Cangkang Kerang TINJAUAN PUSTAKA

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kasus kerusakan tulang akibat trauma, tumor, atau kecelakaan lalu lintas yang mengakibatkan fractur patah tulang dapat menimpa setiap orang kapan saja. Fractur adalah terputusnya kontinuitas jaringan tulang dan tulang rawan yang umumnya disebabkan oleh cedera 1 . Kasus fractur dapat mengakibatkan kehilangan struktur tulang. Dalam hal ini diperlukan adanya suatu bahan yang diharapkan menjadi alternatif untuk menggantikan atau mempercepat proses perbaikan bagian tulang yang rusak. Bahan tersebut yaitu biomaterial implantasi tulang. Biomaterial merupakan suatu bahan yang digunakan sebagai suatu sistem pada jaringan, organ, atau fungsi tubuh 2 . Biomaterial yang digunakan sebagai implantasi tulang diharapkan dapat berinteraksi dengan jaringan di sekitarnya tanpa adanya reaksi balik atau penolakan oleh tubuh manusia. Pemilihan biomaterial yang tepat sangat diperlukan dalam proses implantasi. Biomaterial yang dipilih adalah biomaterial yang mudah diperoleh, biocompatible sesuai dengan jaringan keras dalam komposisi dan morfologi, bioaktif, dan tidak toksik 3 . Penggunaan biomaterial sebagai bahan implantasi tulang bertujuan untuk memperbaiki posisi patahan tulang ke posisi semula reposisi dan mempertahankan posisi itu selama masa penyembuhan patah tulang imobilisasi 2 . Pada umumnya biomaterial yang digunakan sebagai bahan pengganti tulang adalah hydroxyapatite Ca 10 PO 4 6 OH 2 dan tricalcium phosphate Ca 3 PO 4 2 karena kedua material ini memiliki komposisi kimia yang mendekati dengan komponen anorganik yang ada di dalam tulang. Untuk keperluan medis Tricalcium phosphate TCP memiliki sifat biodegradable, bioaktif, dan tingkat kelarutan yang tinggi dibandingkan dengan hydroxyapatite HA. Salah satu polymorf TCP yang banyak digunakan untuk rekontruksi tulang yaitu -TCP karena memiliki tingkat biodegradasi yang sesuai dengan laju pertumbuhan tulang dan memiliki sifat osteoconductive 4 . Metode pembuatan -TCP dapat dilakukan secara sintesis buatan manusia. Sumber kalsium untuk menghasilkan -TCP dapat diperoleh dari bahan alam. Sintesis -TCP dari bahan alam lebih baik karena bahan tersebut dapat meningkatkan sifat bioaktif dan biocompatible 5 . Bahan alam yang biasa digunakan yaitu koral, kerang, dan cangkang telur. Penggunaan bahan tersebut sebagai sumber kalsium karena sebagian besar kandungan yang terdapat pada bahan tersebut adalah kalsit kalsium karbonat, CaCO 3 . Pada penelitian ini, -TCP dibuat dengan menggunakan sumber kalsium alami dari limbah cangkang kerang ranga yang didapatkan dari daerah perairan kepulauan Riau. Sintesis -TCP berbasis cangkang kerang ranga ini diharapkan dapat menambah nilai guna limbah cangkang kerang ranga dari masyarakat Indonesia menjadi biomaterial tulang yang ekonomis dalam bidang medis.

1.2 Tujuan Penelitian

1. Melakukan sintesis -TCP berbasis kalsium dari cangkang kerang ranga. 2. Mengetahui dan mempelajari suhu optimum untuk menghasilkan senyawa -TCP. 3. Menganalisis -TCP yang dihasilkan dengan metode x-ray diffraction XRD, spektroskopi fourier transform infrared FTIR, scanning electron microscopy SEM, dan particle size analysis PSA.

1.3 Perumusan Masalah

1. Bagaimana pengaruh suhu sintering dalam pembentukan -TCP? 2. Bagaimana struktur dan komposisi sampel yang dihasilkan? 1.4 Hipotesis Semakin tinggi suhu sintering yang dimulai pada suhu 800 o C sampai dengan suhu 1300 o C maka -TCP yang terbentuk akan semakin maksimum.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Cangkang Kerang

Kerang adalah hewan air yang termasuk hewan bertubuh lunak moluska. Berasal dari bahasa latin, molluscus yang berarti lunak, tubuhnya lunak, tidak bersegmen, terbungkus oleh mantel yang terbuat dari jaringan khusus, dan umumnya dilengkapi dengan kelenjar- kelenjar yang dapat menghasilkan cangkang 6 . Semua kerang-kerangan memiliki sepasang cangkang disebut juga cangkok atau katup yang biasanya simetri cermin dan pada bagian tengah dorsal yang dihubungkan oleh jaringan ikat ligamen, berfungsi seperti engsel untuk membuka dan menutup cangkang dengan cara mengencangkan dan mengendurkan otot. Sebagian besar cangkang kerang tersusun atas kalsium karbonat CaCO 3 , kalsium fosfat, CaHCO 3 2 , Ca 3 S, dan kalsium aktif 7 . Ada dua jenis kerang yang sangat dikenal yaitu kerang dagu dengan cangkangnya berjalur-jalur dan kerang bulu dengan lapisan terluar cangkangnya masih terdapat bulu. Kekerasan cangkang kerang tidak tergantung pada usia kerang sehingga kerang yang muda dan tua mempunyai kekerasan yang sama. Dari hasil pola difraksi sinar-X didapat bahwa cangkang kerang pada suhu di bawah 500 o C tersusun atas kalsium karbonat CaCO 3 pada fase aragonite dengan struktur kristal orthorombik. Sedangkan pada suhu di atas 500 o C berubah menjadi fase kalsit dengan struktur kristal hexagonal 8 . Berdasarkan penelitian Balgies 2011, kalsium yang terkandung pada serbuk cangkang kerang ranga adalah kalsium karbonat CaCO 3 dengan kandungan kalsiumnya sebesar 79,68 . Hal ini diperoleh dari hasil karakterisasi XRD pada serbuk cangkang kerang yang dipanaskan pada suhu 110 o C selama 5 jam Gambar 1 9 . 2.2 Tricalcium Phosphate Tricalcium phosphate TCP merupakan salah satu satu jenis kalsium fosfat yang memiliki struktur kimia Ca 3 PO 4 2 dengan nisbah Ca terhadap P sebesar 1,50. Senyawa ini dikenal sebagai tribasic calcium phosphate atau “abu tulang” 10 . TCP memiliki empat polymorf yaitu α, , , dan super-α. Polymorf adalah fase bertekanan tinggi yang teramati pada suhu sekitar 1120 o C, dan polymorph super- α dapat diobservasi pada suhu lebih dari 1500 o C. Kristal -TCP memiliki struktur rhombohedral dengan unit sel memiliki ukuran a = 10,439 Å dan c = 37,3775 Å. Struktur -TCP memiliki plot yang sama dengan heksagonal 11 . Kristal -TCP dalam bentuk granul halus dapat diserap sempurna, sedangkan dalam bentuk blok hanya diserap sebagian 12 . Struktur molekul TCP dapat dilihat pada Gambar 2. Gambar 1 Pola difraksi XRD cangkang kerang ranga 9 . Gambar 2 Struktur molekul TCP 12 . Beberapa penelitian menyatakan bahwa TCP memiliki sifat biodegradable terutama - TCP, memiliki tingkat kerapuhan yang tinggi serta cepat diserap. Mikrostruktur -TCP berefek pada aktifitas sel-sel tulang dan kemudian dapat menggantikan tulang 5 . Sintesis -TCP dilakukan dengan memberikan perlakuan suhu tinggi yang bertujuan untuk menghilangkan semua OH yang terbentuk. Aisyah 2011 melakukan sintesis -TCP berbasis cangkang telur dengan metode presipitasi. Sintesis -TCP dilakukan pada suhu sintering 1000 o C dengan variasi waktu tahan dari 2 jam, 6 jam, 7 jam, 8 jam, dan 9 jam. Pola difraksi sinar-X menunjukkan bahwa fase -TCP optimal terbentuk pada sampel -TCP pada waktu tahan 7 jam Gambar 2 13 . Gambar 3 Pola difraksi XRD sampel -TCP waktu sintering a pola difraksi XRD -TCP komersil, b 9 jam, c 8 jam, d 7 jam, e 6 jam, dan f 2 jam 13 . βθ In ten sitas c ou nt = -TCP = HA = OKF = = = a b c d e f Gambar 4 Pola difraksi XRD sampel Sr- -TCP 14 . Kannan et al, melakukan sintesis Sr- - TCP dari senyawa CaNO 3 2 ·4H 2 O, SrNO 3 2 , dan NH 4 2 HPO 4 dengan metode presipitasi pada variasi suhu sintering 400 o C, 600 o C, 700 o C, dan 800 o C. Hasil difraksi sinar-X menunjukkan bahwa pada suhu sintering 400 o C, 600 o C, dan 700 o C Sr sudah tersubtitusi dengan -TCP yang ditandai dengan terbentuknya Sr- -TCP. Sedangkan pada suhu sintering 800 o C Sr tidak t ersubstitusi dan terbentuk fase -TCP tunggal Gambar 3 14 . Pada penelitian lain, fase TCP dapat terbentuk mulai dengan temperature 600 o C dengan menggunakan kalsium nitrat tetrahidrat [CaNO 3 2 4H 2 O] dan di- ammonium hidrogen ortofosfat [NH 3 2 HPO 4 ]. Sedangkan dengan menggunakan senyawa kalsium fosfat komersil TCP terbentuk pada temperatur mulai 1100 o C. Sehingga dapat dikatakan bahwa perbedaan prekursor pembentuk senyawa kalsium fosfat menyebabkan hasil sintesis memiliki fase yang berbeda 15 .

2.3 X-Ray Difraction XRD