakan tulang, patah tulang, atau remuk. Penggati tulang yang sering digunakan adalah jenis graft. Namun bahan jenis graft kurang biokompatibel dengan tulang manusia sehingga dapat menyebabkan resiko infeksi. Salah satu kandidat pengganti graft adalah Hidroksiapatit yang lebih biokompatibel dengan jaringan tulang. Hidroksiapatit dalam sintesisnya menggunakan bahan dasar tulang sapi (mengandung CaCO 3 ) yang dikalsinasi dengan berbagai suhu dalam furnace untuk membuang karbon dalam bentuk gas karbon dioksida (CO 2 ) dan dihasilkannya kalsium oksida (CaO), kemudian kalsium oksida dilarutkan dengan aquades. Tahapan berikutnya larutan kalsium oksida direaksikan dengan diamonium fosfat (DAP) dengan cara presipitasi, yaitu meneteskan sedikit demi sedikit DAP ke larutan kalsium oksida sambil diaduk menggunakan magnetik stirrer dengan suhu 70C selama 4 jam. Setelah selesai proses pretipitasi diamkan sampel beberapa saat sampai ada endapan putih (tanda hidroksipatit), endapan ini dicuci dengan menggunakan alkohol dilanjutkan dengan dikalsinasi pada suhu 650C, 675C, 700C, 750C, 775C, 800C untuk mendapatkan biokeramik hidroksiapatit, langkah terakhir adalah karakterisasi sampel. Hasil peneltian ini didapat sampel hidroksiapatit dengan kuat tekan maksimumnya 60.91 MPa pada suhu kalsinasi tulang 775C. Melihat karakter dari sampel hidroksiapatit hasil dari pengolahan tulang sapi, maka dapat dilihat potensi yang cukup besar dari biokeramik hidroksiapatit ini dalam penggunaan di bidang kesehatan sebagai penggati jaringan tulang yang rusak. Kata kunci : Hidroksiapatit, Graft, Biokompatibel, dan Presipitasi Bone damage can occur due to accidents such as the occurrence of fractures, broken bones, or crushed. Bone substitutes are often used type of graft. But the type of graft material less biocompatible with human bones that can lead to the risk of infection. One candidate is the hydroxyapatite graft substitute more biocompatible with bone tissue. Synthesis of hydroxyapatite in bone using basic ingredients cow (containing CaCO 3 ) were calcined at various temperatures in the furnace to dispose of carbon in the form of carbon dioxide (CO2) and produces calcium oxide (CaO), then calcium oxide is dissolved with distilled water. The next stage solution of calcium oxide is reacted with diammonium phosphate (DAP) by means precipitation, which shed little by little DAP to a solution of calcium oxide with stirring using a magnetic stirrer with 70C temperature for 4 hours. After completion of the precipitation process the sample set aside a few moments until a white precipitate (sign hydroxyapatite), the precipitate is washed with alcohol followed by calcined at a temperature 650C, 675C, 700C, 750C, 775C, 800C to obtain hydroxyapatite bioceramics, the last step is to characterize the sample. The results of this research obtained hydroxyapatite samples with maximum compressive strength of 60.91 MPa at a temperature calcination 775C bone. Seeing the character of hydroxyapatite samples from the processing of cow bone, it can be seen considerable potential of hydroxyapatite bioceramics is in use in the health sector as a broken bone tissue substitutes. Keywords: hydroxyapatite, Graft, biocompatible, and Precipitation

Upload: margi-fitriawan

Post on 04-Jan-2016

261 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Sintesis Hidroksiapatit Berbahan Dasar Tulang Sapi

TRANSCRIPT

Page 1: Sintesis Hidroksiapatit Berbahan Dasar Tulang Sapi Dengan Metode Pretipitasi Sebagai Kandidat Pengganti Graft Berdasarkan Compressive Strength

Prosiding SNMF 2014

Margi Fitriawan

Sintesis Hidroksiapatit Berbahan Dasar Tulang Sapi dengan Metode

Pretipitasi sebagai Kandidat Pengganti Graft

Berdasarkan Compressive Strength Margi Fitriawan

*, Saptaria Rosa Amalia, Budi Antoni Saputra, Eva Setyawati, Agus Yulianto, Mahardika

Prasetya Aji

Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Negeri Semarang

Jl. Raya Sekaran Gunungpati, Semarang 50229 Indonesia *[email protected]

ABSTRAK

Kerusakan tulang dapat terjadi karena kecelakaan seperti terjadinya keretakan tulang, patah tulang, atau remuk. Penggati tulang

yang sering digunakan adalah jenis graft. Namun bahan jenis graft kurang biokompatibel dengan tulang manusia sehingga dapat

menyebabkan resiko infeksi. Salah satu kandidat pengganti graft adalah Hidroksiapatit yang lebih biokompatibel dengan jaringan

tulang. Hidroksiapatit dalam sintesisnya menggunakan bahan dasar tulang sapi (mengandung CaCO3) yang dikalsinasi dengan

berbagai suhu dalam furnace untuk membuang karbon dalam bentuk gas karbon dioksida (CO2) dan dihasilkannya kalsium

oksida (CaO), kemudian kalsium oksida dilarutkan dengan aquades. Tahapan berikutnya larutan kalsium oksida direaksikan

dengan diamonium fosfat (DAP) dengan cara presipitasi, yaitu meneteskan sedikit demi sedikit DAP ke larutan kalsium oksida

sambil diaduk menggunakan magnetik stirrer dengan suhu 70⁰C selama 4 jam. Setelah selesai proses pretipitasi diamkan sampel

beberapa saat sampai ada endapan putih (tanda hidroksipatit), endapan ini dicuci dengan menggunakan alkohol dilanjutkan

dengan dikalsinasi pada suhu 650⁰C, 675⁰C, 700⁰C, 750⁰C, 775⁰C, 800⁰C untuk mendapatkan biokeramik hidroksiapatit,

langkah terakhir adalah karakterisasi sampel. Hasil peneltian ini didapat sampel hidroksiapatit dengan kuat tekan maksimumnya

60.91 MPa pada suhu kalsinasi tulang 775⁰C. Melihat karakter dari sampel hidroksiapatit hasil dari pengolahan tulang sapi, maka

dapat dilihat potensi yang cukup besar dari biokeramik hidroksiapatit ini dalam penggunaan di bidang kesehatan sebagai penggati

jaringan tulang yang rusak.

Kata kunci : Hidroksiapatit, Graft, Biokompatibel, dan Presipitasi

Bone damage can occur due to accidents such as the occurrence of fractures, broken bones, or crushed. Bone substitutes are often

used type of graft. But the type of graft material less biocompatible with human bones that can lead to the risk of infection. One

candidate is the hydroxyapatite graft substitute more biocompatible with bone tissue. Synthesis of hydroxyapatite in bone using

basic ingredients cow (containing CaCO3) were calcined at various temperatures in the furnace to dispose of carbon in the form

of carbon dioxide (CO2) and produces calcium oxide (CaO), then calcium oxide is dissolved with distilled water. The next stage

solution of calcium oxide is reacted with diammonium phosphate (DAP) by means precipitation, which shed little by little DAP

to a solution of calcium oxide with stirring using a magnetic stirrer with 70⁰C temperature for 4 hours. After completion of the

precipitation process the sample set aside a few moments until a white precipitate (sign hydroxyapatite), the precipitate is washed

with alcohol followed by calcined at a temperature 650⁰C, 675⁰C, 700⁰C, 750⁰C, 775⁰C, 800⁰C to obtain hydroxyapatite

bioceramics, the last step is to characterize the sample. The results of this research obtained hydroxyapatite samples with

maximum compressive strength of 60.91 MPa at a temperature calcination 775⁰C bone. Seeing the character of hydroxyapatite

samples from the processing of cow bone, it can be seen considerable potential of hydroxyapatite bioceramics is in use in the

health sector as a broken bone tissue substitutes.

Keywords: hydroxyapatite, Graft, biocompatible, and Precipitation

Rosy
Typewritten text
318
Page 2: Sintesis Hidroksiapatit Berbahan Dasar Tulang Sapi Dengan Metode Pretipitasi Sebagai Kandidat Pengganti Graft Berdasarkan Compressive Strength

Prosiding SNMF 2014

Margi Fitriawan

PENDAHULUAN

Jutaan orang menderita cacat tulang yang

timbul dari kecelakaan, trauma, tumor atau penyakit

tulang, dan dalam kasus-kasus ekstrim dapat

mengakibatkan kematian. Setiap tahun kebutuhan

bone graft terus bertambah. Hal ini disebabkan

oleh meningkatnya jumlah kecelakaan yang

mengakibatkan patah tulang, penyakit bawaan, dan

non bawaan. Berdasarkan data di Asia Indonesia

adalah Negara dengan jumlah penderita patah

tulang tertinggi. Diantaranya, ada sebanyak 300-400

kasus operasi bedah tulang per bulan di RS. Dr.

Soetomo Surabaya (Gunawarman dkk, 2010). Bahan

tulang pengganti tradisional yang sudah umum

seperti autografts, allogratfs dan xenogratfts, tidak

tahan lama sehingga menyebabkan resiko infeksi

dan berdampak pada pengurangan kekebalan tubuh,

sehingga mempengaruhi kualitas tulang pengganti

tersebut. Hydroxyapatite (HA) adalah salah satu

biomaterial yang merupakan komponen utama

jaringan tulang dan gigi. Sifat utama

hidroksiapatit adalah memiliki biokompatibilitas,

ikatan tulang, dan dapat tumbuh serta berkembang

bersama -sama dengan tulang asli atau regenerasi

tulang yang baik.

Hidroksilapatit atau Hidroksiapatit (HA)

dengan rumus molekul Ca5(PO4)3(OH) tetapi orang

sering menulis rumusnya Ca10(PO4)6(OH)2

merupakan kalsium apatit biokeramik yang dapat

ditemukan dalam gigi dan tulang manusia. Dalam

dunia kedokteran modern sendiri material

hidroksiapatit banyak digunakan sebagai pengganti

tulang manusia yang rusak karena strukturnya yang

memang sangat mirip dan sesuai dengan tulang

manusia. Oleh karena kesesuainya tersebut maka

keberlanjutan tulang retak, patah, atau rusak yang

direkonstruksi dengan hidroksiapatit tadi dapat

dengan cepat membangun ikatan dengan tulang asli

dalam tubuh manusia.

Hidroksiapatit sendiri dapat dihasilkan

dengan menggunakan bahan alami yang mengandung

banyak kalsium dalam bentuk kalsium karbonat

CaCO3. Kalsium Karbonat dapat ditemukan dengan

mudah di sekitar lingkungan hidup kita di dalam

tulang-tulang, cangkang, dan pelindung hewan lunak.

Melihat dari melimpahnya bahan-bahan alami yang

dapat diolah untuk dijadikan sebagai bahan

pembuatan hidroksiapatit hal ini merupakan potensi

yang luar biasa baik dari segi ekonomi, farmasi,

industri, maupun kesehatan. Tulang sapi adalah salah

satu dari banyak bahan yang mengandung CaCO3

yang sangat mudah kita temukan di setiap tempat dan

waktu, hampir di semua rumah pemotongan hewan

misalnya dihasilkan tulang sapi melimpah yang pada

umumnya dijual dengan harga yang rendah bahkan

menjadi limbah, apabila limbah tulang tersebut diolah

menjadi hidroksiapatit tentu akan menaikkan nilai

ekonomi dan daya gunanya.

BAHAN DAN METODE

Bahan yang digunakan untuk membuat

hidroksiapatit dengan menggunakan metode

presipitasi adalah tulang sapi yang sudah besih dan

kering, diammonium fosfat (DAP), aquades, dan

alkohol. Kalsium oksida diekstrasi dari tulangsapi

dengan cara dikalsinasi pada suhu 600⁰C untuk

membuang karbon dalam bentuk karbon dioksida dari

kalsium karbonat tulang sapi. Berikut reaksi kimia yang

terjadi selama proses pembentukan kalsium karbonat :

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

Gambar 1. Kalsium Oksida hasil kalsinasi

Setelah proses pembentukan kalsium oksida,

senyawa ini kemudian dilarutkan dalam aquades

dengan perbandingan massa aquades terhadap kalsium

oksida adalah 3:2. Selanjutnya dilakukan metode

presipitasi dengan menambahkan diammonium fosfat

dalam larutan kalsium oksida setetes-setetes sambil

diaduk dengan magnetik stirrer pada suhu 70⁰C selama

4 jam. Setelah diaduk selama 4 jam diamkan larutan

Rosy
Typewritten text
319
Page 3: Sintesis Hidroksiapatit Berbahan Dasar Tulang Sapi Dengan Metode Pretipitasi Sebagai Kandidat Pengganti Graft Berdasarkan Compressive Strength

Prosiding SNMF 2014

Margi Fitriawan

selama 1 hari sampai terlihat endapan putih, di sini

sudah terlihat adanya hidroksiapatit yang terbentuk

dari endapan putih hasil presipitasi tersebut. Reaksi

yang terjadi selama proses presipitasi adalah sebagai

berikut :

10.CaO (s)+2.H2O (l)+6 (NH4)2HPO4 (l)

Ca10(PO4)6(OH)2 (s)+12 NH4OH (l)

Gambar 2. Larutan Hasil Proses Presipitasi

Kemudian endapan putih hasil presipitasi ini

di cuci menggunakan alkohol dan dikalsinasi pada

variasi suhu 650⁰C, 675⁰C, 700⁰C, 750⁰C, 775⁰C, 800⁰C

untuk menghasilkan biokeramik hidroksiapatit. Serbuk

hasil kalsinasi ini selanjutnya dicetak menggunakan mesin

press dengan tekanan 5 ton. Sehingga berbentuk palet dan

kemudian dikarakterisasi compressive strength

menggunakan alat universal testing machine.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil dari proses sintesis hidroksiapatit dengan

metode presipitasi berupa serbuk putih kekuningan yang

ditampakan pada Gambar 3. karena keterbatasan alat yang

digunakan maka identifikasi awal yang digunakan untuk

menunjukan keberhasilan pembentukan hidroksiapatit

adalah dari warna serbuk yang dihasilkan tadi yaitu putih

kekuningan dimana warna keuning disumbang oleh gugus

PO4 sehingga semakin tinggi kandungannya dalam

hidroksiapatit makan akan semakin kuning warna serbuk

hidroksiapatit yang dihasilkan.

Gambar 3. Hidroksipatit hasil kalsinasi

Kemudian serbuk ini hidroksiapatit ini dicetak dengan

menggunakan mesin press dengan parameter tekanan

sebesar 3 ton metrik. Hasil cetakan semuai sampel

kemudian diukur dimensinya dengan menggunakan jangka

sorong, apabila ada sedikit ketidaksesuaian dimensi antara

satu sampel dengan sampel lain maka disesuaikan dengan

cara diamplas.

Gambar 4. Sampel yang telah dicetak

Selanjutnya sampel yang telah jadi ini dikarakterisasi sifat

mekaniknya yaitu kuat tekan atau compressive strength nya.

Pada uji kuat tekan (compressive strength) dengan

menggunakan universal testing machine didapatkan kuat

tekan dari hidroksiapatit seperti yang ditunjukan pada

grafik berikut :

Gambar 5. Grafik Hubungan Suhu dengan Kuat Tekan

Dari grafik kita dapat melihat bahwa semakin tinggi suhu

kalsinasi yang diset pada furnace maka akan semakin tinggi

kuat tekan sampel hidroksiapatit hal ini terjadi karena

semakin tinggi suhu kalsinasi maka ikatan antar senyawa

semakin kuat. Akan tetapi pada suhu tertentu kuat tekan

malah semakin menurun seperti terlihat pada sampel

dengan suhu 800 oC hal terjadi karena pada suhu yang

terlalu tinggi maka ikatan antar senyawa yang terbentuk

justru semakin melemah. Untuk itu dari hasil penelitian ini

nilai optimum untuk pembentuk hidroksiapatit adalah pada

suhu kalsinasi 775 oC dengan kuat tekan pada sampel yaitu

60,91 MPa, pada suhu lebih dari 775 oC tren grafik kuat

tekan cenderung menurun.

Rosy
Typewritten text
320
Page 4: Sintesis Hidroksiapatit Berbahan Dasar Tulang Sapi Dengan Metode Pretipitasi Sebagai Kandidat Pengganti Graft Berdasarkan Compressive Strength

Prosiding SNMF 2014

Margi Fitriawan

Sedangkan analisis data dari statistik didapat beberapa

parameter sebagai berikut

Tabel 1. Analisis Statistik Data

Gambar 6. Trendline Data

Sedangkan analisis yang digunakan adalah dengan regresi

kuadratik karena bentuk grafik data yang cenderung

kuadratik. Tabel diatas dapat memberi beberapa informasi

diantaranya suhu kalsinasi akan mempengaruhi kuat tekan

hidroksiapatit 76,7 %, ini didapat dari nilai R Square di

tabel. Ini menunjukan bahwa ada variabel lain yang

mempengaruhi kuat tekan hidroksiapati yang dihasilkan

dan merupakan hal yang menarik untuk dikaji serta diteliti

lebih lanjut. Selain itu dari tabel di atas kita dapat

memprediksi nilai kuat tekan dengan parameter suhu

kalsinasi, persamaan untuk memprediksi kuat tekan

hidroksiapatit adalah sebagai berikut (lihat Parameter

Estimates) :

y = -0.002x2 + 2.3142x - 829.82

Dimana y adalah kuat tekan hidroksiapatit, sedangkan x

suhu kalsinasi hidroksiapatit.

SIMPULAN

Berdasarkan penelitian ini, dapat disimpulkan sifat

Mekanik kuat tekan (compressive strength) dari

hidroksiapatit yang disintesis dengan metode presipitasi

dengan variasi suhu kalsinasi akan optimum pada 775⁰C

menghasilkan kuat tekan 60,91 MPa, untuk suhu kalsinasi

pada kisaran 0 oC sampai 775oC nilai kuat tekan akan

sebanding dengan suhu kalsinasinya ditulis secara

matematisnya :

Sedangkan untuk suhu diatas 775oC nilai kuat tekan

berbanding terbalik dengan suhu kalsinasinya atau

matematisnya adalah :

Dan untuk kuat tekan hidroksiapatit pada rentang suhu

kalsinasi 650oC sampai 800oC dapat diprediksi secara

statistic dengan persamaan :

P = -0.002T2 + 2.3142T – 829.82

Dengan T dalam derajat celcius.

Untuk aplikasi hidroksiapatit berbahan dasar tulang sapi

untuk kandidat pengganti graft dapat dilakukan melihat dari

sifatnya yang biokompatibel dan dari hasil penelitian ini

yang kuat tekan hidroksiapatit sudah memenuhi untuk

digunakan sebagai pengganti graft.

REFERENSI

Gunawarman, Malik, A., Mulyadi S., Riana, Hayani,

A. 2010. Karakteristik Fisik dan Mekanik

Tulang Sapi Variasi Berat Hidup sebagai

Referensi Desain Material Implan. Seminar

Rosy
Typewritten text
321
Page 5: Sintesis Hidroksiapatit Berbahan Dasar Tulang Sapi Dengan Metode Pretipitasi Sebagai Kandidat Pengganti Graft Berdasarkan Compressive Strength

Prosiding SNMF 2014

Margi Fitriawan

Nasional Tahunan Teknik Mesin

(SNMTTM) ke-9.

Saryati, Sulistioso Giat S.,Ari Handayani, Supardi,

Puji Untoro dan Bambang Sugeng. 2012.

HIDROKSIAPATIT BERPORI DARI

KULIT KERANG. Jurnal Sains Materi

Indonesia : Edisi Khusus Material untuk

Kesehatan.

Soejoko, Djarwani S., dan Wahyuni, Sri. 2002.

SPEKTROSKOPI INFRAMERAH

SENYAWA KALSIUM FOSFAT HASIL

PRESIPITASI. MAKARA SAINS : VOL. 6

NO.3.

A.JILLAVENKATESA,R.A.CONDRATESR. 1998.

Sol-gel processing of hydroxyapatite. Jurnal

of Materials Science : VOL. 30 4111-4119.

Rahman, Khalifatur. 2012. PENGARUH LAMA

MILLING PADA SINTESIS

BIOKERAMIK HYDROXYAPATITE

(HA) DENGAN METODE SOLID-STATE

REACTION TERHADAP KEKRISTALAN,

MIKROSTRUKTUR, DAN KUAT TEKAN.

Malang : Universitas Negeri Malang.

Miranda Zawazi Ichsan, Siswanto, Dyah Hikmawati.

SINTESIS KOMPOSIT KOLAGEN-

HIDROKSIAPATIT SEBAGAI

KANDIDAT BONE GRAFT. JURNAL

FISIKA DAN TERAPANNYA VOLUME 1,

NOMOR1, JANUARI 2013

Rosy
Typewritten text
322