Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur Ayam dan Porogen dari Kitosan
SINTESIS HIDROKSIAPATIT BERPORI DARI CANGKANG
TELUR AYAM DAN POROGEN DARI KITOSAN
INDRI PUTRI SITORESMI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Hidroksiapatit
Berpori dari Cangkang Telur Ayam dan Porogen dari Kitosan adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2013
Indri Putri Sitoresmi
NIM G74090052
ABSTRAK
INDRI PUTRI SITORESMI. Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur
Ayam dan Porogen dari Kitosan. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan SETIA
UTAMI DEWI.
Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis hidroksiapatit berpori dengan
metode presipitasi. Prekursor kalsium yang digunakan berasal dari cangkang telur
ayam negeri serta sumber fosfat menggunakan (NH4)2HPO4. Dilakukan variasi
ukuran kitosan yakni 0.26 μm (kitosan X) dan 625.45 μm (kitosan Y) serta variasi
komposisi HA-kitosan yaitu 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, dan 50:50. Fasa dan
struktur kristal dari HA berpori dianalisa menggunakan X-Ray Diffractometer.
Untuk sampel dengan variasi ukuran kitosan X dan kitosan Y diperoleh fasa HA
murni 100%. Ukuran kristal terbesar didapat dari sampel HA_X60 dengan ukuran
63.83 nm. Kandungan gugus kompleks HA diidentifikasi menggunakan Fourier
Transform Infrared Spectroscopy. Gugus yang terdapat dalam HA berupa OH-,
PO43-, dan CO32-. Morfologi struktur HA berpori dianalisa menggunakan
Scanning Electron Microscopy. Terlihat bahwa sampel HA telah menunjukkan
struktur berpori dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya, meskipun
porinya masih relatif kecil sekitar 0.2-1.6 μm dengan bentuk pori bulat kecil.
Penggunaan variasi ukuran kitosan sebagai porogen tidak memberikan pengaruh
yang signifikan terhadap ukuran pori yang dihasilkan.
Kata kunci: Cangkang telur ayam negeri, hidroksiapatit, kitosan, pori, presipitasi
ABSTRACT
INDRI PUTRI SITORESMI. Synthesis of Porous Hydroxyapatite from eggshells
and Chitosan-Porogen. Supervised by KIAGUS DAHLAN and SETIA UTAMI
DEWI.
This research had been done the synthesis of porous hydroxyapatite (HA) by
presipitasi method. The precusor calcium using come from eggshells and
(NH4)2HPO4 as phosphate source. The ratio of HA-chitosan to synthesize porous
HA are 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, and 50:50 and variation of chitosan size are
0.26 μm and 625.45 μm. The phase and crystaline structure of sample
characterized by X-Ray Diffractometer. For sample with chitosan size 100% HA
phase obtained. The biggest size of chrystaline gotten of HA_X60 sample by
63,83 nm. The functional groups of HA identified by Fourier Transform Infrared
Spectroscopy. The functional groups of HA which detected by are OH-, PO43-, and
CO32-. The morphological structure of sample analyzed by Scanning Electron
Microscopy. The result of sampel HA had shown the porouses structure with
chitosan as porogen however its size is quite small. In the order of about 0.2 – 1.6
μm in the form of cyrcle and the ditribution of porouses is smooth. Variation of
chitosan size as porogen is not significant and has no effect to the crystal size.
Keywords : Chitosan, eggshells, hydroxyapatite, porous, presipitasi.
SINTESIS HIDROKSIAPATIT BERPORI DARI CANGKANG
TELUR AYAM DAN POROGEN DARI KITOSAN
INDRI PUTRI SITORESMI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Sintesis Hidroksiapatit Berpori dmi Cangkang Telur Ayam dan
Porogen dari Kitosan
Nama
NIM
: Indri Putri Sitoresmi
: G74090052
Disetujui oleh
Dr. agus Dahlan
Pembimbing I
Tanggal Lulus:
0 1 OCT 2013
Setia Utami Dewi, MSi
Pembimbing II
Judul Skripsi : Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur Ayam dan
Porogen dari Kitosan
Nama
NIM
: Indri Putri Sitoresmi
: G74090052
Disetujui oleh
Dr. Kiagus Dahlan
Pembimbing I
Setia Utami Dewi, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Akhiruddin Maddu
Ketua Departemen Fisika
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan pada allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan usulan
penelitian dengan judul “Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur
Ayam dan Porogen dari Kitosan” sebagai salah satu syarat kelulusan program
sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor.
Pada kesempatan ini, penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada
orang tua dan para sahabat (Mita, Aceri, Rady dan Dede) yang selalu memberikan
nasehat, bimbingan dan semangat kepada penulis. Kepada pembimbing skripsi
yang selalu memberikan motivasi dan semangat serta menyempatkan waktunya
untuk berdiskusi mengenai penyusunan usulan penelitian ini. Tak lupa pula
kepada rekan-rekan fisika terutama Upriyanti, Vina, Kania, Noldy, Budi, dan Kak
Aisyah, beserta civitas akademika fisika lainnya yang telah banyak membantu
penulis selama ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2013
Indri Putri Sitoresmi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
vii
PENDAHULUAN
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
3
Bahan
3
Alat
3
Prosedur Penelitian
3
Preparasi cangkang telur
3
Sintesis HA dengan metode Wise Drop
3
Sintesis HA berpori
4
Karakterisasi FTIR
4
Karakterisasi XRD
4
Karakterisasi SEM
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Hasil Kalsinasi Cangkang Telur Ayam
5
Hasil Sintesis HA dengan Metode Wise DropI
6
Hasil Sintesis HA Berpori
6
Karakterasasi Sampel
7
Hasil Karakterasasi FTIR
7
Hasil Karakterisasi XRD
9
Hasil Karakterisasi SEM
12
SIMPULAN DAN SARAN
15
Simpulan
15
Saran
15
DAFTAR PUSTAKA
16
LAMPIRAN
17
RIWAYAT HIDUP
22
DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Variasi ukuran kitosan
Variasi komposisi HA-kitosan
Efisiensi massa hasil kalsinasi
Efisiensi massa sampel HA berpori
Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X
Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori
dengan variasi kitosan X
7. Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X
8. Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y
9. Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori
dengan variasi kitosan Y
10. Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y
11. Ukuran pori pada sampel HA berpori dengan variasi kitosan X dan Y
4
4
5
6
10
11
11
12
12
12
15
DAFTAR GAMBAR
1. Spektra FTIR Kitosan.
2. Spektra FTIR HA.
3. Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan X (a) 10%,
(b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e)
4. Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan Y (a) 10%,
(b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e) 50%
5. Pola XRD sampel HA.
6. Pola XRD sampel HA berpori dengan variasi kitosan X 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
7. XRD sampel HA (a) dan HA berpori dengan variasi kitosan Y 10%
(b), 20% (c), 30% (d), 40% (e), dan 50% (f).
8. Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan X 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
9. Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan Y 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
7
7
8
8
10
10
11
13
14
DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
5.
Diagram alir penelitian
Keterangan sintesis HA berpori
JCPDS HA
JCPDS TCP
Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA
17
18
20
20
21
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kerusakan pada organ tulang merupakan masalah kesehatan yang serius
karena tulang merupakan salah satu organ tubuh yang sangat penting bagi
manusia. Kerusakan tersebut dapat terjadi akibat faktor kecelakaan maupun
penyakit. Untuk menangani kerusakan pada tulang tersebut dibutuhkan suatu
material yang tepat untuk implantasi tulang.
Material pengganti tulang yang umum digunakan adalah autograf
(penggantian satu bagian tubuh dengan bagian tubuh yang lainnya dalam satu
individu), allograf (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari
manusia lain), xenograf (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal
dari hewan), exogenus (penggantian atau implantasi dengan bahan sintetik atau
yang biasa disebut dengan biomaterial). Biomaterial yang biasa digunakan adalah
material sintetik seperti polimer, material logam, komposit dan biokeramik. Setiap
material tersebut memiliki kekurangan dan kelebihan sebagai material untuk
memperbaiki tulang, seperti stabilitas kimia, biokompatibilitas, biodegradasi
dengan tubuh dalam waktu yang lama.1
Adanya keterbatasan dalam setiap material tersebut memicu
perkembangan riset di bidang biomaterial. Biomaterial didefinisikan secara umum
merupakan bahan inert yang diimplantasi ke dalam sistem hidup sebagai
pengganti fungsi jaringan hidup atau organ. Biomaterial digunakan sebagai
perangkat medis dan mampu berinteraksi dengan sistem medis. Adanya interaksi
ini mengharuskan setiap biomaterial memiliki sifat biokompatibilitas, yaitu
kemampuan suatu material untuk bekerja selaras dengan tubuh tanpa
menimbulkan efek lain yang berbahaya.1
Hidroksiapatit (HA) yang memiliki formula Ca10(PO4)6(OH)2 dengan rasio
Ca/P sekitar 1,67 merupakan senyawa kalsium fosfat yang ekivalen dengan
komponen organik utama dari tulang dan gigi. HA bersifat biokompatibilitas yang
dapat berikatan dengan tulang.2
HA berpori saat ini menjadi kebutuhan yang mendasar bagi rekonstruksi
tulang yang patah atau retak. HA berpori diharapkan mampu meminimalisir sifat
getas pada HA. Adanya pori-pori pada HA akan menjadi kantung oksigen dan
tempat tumbuhnya saraf dari tulang, sehingga pori tersebut menjadi tempat
tumbuhnya sel – sel tulang baru. Umumnya HA berpori dibuat melalui pembuatan
komposit HA-porogen. Porogen diartikan sebagai bahan pembentuk pori.
Komposit yang terbentuk kemudian dikalsinasi sehingga senyawa organik
menguap dan terbentuk pori-pori. Sebagai porogen bisa digunakan polimer alam
maupun buatan, seperti celulosa, chitosan, collagen, polyurethane, carboxymethyl
cellulose dan sebagainya.3
Pada penelitian ini dilakukan sintesis hidroksiapatit berpori dari cangkang
telur ayam sebagai sumber CaO, (NH4)2HPO4 sebagai sumber fosfat dan kitosan
sebagai porogen alami. Penggunaan porogen dari bahan alami seperti kitosan
diharapkan dapat meningkatkan biokompatibilitas, mampu mempercepat
penyerapan nutrisi, mineralisasi pada jaringan yang rusak, serta mempermudah sel
2
2
untuk berinfiltrasi dalam pori sehingga dapat mempercepat proses remodelling
tulang.
Perumusan Masalah
1. Bagaimana karakterisasi HA berbasis kalsium dari cangkang telur dengan
metode presipitasi?
2. Apa pengaruh variasi komposisi HA-kitosan dan variasi ukuran kitosan
terhadap fasa serta ukuran pori dari HA berpori yang dihasilkan?
Tujuan Penelitian
1. Mensintesis HA berbasis kalsium dari cangkang telur ayam dengan
menggunakan metode presipitasi.
2. Mensintesis HA berpori dari porogen kitosan dengan variasi komposisi HAkitosan dan variasi ukuran kitosan.
3. Melakukan karakterisasi struktur kristal HA dan HA berpori menggunakan
X-Ray Diffraction (XRD), komposisi gugus fungsi dengan Spektroskopi
Fourier Transform Infra Red (FTIR), dan mengetahui morfologi eksternal
(tekstur) dengan Scanning Electron Microscopy (SEM).
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk mensintesis HA berpori sebagai material
pengganti tulang manusia. Sintesis HA ini memanfaatkan limbah rumah tangga
berupa cangkang telur ayam negeri serta kitosan yang berasal dari cangkang
udang, sehingga biaya proses sintesis dapat diminimalisir dan diharapkan dapat
berdaya saing dengan HA komersial.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup umum penelitian ini adalah bidang biomaterial berupa HA.
Secara khusus meliputi sintesis HA, lalu membuatnya menjadi berstruktur pori.
Selanjutnya HA berpori akan dikarakterisasi untuk mengetahui struktur kristal,
kandungan gugus kompleks, dan morfologinya.
3
METODE
Bahan
Cangkang telur ayam negeri, (NH4)2HPO4, aquades, dan kitosan.
Alat
Gelas ukur, labu takar, corong, pipet, crusible, neraca digital, magnetic
strirer, spatula, alumunium foil, furnace, mortar, kertas saring, dan erlenmeyer.
Prosedur Penelitian
Preparasi Cangkang Telur
Penelitian ini diawali dengan mengkalsinasi cangkang telur ayam.
Cangkang telur ayam dibersihkan terlebih dahulu dari kotoran makro, membran
dieliminasi dari cangkang, kemudian cangkang dikeringkan di udara terbuka.
Kalsinasi dilakukan pada suhu 10000C dengan waktu penahanan selama 5 jam,
hasil yang diperoleh berbentuk serbuk putih.
Sintesis HA dengan Metode wise drop
Cangkang telur yang telah dikalsinasi dilarutkan dalam 100 ml aquades,
kemudian ditambahkan larutan (NH4)2HPO4. Massa cangkang telur ayam dan
(NH4)2HPO4 yang dilarutkan ditentukan berdasarkan hasil perhitungan
stoikiometri sehingga menghasilkan rasio konsentrasi Ca/P sebesar 1,67.
Presipitasi dengan menggunakan metode wise drop, dilakukan dengan
meneteskan 0.3 M larutan (NH4)2HPO4 ke dalam 0.5 M larutan dari cangkang
telur dengan melakukan stirring dengan kecepatan pengadukan 300 rpm. Proses
tersebut dilakukan selama 90 menit. Setelah kedua larutan tercampur, lakukan
stirring kembali pada kecepatan pengadukan 300 rpm selama 60 menit. Kemudian
presipitat tersebut di-aging selama overnight.
Presipitat kemudian disaring dengan menggunakan kertas saring.
Kemudian sampel dikeringkan dengan menggunakan furnace pada suhu 110 oC
dengan waktu penahanan 5 jam dan sintering pada suhu 900 oC dengan waktu
penahanan 5 jam. Selanjutnya, sampel ditimbang menggunakan neraca digital.
4
4
Sintesis HA Berpori dengan Porogen Kitosan
Serbuk HA hasil sintesis HA dicampurkan dengan serbuk kitosan,
kemudian diaduk sampai homogen. Variasi ukuran serbuk kitosan dapat dilihat
pada Tabel 1 dan variasi komposisi HA-Kitosan dapat dilihat pada Tabel 2.
Setelah pencampuran tersebut, kemudian dilakukan sintering dengan
menggunakan furnace pada suhu 900 oC dengan waktu penahanan 5 jam. Setelah
itu, sampel ditimbang kemudian dikarakterisasi dengan XRD, FTIR, dan SEM.
Tabel 1 Variasi ukuran kitosan
Kode Kitosan
X
Y
Ukuran (µm)
0.26
625.45
Tabel 2 Variasi komposisi HA-kitosan
Kitosan
X
Y
HA (%)
90
80
70
60
50
90
80
70
60
50
Kitosan (%)
10
20
30
40
50
10
20
30
40
50
Kode Sampel
HA_X90
HA_X80
HA_X70
HA_X60
HA_X50
HA_Y90
HA_Y80
HA_Y70
HA_Y60
HA_Y50
Karakterisasi FTIR
Karakterisasi Fourier Transform Infrared (FTIR) dilakukan untuk
mengetahui kandungan gugus karbonat dalam sampel HA dan HA berpori. Dua
miligram dari masing - masing sampel dicampur dengan 100 mg KBr, dibuat pelet
terlebih dahulu. Kemudian dicetak dalam jangkauan bilangan gelombang 400 –
4000 cm-1. KBr selalu digunakan pada uji FTIR untuk menghilangkan latar
belakang absorpsi. Alat yang digunakan adalah ABB mb3000.
Karakterisasi XRD
Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) dilakukan untuk mengidentifikasi
fasa, parameter kisi, dan derajat kristalinitas yang terdapat pada HA maupun HA
berpori. Pengujian fasa dengan teknik ini dilakukan pada sudut 2Ө dari 10o hingga
80o. Alat yang digunakan adalah GBC emmA.
5
Karakterisasi SEM
Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) dilakukan untuk
mengetahui morfologi dari sampel HA dan sampel HA berpori. Sampel diletakkan
pada plat alumunium yang memiliki dua sisi kemudian dilapisi dengan lapisan
emas setebal 48 nm. Sampel yang telah dilapisi diamati menggunakan SEM
dengan tegangan 10 kV atau 15 kV dan perbesaran 5.000x. Alat yang digunakan
adalah JSM-5310LV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kalsinasi Cangkang Telur Ayam
Sampel yang dibuat adalah berupa serbuk dari cangkang telur. Untuk
memperoleh serbuk ini, cangkang telur yang telah dibersihkan dikalsinasi pada
suhu 1000 oC selama 5 jam. Kalsinasi cangkang telur perlu dilakukan untuk
menghasilkan prekursor kalsium dalam bentuk kalsium oksida (CaO) sebelum
sintesis HA. Sebelum dilakukan kalsinasi, senyawa kalsium dalam cangkang telur
berbentuk CaCO3. Reaksi pembentukan CaO melalui proses kalsinasi dapat dilihat
pada persamaan di bawah ini:4
Pada proses kalsinasi terjadi pengurangan massa cangkang telur. Hal
tersebut ditunjukkan dengan massa setelah kalsinasi lebih kecil dari massa
sebelum kalsinasi. Pengurangan massa cangkang telur ini terjadi karena pada
waktu pemanasan, kandungan material organik dan material lain tereliminasi, dan
terjadi perubahan fase senyawa kalsium karbonat menjadi kalsium oksida.5
Efisiensi adalah suatu ukuran perbandingan antara massa sebelum dan massa
hasil. Persentase rata-rata efisiensi massa hasil kalsinasi adalah 53.54% yang
dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Efisiensi massa hasil kalsinasi
Crusible
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Rata – rata
Massa CaCO3
(gram)
20.85
20.86
20.86
20.85
20.85
20.85
20.86
20.85
20.86
Massa Hasil
Kalsinasi (gram)
11.18
11.12
11.15
11.24
11.19
11.17
11.21
11.14
11.09
Efisiensi
(%)
53.62
53.30
53.44
53.91
53.66
53.56
53.73
53.43
53.17
53.54
6
6
Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Wise Drop
Sintesis HA pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode
presipitasi, yaitu wise drop. Dimana senyawa kalsium (CaO) sebesar 2.83 gram
dan fosfat ((NH4)2HPO4) sebesar 3.96 gram yang digunakan pada sintesis HA
dilakukan dengan perbandingan konsentrasi sebesar 1.67 pada temperatur ruang.6
Dalam sintesis HA tersebut dihasilkan serbuk putih keras, sehingga harus
ditumbuk terlebih dahulu menggunakan mortar agar didapatkan serbuk putih
halus. Massa serbuk putih halus yang dihasilkan lebih kecil dari massa awal dan
persentase rata-rata efisiensinya adalah 63.28%. Pengurangan massa tersebut
disebabkan oleh hilangnya uap air seiring dengan kenaikan suhu sintering. Reaksi
sintesis HA dapat dilihat dari persamaan dibawah :
Ca10(PO4)6(OH)2 + 12NH4OH + 6H2O
10CaO + 6(NH4)2HPO4 + 10H2O
Sintesis HA Berpori
Untuk mendapatkan HA berpori, maka HA yang telah diperoleh
sebelumnya dicampur dengan kitosan. Kitosan berfungsi sebagai porogen, yaitu
pembuat pori. Setelah dicampurkan, selanjutnya dilakukan sintering pada suhu
900 oC selama 5 jam yang bertujuan untuk menghilangkan kitosan. Hasil dari
sintering didapatkan HA berpori berupa serbuk putih yang lebih halus
dibandingkan sampel HA. Massa yang diperoleh dari hasil sintering lebih kecil
dibandingkan massa awal. Pengurangan massa tersebut terjadi karena saat proses
sintering, kitosan akan menghilang pada setiap kenaikan suhu sintering. Namun
dari massa hasil dan efisiensi yang diperoleh menunjukan masih terdapat kitosan
pada sampel, walaupun dalam jumlah yang sedikit. Hal ini dapat dilihat pada
Tabel 4 dapat dilihat juga nilai efisiensi dari setiap sampel berpori. Masih
terkandungnya kitosan disebabkan pada suhu sintering sebesar 900 oC, ternyata
kitosan tidak semuanya menghilang. Karena kitosan memiliki sifat jika berikatan
dengan suatu material dapat memiliki titik leleh yang sangat tinggi bahkan tidak
memiliki titik leleh.7
Tabel 4 Efisiensi massa sampel HA berpori
Kode HA
Massa HA
(gram)
Massa Kitosan
(gram)
Massa Hasil
Sintering (gram)
Efisiensi
(%)
HA_X90
HA_X80
HA_X70
HA_X60
HA_X50
HA_Y90
HA_Y80
HA_Y70
HA_Y60
HA_Y50
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
0,22
0,5
0,86
1,33
2
0,22
0,5
0,86
1,33
2
2.04
2.07
2.08
2.09
2.06
2.04
2.05
2.09
2.07
2.04
101.91
103.49
104.13
104.64
102.80
102.00
102.50
104.50
103.50
102.00
7
Karakterisasi Sampel
Karakterisasi FTIR
Identifikasi gugus kompleks pada kitosan, HA, dan HA berpori dilakukan
dengan karakterisasi FTIR. Kandungan kitosan diindikasikan dengan pita serapan
gugus C-H pada bilangan gelombang 2850.06 cm-1 dan 2918.87 cm-1, NH2 pada
bilangan gelombang 1641.13 cm-1, dan C=O pada bilangan gelombang 2935,
1377, dan 1321 cm-1 yang dapat dilihat pada Gambar 1.8 Sedangkan HA dapat
terdeteksi dengan pita serapan gugus OH- dan PO43-. Jika terjadi gugus CO32dalam sampel, bisa menyebabkan dua kemungkinan yaitu adanya AKA (Apatit
Karbonat tipe-A) berada pada bilangan sekitar 1545, 1450, dan 890 cm-1 atau
AKB (Apatit Karbonat tipe-B) berada pada bilangan gelombang di sekitar 1465,
1412, dan 873 cm-1.9
Dari hasil karakterisasi FTIR didapatkan gugus fungsi OH-, PO43- dan CO32dapat dilihat pada Gambar 2, Gambar 3 dan Gambar 4. Gugus OH- yang
teridentifikasi menunjukkan bahwa pada sampel HA (Gambar 2) maupun sampel
HA berpori dengan variasi kitosan X (Gambar 3) dan variasi kitosan Y (Gambar
4) masih mengandung H2O.
Gambar 1 Spektra FTIR Kitosan.
Gambar 2 Spektra FTIR HA.
8
8
Pada sampel HA_X70, HA_X60 dan HA_Y70 terdapat kandungan karbonat
pada bilangan gelombang 1450 cm-1, sedangkan pada sampel HA, HA_X90,
HA_X80, HA_X50, dan semua sampel HA berpori dengan variasi kitosan Y tidak
mengandungan karbonat. Karbonat tersebut tidak terdeteksi pada karakterisasi
XRD karena kadarnya sangat kecil, namun dengan karakterisasi FTIR ini dapat
terdeteksi. Karena karakterisasi FTIR dapat mendeteksi kadar senyawa yang
sangat kecil sekali pun. Penambahan kitosan tidak mempengaruhi gugus fungsi
yang didapatkan.
* PO43+
CO32#
OH(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 3 Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan X (a)
10%, (b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e) 50%
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 4 Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan Y (a) 10%, (b)
20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e) 50%
9
Karakterisasi XRD
Karakterisasi XRD dilakukan untuk menentukan fasa, ukuran kristal, dan
parameter kisi setiap sampel. Untuk menentukan fasa HA dari sampel dilakukan
perbandingan terhadap setiap puncak sampel dengan puncak dari HA
(Hydroxyapatite) dan TCP (Tri Calcium Phospate). Identifikasi fasa tersebut
mengacu pada data JCPDS dengan nomor 09-0432 (Lampiran 3) untuk material
HA dan 09-0169 untuk TCP (Lampiran 4).10
Hasil karakterisasi XRD pada sampel HA menunjukkan bahwa terbentuk
dua fase yang berbeda yaitu HA dan TCP (Gambar 5). Fasa HA memiliki lima
puncak difraksi tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 25.88o, 31.84o, 32.940,
46.74o, dan 49.48o. Selain itu fasa TCP menempati satu puncak difraksi tertinggi
yaitu pada sudut 2θ sebesar 39.8o.
Pada Gambar 6 menunjukkan pola XRD sampel HA berpori untuk variasi
kitosan X. Hasil XRD menunjukan setiap sampel diperoleh HA murni. Pada Tabel
5 dapat dilihat komposisi senyawa yang dihasilkan dari sintesis HA dan HA
berpori menggunakan kitosan jenis X. Perhitungan parameter kisi dengan
menganalisis data XRD dengan menggunakan metode Cramer (Lampiran 5).
Parameter kisi dan ketepatan dari sampel HA dan HA berpori dengan variasi
kitosan X yang dapat dilihat pada Tabel 7. Dari Tabel 7 dapat dilihat bahwa nilai
ketepatan parameter kisi untuk a maupun c dari sampel HA berpori dengan variasi
kitosan jenis X sudah diatas 99% dibandingkan dengan sampel HA yang hanya
98%. Nilai ketepatan parameter kisi dari sampel HA berpori dengan variasi
kitosan jenis X yang paling baik ada pada sampel HA_X70. Pada Tabel 8 dapat
dilihat ukuran kristal diperoleh dari analisis data XRD. Ukuran kristal untuk setiap
sampel. Ukuran kristal terbesar terdapat pada sampel HA_X60 dengan ukuran
63.83 nm.
Pada Gambar 7 menunjukkan pola XRD sampel HA berpori untuk variasi
kitosan Y. Hasil XRD menunjukan setiap sampel diperoleh HA murni 100%.
Pada Tabel 9 dapat dilihat komposisi senyawa yang dihasilkan dari sintesis HA
dan HA berpori menggunakan kitosan jenis Y. Perhitungan parameter kisi dengan
menganalisis data XRD dengan menggunakan metode Cramer (Lampiran 5).
Parameter kisi dan ketepatan dari sampel HA dan HA berpori dengan variasi
kitosan Y yang dapat dilihat pada Tabel 10. Nilai ketepatan parameter kisi untuk a
maupun c dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis Y sudah diatas
99% dibandingkan dengan sampel HA yang hanya 98%. Nilai ketepatan
parameter kisi dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis Y yang paling
baik ada pada sampel HA_Y60. Ukuran kristal diperoleh dari analisis data XRD.
Pada Tabel 11 dapat dilihat ukuran kristal untuk setiap sampel. Ukuran kristal
terbesar terdapat pada sampel HA_Y60 dengan ukuran 36.93 nm.
Dari hasil karakterisasi XRD pada setiap sampel telah terbentuk fase HA
murni sebesar 100%. Variasi ukuran dan komposisi dari kitosan X maupun
kitosan Y berpengaruh secara sigfinikan terhadap perubahan ukuran kristal HA
berpori, hal ini terlihat dari ukuran kristal yang terbentuk memiliki ukuran yang
jauh berbeda.
10
10
Gambar 5 Pola XRD sampel HA.
# HA
T
Gambar 6 Pola XRD sampel HA berpori dengan variasi kitosan X 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
Tabel 5 Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X
Kode
Sampel
HA
HA_X90
HA_X80
HA_X70
HA_X60
HA_X50
%
HA
91.78
100
100
100
100
100
TCP
8.22
0
0
0
0
0
11
Tabel 6 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori
dengan variasi kitosan X
Kode Sampel
HA
HA_X90
HA_X80
HA_X70
HA_X60
HA_X50
Parameter Kisi
a(A)
c(A)
9.52
7.01
9.45
6.89
9.46
6.90
9.41
6.89
9.43
6.88
9.40
6.87
Ketepatan
a(%)
c(%)
98.92
98.17
99.54
99.76
99.55
99.77
99.92
99.91
99.87
99.94
99.81
99.80
# HA
Gambar 7 Pola XRD sampel HA (a) dan HA berpori dengan variasi kitosan Y
10% (b), 20% (c), 30% (d), 40% (e), dan 50% (f).
Tabel 7 Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X
Kode Sampel
HA
HA_X90
HA_X80
HA_X70
HA_X60
HA_X50
Ukuran Kristal
(nm)
50.61
49.85
56.11
46.82
63.83
61.25
12
12
Tabel 8 Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y
Kode Sampel
HA
HA_Y90
HA_Y80
HA_Y70
HA_Y60
HA_Y50
%
HA
91.78
100
100
100
100
100
TCP
8.22
0
0
0
0
0
Tabel 9 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori
dengan variasi kitosan Y
Kode Sampel
HA
HA_Y90
HA_Y80
HA_Y70
HA_Y60
HA_Y50
Parameter Kisi
a(A)
c(A)
9.52
7.01
9.50
6.90
9.49
6.91
9.41
6.87
9.41
6.88
9.40
6.87
Ketepatan
a(%)
c(%)
98.92
98.17
99.13
99.77
99.24
99.77
99.92
99.80
99.92
99.94
99.81
99.80
Tabel 10 Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y
Kode Sampel
HA
HA_Y90
HA_Y80
HA_Y70
HA_Y60
HA_Y50
Ukuran Kristal (nm)
50.61
34.13
36.09
36.91
36.93
33.91
Karakterisasi SEM
Karakterisasi SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi sampel HA
berpori. Karakteristik fisik dari HA berpori diantaranya ukuran pori, morfologi
pori dan keseragaman pori yang mempengaruhi pertumbuhan tulang pada
implan.11 Gambar 8 dan Gambar 9 memperlihatkan hasil analisa SEM dengan
pembesaran 5000 kali pada sampel HA berpori. Dimana morfologi tersusun dari
butiran-butiran yang membentuk suatu agregat yang menunjukan struktur berpori.
Pada Gambar 8 dapat dilihat hasil karakterisasi SEM dari sampel HA
berpori dengan penambahan kitosan X yaitu telah terbentuk pori-pori yang kurang
seragam. Pada sampel HA_X50 terlihat jelas pori yang terbentuk dan ukurannya
13
yang lebih besar dibandingkan sampel HA_X60, HA_X70, HA_X80 dan
HA_X90. Pada Gambar 9 dapat dilihat hasil karakterisasi SEM dari sampel HA
berpori dengan penambahan kitosan Y. Pada sampel HA_Y50 dan HA_Y60
terlihat jelas pori yang terbentuk dan ukuran pori yang lebih besar dibandingkan
HA_Y70, HA_Y80, dan HA_Y90. Pada sampel dengan penambahan kitosan Y,
pori-pori yang terbentuk kurang seragam. Ukuran pori yang didapatkan setiap
sampel dapat dilihat pada Tabel 11.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 8 Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan X 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
14
14
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 9 Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan Y 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
Dari data yang didapatkan, dapat dilihat bahwa semakin banyak komposisi
kitosan yang ditambahkan berpengaruh secara signifikan terhadap ukuran pori
dari HA yang dihasilkan. Meskipun pori yang dihasilkan relatif kecil dan kurang
seragam, tetapi sampel telah menunjukkan bahwa telah terbentuk HA berpori
dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya. Hal ini terjadi karena proses
pencampuran antara HA dan kitosan secara langsung, mengakibatkan
pencampuran yang tidak homogen.
15
Tabel 11. Ukuran pori pada sampel HA berpori dengan variasi kitosan X dan Y.
kode
sampel
HA-X90
HA-X80
HA-X70
HA-X60
HA-X50
HA-Y90
HA-Y80
HA-Y70
HA-Y60
HA-Y50
ukuran pori (µm)
terkecil
terbesar
0.2
0.6
0.2
0.6
0.2
0.6
0.4
0.6
0.4
0.8
0.8
1.1
0.8
1.1
0.8
1.1
0.9
1.4
0.9
1.6
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sintesis HA berpori dengan porogen kitosan berhasil dibuat dengan metode
presipitasi, yaitu wise drop. Sampel HA berpori yang dihasilkan baik dari variasi
kitosan X maupun kitosan Y berupa HA murni 100%. Pada massa hasil HA
berpori masih terkandung kitosan, namun pada hasil karakterisasi FTIR dan XRD
kitosan tidak terdeteksi. Hal ini dikarenakan kandungan kitosan hanya sedikit.
Pencirian SEM terhadap sampel HA berpori memperlihatkan telah terbentuknya
pori-pori berukuran 0.2-1.6 μm dengan morfologi pori bulat kecil serta distribusi
pori yang mulai seragam. Dimana penambahan kitosan Y menghasilkan pori yang
berukuran lebih besar dibandingkan penambahan kitosan X. Adanya variasi
ukuran kitosan yang digunakan sebagai porogen tidak berpengaruh signifikan
tehadap ukuran pori yang dihasilkan.
Saran
Pada pembuatan sintesis hidroksiapatit berpori harus dilakukan teknik yang
lebih baik lagi untuk penyempurnaan, seperti teknik pada pencampuran antara HA
dengan porogen alaminya. Dimana pencampuran dilakukan ketika pembuatan
sintesis HA, agar diperoleh pori dengan ukuran yang lebih besar dan diperoleh
pori yang seragam.
16
16
DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Wang, Pie-Yi, dkk. 2004. Method Of Producing Eggshell Powder.
[Terhubung Berkala]. http://www.wipo.int/pctdb/images1/PATENTSCOPE/
41/0b/6b/000b6b.pdf. [8 Januari 2013].
Shi D. (2003). Biomaterial and Tissue Engineering. Springer Berlin
Heidelberg : New York.hlm 1-12.
Yustinus P. 2011. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit Dengan Pori
Terkendali [Tesis]. Bogor(ID): Institut Pertanian Bogor.
Ajeng Anggraeni. 2012. Metode Single Drop Pada Pembuatan
Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur [Skripsi]. Bogor(ID): Institut
Pertanian Bogor.
Irwan sofia, pirman, dan zulfiana haris. Yang Diperoleh dari Limbah
Cangkang Udang Windu. Jurnal Kimia. 2010: Vol. 9 No. 1, 11-18.
Fitriani P. 2008. Pemanfaatan Cangkang Telur Ayam untuk Sintesis
Hidroksiapatit dengan Reaksi Kering [Skripsi]. Bogor(ID): Institut
Pertanian Bogor
Griffith P.R, Haseth J.A. 2007. Fourier Transform Infrared Spectrometry. A
John Wiley & Sons, Inc Publication : New Jersey.
Ratna juwita. 2012. Sintesis Hidroksiapatit Berpori Berbasis Kalsium dari
Cangkang Telur dan Porogen Lilin Sarang lebah [Skripsi]. Bogor(ID):
Institut Pertanian Bogor.
Joint Committee on Powder Diffraction Standards.
Aoki H. (1991). Science and Medical Application of Hidroxyapatite. Tokyo
: JAAS.
Mardiyah K, Dwi K. Sintesis dan Karakterisasi Fisika-Kimia Kitosan.
Jurnal Kimia. 2012: Vol-5-No-1-hal-42-48.
Sulistioso GS, Deswita, Armi Wulanawati, dan Ayu Romawati. Sintesis
Hidroksiapatit Berpori Dengan Porogen Kitosan dan Karakterisasinya.
BBKK. 2012: vol. 34 no.1 april 2012.
Sopyan I, Mel M, Ramesh S, Khalid KA. Porous hydroxiapatite for artificial
bone application. Science and technology of advanced materials. 2007;
8:116-123.
Dahlan KA, Prasetyanti F, Sari YW. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang
menggunakan dry method. Jurnal Biofisika. 2009; 5(2):71-78.
Putri AAM. Metode Single Drop pada Pembuatan Hidroksiapatit Berbasis
Cangkang Telur. [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 2012.
Ahmiatri S, Soejoko D.S. 2002. Pengaruh Ion Karbonat dalam Proses
Presipitasi Senyawa Kalsium Fosfat. Makara Sains. 6 : 2.
Tian T, Jiang D, Zhang J, Lin Q. 2008. Synthesis of Si- Substituted
Hydroxyapatite by a Wet Mechanochemical Method. Materials Science and
Enggineering. C 28 : 57-63.
17
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Mulai
Persiapan alat dan bahan
Kalsinasi
Cangkang telur ayam
Sintesis Hidroksiapatis
0,5 M CaO (dari
Cangkang Telur Ayam)
0,3 M (NH4)2HPO4
Presipitasi
Wise Drop (1 jam)
Karakterisasi
XRD
FTIR
SEM
Analisis/pengolahan data
Penyusunan laporan
Selesai
18
18
Lampiran 2 Keterangan sintesis HA
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
19
(i)
(k)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
(l)
Preparasi cangkang telur
Kalsinasi cangkang telur
Serbuk hasil kalsinasi
Larutan kalsium
Larutan fosfat
Stirring
Aging
Penyaringan
Hasil penyaringan
Sintering
Serbuk hasil HA
Pencampuran HA dengan kitosan
(j)
20
Lampiran 3 JCPDS HA
Lampiran 4 JCPDS TCP
20
21
Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA
Perhitungan parameter kisi kristal dihitung melalui metode Cohen dengan
persamaan sebagai berikut:
Σ α sin2 θ
Σ sin2 θ
Σ sin2 θ
= C Σ α2
=CΣα
= C Σ αδ
+BΣα
+BΣ 2
+BΣ δ
Dimana:
C
=
α
= (h2 + hk + k2)
B
=
= l2
A
=
δ
= 10 sin2 2θ
+ A Σ αδ
+AΣ δ
+ A Σ δ2
22
22
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Cirebon, Jawa Barat pada
tanggal 29 Juni 1991. Penulis merupakan anak kedua dari
tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studi di TK
Pertiwi Serang selama satu tahun, SDN IV Serang selama
enam tahun, SMPN 1 Serang selama 3 tahun, dan
melanjutkan pendidikan ke SMAN 1 Keramatwatu selama
tiga tahun serta pada tahun 2009 penulis melanjutkan
pendidikan sarjana di Departemen Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Institut
Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi
Masuk IPB (USMI). Penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan sebagai
Bendahara Umum Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) IPB 2010-2011 dan
Badan Pengawas HIMAFI IPB 2011-2012. Selama perkuliahan penulis aktif
dalam berbagai kegiatan organisasi mahasiswa FMIPA IPB dan seminar-seminar
baik di dalam maupun di luar kampus. Diluar kampus penulis bekerja sebagai
manager di Toko Pena Stationary.
TELUR AYAM DAN POROGEN DARI KITOSAN
INDRI PUTRI SITORESMI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Hidroksiapatit
Berpori dari Cangkang Telur Ayam dan Porogen dari Kitosan adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk
apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, September 2013
Indri Putri Sitoresmi
NIM G74090052
ABSTRAK
INDRI PUTRI SITORESMI. Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur
Ayam dan Porogen dari Kitosan. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan SETIA
UTAMI DEWI.
Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis hidroksiapatit berpori dengan
metode presipitasi. Prekursor kalsium yang digunakan berasal dari cangkang telur
ayam negeri serta sumber fosfat menggunakan (NH4)2HPO4. Dilakukan variasi
ukuran kitosan yakni 0.26 μm (kitosan X) dan 625.45 μm (kitosan Y) serta variasi
komposisi HA-kitosan yaitu 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, dan 50:50. Fasa dan
struktur kristal dari HA berpori dianalisa menggunakan X-Ray Diffractometer.
Untuk sampel dengan variasi ukuran kitosan X dan kitosan Y diperoleh fasa HA
murni 100%. Ukuran kristal terbesar didapat dari sampel HA_X60 dengan ukuran
63.83 nm. Kandungan gugus kompleks HA diidentifikasi menggunakan Fourier
Transform Infrared Spectroscopy. Gugus yang terdapat dalam HA berupa OH-,
PO43-, dan CO32-. Morfologi struktur HA berpori dianalisa menggunakan
Scanning Electron Microscopy. Terlihat bahwa sampel HA telah menunjukkan
struktur berpori dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya, meskipun
porinya masih relatif kecil sekitar 0.2-1.6 μm dengan bentuk pori bulat kecil.
Penggunaan variasi ukuran kitosan sebagai porogen tidak memberikan pengaruh
yang signifikan terhadap ukuran pori yang dihasilkan.
Kata kunci: Cangkang telur ayam negeri, hidroksiapatit, kitosan, pori, presipitasi
ABSTRACT
INDRI PUTRI SITORESMI. Synthesis of Porous Hydroxyapatite from eggshells
and Chitosan-Porogen. Supervised by KIAGUS DAHLAN and SETIA UTAMI
DEWI.
This research had been done the synthesis of porous hydroxyapatite (HA) by
presipitasi method. The precusor calcium using come from eggshells and
(NH4)2HPO4 as phosphate source. The ratio of HA-chitosan to synthesize porous
HA are 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, and 50:50 and variation of chitosan size are
0.26 μm and 625.45 μm. The phase and crystaline structure of sample
characterized by X-Ray Diffractometer. For sample with chitosan size 100% HA
phase obtained. The biggest size of chrystaline gotten of HA_X60 sample by
63,83 nm. The functional groups of HA identified by Fourier Transform Infrared
Spectroscopy. The functional groups of HA which detected by are OH-, PO43-, and
CO32-. The morphological structure of sample analyzed by Scanning Electron
Microscopy. The result of sampel HA had shown the porouses structure with
chitosan as porogen however its size is quite small. In the order of about 0.2 – 1.6
μm in the form of cyrcle and the ditribution of porouses is smooth. Variation of
chitosan size as porogen is not significant and has no effect to the crystal size.
Keywords : Chitosan, eggshells, hydroxyapatite, porous, presipitasi.
SINTESIS HIDROKSIAPATIT BERPORI DARI CANGKANG
TELUR AYAM DAN POROGEN DARI KITOSAN
INDRI PUTRI SITORESMI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Sintesis Hidroksiapatit Berpori dmi Cangkang Telur Ayam dan
Porogen dari Kitosan
Nama
NIM
: Indri Putri Sitoresmi
: G74090052
Disetujui oleh
Dr. agus Dahlan
Pembimbing I
Tanggal Lulus:
0 1 OCT 2013
Setia Utami Dewi, MSi
Pembimbing II
Judul Skripsi : Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur Ayam dan
Porogen dari Kitosan
Nama
NIM
: Indri Putri Sitoresmi
: G74090052
Disetujui oleh
Dr. Kiagus Dahlan
Pembimbing I
Setia Utami Dewi, MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Akhiruddin Maddu
Ketua Departemen Fisika
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan pada allah SWT yang telah memberikan
rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan usulan
penelitian dengan judul “Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur
Ayam dan Porogen dari Kitosan” sebagai salah satu syarat kelulusan program
sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Institut Pertanian Bogor.
Pada kesempatan ini, penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada
orang tua dan para sahabat (Mita, Aceri, Rady dan Dede) yang selalu memberikan
nasehat, bimbingan dan semangat kepada penulis. Kepada pembimbing skripsi
yang selalu memberikan motivasi dan semangat serta menyempatkan waktunya
untuk berdiskusi mengenai penyusunan usulan penelitian ini. Tak lupa pula
kepada rekan-rekan fisika terutama Upriyanti, Vina, Kania, Noldy, Budi, dan Kak
Aisyah, beserta civitas akademika fisika lainnya yang telah banyak membantu
penulis selama ini.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2013
Indri Putri Sitoresmi
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
vii
PENDAHULUAN
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
3
Bahan
3
Alat
3
Prosedur Penelitian
3
Preparasi cangkang telur
3
Sintesis HA dengan metode Wise Drop
3
Sintesis HA berpori
4
Karakterisasi FTIR
4
Karakterisasi XRD
4
Karakterisasi SEM
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Hasil Kalsinasi Cangkang Telur Ayam
5
Hasil Sintesis HA dengan Metode Wise DropI
6
Hasil Sintesis HA Berpori
6
Karakterasasi Sampel
7
Hasil Karakterasasi FTIR
7
Hasil Karakterisasi XRD
9
Hasil Karakterisasi SEM
12
SIMPULAN DAN SARAN
15
Simpulan
15
Saran
15
DAFTAR PUSTAKA
16
LAMPIRAN
17
RIWAYAT HIDUP
22
DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Variasi ukuran kitosan
Variasi komposisi HA-kitosan
Efisiensi massa hasil kalsinasi
Efisiensi massa sampel HA berpori
Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X
Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori
dengan variasi kitosan X
7. Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X
8. Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y
9. Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori
dengan variasi kitosan Y
10. Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y
11. Ukuran pori pada sampel HA berpori dengan variasi kitosan X dan Y
4
4
5
6
10
11
11
12
12
12
15
DAFTAR GAMBAR
1. Spektra FTIR Kitosan.
2. Spektra FTIR HA.
3. Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan X (a) 10%,
(b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e)
4. Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan Y (a) 10%,
(b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e) 50%
5. Pola XRD sampel HA.
6. Pola XRD sampel HA berpori dengan variasi kitosan X 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
7. XRD sampel HA (a) dan HA berpori dengan variasi kitosan Y 10%
(b), 20% (c), 30% (d), 40% (e), dan 50% (f).
8. Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan X 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
9. Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan Y 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
7
7
8
8
10
10
11
13
14
DAFTAR LAMPIRAN
1.
2.
3.
4.
5.
Diagram alir penelitian
Keterangan sintesis HA berpori
JCPDS HA
JCPDS TCP
Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA
17
18
20
20
21
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kerusakan pada organ tulang merupakan masalah kesehatan yang serius
karena tulang merupakan salah satu organ tubuh yang sangat penting bagi
manusia. Kerusakan tersebut dapat terjadi akibat faktor kecelakaan maupun
penyakit. Untuk menangani kerusakan pada tulang tersebut dibutuhkan suatu
material yang tepat untuk implantasi tulang.
Material pengganti tulang yang umum digunakan adalah autograf
(penggantian satu bagian tubuh dengan bagian tubuh yang lainnya dalam satu
individu), allograf (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari
manusia lain), xenograf (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal
dari hewan), exogenus (penggantian atau implantasi dengan bahan sintetik atau
yang biasa disebut dengan biomaterial). Biomaterial yang biasa digunakan adalah
material sintetik seperti polimer, material logam, komposit dan biokeramik. Setiap
material tersebut memiliki kekurangan dan kelebihan sebagai material untuk
memperbaiki tulang, seperti stabilitas kimia, biokompatibilitas, biodegradasi
dengan tubuh dalam waktu yang lama.1
Adanya keterbatasan dalam setiap material tersebut memicu
perkembangan riset di bidang biomaterial. Biomaterial didefinisikan secara umum
merupakan bahan inert yang diimplantasi ke dalam sistem hidup sebagai
pengganti fungsi jaringan hidup atau organ. Biomaterial digunakan sebagai
perangkat medis dan mampu berinteraksi dengan sistem medis. Adanya interaksi
ini mengharuskan setiap biomaterial memiliki sifat biokompatibilitas, yaitu
kemampuan suatu material untuk bekerja selaras dengan tubuh tanpa
menimbulkan efek lain yang berbahaya.1
Hidroksiapatit (HA) yang memiliki formula Ca10(PO4)6(OH)2 dengan rasio
Ca/P sekitar 1,67 merupakan senyawa kalsium fosfat yang ekivalen dengan
komponen organik utama dari tulang dan gigi. HA bersifat biokompatibilitas yang
dapat berikatan dengan tulang.2
HA berpori saat ini menjadi kebutuhan yang mendasar bagi rekonstruksi
tulang yang patah atau retak. HA berpori diharapkan mampu meminimalisir sifat
getas pada HA. Adanya pori-pori pada HA akan menjadi kantung oksigen dan
tempat tumbuhnya saraf dari tulang, sehingga pori tersebut menjadi tempat
tumbuhnya sel – sel tulang baru. Umumnya HA berpori dibuat melalui pembuatan
komposit HA-porogen. Porogen diartikan sebagai bahan pembentuk pori.
Komposit yang terbentuk kemudian dikalsinasi sehingga senyawa organik
menguap dan terbentuk pori-pori. Sebagai porogen bisa digunakan polimer alam
maupun buatan, seperti celulosa, chitosan, collagen, polyurethane, carboxymethyl
cellulose dan sebagainya.3
Pada penelitian ini dilakukan sintesis hidroksiapatit berpori dari cangkang
telur ayam sebagai sumber CaO, (NH4)2HPO4 sebagai sumber fosfat dan kitosan
sebagai porogen alami. Penggunaan porogen dari bahan alami seperti kitosan
diharapkan dapat meningkatkan biokompatibilitas, mampu mempercepat
penyerapan nutrisi, mineralisasi pada jaringan yang rusak, serta mempermudah sel
2
2
untuk berinfiltrasi dalam pori sehingga dapat mempercepat proses remodelling
tulang.
Perumusan Masalah
1. Bagaimana karakterisasi HA berbasis kalsium dari cangkang telur dengan
metode presipitasi?
2. Apa pengaruh variasi komposisi HA-kitosan dan variasi ukuran kitosan
terhadap fasa serta ukuran pori dari HA berpori yang dihasilkan?
Tujuan Penelitian
1. Mensintesis HA berbasis kalsium dari cangkang telur ayam dengan
menggunakan metode presipitasi.
2. Mensintesis HA berpori dari porogen kitosan dengan variasi komposisi HAkitosan dan variasi ukuran kitosan.
3. Melakukan karakterisasi struktur kristal HA dan HA berpori menggunakan
X-Ray Diffraction (XRD), komposisi gugus fungsi dengan Spektroskopi
Fourier Transform Infra Red (FTIR), dan mengetahui morfologi eksternal
(tekstur) dengan Scanning Electron Microscopy (SEM).
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk mensintesis HA berpori sebagai material
pengganti tulang manusia. Sintesis HA ini memanfaatkan limbah rumah tangga
berupa cangkang telur ayam negeri serta kitosan yang berasal dari cangkang
udang, sehingga biaya proses sintesis dapat diminimalisir dan diharapkan dapat
berdaya saing dengan HA komersial.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup umum penelitian ini adalah bidang biomaterial berupa HA.
Secara khusus meliputi sintesis HA, lalu membuatnya menjadi berstruktur pori.
Selanjutnya HA berpori akan dikarakterisasi untuk mengetahui struktur kristal,
kandungan gugus kompleks, dan morfologinya.
3
METODE
Bahan
Cangkang telur ayam negeri, (NH4)2HPO4, aquades, dan kitosan.
Alat
Gelas ukur, labu takar, corong, pipet, crusible, neraca digital, magnetic
strirer, spatula, alumunium foil, furnace, mortar, kertas saring, dan erlenmeyer.
Prosedur Penelitian
Preparasi Cangkang Telur
Penelitian ini diawali dengan mengkalsinasi cangkang telur ayam.
Cangkang telur ayam dibersihkan terlebih dahulu dari kotoran makro, membran
dieliminasi dari cangkang, kemudian cangkang dikeringkan di udara terbuka.
Kalsinasi dilakukan pada suhu 10000C dengan waktu penahanan selama 5 jam,
hasil yang diperoleh berbentuk serbuk putih.
Sintesis HA dengan Metode wise drop
Cangkang telur yang telah dikalsinasi dilarutkan dalam 100 ml aquades,
kemudian ditambahkan larutan (NH4)2HPO4. Massa cangkang telur ayam dan
(NH4)2HPO4 yang dilarutkan ditentukan berdasarkan hasil perhitungan
stoikiometri sehingga menghasilkan rasio konsentrasi Ca/P sebesar 1,67.
Presipitasi dengan menggunakan metode wise drop, dilakukan dengan
meneteskan 0.3 M larutan (NH4)2HPO4 ke dalam 0.5 M larutan dari cangkang
telur dengan melakukan stirring dengan kecepatan pengadukan 300 rpm. Proses
tersebut dilakukan selama 90 menit. Setelah kedua larutan tercampur, lakukan
stirring kembali pada kecepatan pengadukan 300 rpm selama 60 menit. Kemudian
presipitat tersebut di-aging selama overnight.
Presipitat kemudian disaring dengan menggunakan kertas saring.
Kemudian sampel dikeringkan dengan menggunakan furnace pada suhu 110 oC
dengan waktu penahanan 5 jam dan sintering pada suhu 900 oC dengan waktu
penahanan 5 jam. Selanjutnya, sampel ditimbang menggunakan neraca digital.
4
4
Sintesis HA Berpori dengan Porogen Kitosan
Serbuk HA hasil sintesis HA dicampurkan dengan serbuk kitosan,
kemudian diaduk sampai homogen. Variasi ukuran serbuk kitosan dapat dilihat
pada Tabel 1 dan variasi komposisi HA-Kitosan dapat dilihat pada Tabel 2.
Setelah pencampuran tersebut, kemudian dilakukan sintering dengan
menggunakan furnace pada suhu 900 oC dengan waktu penahanan 5 jam. Setelah
itu, sampel ditimbang kemudian dikarakterisasi dengan XRD, FTIR, dan SEM.
Tabel 1 Variasi ukuran kitosan
Kode Kitosan
X
Y
Ukuran (µm)
0.26
625.45
Tabel 2 Variasi komposisi HA-kitosan
Kitosan
X
Y
HA (%)
90
80
70
60
50
90
80
70
60
50
Kitosan (%)
10
20
30
40
50
10
20
30
40
50
Kode Sampel
HA_X90
HA_X80
HA_X70
HA_X60
HA_X50
HA_Y90
HA_Y80
HA_Y70
HA_Y60
HA_Y50
Karakterisasi FTIR
Karakterisasi Fourier Transform Infrared (FTIR) dilakukan untuk
mengetahui kandungan gugus karbonat dalam sampel HA dan HA berpori. Dua
miligram dari masing - masing sampel dicampur dengan 100 mg KBr, dibuat pelet
terlebih dahulu. Kemudian dicetak dalam jangkauan bilangan gelombang 400 –
4000 cm-1. KBr selalu digunakan pada uji FTIR untuk menghilangkan latar
belakang absorpsi. Alat yang digunakan adalah ABB mb3000.
Karakterisasi XRD
Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) dilakukan untuk mengidentifikasi
fasa, parameter kisi, dan derajat kristalinitas yang terdapat pada HA maupun HA
berpori. Pengujian fasa dengan teknik ini dilakukan pada sudut 2Ө dari 10o hingga
80o. Alat yang digunakan adalah GBC emmA.
5
Karakterisasi SEM
Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) dilakukan untuk
mengetahui morfologi dari sampel HA dan sampel HA berpori. Sampel diletakkan
pada plat alumunium yang memiliki dua sisi kemudian dilapisi dengan lapisan
emas setebal 48 nm. Sampel yang telah dilapisi diamati menggunakan SEM
dengan tegangan 10 kV atau 15 kV dan perbesaran 5.000x. Alat yang digunakan
adalah JSM-5310LV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kalsinasi Cangkang Telur Ayam
Sampel yang dibuat adalah berupa serbuk dari cangkang telur. Untuk
memperoleh serbuk ini, cangkang telur yang telah dibersihkan dikalsinasi pada
suhu 1000 oC selama 5 jam. Kalsinasi cangkang telur perlu dilakukan untuk
menghasilkan prekursor kalsium dalam bentuk kalsium oksida (CaO) sebelum
sintesis HA. Sebelum dilakukan kalsinasi, senyawa kalsium dalam cangkang telur
berbentuk CaCO3. Reaksi pembentukan CaO melalui proses kalsinasi dapat dilihat
pada persamaan di bawah ini:4
Pada proses kalsinasi terjadi pengurangan massa cangkang telur. Hal
tersebut ditunjukkan dengan massa setelah kalsinasi lebih kecil dari massa
sebelum kalsinasi. Pengurangan massa cangkang telur ini terjadi karena pada
waktu pemanasan, kandungan material organik dan material lain tereliminasi, dan
terjadi perubahan fase senyawa kalsium karbonat menjadi kalsium oksida.5
Efisiensi adalah suatu ukuran perbandingan antara massa sebelum dan massa
hasil. Persentase rata-rata efisiensi massa hasil kalsinasi adalah 53.54% yang
dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Efisiensi massa hasil kalsinasi
Crusible
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Rata – rata
Massa CaCO3
(gram)
20.85
20.86
20.86
20.85
20.85
20.85
20.86
20.85
20.86
Massa Hasil
Kalsinasi (gram)
11.18
11.12
11.15
11.24
11.19
11.17
11.21
11.14
11.09
Efisiensi
(%)
53.62
53.30
53.44
53.91
53.66
53.56
53.73
53.43
53.17
53.54
6
6
Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Wise Drop
Sintesis HA pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode
presipitasi, yaitu wise drop. Dimana senyawa kalsium (CaO) sebesar 2.83 gram
dan fosfat ((NH4)2HPO4) sebesar 3.96 gram yang digunakan pada sintesis HA
dilakukan dengan perbandingan konsentrasi sebesar 1.67 pada temperatur ruang.6
Dalam sintesis HA tersebut dihasilkan serbuk putih keras, sehingga harus
ditumbuk terlebih dahulu menggunakan mortar agar didapatkan serbuk putih
halus. Massa serbuk putih halus yang dihasilkan lebih kecil dari massa awal dan
persentase rata-rata efisiensinya adalah 63.28%. Pengurangan massa tersebut
disebabkan oleh hilangnya uap air seiring dengan kenaikan suhu sintering. Reaksi
sintesis HA dapat dilihat dari persamaan dibawah :
Ca10(PO4)6(OH)2 + 12NH4OH + 6H2O
10CaO + 6(NH4)2HPO4 + 10H2O
Sintesis HA Berpori
Untuk mendapatkan HA berpori, maka HA yang telah diperoleh
sebelumnya dicampur dengan kitosan. Kitosan berfungsi sebagai porogen, yaitu
pembuat pori. Setelah dicampurkan, selanjutnya dilakukan sintering pada suhu
900 oC selama 5 jam yang bertujuan untuk menghilangkan kitosan. Hasil dari
sintering didapatkan HA berpori berupa serbuk putih yang lebih halus
dibandingkan sampel HA. Massa yang diperoleh dari hasil sintering lebih kecil
dibandingkan massa awal. Pengurangan massa tersebut terjadi karena saat proses
sintering, kitosan akan menghilang pada setiap kenaikan suhu sintering. Namun
dari massa hasil dan efisiensi yang diperoleh menunjukan masih terdapat kitosan
pada sampel, walaupun dalam jumlah yang sedikit. Hal ini dapat dilihat pada
Tabel 4 dapat dilihat juga nilai efisiensi dari setiap sampel berpori. Masih
terkandungnya kitosan disebabkan pada suhu sintering sebesar 900 oC, ternyata
kitosan tidak semuanya menghilang. Karena kitosan memiliki sifat jika berikatan
dengan suatu material dapat memiliki titik leleh yang sangat tinggi bahkan tidak
memiliki titik leleh.7
Tabel 4 Efisiensi massa sampel HA berpori
Kode HA
Massa HA
(gram)
Massa Kitosan
(gram)
Massa Hasil
Sintering (gram)
Efisiensi
(%)
HA_X90
HA_X80
HA_X70
HA_X60
HA_X50
HA_Y90
HA_Y80
HA_Y70
HA_Y60
HA_Y50
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
0,22
0,5
0,86
1,33
2
0,22
0,5
0,86
1,33
2
2.04
2.07
2.08
2.09
2.06
2.04
2.05
2.09
2.07
2.04
101.91
103.49
104.13
104.64
102.80
102.00
102.50
104.50
103.50
102.00
7
Karakterisasi Sampel
Karakterisasi FTIR
Identifikasi gugus kompleks pada kitosan, HA, dan HA berpori dilakukan
dengan karakterisasi FTIR. Kandungan kitosan diindikasikan dengan pita serapan
gugus C-H pada bilangan gelombang 2850.06 cm-1 dan 2918.87 cm-1, NH2 pada
bilangan gelombang 1641.13 cm-1, dan C=O pada bilangan gelombang 2935,
1377, dan 1321 cm-1 yang dapat dilihat pada Gambar 1.8 Sedangkan HA dapat
terdeteksi dengan pita serapan gugus OH- dan PO43-. Jika terjadi gugus CO32dalam sampel, bisa menyebabkan dua kemungkinan yaitu adanya AKA (Apatit
Karbonat tipe-A) berada pada bilangan sekitar 1545, 1450, dan 890 cm-1 atau
AKB (Apatit Karbonat tipe-B) berada pada bilangan gelombang di sekitar 1465,
1412, dan 873 cm-1.9
Dari hasil karakterisasi FTIR didapatkan gugus fungsi OH-, PO43- dan CO32dapat dilihat pada Gambar 2, Gambar 3 dan Gambar 4. Gugus OH- yang
teridentifikasi menunjukkan bahwa pada sampel HA (Gambar 2) maupun sampel
HA berpori dengan variasi kitosan X (Gambar 3) dan variasi kitosan Y (Gambar
4) masih mengandung H2O.
Gambar 1 Spektra FTIR Kitosan.
Gambar 2 Spektra FTIR HA.
8
8
Pada sampel HA_X70, HA_X60 dan HA_Y70 terdapat kandungan karbonat
pada bilangan gelombang 1450 cm-1, sedangkan pada sampel HA, HA_X90,
HA_X80, HA_X50, dan semua sampel HA berpori dengan variasi kitosan Y tidak
mengandungan karbonat. Karbonat tersebut tidak terdeteksi pada karakterisasi
XRD karena kadarnya sangat kecil, namun dengan karakterisasi FTIR ini dapat
terdeteksi. Karena karakterisasi FTIR dapat mendeteksi kadar senyawa yang
sangat kecil sekali pun. Penambahan kitosan tidak mempengaruhi gugus fungsi
yang didapatkan.
* PO43+
CO32#
OH(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 3 Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan X (a)
10%, (b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e) 50%
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 4 Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan Y (a) 10%, (b)
20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e) 50%
9
Karakterisasi XRD
Karakterisasi XRD dilakukan untuk menentukan fasa, ukuran kristal, dan
parameter kisi setiap sampel. Untuk menentukan fasa HA dari sampel dilakukan
perbandingan terhadap setiap puncak sampel dengan puncak dari HA
(Hydroxyapatite) dan TCP (Tri Calcium Phospate). Identifikasi fasa tersebut
mengacu pada data JCPDS dengan nomor 09-0432 (Lampiran 3) untuk material
HA dan 09-0169 untuk TCP (Lampiran 4).10
Hasil karakterisasi XRD pada sampel HA menunjukkan bahwa terbentuk
dua fase yang berbeda yaitu HA dan TCP (Gambar 5). Fasa HA memiliki lima
puncak difraksi tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 25.88o, 31.84o, 32.940,
46.74o, dan 49.48o. Selain itu fasa TCP menempati satu puncak difraksi tertinggi
yaitu pada sudut 2θ sebesar 39.8o.
Pada Gambar 6 menunjukkan pola XRD sampel HA berpori untuk variasi
kitosan X. Hasil XRD menunjukan setiap sampel diperoleh HA murni. Pada Tabel
5 dapat dilihat komposisi senyawa yang dihasilkan dari sintesis HA dan HA
berpori menggunakan kitosan jenis X. Perhitungan parameter kisi dengan
menganalisis data XRD dengan menggunakan metode Cramer (Lampiran 5).
Parameter kisi dan ketepatan dari sampel HA dan HA berpori dengan variasi
kitosan X yang dapat dilihat pada Tabel 7. Dari Tabel 7 dapat dilihat bahwa nilai
ketepatan parameter kisi untuk a maupun c dari sampel HA berpori dengan variasi
kitosan jenis X sudah diatas 99% dibandingkan dengan sampel HA yang hanya
98%. Nilai ketepatan parameter kisi dari sampel HA berpori dengan variasi
kitosan jenis X yang paling baik ada pada sampel HA_X70. Pada Tabel 8 dapat
dilihat ukuran kristal diperoleh dari analisis data XRD. Ukuran kristal untuk setiap
sampel. Ukuran kristal terbesar terdapat pada sampel HA_X60 dengan ukuran
63.83 nm.
Pada Gambar 7 menunjukkan pola XRD sampel HA berpori untuk variasi
kitosan Y. Hasil XRD menunjukan setiap sampel diperoleh HA murni 100%.
Pada Tabel 9 dapat dilihat komposisi senyawa yang dihasilkan dari sintesis HA
dan HA berpori menggunakan kitosan jenis Y. Perhitungan parameter kisi dengan
menganalisis data XRD dengan menggunakan metode Cramer (Lampiran 5).
Parameter kisi dan ketepatan dari sampel HA dan HA berpori dengan variasi
kitosan Y yang dapat dilihat pada Tabel 10. Nilai ketepatan parameter kisi untuk a
maupun c dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis Y sudah diatas
99% dibandingkan dengan sampel HA yang hanya 98%. Nilai ketepatan
parameter kisi dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis Y yang paling
baik ada pada sampel HA_Y60. Ukuran kristal diperoleh dari analisis data XRD.
Pada Tabel 11 dapat dilihat ukuran kristal untuk setiap sampel. Ukuran kristal
terbesar terdapat pada sampel HA_Y60 dengan ukuran 36.93 nm.
Dari hasil karakterisasi XRD pada setiap sampel telah terbentuk fase HA
murni sebesar 100%. Variasi ukuran dan komposisi dari kitosan X maupun
kitosan Y berpengaruh secara sigfinikan terhadap perubahan ukuran kristal HA
berpori, hal ini terlihat dari ukuran kristal yang terbentuk memiliki ukuran yang
jauh berbeda.
10
10
Gambar 5 Pola XRD sampel HA.
# HA
T
Gambar 6 Pola XRD sampel HA berpori dengan variasi kitosan X 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
Tabel 5 Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X
Kode
Sampel
HA
HA_X90
HA_X80
HA_X70
HA_X60
HA_X50
%
HA
91.78
100
100
100
100
100
TCP
8.22
0
0
0
0
0
11
Tabel 6 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori
dengan variasi kitosan X
Kode Sampel
HA
HA_X90
HA_X80
HA_X70
HA_X60
HA_X50
Parameter Kisi
a(A)
c(A)
9.52
7.01
9.45
6.89
9.46
6.90
9.41
6.89
9.43
6.88
9.40
6.87
Ketepatan
a(%)
c(%)
98.92
98.17
99.54
99.76
99.55
99.77
99.92
99.91
99.87
99.94
99.81
99.80
# HA
Gambar 7 Pola XRD sampel HA (a) dan HA berpori dengan variasi kitosan Y
10% (b), 20% (c), 30% (d), 40% (e), dan 50% (f).
Tabel 7 Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X
Kode Sampel
HA
HA_X90
HA_X80
HA_X70
HA_X60
HA_X50
Ukuran Kristal
(nm)
50.61
49.85
56.11
46.82
63.83
61.25
12
12
Tabel 8 Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y
Kode Sampel
HA
HA_Y90
HA_Y80
HA_Y70
HA_Y60
HA_Y50
%
HA
91.78
100
100
100
100
100
TCP
8.22
0
0
0
0
0
Tabel 9 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori
dengan variasi kitosan Y
Kode Sampel
HA
HA_Y90
HA_Y80
HA_Y70
HA_Y60
HA_Y50
Parameter Kisi
a(A)
c(A)
9.52
7.01
9.50
6.90
9.49
6.91
9.41
6.87
9.41
6.88
9.40
6.87
Ketepatan
a(%)
c(%)
98.92
98.17
99.13
99.77
99.24
99.77
99.92
99.80
99.92
99.94
99.81
99.80
Tabel 10 Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y
Kode Sampel
HA
HA_Y90
HA_Y80
HA_Y70
HA_Y60
HA_Y50
Ukuran Kristal (nm)
50.61
34.13
36.09
36.91
36.93
33.91
Karakterisasi SEM
Karakterisasi SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi sampel HA
berpori. Karakteristik fisik dari HA berpori diantaranya ukuran pori, morfologi
pori dan keseragaman pori yang mempengaruhi pertumbuhan tulang pada
implan.11 Gambar 8 dan Gambar 9 memperlihatkan hasil analisa SEM dengan
pembesaran 5000 kali pada sampel HA berpori. Dimana morfologi tersusun dari
butiran-butiran yang membentuk suatu agregat yang menunjukan struktur berpori.
Pada Gambar 8 dapat dilihat hasil karakterisasi SEM dari sampel HA
berpori dengan penambahan kitosan X yaitu telah terbentuk pori-pori yang kurang
seragam. Pada sampel HA_X50 terlihat jelas pori yang terbentuk dan ukurannya
13
yang lebih besar dibandingkan sampel HA_X60, HA_X70, HA_X80 dan
HA_X90. Pada Gambar 9 dapat dilihat hasil karakterisasi SEM dari sampel HA
berpori dengan penambahan kitosan Y. Pada sampel HA_Y50 dan HA_Y60
terlihat jelas pori yang terbentuk dan ukuran pori yang lebih besar dibandingkan
HA_Y70, HA_Y80, dan HA_Y90. Pada sampel dengan penambahan kitosan Y,
pori-pori yang terbentuk kurang seragam. Ukuran pori yang didapatkan setiap
sampel dapat dilihat pada Tabel 11.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 8 Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan X 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
14
14
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 9 Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan Y 10% (a), 20%
(b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
Dari data yang didapatkan, dapat dilihat bahwa semakin banyak komposisi
kitosan yang ditambahkan berpengaruh secara signifikan terhadap ukuran pori
dari HA yang dihasilkan. Meskipun pori yang dihasilkan relatif kecil dan kurang
seragam, tetapi sampel telah menunjukkan bahwa telah terbentuk HA berpori
dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya. Hal ini terjadi karena proses
pencampuran antara HA dan kitosan secara langsung, mengakibatkan
pencampuran yang tidak homogen.
15
Tabel 11. Ukuran pori pada sampel HA berpori dengan variasi kitosan X dan Y.
kode
sampel
HA-X90
HA-X80
HA-X70
HA-X60
HA-X50
HA-Y90
HA-Y80
HA-Y70
HA-Y60
HA-Y50
ukuran pori (µm)
terkecil
terbesar
0.2
0.6
0.2
0.6
0.2
0.6
0.4
0.6
0.4
0.8
0.8
1.1
0.8
1.1
0.8
1.1
0.9
1.4
0.9
1.6
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sintesis HA berpori dengan porogen kitosan berhasil dibuat dengan metode
presipitasi, yaitu wise drop. Sampel HA berpori yang dihasilkan baik dari variasi
kitosan X maupun kitosan Y berupa HA murni 100%. Pada massa hasil HA
berpori masih terkandung kitosan, namun pada hasil karakterisasi FTIR dan XRD
kitosan tidak terdeteksi. Hal ini dikarenakan kandungan kitosan hanya sedikit.
Pencirian SEM terhadap sampel HA berpori memperlihatkan telah terbentuknya
pori-pori berukuran 0.2-1.6 μm dengan morfologi pori bulat kecil serta distribusi
pori yang mulai seragam. Dimana penambahan kitosan Y menghasilkan pori yang
berukuran lebih besar dibandingkan penambahan kitosan X. Adanya variasi
ukuran kitosan yang digunakan sebagai porogen tidak berpengaruh signifikan
tehadap ukuran pori yang dihasilkan.
Saran
Pada pembuatan sintesis hidroksiapatit berpori harus dilakukan teknik yang
lebih baik lagi untuk penyempurnaan, seperti teknik pada pencampuran antara HA
dengan porogen alaminya. Dimana pencampuran dilakukan ketika pembuatan
sintesis HA, agar diperoleh pori dengan ukuran yang lebih besar dan diperoleh
pori yang seragam.
16
16
DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
Wang, Pie-Yi, dkk. 2004. Method Of Producing Eggshell Powder.
[Terhubung Berkala]. http://www.wipo.int/pctdb/images1/PATENTSCOPE/
41/0b/6b/000b6b.pdf. [8 Januari 2013].
Shi D. (2003). Biomaterial and Tissue Engineering. Springer Berlin
Heidelberg : New York.hlm 1-12.
Yustinus P. 2011. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit Dengan Pori
Terkendali [Tesis]. Bogor(ID): Institut Pertanian Bogor.
Ajeng Anggraeni. 2012. Metode Single Drop Pada Pembuatan
Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur [Skripsi]. Bogor(ID): Institut
Pertanian Bogor.
Irwan sofia, pirman, dan zulfiana haris. Yang Diperoleh dari Limbah
Cangkang Udang Windu. Jurnal Kimia. 2010: Vol. 9 No. 1, 11-18.
Fitriani P. 2008. Pemanfaatan Cangkang Telur Ayam untuk Sintesis
Hidroksiapatit dengan Reaksi Kering [Skripsi]. Bogor(ID): Institut
Pertanian Bogor
Griffith P.R, Haseth J.A. 2007. Fourier Transform Infrared Spectrometry. A
John Wiley & Sons, Inc Publication : New Jersey.
Ratna juwita. 2012. Sintesis Hidroksiapatit Berpori Berbasis Kalsium dari
Cangkang Telur dan Porogen Lilin Sarang lebah [Skripsi]. Bogor(ID):
Institut Pertanian Bogor.
Joint Committee on Powder Diffraction Standards.
Aoki H. (1991). Science and Medical Application of Hidroxyapatite. Tokyo
: JAAS.
Mardiyah K, Dwi K. Sintesis dan Karakterisasi Fisika-Kimia Kitosan.
Jurnal Kimia. 2012: Vol-5-No-1-hal-42-48.
Sulistioso GS, Deswita, Armi Wulanawati, dan Ayu Romawati. Sintesis
Hidroksiapatit Berpori Dengan Porogen Kitosan dan Karakterisasinya.
BBKK. 2012: vol. 34 no.1 april 2012.
Sopyan I, Mel M, Ramesh S, Khalid KA. Porous hydroxiapatite for artificial
bone application. Science and technology of advanced materials. 2007;
8:116-123.
Dahlan KA, Prasetyanti F, Sari YW. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang
menggunakan dry method. Jurnal Biofisika. 2009; 5(2):71-78.
Putri AAM. Metode Single Drop pada Pembuatan Hidroksiapatit Berbasis
Cangkang Telur. [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 2012.
Ahmiatri S, Soejoko D.S. 2002. Pengaruh Ion Karbonat dalam Proses
Presipitasi Senyawa Kalsium Fosfat. Makara Sains. 6 : 2.
Tian T, Jiang D, Zhang J, Lin Q. 2008. Synthesis of Si- Substituted
Hydroxyapatite by a Wet Mechanochemical Method. Materials Science and
Enggineering. C 28 : 57-63.
17
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Mulai
Persiapan alat dan bahan
Kalsinasi
Cangkang telur ayam
Sintesis Hidroksiapatis
0,5 M CaO (dari
Cangkang Telur Ayam)
0,3 M (NH4)2HPO4
Presipitasi
Wise Drop (1 jam)
Karakterisasi
XRD
FTIR
SEM
Analisis/pengolahan data
Penyusunan laporan
Selesai
18
18
Lampiran 2 Keterangan sintesis HA
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
19
(i)
(k)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
(l)
Preparasi cangkang telur
Kalsinasi cangkang telur
Serbuk hasil kalsinasi
Larutan kalsium
Larutan fosfat
Stirring
Aging
Penyaringan
Hasil penyaringan
Sintering
Serbuk hasil HA
Pencampuran HA dengan kitosan
(j)
20
Lampiran 3 JCPDS HA
Lampiran 4 JCPDS TCP
20
21
Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA
Perhitungan parameter kisi kristal dihitung melalui metode Cohen dengan
persamaan sebagai berikut:
Σ α sin2 θ
Σ sin2 θ
Σ sin2 θ
= C Σ α2
=CΣα
= C Σ αδ
+BΣα
+BΣ 2
+BΣ δ
Dimana:
C
=
α
= (h2 + hk + k2)
B
=
= l2
A
=
δ
= 10 sin2 2θ
+ A Σ αδ
+AΣ δ
+ A Σ δ2
22
22
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Cirebon, Jawa Barat pada
tanggal 29 Juni 1991. Penulis merupakan anak kedua dari
tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studi di TK
Pertiwi Serang selama satu tahun, SDN IV Serang selama
enam tahun, SMPN 1 Serang selama 3 tahun, dan
melanjutkan pendidikan ke SMAN 1 Keramatwatu selama
tiga tahun serta pada tahun 2009 penulis melanjutkan
pendidikan sarjana di Departemen Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Institut
Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi
Masuk IPB (USMI). Penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan sebagai
Bendahara Umum Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) IPB 2010-2011 dan
Badan Pengawas HIMAFI IPB 2011-2012. Selama perkuliahan penulis aktif
dalam berbagai kegiatan organisasi mahasiswa FMIPA IPB dan seminar-seminar
baik di dalam maupun di luar kampus. Diluar kampus penulis bekerja sebagai
manager di Toko Pena Stationary.