skripsi efek variasi komposisi kondroitin sulfat …repository.unair.ac.id/29835/1/halaman...

i

SKRIPSI

EFEK VARIASI KOMPOSISI KONDROITIN SULFAT TERHADAP

KARAKTERISTIK KOMPOSIT SCAFFOLD KITOSAN-KONDROITIN

SULFAT/HIDROKSIAPATIT SEBAGAI KANDIDAT BONE GRAFT

TIA RAHAYU WIJAYANTI

PROGRAM STUDI S-1 TEKNOBIOMEDIK

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS AIRLANGGA

2016

ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA

SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI

iv

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam

lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi

kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan

sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah.

Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga



vi

Tia Rahayu Wijayanti, 2016, Efek Variasi Komposisi Kondroitin Sulfat

Terhadap Karakteristik Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin

Sulfat/Hidroksiapatit Sebagai Kandidat Bone Graft Skripsi ini di bawah

bimbingan Dr. Aminatun, Ir., M.Si dan Dr. Prihartini Widiyanti, drg., M.Kes.,

Program Studi S1 Teknobiomedik, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.

Abstrak

Kasus bone defect di Indonesia karena patah tulang karena kecelakaan lalu

lintas mencapai 24 juta kasus per tahun dan patah tulang karena osteoporosis

mencapai 350.000. Bone defect dapat diatasi dengan menggunakan bone graft,

scaffold merupakan salah satu bentuk bone graft yang sedang dikembangkan.

Scaffold tri-komponen lebih efektif untuk teknik jaringan, beberapa bahan yang

cocok yaitu kitosan, hidroksiapatit dan kondroitin sulfat karena biokompatibilitas,

non-toksisitas, dan biodegradabilitas yang baik serta dapat diserap oleh tubuh.

Tujuan penelitian ini untuk mengetahui efek penambahan kondroitin sulfat dan

komposisi terbaik dari variasi komposisi kitosan-kondroitin sulfat/hidroksiapatit

sebagai kandidat bone graft. Proses sintesis komposit scaffold menggunakan

metode freeze dry. Hasil sintesis komposit scaffold kitosan-kondroitin

sulfat/hidroksiapatit dilakukan karakterisasi (uji gugus fungsi, uji morfologi, uji

porositas, uji biodegradasi dan uji sitotoksisitas). Hasil uji gugus fungsi terdapat

gugus fungsi yang sesuai dengan material pembentuknya. Hasil uji morfologi

didapatkan range ukuran pori 26-239 µm sesuai dengan ukuran pori scaffold yang

ideal. Hasil uji porositas scaffold sebesar 90,06 - 93,48% sesuai dengan porositas

tulang cancellous. Hasil uji biodegradasi terjadi penurunan massa pada setiap

sampel dengan rentang 27,149 - 60,658%. Uji toksisitas menunjukkan kelima

sampel komposit scaffold tidak bersifat toksik terhadap sel. Bedasarkan hasil

karakterisasi ini, komposit scaffold kitosan-kondroitin sulfat/hidroksiapatit

memiliki potensi sebagai bone graft dengan variasi terbaik pada sampel C yaitu

50:35:15 %wt.

Kata kunci : scaffold, kitosan, kondroitin sulfat, hidroksiapatit, bone graft



vii

Tia Rahayu Wijayanti, 2016, Variation Effects of Chondroitin Sulfate

Composition of Characteristics Composite Scaffold Chitosan-Chondroitin

Sulfate/Hydroxyapatite as Bone Graft Candidate, Thesis, under guidance of

Dr. Aminatun, Ir., M.Si dan Dr. Prihartini Widiyanti, drg., M.Kes., Biomedical

Engineering, Physics Department, Faculty of Sains and Technology, Airlangga

University, Surabaya

Abstract

The case of bone defect in Indonesia because of fracture due to traffic

accident reached 24 million cases per year and fracture due to osteoporosis

reached 350,000 cases per year. Bone defect can be solved by using a bone graft,

scaffold is one form of bone graft which is being developed. Tri-component

scaffold is more effective for tissue engineering, some suitable materials such as

chitosan, hydroxyapatite and chondroitin sulfate have good biocompatibility, non-

toxicity, and biodegradability can be absorbed by the body. The purpose of this

study are to determine the effect of the addition of chondroitin sulfate and the best

composition variation of composition of chitosan-chondroitin sulfate /

hydroxyapatite as a bone graft candidate. The synthesis process of composite

scaffold using freeze dry method. Results from macufacture of composite scaffold

of chitosan-chondroitin sulfate / hydroxyapatite characterization be characterized

(functional group testing, morphology testing, porosity testing, in vitro

biodegradation test and sytotoxicity testing). From functional group tests can be

found functional groups according to its constituent material. Morphology test

result obtained range 26-239 μm in pore size according to ideal pore size of

scaffold. Porosity test of scaffold results the porosity is up to 90.06-93.48%

according to the cancellous bone porosity. Biodegradation test showed that the

mass of each sample decrease 27.149- 60.658%. in four weeks. Toxicity tests

showed five composite samples of scaffold is non-toxic to cells. Based on the

results of these characterizations, the composite scaffold chitosan-chondroitin

sulfate / hydroxyapatite has potential ability as a bone graft with the best variation

is sample C with 50:35:15 wt% variation.

Key words : Scaffold, chitosan, chondroitin sulfate, hydroxyapatite, bone graft



viii

KATA PENGANTAR

Puji Syukur kehadirat Allah SWT berkat rahmat dan hidayah-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi berjudul “Efek Variasi Komposisi

Kondroitin Sulfat Terhadap Karakteristik Komposit Scaffold Kitosan-

Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit Sebagai Kandidat Bone Graft”

Terselesaikannya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang

telah mendorong dan membimbing penulis, baik tenaga, ide-ide, saran, maupun

pemikiran. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan

terimakasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Yth Bapak Dr. Khusnul Ain, M.Si selaku Kepala Program Studi S1-

Teknobiomedik yang telah menyetujui dan menerima skripsi penulis.

2. Yth Ibu Dr. Aminatun, Ir., M.Si dan Ibu Dr. Prihartini Widiyanti, drg.,

M.Kes, S.Bio, CCD. Selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan

banyak waktu dan tenaga dalam membimbing proses pengajuan judul

sampai dengan selesainya pembuatan skripsi ini.

3. Yth Bapak Drs. Djoni Izak Rudyardjo, M.Si. dan Ibu Endah Perwanti,

S.Si., M.T., selaku dosen penguji skripsi yang telah menyediakan banyak

waktu untuk memberikan kritik dan saran yang membangun kepada

penulis sehingga menjadikan penelitian ini menjadi lebih baik lagi.

4. Yth seluruh Bapak/Ibu dosen S1-Teknobiomedik dan bapak penjaga

laboratorium beserta staff prodi yang telah banyak membimbing dan

memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis.



ix

5. Seluruh keluarga tercinta, terutama kedua orang tua penulis yang selalu

memberikan motivasi, dukungan serta doa yang tiada hentinya.

6. Seluruh keluarga Biomaterial Warriors : Azizah, Dede, Ewing, Hendita,

Husni, Adanti, Sisty, Ica, Ludita, Dzihan, Qulub dan Hafid yang selalu

memberikan dukungan, semangat dan doa untuk penulis.

7. Seluruh angkatan Teknobiomedik 2011 AIRBLAST : Amila, Zenny,

Puput, Robiah, Angga, Niera dan seluruh teman-teman instrumentasi yang

selalu mendukung, menyemangati dan menemani penulis selama 4 tahun.

8. Seluruh teman-teman S1-Teknobiomedik, kakak tingkat dan adik tingkat

yang memberikan semangat dan membantu berdiskusi untuk penulis.

9. Keluarga Bu Melik terutama Ili dan Maria yang selalu memberikan

semangat, doa, dukungan, menghibur dan menemani proses pengerjaan

hingga selesai.

10. Terima kasih juga kepada teman seperjuangan : Ayu, Jauhar, Ayik, Brigita

dan Lita yang selalu memberikan motivasi dan mendoakan penulis. Serta

kepada pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu oleh penulis.

Penulis menyadari skripsi ini masih banyak kekurangan dan jauh dari

kesempurnaan, oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari berbagai

pihak sangat penulis harapkan.

Surabaya, 28 Januari 2015

Tia Rahayu Wijayanti



x

DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR JUDUL ................................................................................... i

LEMBAR PENGESAHAN .................................................................... iii

ABSTRAK ............................................................................................... vi

ABSTRACT ............................................................................................. vii

KATA PENGANTAR ............................................................................. viii

DAFTAR ISI ............................................................................................ x

DAFTAR GAMBAR ............................................................................... xiii

DAFTAR TABEL.................................................................................... xv

DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xvi

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

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

1.2 Rumusan Masalah ............................................................ 7

1.3 Batasan Masalah ............................................................... 7

1.4 Tujuan Penelitian.............................................................. 8

1.5 Manfaat Penelitian............................................................ 8

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................. 10

2.1 Tulang............................................................................... 10

2.1.1 Jenis Tulang ........................................................... 13

2.1.1.1 Berdasarkan Bentuk ................................... 13

2.1.1.2 Berdasarkan Bahan Pembentuknya ........... 15

2.1.2 Pembentukan Tulang (Osifikasi)............................ 15



xi

2.1.3 Regenerasi Tulang .................................................. 16

2.2 Scaffold ............................................................................. 22

2.3 Kitosan ............................................................................. 24

2.4 Hidroksiapatit ................................................................... 26

2.5 Kondroitin Sulfat .............................................................. 27

2.6 Metode Freeze Drying ...................................................... 28

2.7 Karakterisasi Sampel ........................................................ 29

2.7.1 Uji Gugus Fungsi ................................................... 29

2.7.2 Uji Morfologi ......................................................... 33

2.7.3 Uji Porositas ........................................................... 34

2.7.4 Uji In Vitro Biodegradasi ....................................... 35

2.7.5 Uji Sitotoksisitas (MTT Assay)............................... 35

BAB III METODE PENELITIAN ........................................................ 37

3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan ...................................... 37

3.2 Bahan dan Alat Penelitian ................................................ 37

3.2.1 Bahan Penelitian..................................................... 37

3.2.2 Alat Penelitian ........................................................ 38

3.3 Prosedur Penelitian ........................................................... 39

3.3.1 Persiapan Pembuatan Komposit Scaffold

Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit .............. 39

3.3.2 Sintesis Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin

Sulfat/Hidroksiapatit .............................................. 42

3.4 Karakterisasi Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin

Sulfat/Hidroksiapatit ..................................................... 44

3.4.1 Uji Gugus Fungsi ................................................... 44

3.4.2 Uji Morfologi ......................................................... 46

3.4.3 Uji Porositas ........................................................... 47


3.4.5 Uji Sitotoksisitas .................................................... 50



xii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN................................................. 54

4.1 Hasil Sintesis .................................................................... 54

4.2 Hasil Karakterisasi ........................................................... 55

4.2.1 Uji Gugus Fungsi ................................................... 55

4.2.2 Uji Morfologi ......................................................... 58

4.2.3 Uji Porositas ........................................................... 62


4.2.5 Uji Sitotoksisitas .................................................... 69

4.3 Pembahasan ...................................................................... 72

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................. 77

5.1 Kesimpulan....................................................................... 77

5.2 Saran ................................................................................. 78

DAFTAR PUSTAKA .............................................................................. 79

LAMPIRAN ............................................................................................. 85



xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Mikrostruktur Tulang Kortikal dan Tulang Cancellous ..............12

Gambar 2.2 Tahap Regenerasi Tulang ............................................................17

Gambar 2.3 Tahap Inflamasi Pada Regenerasi Tulang ...................................18

Gambar 2.4 Tahap Perbaikan (Reparatif) Pada Regenerasi Tulang ................20

Gambar 2.5 Pembentukan Kalus Tulang Pada Tahap Perbaikan ....................21

Gambar 2.6 Tahap Remodeling Pada Regenerasi Tulang ...............................22

Gambar 2.7 Struktur Kimia Kitosan ................................................................25

Gambar 2.8 Struktur Tiga Dimensi Hidroksiapatit .........................................26

Gambar 2.9 Struktur Kimia Kondroitin Sulfat ................................................27

Gambar 2.10 Alur Radiasi Inframerah Pada Spektroskopi Inframerah .............29

Gambar 2.11 Mekanisme Proses Analisis Sampel .............................................32

Gambar 2.12 Skema Scanning Electron Microscope (SEM).............................34

Gambar 3.1 Skema Penelitian Sintesis Komposit Sampel Komposit Scaffold

Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ...................................40

Gambar 3.2 Pembuatan larutan kitosan dengan magnetic stirrer ...................39

Gambar 3.3 Pembuatan larutan kitosan-kondroitin sulfat/hidroksiapatit ........41

Gambar 3.4 Proses frezee-drying sampel komposit scaffold kitosan-

kondroitin sulfat/hidroksiapatit ...................................................43

Gambar 3.5 Sampel Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/

Hidroksiapatit ..............................................................................43

Gambar 3.6 Pelet Sampel dengan Kalium Bromida ........................................45

Gambar 3.7 Instrumen Fourier Transform Infra Red (FTIR) .........................45

Gambar 3.8 Instrumen Scanning Electron Microscope (SEM) Inspect S50 ...46

Gambar 3.9 Proses coating sampel komposit scaffold ....................................47

Gambar 3.10 Proses Perendaman Sampel Komposit Scaffold dalam

Ethanol 98% ................................................................................48

Gambar 3.11 Pembuatan Larutan Simulated Body Fluid (SBF) .......................49



xiv

Gambar 3.12 Sampel Komposit Scaffold pada Uji In Vitro Biodegradasi .......50

Gambar 3.13 (a) Proses Pemindahan Sel BHK-21 pada 96-micowell plate,

(b) Peletakan Sampel pada 96-microwell plate ...........................51

Gambar 3.14 (a) Proses Pencucian dengan PBS, (b) Penambahan larutan

MTT, (c) Penambahan Larutan DMSO (d) Pencampuran

DMSO Menggunakan Shaker ......................................................52

Gambar 3.15 Pembacaan Menggunakan Elisa Reader .....................................53

Gambar 4.1 Hasil Sintesis Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin

Sulfat/Hidroksiapatit ....................................................................54

Gambar 4.2 Spektrum FTIR Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin


Gambar 4.3 Hasil Uji Morfologi Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin


Gambar 4.4 Persentase Porositas Sampel Komposit Komposit Scaffold

Kitosan -Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ..................................65

Gambar 4.5 Grafik Persentase Massa Hilang Sampel Komposit Scaffold

Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ...................................67

Gambar 4.6 Grafik Persentase Viabilitas Sel Hidup Sampel Komposit

Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit .....................71

Gambar 4.7 Grafik Hasil Analisis Data ...........................................................73



xv

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Sifat Mekanik Pada Tulang .........................................................13

Tabel 3.1 Nama Sampel Komposit Scaffold ................................................42

Tabel 4.1 Daerah Serapan Gugus Fungsi Hasil FTIR Sampel Komposit

Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ....................57

Tabel 4.2 Diameter Pori Sampel Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin


Tabel 4.3 Persentase Porositas Sampel Komposit Scaffold Kitosan-

Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit .................................................64

Tabel 4.4 Persentase Massa Hilang Sampel Komposit Scaffold Kitosan-

Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit .................................................66

Tabel 4.5 Persentase Viabilitas Sel Hidup Pada Uji Sitotoksisitas

Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ....69

Tabel 4.6 Data Hasil Penelitian ...................................................................72



xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1 Pembuatan Sampel ......................................................................85

Lampiran 2 Proses Uji Gugus Fungsi .............................................................87

Lampiran 3 Hasil Uji Gugus Fungsi ...............................................................89

Lampiran 4 Proses Uji Morfologi ...................................................................90

Lampiran 5 Hasil Scanning Electron Microscope (SEM)...............................91

Lampiran 6 Hasil Uji Morfologi .....................................................................96

Lampiran 7 Analisis Data Uji Porositas ..........................................................97

Lampiran 8 Analisis Data Uji In Vitro Biodegradasi ......................................99

Lampiran 9 Proses Uji Sitotoksisitas ..............................................................104

Lampiran10 Data Hasil MTT Assay Pembacaan dengan Elisa Reader ...........107

Lampiran11 Analisis Uji Sitotoksisitas ............................................................108

Lampiran12 Hasil Uji Sitotoksisitas ................................................................110



skripsi efek variasi komposisi kondroitin sulfat …repository.unair.ac.id/29835/1/halaman...

Documents