Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit Berpori dengan Porogen Kitosan
SINTESIS DAN KARAKTERISASI HIDROKSIAPATIT
BERPORI DENGAN POROGEN KITOSAN
PARMITA AULIA
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 dan
Karakterisasi Hidroksiapatit Berpori dengan Porogen Kitosan adalah benar karya
saya dengan arahan dari 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, April 2013
Parmita Aulia
NIM G74090010
ABSTRAK
PARMITA AULIA. Sintesis Hidroksiapatit Berpori dengan Porogen Kitosan.
Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan SETIA UTAMI DEWI.
Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis hidroksiapatit (HA) berpori
dengan metode sol gel. Prekursor kalsium berasal dari cangkang telur ayam dan
H3PO4 sebagai sumber fosfat. HA berpori disintesis dengan variasi komposisi HAkitosan sebesar 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, dan 50:50 serta variasi ukuran kitosan
sebesar 0.26 μm dan 625.45 μm. Fasa dan struktur kristal sampel dikarakterisasi
menggunakan X-Ray Diffractometer. Pada sampel HA berpori dengan variasi
kitosan A maupun kitosan B menunjukkan bahwa semakin banyak komposisi
kitosan yang ditambahkan maka persentase komposisi HA yang terbentuk juga
akan semakin meningkat, kecuali pada komposisi HA-kitosan A 80:20, HAkitosan B 80:20 serta 70:30 yang mengalami penurunan, namun tidak
berpengaruh terhadap ukuran kristal sampel. Kandungan gugus kompleks HA
diidentifikasi menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy. Terdeteksi
bahwa gugus yang terdapat dalam sampel berupa OH-, PO43-, dan CO32-.
Morfologi struktur sampel dianalisa menggunakan Scanning Electron
Microscopy. Terlihat bahwa sampel HA telah menunjukkan struktur berpori
dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya, meskipun porinya masih relatif
kecil sekitar 0.29-0.46 μm dengan bentuk pori bulat kecil serta distribusi pori
yang mulai seragam.
Kata kunci: Cangkang telur ayam, hidroksiapatit, kitosan, pori, sol gel
ABSTRACT
PARMITA AULIA. Synthesis of Porous Hydroxyapatite with Chitosan-Porogen.
Supervised by KIAGUS DAHLAN and SETIA UTAMI DEWI.
This research had been done the synthesis of porous hydroxyapatite (HA) by
sol gel method. The precusor calcium using eggshells and H3PO4 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.
The porous HA with variation of chitosan A and chitosan B showed the
percentage of HA would be rised if researcher added more of chitosan
compotition, except HA-chitosan A 80:20, HA-chitosan B 80:20 and 70:30 be
decreased, but did effect not for chrystaline size. 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 using chitosan as porogen however it was small
about 0.29-0.46 μm with the form of porouses are small cyrcle and the ditribution
of porouses are smooth.
Keywords : Chitosan, eggshells, hydroxyapatite, porous, sol gel
SINTESIS DAN KARAKTERISASI HIDROKSIAPATIT
BERPORI DENGAN POROGEN KITOSAN
PARMITA AULIA
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 dan Karakterisasi Hidroksiapatit Berpori dengan Porogen
Kitosan
Nama
: Parmita Aulia
NIM
: G74090010
Disetujui oleh
Dr. Kiagus Dahlan
Pembimbing I
Setia Utami Dewi, M.Si
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Akhiruddin Maddu
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, karunia,
dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul
“Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit Berpori dengan Porogen Kitosan”.
Penelitian ini disusun 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:
1.
Mamah, Papah, dan Syifa untuk doa, nasihat, dan semangatnya.
2.
Bapak Kiagus Dahlan dan Ibu Setia Utami Dewi selaku pembimbing untuk
bimbingan, motivasi, dan kritik sarannya selama berdiskusi.
3.
Bapak Setyanto Tri Wahyudi selaku pemberi proyek sehingga penelitian ini
mendapat bantuan dana.
4.
Bapak Abdul Djamil Husin selaku penguji untuk bimbingan, kritik saran
atas penelitian ini.
5.
Bapak Moh. Nur Indro selaku editor untuk motivasi, saran, dan kritiknya.
6.
Seluruh dosen pengajar atas segala ilmunya dan karyawan di Departemen
Fisika FMIPA IPB atas pelayanannya.
7.
Teman-teman Fisika 45, 46, dan 47 untuk kebersamaannya.
Akhir kata, dengan adanya tulisan ini diharapkan dapat memberikan
manfaat yang besar. Kritik dan saran yang membangun penulis harapkan untuk
kemajuan penelitian ini.
Bogor, April 2013
Parmita Aulia
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
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 ayam
3
Sintesis HA dengan metode sol gel
3
Sintesis HA berpori
3
Karakterisasi FTIR, XRD, dan SEM
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Hasil Kalsinasi Cangkang Telur Ayam
5
Hasil Sintesis HA dengan Metode Sol Gel
6
Hasil Sintesis HA Berpori
7
Karakterisasi Sampel
8
Hasil Karakterisasi XRD
8
Hasil Karakterisasi FTIR
14
Hasil Karakterisasi SEM
17
SIMPULAN DAN SARAN
19
Simpulan
19
Saran
20
DAFTAR PUSTAKA
21
LAMPIRAN
22
RIWAYAT HIDUP
27
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Variasi ukuran kitosan
Variasi komposisi HA-kitosan
Massa hasil kalsinasi (CaO) dan efisiensinya
Massa HA dan efisiensinya
Massa HA berpori dan efisiensinya
Persentase kandungan HA, TCP serta OCP pada sampel HA_S dan
HA_A
Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA_S dan HA_A
Ukuran kristal sampel HA_S dan HA_A
Persentase kandungan HA, TCP serta OCP pada sampel HA_S dan
HA_B
Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA_S dan HA_B
Ukuran kristal sampel HA_S dan HA_B
4
4
5
6
7
10
10
10
13
13
13
DAFTAR GAMBAR
1 Pola XRD sampel (a) HA_S, (b) HA_A90, (c) HA_A80, (d) HA_A70,
(e) HA_A60, dan (f) HA_A50
2 Pola XRD sampel (a) HA_S, (b) HA_B90, (c) HA_B80, (d) HA_B70,
(e) HA_B60, dan (f) HA_B50
3 Spektra FTIR kitosan
4 Spektra FTIR sampel (a) HA_S, (b) HA_A90, (c) HA_A80, (d)
HA_A70, (e) HA_A60, dan (f) HA_A50
5 Spektra FTIR sampel (a) HA_S, (b) HA_B90, (c) HA_B80, (d)
HA_B70, (e) HA_B60, dan (f) HA_B50
6 Morfologi sampel HA_A, menggunakan SEM dengan perbesaran
5000x. (a) HA_A90, (b) HA_A80, (c) HA_A70, (d) HA_A60, dan (e)
HA_A50
7 Morfologi sampel HA_B, menggunakan SEM dengan perbesaran
5000x. (a) HA_B90, (b) HA_B80, (c) HA_B70, (d) HA_B60, dan (e)
HA_B50
9
12
14
15
16
18
19
.
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
Diagram alir penelitian
Keterangan sintesis HA
JCPDS HA
JCPDS TCP
JCPDS OCP
Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA
22
23
24
25
25
26
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tingkat kecelakaan semakin meningkat setiap tahunnya, diantara
kecelakaan tersebut tidak sedikit yang tergolong kecelakaan berat atau sampai
mengalami kerusakan tulang. Dalam pemulihannya, sel-sel tulang memiliki
kemampuan untuk memulihkan diri, namun membutuhkan waktu yang cukup
lama. Pemulihan tersebut dapat dipercepat dengan adanya bahan pengganti atau
substitusi tulang.1 Biomaterial dapat dimanfaatkan sebagai bahan pengganti tulang.
Biomaterial didefinisikan sebagai bahan inert yang diimplantasi ke dalam sistem
hidup sebagai pengganti fungsi dari jaringan hidup atau organ. Biomaterial yang
baik untuk implantasi tulang harus bersifat bioaktif, biokompatible, mudah
didapat, dan tidak mengandung racun.2
Untuk memperbaiki fungsi tulang dapat dilakukan dengan beberapa metode
yaitu, autograft (penggantian satu bagian tubuh dengan bagian tubuh yang lainnya
dalam satu individu), allograft (penggantian tulang manusia dengan tulang yang
berasal dari manusia lain), xenograft (penggantian tulang manusia dengan tulang
yang berasal dari hewan), dan exogenus (penggantian atau implantasi dengan
bahan sintetik atau yang biasa disebut dengan biomaterial). Biomaterial sintetik
yang biasa digunakan diantaranya, polimer, material logam, komposit, dan
biokeramik. Setiap material tersebut memiliki kekurangan dan kelebihan sebagai
material untuk memperbaiki tulang, seperti stabilitas kimia, biokompatibilitas, dan
biodegradasi dengan tubuh dalam waktu yang lama.3
Adanya keterbatasan dalam setiap material memicu tingginya
perkembangan riset di bidang ini. Salah satu yang banyak diteliti adalah material
hidroksiapatit (HA) untuk substitusi tulang. HA merupakan senyawa kalsium
fosfat yang paling stabil yang memiliki formula Ca10(PO4)6(OH)2 dengan rasio
Ca/P sebesar 1.67.4 Secara teori, densitasnya adalah 3,156 gr/cm3. Kristal HA
berbentuk prisma heksagonal rhombic yang terdiri dari Ca2+, PO43-, dan OHdengan parameter kisi a = 9,418 Å dan c = 6,884 Å serta mempunyai sudut α = β
= 90˚ dan sudut ɣ = 120˚.5 Struktur apatit memungkinkan substitusi ion lain,
misalnya Ca, PO4, dan OH-.
Sintesis HA diperoleh dengan mereaksikan hasil kalsinasi cangkang telur
ayam sebagai sumber kalsium (CaO) dan H3PO4 sebagai sumber fosfat. Pemilihan
sumber kalsium berupa cangkang telur ayam dikarenakan kandungan kalsiumnya
yang tinggi serta merupakan limbah rumah tangga yang melimpah jumlahnya.6
Reaksi pembentukan CaO melalui proses kalsinasi dapat dilihat pada persamaan
di bawah ini:
Kalsinasi ini dimaksudkan untuk menghilangkan karbonat yang merupakan zat
pengganggu dalam proses kristalisasi HA.7 Sedangkan reaksi pembentukan HA
ditunjukkan sebagai berikut:
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan sampel HA berpori dengan
porogen kitosan menggunakan metode sol gel. Material HA berpori yang
dimasukkan ke dalam tulang yang retak berfungsi untuk membantu dan
2
merangsang pertumbuhan jaringan tulang serta secara bertahap akan digantikan
oleh jaringan tulang yang baru.8 Pemilihan kitosan sebagai porogen dikarenakan
oleh ketersediaan kitosan yang banyak terdapat di alam, salah satunya dari kulit
udang. Selain itu, kitosan juga merupakan polimer alami sehingga diharapkan
dapat menaikkan sifat bioaktifitas HA. Untuk mengetahui fasa, struktur kristal,
dan parameter kisi dari sampel yang dihasilkan, sampel dikarakterisasi dengan
menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Fourier Transform Infrared
Spectroscopy (FTIR) digunakan untuk mengetahui kehadiran gugus karbonat
dalam sampel, dan Scanning Electron Microscopy (SEM) untuk mengetahui
morfologi dari sampel.
Perumusan Masalah
1. Bagaimana fasa, parameter kisi, dan ukuran kristal HA yang terbentuk dari
proses sol gel.
2. Bagaimana pengaruh variasi komposisi HA-kitosan dan variasi ukuran kitosan
terhadap fasa, parameter kisi, ukuran kristal, dan ukuran pori dari HA berpori.
Tujuan Penelitian
1. Menyintesis HA dari cangkang telur ayam menggunakan metode sol gel.
2. Menyintesis HA berpori dengan variasi komposisi HA-kitosan dan variasi
ukuran kitosan.
3. Menganalisis fasa, parameter kisi, dan ukuran kristal dari HA yang dihasilkan
dengan metode sol gel.
4. Menganalisis pengaruh variasi komposisi HA-kitosan dan variasi ukuran
kitosan terhadap fasa, parameter kisi, ukuran kristal, dan ukuran pori dari HA
berpori.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk menyintesis HA berpori sebagai material
pengganti tulang manusia. Sintesis HA ini memanfaatkan limbah rumah tangga
berupa cangkang telur ayam serta kitosan yang berasal dari cangkang udang,
sehingga biaya proses sintesis menjadi murah dan diharapkan dapat dihasilkan
material pengganti tulang yang berdaya saing tinggi dengan material komersial
yang ada.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah bidang biomaterial yang merupakan
aplikasi dari konsep-konsep fisika dan ilmu material yang dapat diterapkan pada
bidang kesehatan. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium dengan menggunakan
bahan-bahan alami dan beberapa senyawa kimia sehingga dihasilkan HA berpori.
3
METODE
Bahan
Cangkang telur ayam (150 gram), H3PO4 85% (1 L), ethanol 96% (1.5 L),
dan kitosan komersial (50 gram).
Alat
Buret, statip, gelas ukur, labu takar, corong, pipet, pipet mohr, crusible,
neraca digital, hot plate, spatula, alumunium foil, magnetic stirrer, furnace,
termometer, dan pompa hidrolik.
Prosedur Penelitian
Preparasi serbuk CaO dari cangkang telur ayam
Cangkang telur ayam diberi perlakuan meliputi pembersihan, pengeringan
dan kalsinasi. Perlakuan diawali dengan pembersihan cangkang telur dari kotoran
makro, eliminasi membran cangkang kemudian dikeringkan di udara terbuka
selama 24 jam. Cangkang yang telah kering lalu dikalsinasi pada suhu 1000 oC
dengan waktu penahanan selama 5 jam. Dari proses ini akan dihasilkan serbuk
putih CaO.
Sintesis HA dengan metode sol gel
Serbuk cangkang telur hasil kalsinasi sebanyak 1.41 gram ditambahkan
etanol 96% sebanyak 50 mL kemudian dicampurkan dengan 0.9 mL H3PO4 85%
yang diencerkan dalam 50 mL etanol 96% dilakukan dengan penetesan dari buret.
Campuran tersebut diaduk dengan kecepatan pengadukan 300 rpm pada suhu
larutan 37 oC selama 20 menit kemudian dipanaskan dengan hot plate bersuhu
larutan 60 ºC selama 1 jam serta distirring dengan kecepatan pengadukan 300 rpm.
Larutan diendapkan dalam suhu kamar selama 24 jam kemudian distirring pada
suhu larutan 60 ºC sampai larutan berubah menjadi gel. Gel yang diperoleh
disintering dalam furnace pada suhu 900 ºC dengan waktu penahanan selama 5
jam.
Sintesis HA berpori
Serbuk HA dicampurkan dengan serbuk kitosan, lalu diaduk sampai
tercampur homogen. Variasi ukuran kitosan yang digunakan pada penelitian ini
dapat dilihat pada Tabel 1 dan variasi komposisi HA-kitosan dapat dilihat pada
Tabel 2. Campuran tersebut kemudian di pelet dengan massa masing-masing pelet
sebesar 0.4 gram, menggunakan pompa hidrolik dengan kondisi tekanan 9000 psi
selama 2 menit. Pelet tersebut kemudian disintering dalam furnace pada suhu 900
ºC dengan waktu penahanan selama 5 jam. Timbang massa sampel setelah
sintering, lalu sampel dikarakterisasi dengan menggunakan XRD, FTIR, dan SEM.
4
Tabel 1 Variasi ukuran kitosan
Tabel 2 Variasi komposisi HA-kitosan
Karakterisasi XRD, FTIR, dan SEM
Karakterisasi XRD dilakukan dengan tujuan untuk mengidentifikasi fasa,
parameter kisi, dan ukuran kristal yang terdapat dalam sampel HA dan sampel HA
berpori. Pengujian fasa dengan teknik difraksi sinar-x ini dilakukan pada sudut 2θ
dari 15o hingga 70o. Untuk menentukan fasa HA dari sampel yaitu dengan
membandingkan setiap puncak sampel dengan puncak dari HA (Hydroxyapatite),
TCP (Tri Calcium Phospate) dan OCP (Octa Calcium Phospate). Pola difraksi
HA, TCP, dan OCP yang akan dicocokkan dengan sampel berasal dari database
JCPDS (Joint Comittee on Powder Diffraction Standars) dengan nomor 09-0432
untuk HA (Lampiran 3), 09-0169 untuk TCP (Lampiran 4), dan 44-0778 untuk
OCP (Lampiran 5).9
Karakterisasi FTIR dilakukan untuk mengetahui kehadiran gugus karbonat
dalam sampel HA dan sampel HA berpori. Sampel sebanyak 2 mg dicampur
dengan 100 mg KBr, dibuat pelet lalu dicek dalam jangkauan bilangan gelombang
5
4000-400 cm-1. Untuk menghilangkan latar belakang absorpsi, pelet KBr selalu
disertakan pada setiap pengukuran.
Karakterisasi dengan SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi dari
sampel. 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 22 kV dan perbesaran 5.000 kali.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Kalsinasi Cangkang Telur Ayam
Serbuk CaO berwarna putih diperoleh dari hasil kalsinasi cangkang telur
ayam pada suhu 1000 oC selama 5 jam. Sebelum dilakukan kalsinasi, senyawa
kalsium dalam cangkang telur berbentuk CaCO3. Pada proses kalsinasi terjadi
pengurangan massa cangkang telur ayam, yang ditunjukkan dengan massa setelah
kalsinasi lebih kecil dari massa sebelum kalsinasi. Efisiensi adalah suatu ukuran
perbandingan antara massa hasil dan massa sebelum. Massa hasil kalsinasi
cangkang telur ayam dan nilai efisiensinya dapat dilihat pada Tabel 3.
Pengurangan massa cangkang telur ayam ini terjadi karena semakin berkurangnya
kandungan material organik pada suhu 80-100 oC, hilangnya kandungan
magnesium pada suhu 650-700 oC, dan hilangnya CO32-.10
Tabel 3 Massa hasil kalsinasi (CaO) dan efisiensinya
6
Hasil Sintesis HA dengan Metode Sol Gel
Sintesis HA diperoleh dengan mereaksikan CaO dan H3PO4, dengan
perbandingan konsentrasi sebesar 1.67. Penggunaan metode sol gel (sampel
HA_S) dalam sintesis sampel menghasilkan HA berupa serbuk putih halus. Massa
HA dan nilai efisiensi untuk setiap ulangan sampel HA_S dapat dilihat pada Tabel
4. Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa massa hasil yang diperoleh dari proses
sintering lebih kecil dari massa awal yang digunakan. Pengurangan massa hasil
sampel ini dikarenakan hilangnya uap air seiring dengan kenaikan suhu sintering.
Tabel 4 Massa HA dan efisiensinya
7
Hasil Sintesis HA Berpori
Struktur berpori pada HA diperoleh dengan menyintesis HA yang telah
dihasilkan dari metode sol gel dengan mencampurkan kitosan, yang berfungsi
sebagai porogen. Porogen berperan sebagai pembuat pori. Kitosan akan hilang
saat disintering pada suhu 900 ˚C. HA berpori banyak dipergunakan untuk
perbaikan, pertumbuhan kembali jaringan yang hilang, rusak, atau mengalami
perubahan.8 Dari sintesis ini dihasilkan HA berpori berupa serbuk putih namun
dengan kondisi sedikit lebih kasar dibandingkan sampel HA_S.
Massa HA berpori dan nilai efisiensi untuk setiap sampel (10 variasi) dapat
dilihat pada Tabel 5. Dari Tabel 5 dapat dilihat bahwa massa hasil yang diperoleh
dari proses sintering lebih kecil dari massa awal yang digunakan. Pengurangan
massa hasil sampel ini dikarenakan hilangnya kitosan seiring dengan kenaikan
suhu sintering.
Tabel 5 Massa HA berpori dan efisiensinya
8
Karakterisasi Sampel
Hasil Karakterisasi XRD
Pola XRD untuk sampel HA dan HA berpori dapat dilihat pada Gambar 1
dan Gambar 2. Pola XRD yang dihasilkan pada semua sampel (HA_S, HA_A,
dan HA_B) menunjukkan bahwa terbentuk tiga fase yang berbeda yaitu HA, TCP,
dan OCP dengan komposisi yang berbeda. Sampel HA_S (Gambar 1(a)) lebih
didominasi oleh HA dan TCP. Fasa TCP memiliki dua puncak tertinggi yaitu pada
sudut 2θ sebesar 31.10˚ dan 34.36˚. Selain itu fasa HA menempati salah satu
puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.78˚.
Sampel HA_A90 (Gambar 1(b)) memiliki fasa HA yang menempati salah
satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.80˚. Fasa TCP menempati
salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 33.00˚. Selain itu fasa
OCP juga menempati salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar
32.30˚. Sampel HA_A80 (Gambar 1(c)) memiliki fasa HA yang menempati salah
satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.78˚. Fasa TCP menempati
salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.14˚. Selain itu fasa
OCP juga menempati salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar
34.44˚. Sampel HA_A70 (Gambar 1(d)) didominasi oleh HA. Fasa HA
menempati ketiga puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.78˚, 32.66˚, dan
32.94˚. Sampel HA_A60 (Gambar 1(e)) didominasi oleh HA. Fasa HA
menempati ketiga puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.76˚, 32.22˚, dan
32.96˚. Sampel HA_A50 (Gambar 1(f)) didominasi oleh HA. Fasa HA menempati
ketiga puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.80˚, 32.24˚, dan 32.98˚.
Persentase kandungan HA, TCP serta OCP dari sampel HA_S dan HA_A
dapat dilihat pada Tabel 6. Dari Tabel 6 terlihat bahwa terjadi peningkatan nilai
persentase kandungan HA pada sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis A
terhadap sampel HA_S seiring dengan semakin banyaknya komposisi kitosan
yang diberikan terhadap sampel, kecuali pada sampel HA_A80 yang sedikit
menurun. Nilai kandungan HA dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan
jenis A terbesar ada pada sampel HA_A50 yakni sebesar 87.52%.
Perhitungan parameter kisi dengan menganalisis data XRD dengan
menggunakan metode Cramer (Lampiran 6). Parameter kisi dan ketepatan dari
sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan A disajikan 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 A sudah diatas 97% dibandingkan
dengan HA_S yang hanya 91%. Hal ini dikarenakan fasa yang dominan terbentuk
pada sampel HA_S bukan HA melainkan fasa TCP. Nilai ketepatan parameter kisi
dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis A yang paling baik ada pada
sampel HA_A60. Ukuran kristal diperoleh dari analisis data XRD. Ukuran kristal
untuk setiap sampel dapat dilihat pada Tabel 8. Dari Tabel 8 terlihat bahwa
ukuran kristal terbesar terdapat pada sampel HA_A50 dengan ukuran 72.85 nm.
9
(f)
(e)
Intensitas (Cacah)
(d)
(c)
(b)
(a)
2 θ (derajat)
Gambar 1 Pola XRD sampel (a) HA_S, (b) HA_A90, (c) HA_A80, (d) HA_A70,
(e) HA_A60, dan (f) HA_A50
10
Tabel 6 Persentase kandungan HA, TCP serta OCP pada sampel HA_S dan
HA_A
Tabel 7 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA_S dan HA_A
Tabel 8 Ukuran kristal sampel HA_S dan HA_A
11
Pola XRD yang dihasilkan pada semua sampel menunjukkan bahwa
terbentuk tiga fase yang berbeda yaitu HA, TCP, dan OCP dengan komposisi
yang berbeda. Sampel HA_B90 (Gambar 2(b)) didominasi oleh HA dan TCP.
Fasa HA menempati salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar
31.84˚. Fasa TCP menempati dua puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar
31.18˚ dan 33.02˚. Sampel HA_B80 (Gambar 2(c)) didominasi oleh TCP dan
OCP. Fasa OCP menempati salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ
sebesar 34.42˚. Fasa TCP menempati dua puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ
sebesar 27.82˚ dan 31.10˚.
Sampel HA_B70 didominasi oleh TCP. Fasa TCP menempati ketiga puncak
tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 27.84˚, 31.10˚, dan 34.44˚. Sampel HA_B60
(Gambar 2(e)) memiliki fasa HA yang menempati salah satu puncak tertinggi
yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.78˚. Fasa TCP menempati salah satu puncak
tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.18˚. Selain itu fasa OCP juga menempati
salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 34.42˚. Sampel HA_B50
(Gambar 2(f)) didominasi oleh HA dan TCP. Fasa HA menempati dua puncak
tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.78˚ dan 32.98˚. Fasa TCP menempati
salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.14˚.
Persentase kandungan HA, TCP serta OCP dari sampel HA_S dan HA_B
dapat dilihat pada Tabel 9. Dari Tabel 9 terlihat bahwa terjadi penurunan
kandungan HA pada sampel HA_B70 dan HA_B80 terhadap sampel HA_S.
Namun, terjadi kenaikan kandungan HA pada sampel HA_B50, HA_B60, dan
HA_B90. Nilai kandungan HA dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan
jenis B terbesar ada pada sampel HA_B50 yakni sebesar 66.52%.
Perhitungan parameter kisi dengan menganalisis data XRD dengan
menggunakan metode Cramer (Lampiran 6). Parameter kisi dan ketepatan dari
sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan A disajikan pada Tabel 10.
Dari Tabel 10 dapat dilihat bahwa nilai ketepatan parameter kisi untuk a maupun c
dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis B lebih besar dibandingkan
dengan HA_S yang hanya 91%, kecuali pada sampel HA_B80. Hal ini
dikarenakan fasa yang dominan terbentuk pada sampel HA_S bukan HA
melainkan fasa TCP. Nilai ketepatan parameter kisi dari sampel HA berpori
dengan variasi kitosan jenis B yang paling baik ada pada sampel HA_B60.
Ukuran kristal diperoleh dari analisis data XRD. Ukuran kristal untuk setiap
sampel dapat dilihat pada Tabel 11. Dari Tabel 11 terlihat bahwa ukuran kristal
terbesar terdapat pada sampel HA_B50 dengan ukuran 69.17 nm.
12
(f)
(e)
Intensitas (Cacah)
(d)
(c)
(b)
(a)
2 θ (derajat)
Gambar 2 Pola XRD sampel (a) HA_S, (b) HA_B90, (c) HA_B80, (d) HA_B70,
(e) HA_B60, dan (f) HA_B50
13
Tabel 9 Persentase kandungan HA, TCP serta OCP pada sampel HA_S dan
HA_B
Tabel 10 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA_S dan HA_B
Tabel 11 Ukuran kristal sampel HA_S dan HA_B
14
Dari hasil karakterisasi XRD untuk sampel HA berpori dengan variasi
kitosan A maupun B menunjukkan bahwa semakin banyak komposisi kitosan
yang ditambahkan maka persentase komposisi HA yang terbentuk juga akan
semakin meningkat. Komposisi senyawa yang dihasilkan dari sintesis HA berpori
dengan variasi kitosan A menghasilkan persentase komposisi senyawa HA yang
lebih besar dibandingkan dengan HA berpori menggunakan variasi kitosan B.
Variasi kitosan A maupun B tidak berpengaruh secara sigfinikan terhadap
perubahan ukuran kristal HA berpori, hal ini terlihat dari ukuran kristal yang
terbentuk memiliki ukuran yang hampir sama.
Transmitansi (%)
Hasil Karakterisasi FTIR
Identifikasi gugus kompleks pada HA dilakukan dengan karakterisasi FTIR.
HA dapat terdeteksi dengan adanya kehadiran gugus OH- dan PO43-. Gambar 3
menunjukkan spektra FTIR dari kitosan. Gambar 4 dan Gambar 5 menunjukkan
spektra FTIR dari HA dan HA berpori.
Dari Gambar 4 terlihat bahwa spektra HA maupun HA berpori dengan
variasi kitosan A memiliki gugus fungsi OH-, PO43-, dan CO32-. Gugus OH- yang
teridentifikasi menunjukkan bahwa pada sampel tesebut masih mengandung H2O.
Struktur karbonat dalam HA dapat menempati dua posisi, pertama menggantikan
OH- membentuk CAA (Carbonate Apatite type A) pada suhu tinggi dan kedua
menggantikan PO43- membentuk CAB (Carbonate Apatite type B) pada suhu
rendah.10 Karbonat yang terdapat pada sampel berada pada bilangan 1400-1460
cm-1 dapat diindikasikan sebagai CAB. Karbonat tersebut tidak terdeteksi pada
karakterisasi XRD karena kadarnya sangat kecil, namun dengan karakterisasi
FTIR ini kadar senyawa yang sangat kecil pun dapat terdeteksi. Pada semua
sampel HA berpori dengan variasi kitosan A ini sudah tidak terlihat adanya
kandungan kitosan.
Bilangan Gelombang (cm-1)
Gambar 3 Spektra FTIR kitosan
15
(f)
(e)
Transmitansi (%)
(d)
(c)
(b)
(a)
Bilangan Gelombang (cm-1)
Gambar 4 Spektra FTIR sampel (a) HA_S, (b) HA_A90, (c) HA_A80, (d)
HA_A70, (e) HA_A60, dan (f) HA_A50
16
(f)
(e)
Transmitansi (%)
(d)
(c)
(b)
(a)
Bilangan Gelombang (cm-1)
Gambar 5 Spektra FTIR sampel (a) HA_S, (b) HA_B90, (c) HA_B80, (d)
HA_B70, (e) HA_B60, dan (f) HA_B50
17
Dari Gambar 5 terlihat bahwa spektra HA maupun HA berpori dengan
variasi kitosan B memiliki gugus fungsi OH-, PO43-, dan CO32-. Gugus OH- yang
teridentifikasi menunjukkan bahwa pada sampel tersebut masih mengandung H2O.
Karbonat yang terdapat pada sampel berada pada bilangan 1400-1460 cm-1 dapat
diindikasikan sebagai CAB. Karbonat tersebut tidak terdeteksi pada karakterisasi
XRD karena kadarnya sangat kecil, namun dengan karakterisasi FTIR ini kadar
senyawa yang sangat kecil pun dapat terdeteksi. Pada semua sampel HA berpori
dengan variasi kitosan B ini sudah tidak terlihat adanya kandungan kitosan.
Hasil Karakterisasi SEM
Karakterisasi SEM diperlukan untuk mengetahui bentuk morfologi sampel
HA berpori. Karakteristik fisik dari HA berpori meliputi ukuran pori, morfologi
pori, dan keseragaman pori akan mempengaruhi pertumbuhan tulang ke dalam
implant.10 Berikut ini (Gambar 6 dan Gambar 7) adalah morfologi sampel HA_A
dan HA_B menggunakan SEM dengan perbesaran 5000 kali, memperlihatkan
bahwa morfologi sampel tersusun dari bongkahan kecil berukuran 0.60-0.93 μm
yang membentuk suatu agregat yang mengandung pori-pori. Partikel HA
berporogen kitosan yang dihasilkan memiliki struktur berpori setelah
penghilangan kitosan melalui proses sintering.
Dari hasil karakterisasi SEM untuk sampel HA berpori dengan variasi
kitosan A didapatkan ukuran pori untuk sampel HA_A90 sebesar 0.29 μm, sampel
HA_A80 sebesar 0.38 μm, sampel HA_A70 sebesar 0.30 μm, sampel HA_A60
sebesar 0.34 μm, dan sampel HA_A50 sebesar 0.38 μm. Sedangkan untuk sampel
HA berpori dengan variasi kitosan B didapatkan ukuran pori untuk sampel
HA_B90 sebesar 0.41 μm, sampel HA_B80 sebesar 0.41 μm, sampel HA_B70
sebesar 0.45 μm, sampel HA_B60 sebesar 0.46 μm, dan sampel HA_B50 sebesar
0.43 μm. Pada HA berpori dengan variasi kitosan A maupun kitosan B terlihat
bahwa semakin banyak komposisi kitosan yang ditambahkan tidak berpengaruh
secara signifikan terhadap ukuran pori dari HA yang dihasilkan. Meskipun pori
yang dihasilkan relatif kecil, tetapi sampel telah menunjukkan bahwa telah
terbentuk HA berpori dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya.
18
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 6 Morfologi sampel HA_A, menggunakan SEM dengan perbesaran
5000x. (a) HA_A90, (b) HA_A80, (c) HA_A70, (d) HA_A60, dan
(e) HA_A50.
19
(a)
(b)
(b)
(d)
(e)
Gambar 7 Morfologi sampel HA_B, menggunakan SEM dengan perbesaran
5000x. (a) HA_B90, (b) HA_B80, (c) HA_B70, (d) HA_B60, dan
(e) HA_B50.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sintesis HA dari cangkang telur ayam berhasil dibuat dengan metode sol
gel. Prekursor kalsium berupa serbuk putih CaO diperoleh dari hasil kalsinasi
cangkang telur ayam dengan efisiensi rata-rata massa hasil kalsinasi sebesar
53.45%. Hasil sintesis HA dengan metode sol gel berupa serbuk putih halus
dengan efisiensi rata-rata massa sampel HA sebesar 82.20%.
20
Sintesis HA berpori dengan porogen kitosan berhasil dibuat dengan
penggunaan variasi komposisi HA-kitosan serta variasi ukuran kitosan. Sampel
HA dan HA berpori yang dihasilkan baik dari variasi kitosan A maupun kitosan B
belum berupa HA murni melainkan masih berupa campuran yang terdiri dari
senyawa HA, TCP, dan OCP. Hasil karakterisasi XRD untuk sampel HA berpori
dengan variasi kitosan A maupun kitosan B menunjukkan bahwa semakin banyak
komposisi kitosan yang ditambahkan maka persentase komposisi HA yang
terbentuk juga akan semakin meningkat, kecuali pada sampel HA_A80, HA_B80,
dan HA_B70 yang mengalami penurunan, namun tidak berpengaruh terhadap
ukuran kristal sampel.
Hasil analisis spektra FTIR untuk sampel HA maupun HA berpori dengan
variasi kitosan A maupun kitosan B menunjukkan bahwa sampel memiliki gugus
fungsi OH-, PO43-, dan CO32-. Semua sampel HA berpori dengan variasi kitosan A
maupun kitosan B tidak terlihat adanya kandungan kitosan. Pencirian SEM
terhadap sampel HA berpori memperlihatkan telah terbentuknya HA berupa
bongkahan kecil dengan pori-pori berukuran 0.29-0.46 μm dengan morfologi pori
bulat kecil serta distribusi pori yang mulai seragam. Adanya variasi ukuran
kitosan yang digunakan sebagai porogen tidak berpengaruh signifikan tehadap
ukuran pori yang dihasilkan.
Saran
Perlu adanya teknik yang lebih khusus untuk proses penyempurnaan sintesis
hidroksiapatit berpori dengan porogen kitosan agar diperoleh pori-pori dengan
ukuran optimum, bentuk pori yang teratur dan seragam, serta dapat dihasilkannya
HA murni tanpa adanya pengotor lainnya seperti TCP ataupun OCP.
21
DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Dahlan KA. Cangkang Telur Pengganti Tulang. [Terhubung Berkala]
http://health.kompas.com/index.php/read/2010/10/08/04265068/Cangkang.
Telur.Pengganti.Tulang. [29 April 2012]. 2010.
Bhat SV. Biomaterials. Alpha Science International Ltd: Pangboune,
England. 2002.
Ahmiatri S, Soejoko DS. Pengaruh Ion Karbonat dalam Proses Presipitasi
Senyawa Kalsium Fosfat. Makara Sains. 2002; 6:2.
Aoki H. Science and Medical Application of Hydroxyapatite. JAAS: Tokyo.
1991.
Shi D. Biomaterial and Tissue Engineering. Springer Berlin Heidelberg:
New York. 2003.
Rivera EM, et al. Synthesis of Hydroxyapatite from Eggshells. Material
Letters. 1999; 4:128-134.
Dahlan KA, Prasetyanti F, Sari YW. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang
menggunakan dry method. Jurnal Biofisika. 2009; 5(2):71-78.
Kim HS, et al. Preparation of Porous Chitosan / Fibroin-Hydroxyapatite
Composite Matrix for Tissue Engineering. Macromolecular Research. 2007;
15:65-73.
Joint Comittee on Powder Diffraction Standars.
Dewi SU. Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode
Sonikasi. [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 2009.
22
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Mulai
Persiapan alat dan bahan
Siap?
Kalsinasi cangkang telur ayam (CaCO3)
Serbuk putih (CaO)
Sintesis HA
Pencampuran HA dengan kitosan
Sintering
Karakterisasi
XRD
FTIR
Analisis
Hasil
Penulisan laporan
Selesai
SEM
23
Lampiran 2 Keterangan sintesis HA
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
24
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
Preparasi cangkang telur
Kalsinasi cangkang telur
Serbuk hasil kalsinasi
Titrasi kalsium dengan fosfat
Stirring
Aging
Pen-sol gel-an
Hasil sol gel
Sintering
Serbuk hasil HA
Pencampuran HA dengan kitosan
Lampiran 3 JCPDS HA
25
Lampiran 4 JCPDS TCP
Lampiran 5 JCPDS OCP
26
Lampiran 6 Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA
Perhitungan parameter kisi kristal dihitung melalui metode Cohen dengan
persamaan sebagai berikut:
Σ α sin2 θ
= C Σ α2
+ B Σ αϒ
+ A Σ αδ
Σ ϒ sin2 θ
= C Σ αϒ
+ B Σ ϒ2
+ A Σ ϒδ
Σ β sin2 θ
= C Σ αδ
+ B Σ ϒδ
+ A Σ δ2
Dimana:
C
=
α
= (h2 + hk + k2)
B
=
ϒ
= l2
A
=
δ
= 10 sin2 2θ
27
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor, Jawa Barat pada tanggal 24 Mei
1991. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara.
Penulis menyelesaikan masa studi di TK Al-Muhajirin Depok
selama satu tahun, SDN Mekarjaya XVIII Depok selama enam
tahun, SMPN 3 Depok selama 3 tahun, dan melanjutkan
pendidikan ke SMAN 3 Depok 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.
BERPORI DENGAN POROGEN KITOSAN
PARMITA AULIA
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 dan
Karakterisasi Hidroksiapatit Berpori dengan Porogen Kitosan adalah benar karya
saya dengan arahan dari 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, April 2013
Parmita Aulia
NIM G74090010
ABSTRAK
PARMITA AULIA. Sintesis Hidroksiapatit Berpori dengan Porogen Kitosan.
Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan SETIA UTAMI DEWI.
Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis hidroksiapatit (HA) berpori
dengan metode sol gel. Prekursor kalsium berasal dari cangkang telur ayam dan
H3PO4 sebagai sumber fosfat. HA berpori disintesis dengan variasi komposisi HAkitosan sebesar 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, dan 50:50 serta variasi ukuran kitosan
sebesar 0.26 μm dan 625.45 μm. Fasa dan struktur kristal sampel dikarakterisasi
menggunakan X-Ray Diffractometer. Pada sampel HA berpori dengan variasi
kitosan A maupun kitosan B menunjukkan bahwa semakin banyak komposisi
kitosan yang ditambahkan maka persentase komposisi HA yang terbentuk juga
akan semakin meningkat, kecuali pada komposisi HA-kitosan A 80:20, HAkitosan B 80:20 serta 70:30 yang mengalami penurunan, namun tidak
berpengaruh terhadap ukuran kristal sampel. Kandungan gugus kompleks HA
diidentifikasi menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy. Terdeteksi
bahwa gugus yang terdapat dalam sampel berupa OH-, PO43-, dan CO32-.
Morfologi struktur sampel dianalisa menggunakan Scanning Electron
Microscopy. Terlihat bahwa sampel HA telah menunjukkan struktur berpori
dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya, meskipun porinya masih relatif
kecil sekitar 0.29-0.46 μm dengan bentuk pori bulat kecil serta distribusi pori
yang mulai seragam.
Kata kunci: Cangkang telur ayam, hidroksiapatit, kitosan, pori, sol gel
ABSTRACT
PARMITA AULIA. Synthesis of Porous Hydroxyapatite with Chitosan-Porogen.
Supervised by KIAGUS DAHLAN and SETIA UTAMI DEWI.
This research had been done the synthesis of porous hydroxyapatite (HA) by
sol gel method. The precusor calcium using eggshells and H3PO4 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.
The porous HA with variation of chitosan A and chitosan B showed the
percentage of HA would be rised if researcher added more of chitosan
compotition, except HA-chitosan A 80:20, HA-chitosan B 80:20 and 70:30 be
decreased, but did effect not for chrystaline size. 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 using chitosan as porogen however it was small
about 0.29-0.46 μm with the form of porouses are small cyrcle and the ditribution
of porouses are smooth.
Keywords : Chitosan, eggshells, hydroxyapatite, porous, sol gel
SINTESIS DAN KARAKTERISASI HIDROKSIAPATIT
BERPORI DENGAN POROGEN KITOSAN
PARMITA AULIA
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 dan Karakterisasi Hidroksiapatit Berpori dengan Porogen
Kitosan
Nama
: Parmita Aulia
NIM
: G74090010
Disetujui oleh
Dr. Kiagus Dahlan
Pembimbing I
Setia Utami Dewi, M.Si
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Akhiruddin Maddu
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, karunia,
dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian yang berjudul
“Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit Berpori dengan Porogen Kitosan”.
Penelitian ini disusun 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:
1.
Mamah, Papah, dan Syifa untuk doa, nasihat, dan semangatnya.
2.
Bapak Kiagus Dahlan dan Ibu Setia Utami Dewi selaku pembimbing untuk
bimbingan, motivasi, dan kritik sarannya selama berdiskusi.
3.
Bapak Setyanto Tri Wahyudi selaku pemberi proyek sehingga penelitian ini
mendapat bantuan dana.
4.
Bapak Abdul Djamil Husin selaku penguji untuk bimbingan, kritik saran
atas penelitian ini.
5.
Bapak Moh. Nur Indro selaku editor untuk motivasi, saran, dan kritiknya.
6.
Seluruh dosen pengajar atas segala ilmunya dan karyawan di Departemen
Fisika FMIPA IPB atas pelayanannya.
7.
Teman-teman Fisika 45, 46, dan 47 untuk kebersamaannya.
Akhir kata, dengan adanya tulisan ini diharapkan dapat memberikan
manfaat yang besar. Kritik dan saran yang membangun penulis harapkan untuk
kemajuan penelitian ini.
Bogor, April 2013
Parmita Aulia
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
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 ayam
3
Sintesis HA dengan metode sol gel
3
Sintesis HA berpori
3
Karakterisasi FTIR, XRD, dan SEM
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Hasil Kalsinasi Cangkang Telur Ayam
5
Hasil Sintesis HA dengan Metode Sol Gel
6
Hasil Sintesis HA Berpori
7
Karakterisasi Sampel
8
Hasil Karakterisasi XRD
8
Hasil Karakterisasi FTIR
14
Hasil Karakterisasi SEM
17
SIMPULAN DAN SARAN
19
Simpulan
19
Saran
20
DAFTAR PUSTAKA
21
LAMPIRAN
22
RIWAYAT HIDUP
27
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Variasi ukuran kitosan
Variasi komposisi HA-kitosan
Massa hasil kalsinasi (CaO) dan efisiensinya
Massa HA dan efisiensinya
Massa HA berpori dan efisiensinya
Persentase kandungan HA, TCP serta OCP pada sampel HA_S dan
HA_A
Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA_S dan HA_A
Ukuran kristal sampel HA_S dan HA_A
Persentase kandungan HA, TCP serta OCP pada sampel HA_S dan
HA_B
Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA_S dan HA_B
Ukuran kristal sampel HA_S dan HA_B
4
4
5
6
7
10
10
10
13
13
13
DAFTAR GAMBAR
1 Pola XRD sampel (a) HA_S, (b) HA_A90, (c) HA_A80, (d) HA_A70,
(e) HA_A60, dan (f) HA_A50
2 Pola XRD sampel (a) HA_S, (b) HA_B90, (c) HA_B80, (d) HA_B70,
(e) HA_B60, dan (f) HA_B50
3 Spektra FTIR kitosan
4 Spektra FTIR sampel (a) HA_S, (b) HA_A90, (c) HA_A80, (d)
HA_A70, (e) HA_A60, dan (f) HA_A50
5 Spektra FTIR sampel (a) HA_S, (b) HA_B90, (c) HA_B80, (d)
HA_B70, (e) HA_B60, dan (f) HA_B50
6 Morfologi sampel HA_A, menggunakan SEM dengan perbesaran
5000x. (a) HA_A90, (b) HA_A80, (c) HA_A70, (d) HA_A60, dan (e)
HA_A50
7 Morfologi sampel HA_B, menggunakan SEM dengan perbesaran
5000x. (a) HA_B90, (b) HA_B80, (c) HA_B70, (d) HA_B60, dan (e)
HA_B50
9
12
14
15
16
18
19
.
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
Diagram alir penelitian
Keterangan sintesis HA
JCPDS HA
JCPDS TCP
JCPDS OCP
Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA
22
23
24
25
25
26
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tingkat kecelakaan semakin meningkat setiap tahunnya, diantara
kecelakaan tersebut tidak sedikit yang tergolong kecelakaan berat atau sampai
mengalami kerusakan tulang. Dalam pemulihannya, sel-sel tulang memiliki
kemampuan untuk memulihkan diri, namun membutuhkan waktu yang cukup
lama. Pemulihan tersebut dapat dipercepat dengan adanya bahan pengganti atau
substitusi tulang.1 Biomaterial dapat dimanfaatkan sebagai bahan pengganti tulang.
Biomaterial didefinisikan sebagai bahan inert yang diimplantasi ke dalam sistem
hidup sebagai pengganti fungsi dari jaringan hidup atau organ. Biomaterial yang
baik untuk implantasi tulang harus bersifat bioaktif, biokompatible, mudah
didapat, dan tidak mengandung racun.2
Untuk memperbaiki fungsi tulang dapat dilakukan dengan beberapa metode
yaitu, autograft (penggantian satu bagian tubuh dengan bagian tubuh yang lainnya
dalam satu individu), allograft (penggantian tulang manusia dengan tulang yang
berasal dari manusia lain), xenograft (penggantian tulang manusia dengan tulang
yang berasal dari hewan), dan exogenus (penggantian atau implantasi dengan
bahan sintetik atau yang biasa disebut dengan biomaterial). Biomaterial sintetik
yang biasa digunakan diantaranya, polimer, material logam, komposit, dan
biokeramik. Setiap material tersebut memiliki kekurangan dan kelebihan sebagai
material untuk memperbaiki tulang, seperti stabilitas kimia, biokompatibilitas, dan
biodegradasi dengan tubuh dalam waktu yang lama.3
Adanya keterbatasan dalam setiap material memicu tingginya
perkembangan riset di bidang ini. Salah satu yang banyak diteliti adalah material
hidroksiapatit (HA) untuk substitusi tulang. HA merupakan senyawa kalsium
fosfat yang paling stabil yang memiliki formula Ca10(PO4)6(OH)2 dengan rasio
Ca/P sebesar 1.67.4 Secara teori, densitasnya adalah 3,156 gr/cm3. Kristal HA
berbentuk prisma heksagonal rhombic yang terdiri dari Ca2+, PO43-, dan OHdengan parameter kisi a = 9,418 Å dan c = 6,884 Å serta mempunyai sudut α = β
= 90˚ dan sudut ɣ = 120˚.5 Struktur apatit memungkinkan substitusi ion lain,
misalnya Ca, PO4, dan OH-.
Sintesis HA diperoleh dengan mereaksikan hasil kalsinasi cangkang telur
ayam sebagai sumber kalsium (CaO) dan H3PO4 sebagai sumber fosfat. Pemilihan
sumber kalsium berupa cangkang telur ayam dikarenakan kandungan kalsiumnya
yang tinggi serta merupakan limbah rumah tangga yang melimpah jumlahnya.6
Reaksi pembentukan CaO melalui proses kalsinasi dapat dilihat pada persamaan
di bawah ini:
Kalsinasi ini dimaksudkan untuk menghilangkan karbonat yang merupakan zat
pengganggu dalam proses kristalisasi HA.7 Sedangkan reaksi pembentukan HA
ditunjukkan sebagai berikut:
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan sampel HA berpori dengan
porogen kitosan menggunakan metode sol gel. Material HA berpori yang
dimasukkan ke dalam tulang yang retak berfungsi untuk membantu dan
2
merangsang pertumbuhan jaringan tulang serta secara bertahap akan digantikan
oleh jaringan tulang yang baru.8 Pemilihan kitosan sebagai porogen dikarenakan
oleh ketersediaan kitosan yang banyak terdapat di alam, salah satunya dari kulit
udang. Selain itu, kitosan juga merupakan polimer alami sehingga diharapkan
dapat menaikkan sifat bioaktifitas HA. Untuk mengetahui fasa, struktur kristal,
dan parameter kisi dari sampel yang dihasilkan, sampel dikarakterisasi dengan
menggunakan X-Ray Diffraction (XRD). Fourier Transform Infrared
Spectroscopy (FTIR) digunakan untuk mengetahui kehadiran gugus karbonat
dalam sampel, dan Scanning Electron Microscopy (SEM) untuk mengetahui
morfologi dari sampel.
Perumusan Masalah
1. Bagaimana fasa, parameter kisi, dan ukuran kristal HA yang terbentuk dari
proses sol gel.
2. Bagaimana pengaruh variasi komposisi HA-kitosan dan variasi ukuran kitosan
terhadap fasa, parameter kisi, ukuran kristal, dan ukuran pori dari HA berpori.
Tujuan Penelitian
1. Menyintesis HA dari cangkang telur ayam menggunakan metode sol gel.
2. Menyintesis HA berpori dengan variasi komposisi HA-kitosan dan variasi
ukuran kitosan.
3. Menganalisis fasa, parameter kisi, dan ukuran kristal dari HA yang dihasilkan
dengan metode sol gel.
4. Menganalisis pengaruh variasi komposisi HA-kitosan dan variasi ukuran
kitosan terhadap fasa, parameter kisi, ukuran kristal, dan ukuran pori dari HA
berpori.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk menyintesis HA berpori sebagai material
pengganti tulang manusia. Sintesis HA ini memanfaatkan limbah rumah tangga
berupa cangkang telur ayam serta kitosan yang berasal dari cangkang udang,
sehingga biaya proses sintesis menjadi murah dan diharapkan dapat dihasilkan
material pengganti tulang yang berdaya saing tinggi dengan material komersial
yang ada.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah bidang biomaterial yang merupakan
aplikasi dari konsep-konsep fisika dan ilmu material yang dapat diterapkan pada
bidang kesehatan. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium dengan menggunakan
bahan-bahan alami dan beberapa senyawa kimia sehingga dihasilkan HA berpori.
3
METODE
Bahan
Cangkang telur ayam (150 gram), H3PO4 85% (1 L), ethanol 96% (1.5 L),
dan kitosan komersial (50 gram).
Alat
Buret, statip, gelas ukur, labu takar, corong, pipet, pipet mohr, crusible,
neraca digital, hot plate, spatula, alumunium foil, magnetic stirrer, furnace,
termometer, dan pompa hidrolik.
Prosedur Penelitian
Preparasi serbuk CaO dari cangkang telur ayam
Cangkang telur ayam diberi perlakuan meliputi pembersihan, pengeringan
dan kalsinasi. Perlakuan diawali dengan pembersihan cangkang telur dari kotoran
makro, eliminasi membran cangkang kemudian dikeringkan di udara terbuka
selama 24 jam. Cangkang yang telah kering lalu dikalsinasi pada suhu 1000 oC
dengan waktu penahanan selama 5 jam. Dari proses ini akan dihasilkan serbuk
putih CaO.
Sintesis HA dengan metode sol gel
Serbuk cangkang telur hasil kalsinasi sebanyak 1.41 gram ditambahkan
etanol 96% sebanyak 50 mL kemudian dicampurkan dengan 0.9 mL H3PO4 85%
yang diencerkan dalam 50 mL etanol 96% dilakukan dengan penetesan dari buret.
Campuran tersebut diaduk dengan kecepatan pengadukan 300 rpm pada suhu
larutan 37 oC selama 20 menit kemudian dipanaskan dengan hot plate bersuhu
larutan 60 ºC selama 1 jam serta distirring dengan kecepatan pengadukan 300 rpm.
Larutan diendapkan dalam suhu kamar selama 24 jam kemudian distirring pada
suhu larutan 60 ºC sampai larutan berubah menjadi gel. Gel yang diperoleh
disintering dalam furnace pada suhu 900 ºC dengan waktu penahanan selama 5
jam.
Sintesis HA berpori
Serbuk HA dicampurkan dengan serbuk kitosan, lalu diaduk sampai
tercampur homogen. Variasi ukuran kitosan yang digunakan pada penelitian ini
dapat dilihat pada Tabel 1 dan variasi komposisi HA-kitosan dapat dilihat pada
Tabel 2. Campuran tersebut kemudian di pelet dengan massa masing-masing pelet
sebesar 0.4 gram, menggunakan pompa hidrolik dengan kondisi tekanan 9000 psi
selama 2 menit. Pelet tersebut kemudian disintering dalam furnace pada suhu 900
ºC dengan waktu penahanan selama 5 jam. Timbang massa sampel setelah
sintering, lalu sampel dikarakterisasi dengan menggunakan XRD, FTIR, dan SEM.
4
Tabel 1 Variasi ukuran kitosan
Tabel 2 Variasi komposisi HA-kitosan
Karakterisasi XRD, FTIR, dan SEM
Karakterisasi XRD dilakukan dengan tujuan untuk mengidentifikasi fasa,
parameter kisi, dan ukuran kristal yang terdapat dalam sampel HA dan sampel HA
berpori. Pengujian fasa dengan teknik difraksi sinar-x ini dilakukan pada sudut 2θ
dari 15o hingga 70o. Untuk menentukan fasa HA dari sampel yaitu dengan
membandingkan setiap puncak sampel dengan puncak dari HA (Hydroxyapatite),
TCP (Tri Calcium Phospate) dan OCP (Octa Calcium Phospate). Pola difraksi
HA, TCP, dan OCP yang akan dicocokkan dengan sampel berasal dari database
JCPDS (Joint Comittee on Powder Diffraction Standars) dengan nomor 09-0432
untuk HA (Lampiran 3), 09-0169 untuk TCP (Lampiran 4), dan 44-0778 untuk
OCP (Lampiran 5).9
Karakterisasi FTIR dilakukan untuk mengetahui kehadiran gugus karbonat
dalam sampel HA dan sampel HA berpori. Sampel sebanyak 2 mg dicampur
dengan 100 mg KBr, dibuat pelet lalu dicek dalam jangkauan bilangan gelombang
5
4000-400 cm-1. Untuk menghilangkan latar belakang absorpsi, pelet KBr selalu
disertakan pada setiap pengukuran.
Karakterisasi dengan SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi dari
sampel. 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 22 kV dan perbesaran 5.000 kali.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Kalsinasi Cangkang Telur Ayam
Serbuk CaO berwarna putih diperoleh dari hasil kalsinasi cangkang telur
ayam pada suhu 1000 oC selama 5 jam. Sebelum dilakukan kalsinasi, senyawa
kalsium dalam cangkang telur berbentuk CaCO3. Pada proses kalsinasi terjadi
pengurangan massa cangkang telur ayam, yang ditunjukkan dengan massa setelah
kalsinasi lebih kecil dari massa sebelum kalsinasi. Efisiensi adalah suatu ukuran
perbandingan antara massa hasil dan massa sebelum. Massa hasil kalsinasi
cangkang telur ayam dan nilai efisiensinya dapat dilihat pada Tabel 3.
Pengurangan massa cangkang telur ayam ini terjadi karena semakin berkurangnya
kandungan material organik pada suhu 80-100 oC, hilangnya kandungan
magnesium pada suhu 650-700 oC, dan hilangnya CO32-.10
Tabel 3 Massa hasil kalsinasi (CaO) dan efisiensinya
6
Hasil Sintesis HA dengan Metode Sol Gel
Sintesis HA diperoleh dengan mereaksikan CaO dan H3PO4, dengan
perbandingan konsentrasi sebesar 1.67. Penggunaan metode sol gel (sampel
HA_S) dalam sintesis sampel menghasilkan HA berupa serbuk putih halus. Massa
HA dan nilai efisiensi untuk setiap ulangan sampel HA_S dapat dilihat pada Tabel
4. Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa massa hasil yang diperoleh dari proses
sintering lebih kecil dari massa awal yang digunakan. Pengurangan massa hasil
sampel ini dikarenakan hilangnya uap air seiring dengan kenaikan suhu sintering.
Tabel 4 Massa HA dan efisiensinya
7
Hasil Sintesis HA Berpori
Struktur berpori pada HA diperoleh dengan menyintesis HA yang telah
dihasilkan dari metode sol gel dengan mencampurkan kitosan, yang berfungsi
sebagai porogen. Porogen berperan sebagai pembuat pori. Kitosan akan hilang
saat disintering pada suhu 900 ˚C. HA berpori banyak dipergunakan untuk
perbaikan, pertumbuhan kembali jaringan yang hilang, rusak, atau mengalami
perubahan.8 Dari sintesis ini dihasilkan HA berpori berupa serbuk putih namun
dengan kondisi sedikit lebih kasar dibandingkan sampel HA_S.
Massa HA berpori dan nilai efisiensi untuk setiap sampel (10 variasi) dapat
dilihat pada Tabel 5. Dari Tabel 5 dapat dilihat bahwa massa hasil yang diperoleh
dari proses sintering lebih kecil dari massa awal yang digunakan. Pengurangan
massa hasil sampel ini dikarenakan hilangnya kitosan seiring dengan kenaikan
suhu sintering.
Tabel 5 Massa HA berpori dan efisiensinya
8
Karakterisasi Sampel
Hasil Karakterisasi XRD
Pola XRD untuk sampel HA dan HA berpori dapat dilihat pada Gambar 1
dan Gambar 2. Pola XRD yang dihasilkan pada semua sampel (HA_S, HA_A,
dan HA_B) menunjukkan bahwa terbentuk tiga fase yang berbeda yaitu HA, TCP,
dan OCP dengan komposisi yang berbeda. Sampel HA_S (Gambar 1(a)) lebih
didominasi oleh HA dan TCP. Fasa TCP memiliki dua puncak tertinggi yaitu pada
sudut 2θ sebesar 31.10˚ dan 34.36˚. Selain itu fasa HA menempati salah satu
puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.78˚.
Sampel HA_A90 (Gambar 1(b)) memiliki fasa HA yang menempati salah
satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.80˚. Fasa TCP menempati
salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 33.00˚. Selain itu fasa
OCP juga menempati salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar
32.30˚. Sampel HA_A80 (Gambar 1(c)) memiliki fasa HA yang menempati salah
satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.78˚. Fasa TCP menempati
salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.14˚. Selain itu fasa
OCP juga menempati salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar
34.44˚. Sampel HA_A70 (Gambar 1(d)) didominasi oleh HA. Fasa HA
menempati ketiga puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.78˚, 32.66˚, dan
32.94˚. Sampel HA_A60 (Gambar 1(e)) didominasi oleh HA. Fasa HA
menempati ketiga puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.76˚, 32.22˚, dan
32.96˚. Sampel HA_A50 (Gambar 1(f)) didominasi oleh HA. Fasa HA menempati
ketiga puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.80˚, 32.24˚, dan 32.98˚.
Persentase kandungan HA, TCP serta OCP dari sampel HA_S dan HA_A
dapat dilihat pada Tabel 6. Dari Tabel 6 terlihat bahwa terjadi peningkatan nilai
persentase kandungan HA pada sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis A
terhadap sampel HA_S seiring dengan semakin banyaknya komposisi kitosan
yang diberikan terhadap sampel, kecuali pada sampel HA_A80 yang sedikit
menurun. Nilai kandungan HA dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan
jenis A terbesar ada pada sampel HA_A50 yakni sebesar 87.52%.
Perhitungan parameter kisi dengan menganalisis data XRD dengan
menggunakan metode Cramer (Lampiran 6). Parameter kisi dan ketepatan dari
sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan A disajikan 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 A sudah diatas 97% dibandingkan
dengan HA_S yang hanya 91%. Hal ini dikarenakan fasa yang dominan terbentuk
pada sampel HA_S bukan HA melainkan fasa TCP. Nilai ketepatan parameter kisi
dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis A yang paling baik ada pada
sampel HA_A60. Ukuran kristal diperoleh dari analisis data XRD. Ukuran kristal
untuk setiap sampel dapat dilihat pada Tabel 8. Dari Tabel 8 terlihat bahwa
ukuran kristal terbesar terdapat pada sampel HA_A50 dengan ukuran 72.85 nm.
9
(f)
(e)
Intensitas (Cacah)
(d)
(c)
(b)
(a)
2 θ (derajat)
Gambar 1 Pola XRD sampel (a) HA_S, (b) HA_A90, (c) HA_A80, (d) HA_A70,
(e) HA_A60, dan (f) HA_A50
10
Tabel 6 Persentase kandungan HA, TCP serta OCP pada sampel HA_S dan
HA_A
Tabel 7 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA_S dan HA_A
Tabel 8 Ukuran kristal sampel HA_S dan HA_A
11
Pola XRD yang dihasilkan pada semua sampel menunjukkan bahwa
terbentuk tiga fase yang berbeda yaitu HA, TCP, dan OCP dengan komposisi
yang berbeda. Sampel HA_B90 (Gambar 2(b)) didominasi oleh HA dan TCP.
Fasa HA menempati salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar
31.84˚. Fasa TCP menempati dua puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar
31.18˚ dan 33.02˚. Sampel HA_B80 (Gambar 2(c)) didominasi oleh TCP dan
OCP. Fasa OCP menempati salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ
sebesar 34.42˚. Fasa TCP menempati dua puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ
sebesar 27.82˚ dan 31.10˚.
Sampel HA_B70 didominasi oleh TCP. Fasa TCP menempati ketiga puncak
tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 27.84˚, 31.10˚, dan 34.44˚. Sampel HA_B60
(Gambar 2(e)) memiliki fasa HA yang menempati salah satu puncak tertinggi
yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.78˚. Fasa TCP menempati salah satu puncak
tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.18˚. Selain itu fasa OCP juga menempati
salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 34.42˚. Sampel HA_B50
(Gambar 2(f)) didominasi oleh HA dan TCP. Fasa HA menempati dua puncak
tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.78˚ dan 32.98˚. Fasa TCP menempati
salah satu puncak tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 31.14˚.
Persentase kandungan HA, TCP serta OCP dari sampel HA_S dan HA_B
dapat dilihat pada Tabel 9. Dari Tabel 9 terlihat bahwa terjadi penurunan
kandungan HA pada sampel HA_B70 dan HA_B80 terhadap sampel HA_S.
Namun, terjadi kenaikan kandungan HA pada sampel HA_B50, HA_B60, dan
HA_B90. Nilai kandungan HA dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan
jenis B terbesar ada pada sampel HA_B50 yakni sebesar 66.52%.
Perhitungan parameter kisi dengan menganalisis data XRD dengan
menggunakan metode Cramer (Lampiran 6). Parameter kisi dan ketepatan dari
sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan A disajikan pada Tabel 10.
Dari Tabel 10 dapat dilihat bahwa nilai ketepatan parameter kisi untuk a maupun c
dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis B lebih besar dibandingkan
dengan HA_S yang hanya 91%, kecuali pada sampel HA_B80. Hal ini
dikarenakan fasa yang dominan terbentuk pada sampel HA_S bukan HA
melainkan fasa TCP. Nilai ketepatan parameter kisi dari sampel HA berpori
dengan variasi kitosan jenis B yang paling baik ada pada sampel HA_B60.
Ukuran kristal diperoleh dari analisis data XRD. Ukuran kristal untuk setiap
sampel dapat dilihat pada Tabel 11. Dari Tabel 11 terlihat bahwa ukuran kristal
terbesar terdapat pada sampel HA_B50 dengan ukuran 69.17 nm.
12
(f)
(e)
Intensitas (Cacah)
(d)
(c)
(b)
(a)
2 θ (derajat)
Gambar 2 Pola XRD sampel (a) HA_S, (b) HA_B90, (c) HA_B80, (d) HA_B70,
(e) HA_B60, dan (f) HA_B50
13
Tabel 9 Persentase kandungan HA, TCP serta OCP pada sampel HA_S dan
HA_B
Tabel 10 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA_S dan HA_B
Tabel 11 Ukuran kristal sampel HA_S dan HA_B
14
Dari hasil karakterisasi XRD untuk sampel HA berpori dengan variasi
kitosan A maupun B menunjukkan bahwa semakin banyak komposisi kitosan
yang ditambahkan maka persentase komposisi HA yang terbentuk juga akan
semakin meningkat. Komposisi senyawa yang dihasilkan dari sintesis HA berpori
dengan variasi kitosan A menghasilkan persentase komposisi senyawa HA yang
lebih besar dibandingkan dengan HA berpori menggunakan variasi kitosan B.
Variasi kitosan A maupun B tidak berpengaruh secara sigfinikan terhadap
perubahan ukuran kristal HA berpori, hal ini terlihat dari ukuran kristal yang
terbentuk memiliki ukuran yang hampir sama.
Transmitansi (%)
Hasil Karakterisasi FTIR
Identifikasi gugus kompleks pada HA dilakukan dengan karakterisasi FTIR.
HA dapat terdeteksi dengan adanya kehadiran gugus OH- dan PO43-. Gambar 3
menunjukkan spektra FTIR dari kitosan. Gambar 4 dan Gambar 5 menunjukkan
spektra FTIR dari HA dan HA berpori.
Dari Gambar 4 terlihat bahwa spektra HA maupun HA berpori dengan
variasi kitosan A memiliki gugus fungsi OH-, PO43-, dan CO32-. Gugus OH- yang
teridentifikasi menunjukkan bahwa pada sampel tesebut masih mengandung H2O.
Struktur karbonat dalam HA dapat menempati dua posisi, pertama menggantikan
OH- membentuk CAA (Carbonate Apatite type A) pada suhu tinggi dan kedua
menggantikan PO43- membentuk CAB (Carbonate Apatite type B) pada suhu
rendah.10 Karbonat yang terdapat pada sampel berada pada bilangan 1400-1460
cm-1 dapat diindikasikan sebagai CAB. Karbonat tersebut tidak terdeteksi pada
karakterisasi XRD karena kadarnya sangat kecil, namun dengan karakterisasi
FTIR ini kadar senyawa yang sangat kecil pun dapat terdeteksi. Pada semua
sampel HA berpori dengan variasi kitosan A ini sudah tidak terlihat adanya
kandungan kitosan.
Bilangan Gelombang (cm-1)
Gambar 3 Spektra FTIR kitosan
15
(f)
(e)
Transmitansi (%)
(d)
(c)
(b)
(a)
Bilangan Gelombang (cm-1)
Gambar 4 Spektra FTIR sampel (a) HA_S, (b) HA_A90, (c) HA_A80, (d)
HA_A70, (e) HA_A60, dan (f) HA_A50
16
(f)
(e)
Transmitansi (%)
(d)
(c)
(b)
(a)
Bilangan Gelombang (cm-1)
Gambar 5 Spektra FTIR sampel (a) HA_S, (b) HA_B90, (c) HA_B80, (d)
HA_B70, (e) HA_B60, dan (f) HA_B50
17
Dari Gambar 5 terlihat bahwa spektra HA maupun HA berpori dengan
variasi kitosan B memiliki gugus fungsi OH-, PO43-, dan CO32-. Gugus OH- yang
teridentifikasi menunjukkan bahwa pada sampel tersebut masih mengandung H2O.
Karbonat yang terdapat pada sampel berada pada bilangan 1400-1460 cm-1 dapat
diindikasikan sebagai CAB. Karbonat tersebut tidak terdeteksi pada karakterisasi
XRD karena kadarnya sangat kecil, namun dengan karakterisasi FTIR ini kadar
senyawa yang sangat kecil pun dapat terdeteksi. Pada semua sampel HA berpori
dengan variasi kitosan B ini sudah tidak terlihat adanya kandungan kitosan.
Hasil Karakterisasi SEM
Karakterisasi SEM diperlukan untuk mengetahui bentuk morfologi sampel
HA berpori. Karakteristik fisik dari HA berpori meliputi ukuran pori, morfologi
pori, dan keseragaman pori akan mempengaruhi pertumbuhan tulang ke dalam
implant.10 Berikut ini (Gambar 6 dan Gambar 7) adalah morfologi sampel HA_A
dan HA_B menggunakan SEM dengan perbesaran 5000 kali, memperlihatkan
bahwa morfologi sampel tersusun dari bongkahan kecil berukuran 0.60-0.93 μm
yang membentuk suatu agregat yang mengandung pori-pori. Partikel HA
berporogen kitosan yang dihasilkan memiliki struktur berpori setelah
penghilangan kitosan melalui proses sintering.
Dari hasil karakterisasi SEM untuk sampel HA berpori dengan variasi
kitosan A didapatkan ukuran pori untuk sampel HA_A90 sebesar 0.29 μm, sampel
HA_A80 sebesar 0.38 μm, sampel HA_A70 sebesar 0.30 μm, sampel HA_A60
sebesar 0.34 μm, dan sampel HA_A50 sebesar 0.38 μm. Sedangkan untuk sampel
HA berpori dengan variasi kitosan B didapatkan ukuran pori untuk sampel
HA_B90 sebesar 0.41 μm, sampel HA_B80 sebesar 0.41 μm, sampel HA_B70
sebesar 0.45 μm, sampel HA_B60 sebesar 0.46 μm, dan sampel HA_B50 sebesar
0.43 μm. Pada HA berpori dengan variasi kitosan A maupun kitosan B terlihat
bahwa semakin banyak komposisi kitosan yang ditambahkan tidak berpengaruh
secara signifikan terhadap ukuran pori dari HA yang dihasilkan. Meskipun pori
yang dihasilkan relatif kecil, tetapi sampel telah menunjukkan bahwa telah
terbentuk HA berpori dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya.
18
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 6 Morfologi sampel HA_A, menggunakan SEM dengan perbesaran
5000x. (a) HA_A90, (b) HA_A80, (c) HA_A70, (d) HA_A60, dan
(e) HA_A50.
19
(a)
(b)
(b)
(d)
(e)
Gambar 7 Morfologi sampel HA_B, menggunakan SEM dengan perbesaran
5000x. (a) HA_B90, (b) HA_B80, (c) HA_B70, (d) HA_B60, dan
(e) HA_B50.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sintesis HA dari cangkang telur ayam berhasil dibuat dengan metode sol
gel. Prekursor kalsium berupa serbuk putih CaO diperoleh dari hasil kalsinasi
cangkang telur ayam dengan efisiensi rata-rata massa hasil kalsinasi sebesar
53.45%. Hasil sintesis HA dengan metode sol gel berupa serbuk putih halus
dengan efisiensi rata-rata massa sampel HA sebesar 82.20%.
20
Sintesis HA berpori dengan porogen kitosan berhasil dibuat dengan
penggunaan variasi komposisi HA-kitosan serta variasi ukuran kitosan. Sampel
HA dan HA berpori yang dihasilkan baik dari variasi kitosan A maupun kitosan B
belum berupa HA murni melainkan masih berupa campuran yang terdiri dari
senyawa HA, TCP, dan OCP. Hasil karakterisasi XRD untuk sampel HA berpori
dengan variasi kitosan A maupun kitosan B menunjukkan bahwa semakin banyak
komposisi kitosan yang ditambahkan maka persentase komposisi HA yang
terbentuk juga akan semakin meningkat, kecuali pada sampel HA_A80, HA_B80,
dan HA_B70 yang mengalami penurunan, namun tidak berpengaruh terhadap
ukuran kristal sampel.
Hasil analisis spektra FTIR untuk sampel HA maupun HA berpori dengan
variasi kitosan A maupun kitosan B menunjukkan bahwa sampel memiliki gugus
fungsi OH-, PO43-, dan CO32-. Semua sampel HA berpori dengan variasi kitosan A
maupun kitosan B tidak terlihat adanya kandungan kitosan. Pencirian SEM
terhadap sampel HA berpori memperlihatkan telah terbentuknya HA berupa
bongkahan kecil dengan pori-pori berukuran 0.29-0.46 μm dengan morfologi pori
bulat kecil serta distribusi pori yang mulai seragam. Adanya variasi ukuran
kitosan yang digunakan sebagai porogen tidak berpengaruh signifikan tehadap
ukuran pori yang dihasilkan.
Saran
Perlu adanya teknik yang lebih khusus untuk proses penyempurnaan sintesis
hidroksiapatit berpori dengan porogen kitosan agar diperoleh pori-pori dengan
ukuran optimum, bentuk pori yang teratur dan seragam, serta dapat dihasilkannya
HA murni tanpa adanya pengotor lainnya seperti TCP ataupun OCP.
21
DAFTAR PUSTAKA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Dahlan KA. Cangkang Telur Pengganti Tulang. [Terhubung Berkala]
http://health.kompas.com/index.php/read/2010/10/08/04265068/Cangkang.
Telur.Pengganti.Tulang. [29 April 2012]. 2010.
Bhat SV. Biomaterials. Alpha Science International Ltd: Pangboune,
England. 2002.
Ahmiatri S, Soejoko DS. Pengaruh Ion Karbonat dalam Proses Presipitasi
Senyawa Kalsium Fosfat. Makara Sains. 2002; 6:2.
Aoki H. Science and Medical Application of Hydroxyapatite. JAAS: Tokyo.
1991.
Shi D. Biomaterial and Tissue Engineering. Springer Berlin Heidelberg:
New York. 2003.
Rivera EM, et al. Synthesis of Hydroxyapatite from Eggshells. Material
Letters. 1999; 4:128-134.
Dahlan KA, Prasetyanti F, Sari YW. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang
menggunakan dry method. Jurnal Biofisika. 2009; 5(2):71-78.
Kim HS, et al. Preparation of Porous Chitosan / Fibroin-Hydroxyapatite
Composite Matrix for Tissue Engineering. Macromolecular Research. 2007;
15:65-73.
Joint Comittee on Powder Diffraction Standars.
Dewi SU. Pembuatan Komposit Kalsium Fosfat-Kitosan dengan Metode
Sonikasi. [Tesis]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 2009.
22
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Mulai
Persiapan alat dan bahan
Siap?
Kalsinasi cangkang telur ayam (CaCO3)
Serbuk putih (CaO)
Sintesis HA
Pencampuran HA dengan kitosan
Sintering
Karakterisasi
XRD
FTIR
Analisis
Hasil
Penulisan laporan
Selesai
SEM
23
Lampiran 2 Keterangan sintesis HA
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
24
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
(j)
(k)
Preparasi cangkang telur
Kalsinasi cangkang telur
Serbuk hasil kalsinasi
Titrasi kalsium dengan fosfat
Stirring
Aging
Pen-sol gel-an
Hasil sol gel
Sintering
Serbuk hasil HA
Pencampuran HA dengan kitosan
Lampiran 3 JCPDS HA
25
Lampiran 4 JCPDS TCP
Lampiran 5 JCPDS OCP
26
Lampiran 6 Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA
Perhitungan parameter kisi kristal dihitung melalui metode Cohen dengan
persamaan sebagai berikut:
Σ α sin2 θ
= C Σ α2
+ B Σ αϒ
+ A Σ αδ
Σ ϒ sin2 θ
= C Σ αϒ
+ B Σ ϒ2
+ A Σ ϒδ
Σ β sin2 θ
= C Σ αδ
+ B Σ ϒδ
+ A Σ δ2
Dimana:
C
=
α
= (h2 + hk + k2)
B
=
ϒ
= l2
A
=
δ
= 10 sin2 2θ
27
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor, Jawa Barat pada tanggal 24 Mei
1991. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara.
Penulis menyelesaikan masa studi di TK Al-Muhajirin Depok
selama satu tahun, SDN Mekarjaya XVIII Depok selama enam
tahun, SMPN 3 Depok selama 3 tahun, dan melanjutkan
pendidikan ke SMAN 3 Depok 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.