Synthesis of Hydroxyapatite Nanoparticle from Tutut (Bellamyâ Javanica) Shells by Using precipitation and Hydrothermal Method
SINTESIS NANO HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG
TUTUT (Bellamya javanica) DENGAN METODE
PRESIPITASI DAN HIDROTERMAL
LENITA HERAWATY
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK
CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sintesis Nano
Hidroksiapatit dari Cangkang Tutut (Bellamya Javanica) dengan Metode
Presipitasi dan Hidrotermal 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 tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2014
Lenita Herawaty
NIM G451110161
RINGKASAN
LENITA HERAWATY. Sintesis Nano Hidroksiapatit Dari Cangkang Tutut
(Bellamya Javanica) Dengan Metode Presipitasi Dan Hidrotermal. Dibimbing
oleh ETI ROHAETI, CHARLENA dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO.
Biomaterial sebagai pengganti tulang merupakan biokeramik berbasis
kalsium fosfat yang dikenal dengan hidroksiapatit (HAp) (Ca10(PO4)6(OH)2).
Komposisi dan kristalografi HAp menyerupai komposisi dan kristalografi tulang.
Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis sampel HAp metode presipitasi
dan hidrotermal, menggunakan bahan dasar cangkang tutut (Bellamya Javanica).
HAp hasil sintesis menggunakan metode presipitasi mengandung 100 % berat fasa
hidroksiapatit dengan rasio Ca/P = 1.71. Analisis gugus fungsi pada HAp metode
presipitasi menunjukkan adanya gugus –OH, –PO4, dan –CO3 mengindikasikan
telah terbentuk fasa hidroksiapatit dengan baik. HAp hasil sintesis metode
presipitasi memiliki parameter kisi a = b = 9.418 Å, c = 6.885 Å. HAp hasil
sintesis menggunakan metode hidrotermal mengandung 94.55 % berat fasa
hidroksiapatit dan 5.45 % berat fasa kalsium oksida dengan rasio Ca/P = 2.03.
Hasil analisis gugus fungsi pada HAp hasil sintesis menunjukkan adanya gugus –
OH, –PO4, dan –CO3 yang mengindikasikan hadirnya fasa HAp, juga tampak
adanya ikatan Ca–O dan ikatan Ca–OH. HAp hasil sintesis metode hidrotermal
memiliki parameter kisi a = b = 9.4163 Å, c = 6.8791 Å.
Sintesis HAp baik hasil proses presipitasi maupun hidrotermal telah
berhasil dilakukan. Partikel HAp hasil presipitasi berbentuk spherical-poligonal
dengan ukuran rata-rata diameter partikel sekitar 10–20 nm. Sedangkan bentuk
partikel hasil sintesis dengan metode hidrotermal yaitu nanorod dengan ukuran
diameter rod sebesar 15–20 nm dengan panjang rod sebesar 40–60 nm.
Kata kunci: hidroksiapatit, hidrotermal, nanopartikel, presipitasi, struktur kristal
SUMMARY
LENITA HERAWATY. Synthesis of Hydroxyapatite Nanoparticle from Tutut
(Bellamyâ Javanica) Shells by Using precipitation and Hydrothermal Method.
Supervised by ETI ROHAETI, CHARLENA and SULISTIOSO GIAT
SUKARYO.
Biomaterials as bone replacement is a bioceramics of calcium phosphatebased known as hydroxyapatite (HAp) (Ca10(PO4)6(OH)2). Hap have the similar
composition and crystallography of bone .
In this study, synthesis of HAp by using precipitation and hydrothermal
methods have been performed by using tutut shells (Bellamya Javanica). HAp of
precipitation product contained 100 wt% of hydroxyapatite phase with Ca/P ratio
of 1.71. The result of functional group analysis also showed the presence of
hydroxyapatite phase as indicated by–OH, –PO4, dan –CO3 groups. HAp of wet
precipitation product had lattice parameter of a = b = 9.418 Å, c = 6.885 Å. HAp
of hydrothermal product contained 94.55 wt% of hydroxyapatite phase and 5.45
wt% of calcium oxide phase with Ca/P ratio of 2.03. The functional group
analysis result showed peaks of –OH, –PO4, dan –CO3 groups, indicated the
presence of hydroxyapatite phase. In addition to the peaks, the characteristic peaks
of Ca–O and Ca–OH bond were also appear. HAp of hydrothermal product had
lattice parameter of a = b = 9.4163 Å, c = 6.8791 Å.
The synthesis of HAp nanoparticle both using precipitation and
hydrothermal method have yielded. The HAp particles shaped sphericalpolygonal with an average size of diameter particles around 10-20 nm. Whereas
that by hydrothermal method is nanorod with the particle size of 15–20 nm in
diameter and 40–60 nm in length.
Keywords: hydroxyapatite (HAp), hydrothermal, nanoparticle, wet precipitation,
crystal structure
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
SINTESIS NANO HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG
TUTUT (Bellamya javanica) DENGAN METODE
PRESIPITASI DAN HIDROTERMAL
LENITA HERAWATY
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr drh Irma H Suparto, MS
Judul Tesis : Sintesis Nano Hidroksiapatit dari Cangkang Tutut (Bellamya
Javanica) dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal
Nama
: Lenita Herawaty
NIM
: G4511101611
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Eti Rohaeti, MS
Ketua
Dr Charlena, MSi
Anggota
Drs Sulistioso Giat S, MT
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Kimia
Prof Dr Dyah Iswantini Pradono, MScAgr
Tanggal Ujian:
7 Pebruari 2014
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari 2013 ini adalah
Hidroksiapatit, dengan judul Sintesis Nano Hidroksiapatit dari Cangkang Tutut
(Bellamya Javanica) dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Eti Rohaeti, MS, Ibu Dr
Charlena, MSi dan Bapak Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT selaku pembimbing,
Ibu Dr drh Irma H Suparto, MS selaku dosen penguji luar komisi, serta seluruh
dosen Pascasarjana Kimia atas segala bimbingan dan ilmu yang diberikan serta
Bapak Dr Kiagus Dahlan dan Ibu Dr Siti Himatun yang telah banyak memberi
masukan dan saran. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada
Pimpinan dan keluarga besar staf Laboratorium Kimia Balai Penelitian Tanah
Bogor, Laboratorium Kimia Analitik IPB, Laboratorium Anorganik IPB,
Bapak Prof Dr Gustan Pari, MSi beserta staf Laboratorium Terpadu Badan
Litbang Departemen Kehutanan yang telah membantu fasilitas dan analisis selama
penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan penulis kepada Badan
Litbang Departemen Pertanian atas beasiswa dan bantuan dana penelitian yang
telah diberikan. Tak lupa pula ungkapan terima kasih penulis disampaikan kepada
teman-teman Pascasarjana Kimia atas masukan, saran dan motivasi yang
diberikan. Untuk ayah, ibu dan seluruh keluarga terima kasih atas segala doa dan
kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Pebruari 2014
Lenita Herawaty
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR LAMPIRAN
x
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
1
1
2
2
3
3
TINJAUAN PUSTAKA
Hidroksiapatit
Nano Partikel
Cangkang Tutut
Sintesis Hidroksiapatit
Metode Presipitasi
Metode Hidrotermal
3
3
6
7
8
9
11
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan dan Alat
Metodologi Penelitian
Preparasi Cangkang Tutut
Analisis Komposisi
Sintesis Hidroksiapatit
Pencirian Kristal Hidroksiapatit
12
12
12
13
13
14
15
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Komposisi Cangkang Tutut sebelum Kalsinasi
Hasil Analisis XRD dan EDS Cangkang Tutut sebelum Kalsinasi
Hasil Analisis XRD dan EDS Cangkang Tutut setelah Kalsinasi
Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal
Hasil Analisis Menggunakan XRD
Hasil Analisis Menggunakan EDS
Hasil Analisis Menggunakan FTIR
Hasil Analisis Menggunakan SEM
Hasil Analisis Menggunakan PSA
Hasil Analisis Menggunakan TEM
17
18
18
19
20
21
22
23
24
25
27
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
28
28
28
DAFTAR PUSTAKA
29
LAMPIRAN
32
RIWAYAT HIDUP
42
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
Jenis kalsium fosfat dan kelarutan produk pada suhu 25 oC
Kandungan mineral dalam cangkang berbagai spesies moluska
Teknik dan kondisi pengadukan serta karakteristik serbuk HAp metode
presipitasi
Hasil analisis EDS cangkang tutut sebelum kalsinasi
Hasil analisis EDS cangkang tutut setelah kalsinasi
Hasil analisis unsur cangkang tutut metode hidrotermal dan presipitasi
menggunakan EDS
Puncak-puncak absorbansi dari spektrum FTIR
4
8
10
19
20
23
24
DAFTAR GAMBAR
1 Struktur hidroksiapatit
4
2 Sintesis nanopartikel metode top-down dan bottom-up
7
3 Difraktogram sinar-x serbuk HAp dan fasakristal melalui teknik
pengadukan magnetik, ultrasonik, magnetik-ultrasonik
11
4 Cangkang tutut kering, serbuk halus dan serbuk hasil kalsinasi
17
5 Difraktogram sinar-x sampel cangkang tutut sebelum kalsinasi dan
difraktogram sinar-x CaCO3 dari basis data instrumen
19
6 Difraktogram sinar-x sampel cangkang tutut setelah kalsinasi
20
7 Difraktogram sinar-x HAp hasil sintesis metode presipitasi
21
8 Difraktogram sinar-x HAp hasil sintesis metode hidrotermal
22
9 Spektra gugus fungsi HAp hasil sintesis metode presipitasi dan
hidrotermal
23
10 Morfologi HAp hasil sintesis metode presipitasi dan hidrotermal
menggunakan SEM
25
11 Distribusi ukuran partikel metode statistik HAp hasil sintesis
metode presipitasi dan hidrotermal menggunakan PSA
26
12 Pengamatan partikel HAp hasil sintesis metode presipitasi dan hidrotermal
menggunakan TEM
27
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
Diagram alir sintesis HAp dari cangkang tutut
Diagram alir karakterisasi HAp
Hasil perhitungan stoikhiometri pereaksi dan konsentrasi bahan sintesis
Hasil analisis komposisi cangkang tutut
Data hasil analisis XRD cangkang tutut
Fasa kristal serbuk cangkang tutut dan gambar sistem kristal
Data Joint Cristal Powder Difraction Standard (JCPDS)
32
33
33
34
34
36
36
8
Distribusi ukuran partikel HAp hasil sintesis dengan metode presipitasi
dan hidrotermal
9 Contoh perhitungan
10 Peralatan sintesis dan pencirian HAp
39
40
41
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya kasus patah tulang dan kerusakan gigi,
kebutuhan bahan biomaterial pengganti tulang dan gigi juga terus meningkat.
Oleh karena itu perlu upaya untuk mencari alternatif biomaterial yang bersifat
bioaktif terhadap jaringan yang dapat menggantikan struktur jaringan yang hilang
dan tidak menimbulkan efek samping. Biomaterial yang banyak digunakan untuk
substitusi tulang adalah biokeramik yang merupakan senyawa kalsium fosfat.
Kalsium fosfat bersifat biokampatibel dan bioaktif, sehingga sangat tepat untuk
dijadikan bahan implan (Dahlan 2013).
Tulang merupakan penopang tubuh manusia, memiliki komponen utama
kalsium fosfat dan senyawa kalsium karbonat yang dikenal sebagai apatit.
Senyawa kalsium fosfat memberikan sifat keras dalam jaringan tulang. Kristal
kalsium fosfat dalam jaringan tulang dikenal sebagai kristal apatit (Dahlan et al.
2009). Apatit terbagi menjadi 3 kelompok, yaitu Hidroksiapatit, Fluor-apatit, Klor-apatit.
Salah satu fasa kalsium fosfat untuk tulang dan gigi yang banyak dikembangkan
adalah hidroksiapatit (HAp) dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. HAp adalah
biokeramik yang telah dikenal luas untuk aplikasi biomedis sebagai pengganti
tulang (Hsiung et al. 2012).
HAp digunakan sebagai bahan untuk membuat tulang palsu dan gigi serta
bahan penambal tulang untuk memperbaiki tulang secara cepat setelah trauma
atau operasi besar. Kristal HAp dalam tulang umumnya berbentuk jarum yang
berukuran nanometer dengan kisaran lebar 5-20 nm dan panjangnya 60 nm
(Ferraz et al. 2004).
HAp dan trikalsiumfosfat (TCP/Ca3(PO4)2) banyak diteliti karena sifatnya
yang sangat biokompatibel dengan jaringan tubuh manusia (Santos et al. 2004).
Saat ini nanostruktur HAp aplikasinya cukup luas dalam bidang ortopedi, gigi,
dan aplikasi penyalut obat. Penelitian telah menunjukkan bahwa HAp berukuran
nano memiliki energi permukaan tinggi yang dapat meningkatkan sifat mekanik
dan memungkinkan untuk penggantian permukaan implan lebih cepat (Bigi et al.
2008).
Sumber kalsium dari bahan-bahan alami telah dikembangkan untuk
sintesis hidroksiapatit, diantaranya berasal dari cangkang telur dan cangkang
kerang darah. (Dahlan et al. 2009). Selain dari cangkang telur dan cangkang
kerang, eksplorasi perlu dilakukan terhadap sumber bahan yang banyak
mengandung kalsium. Salah satu bahan yang berpotensi mengandung kalsium
adalah cangkang tutut atau keong sawah. Cangkang tutut merupakan limbah dari
konsumsi daging tutut yang belum memiliki pemanfaatan komersial. Limbah ini
kaya akan berbagai mineral termasuk kalsium (Baby et al. 2010).
Sintesis HAp dilakukan melalui metode presipitasi dan hidrotermal.
Sintesis nano hidroksiapatit dengan metode presipitasi memiliki keuntungan, yaitu
sederhana dan biaya rendah (Khoerunnisa 2011) sedangkan metode hidrotermal
dilakukan pada suhu rendah dan menghasilkan produk kristal yang homogen,
kemurnian bahan terjaga karena sampel dimasukkan ke dalam teflon dan bejana
baja yang tertutup rapat sehingga terjaga dari kontaminasi luar.
2
Beberapa penelitian menunjukkan sintesis nano HAp dapat dilakukan
dengan metode presipitasi dan hidrotermal. Cunniffe et al. (2010) melaporkan
bahwa sintesis HAp dengan metode presipitasi menghasilkan nano HAp
berukuran
TUTUT (Bellamya javanica) DENGAN METODE
PRESIPITASI DAN HIDROTERMAL
LENITA HERAWATY
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK
CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sintesis Nano
Hidroksiapatit dari Cangkang Tutut (Bellamya Javanica) dengan Metode
Presipitasi dan Hidrotermal 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 tesis ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada
Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2014
Lenita Herawaty
NIM G451110161
RINGKASAN
LENITA HERAWATY. Sintesis Nano Hidroksiapatit Dari Cangkang Tutut
(Bellamya Javanica) Dengan Metode Presipitasi Dan Hidrotermal. Dibimbing
oleh ETI ROHAETI, CHARLENA dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO.
Biomaterial sebagai pengganti tulang merupakan biokeramik berbasis
kalsium fosfat yang dikenal dengan hidroksiapatit (HAp) (Ca10(PO4)6(OH)2).
Komposisi dan kristalografi HAp menyerupai komposisi dan kristalografi tulang.
Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis sampel HAp metode presipitasi
dan hidrotermal, menggunakan bahan dasar cangkang tutut (Bellamya Javanica).
HAp hasil sintesis menggunakan metode presipitasi mengandung 100 % berat fasa
hidroksiapatit dengan rasio Ca/P = 1.71. Analisis gugus fungsi pada HAp metode
presipitasi menunjukkan adanya gugus –OH, –PO4, dan –CO3 mengindikasikan
telah terbentuk fasa hidroksiapatit dengan baik. HAp hasil sintesis metode
presipitasi memiliki parameter kisi a = b = 9.418 Å, c = 6.885 Å. HAp hasil
sintesis menggunakan metode hidrotermal mengandung 94.55 % berat fasa
hidroksiapatit dan 5.45 % berat fasa kalsium oksida dengan rasio Ca/P = 2.03.
Hasil analisis gugus fungsi pada HAp hasil sintesis menunjukkan adanya gugus –
OH, –PO4, dan –CO3 yang mengindikasikan hadirnya fasa HAp, juga tampak
adanya ikatan Ca–O dan ikatan Ca–OH. HAp hasil sintesis metode hidrotermal
memiliki parameter kisi a = b = 9.4163 Å, c = 6.8791 Å.
Sintesis HAp baik hasil proses presipitasi maupun hidrotermal telah
berhasil dilakukan. Partikel HAp hasil presipitasi berbentuk spherical-poligonal
dengan ukuran rata-rata diameter partikel sekitar 10–20 nm. Sedangkan bentuk
partikel hasil sintesis dengan metode hidrotermal yaitu nanorod dengan ukuran
diameter rod sebesar 15–20 nm dengan panjang rod sebesar 40–60 nm.
Kata kunci: hidroksiapatit, hidrotermal, nanopartikel, presipitasi, struktur kristal
SUMMARY
LENITA HERAWATY. Synthesis of Hydroxyapatite Nanoparticle from Tutut
(Bellamyâ Javanica) Shells by Using precipitation and Hydrothermal Method.
Supervised by ETI ROHAETI, CHARLENA and SULISTIOSO GIAT
SUKARYO.
Biomaterials as bone replacement is a bioceramics of calcium phosphatebased known as hydroxyapatite (HAp) (Ca10(PO4)6(OH)2). Hap have the similar
composition and crystallography of bone .
In this study, synthesis of HAp by using precipitation and hydrothermal
methods have been performed by using tutut shells (Bellamya Javanica). HAp of
precipitation product contained 100 wt% of hydroxyapatite phase with Ca/P ratio
of 1.71. The result of functional group analysis also showed the presence of
hydroxyapatite phase as indicated by–OH, –PO4, dan –CO3 groups. HAp of wet
precipitation product had lattice parameter of a = b = 9.418 Å, c = 6.885 Å. HAp
of hydrothermal product contained 94.55 wt% of hydroxyapatite phase and 5.45
wt% of calcium oxide phase with Ca/P ratio of 2.03. The functional group
analysis result showed peaks of –OH, –PO4, dan –CO3 groups, indicated the
presence of hydroxyapatite phase. In addition to the peaks, the characteristic peaks
of Ca–O and Ca–OH bond were also appear. HAp of hydrothermal product had
lattice parameter of a = b = 9.4163 Å, c = 6.8791 Å.
The synthesis of HAp nanoparticle both using precipitation and
hydrothermal method have yielded. The HAp particles shaped sphericalpolygonal with an average size of diameter particles around 10-20 nm. Whereas
that by hydrothermal method is nanorod with the particle size of 15–20 nm in
diameter and 40–60 nm in length.
Keywords: hydroxyapatite (HAp), hydrothermal, nanoparticle, wet precipitation,
crystal structure
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
SINTESIS NANO HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG
TUTUT (Bellamya javanica) DENGAN METODE
PRESIPITASI DAN HIDROTERMAL
LENITA HERAWATY
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains
pada
Program Studi Kimia
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr drh Irma H Suparto, MS
Judul Tesis : Sintesis Nano Hidroksiapatit dari Cangkang Tutut (Bellamya
Javanica) dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal
Nama
: Lenita Herawaty
NIM
: G4511101611
Disetujui oleh
Komisi Pembimbing
Dr Eti Rohaeti, MS
Ketua
Dr Charlena, MSi
Anggota
Drs Sulistioso Giat S, MT
Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi
Kimia
Prof Dr Dyah Iswantini Pradono, MScAgr
Tanggal Ujian:
7 Pebruari 2014
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari 2013 ini adalah
Hidroksiapatit, dengan judul Sintesis Nano Hidroksiapatit dari Cangkang Tutut
(Bellamya Javanica) dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Eti Rohaeti, MS, Ibu Dr
Charlena, MSi dan Bapak Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT selaku pembimbing,
Ibu Dr drh Irma H Suparto, MS selaku dosen penguji luar komisi, serta seluruh
dosen Pascasarjana Kimia atas segala bimbingan dan ilmu yang diberikan serta
Bapak Dr Kiagus Dahlan dan Ibu Dr Siti Himatun yang telah banyak memberi
masukan dan saran. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada
Pimpinan dan keluarga besar staf Laboratorium Kimia Balai Penelitian Tanah
Bogor, Laboratorium Kimia Analitik IPB, Laboratorium Anorganik IPB,
Bapak Prof Dr Gustan Pari, MSi beserta staf Laboratorium Terpadu Badan
Litbang Departemen Kehutanan yang telah membantu fasilitas dan analisis selama
penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan penulis kepada Badan
Litbang Departemen Pertanian atas beasiswa dan bantuan dana penelitian yang
telah diberikan. Tak lupa pula ungkapan terima kasih penulis disampaikan kepada
teman-teman Pascasarjana Kimia atas masukan, saran dan motivasi yang
diberikan. Untuk ayah, ibu dan seluruh keluarga terima kasih atas segala doa dan
kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Pebruari 2014
Lenita Herawaty
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
x
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR LAMPIRAN
x
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian
Manfaat Penelitian
Ruang Lingkup Penelitian
1
1
2
2
3
3
TINJAUAN PUSTAKA
Hidroksiapatit
Nano Partikel
Cangkang Tutut
Sintesis Hidroksiapatit
Metode Presipitasi
Metode Hidrotermal
3
3
6
7
8
9
11
METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Bahan dan Alat
Metodologi Penelitian
Preparasi Cangkang Tutut
Analisis Komposisi
Sintesis Hidroksiapatit
Pencirian Kristal Hidroksiapatit
12
12
12
13
13
14
15
16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Komposisi Cangkang Tutut sebelum Kalsinasi
Hasil Analisis XRD dan EDS Cangkang Tutut sebelum Kalsinasi
Hasil Analisis XRD dan EDS Cangkang Tutut setelah Kalsinasi
Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal
Hasil Analisis Menggunakan XRD
Hasil Analisis Menggunakan EDS
Hasil Analisis Menggunakan FTIR
Hasil Analisis Menggunakan SEM
Hasil Analisis Menggunakan PSA
Hasil Analisis Menggunakan TEM
17
18
18
19
20
21
22
23
24
25
27
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
28
28
28
DAFTAR PUSTAKA
29
LAMPIRAN
32
RIWAYAT HIDUP
42
DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
Jenis kalsium fosfat dan kelarutan produk pada suhu 25 oC
Kandungan mineral dalam cangkang berbagai spesies moluska
Teknik dan kondisi pengadukan serta karakteristik serbuk HAp metode
presipitasi
Hasil analisis EDS cangkang tutut sebelum kalsinasi
Hasil analisis EDS cangkang tutut setelah kalsinasi
Hasil analisis unsur cangkang tutut metode hidrotermal dan presipitasi
menggunakan EDS
Puncak-puncak absorbansi dari spektrum FTIR
4
8
10
19
20
23
24
DAFTAR GAMBAR
1 Struktur hidroksiapatit
4
2 Sintesis nanopartikel metode top-down dan bottom-up
7
3 Difraktogram sinar-x serbuk HAp dan fasakristal melalui teknik
pengadukan magnetik, ultrasonik, magnetik-ultrasonik
11
4 Cangkang tutut kering, serbuk halus dan serbuk hasil kalsinasi
17
5 Difraktogram sinar-x sampel cangkang tutut sebelum kalsinasi dan
difraktogram sinar-x CaCO3 dari basis data instrumen
19
6 Difraktogram sinar-x sampel cangkang tutut setelah kalsinasi
20
7 Difraktogram sinar-x HAp hasil sintesis metode presipitasi
21
8 Difraktogram sinar-x HAp hasil sintesis metode hidrotermal
22
9 Spektra gugus fungsi HAp hasil sintesis metode presipitasi dan
hidrotermal
23
10 Morfologi HAp hasil sintesis metode presipitasi dan hidrotermal
menggunakan SEM
25
11 Distribusi ukuran partikel metode statistik HAp hasil sintesis
metode presipitasi dan hidrotermal menggunakan PSA
26
12 Pengamatan partikel HAp hasil sintesis metode presipitasi dan hidrotermal
menggunakan TEM
27
DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6
7
Diagram alir sintesis HAp dari cangkang tutut
Diagram alir karakterisasi HAp
Hasil perhitungan stoikhiometri pereaksi dan konsentrasi bahan sintesis
Hasil analisis komposisi cangkang tutut
Data hasil analisis XRD cangkang tutut
Fasa kristal serbuk cangkang tutut dan gambar sistem kristal
Data Joint Cristal Powder Difraction Standard (JCPDS)
32
33
33
34
34
36
36
8
Distribusi ukuran partikel HAp hasil sintesis dengan metode presipitasi
dan hidrotermal
9 Contoh perhitungan
10 Peralatan sintesis dan pencirian HAp
39
40
41
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Seiring dengan meningkatnya kasus patah tulang dan kerusakan gigi,
kebutuhan bahan biomaterial pengganti tulang dan gigi juga terus meningkat.
Oleh karena itu perlu upaya untuk mencari alternatif biomaterial yang bersifat
bioaktif terhadap jaringan yang dapat menggantikan struktur jaringan yang hilang
dan tidak menimbulkan efek samping. Biomaterial yang banyak digunakan untuk
substitusi tulang adalah biokeramik yang merupakan senyawa kalsium fosfat.
Kalsium fosfat bersifat biokampatibel dan bioaktif, sehingga sangat tepat untuk
dijadikan bahan implan (Dahlan 2013).
Tulang merupakan penopang tubuh manusia, memiliki komponen utama
kalsium fosfat dan senyawa kalsium karbonat yang dikenal sebagai apatit.
Senyawa kalsium fosfat memberikan sifat keras dalam jaringan tulang. Kristal
kalsium fosfat dalam jaringan tulang dikenal sebagai kristal apatit (Dahlan et al.
2009). Apatit terbagi menjadi 3 kelompok, yaitu Hidroksiapatit, Fluor-apatit, Klor-apatit.
Salah satu fasa kalsium fosfat untuk tulang dan gigi yang banyak dikembangkan
adalah hidroksiapatit (HAp) dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. HAp adalah
biokeramik yang telah dikenal luas untuk aplikasi biomedis sebagai pengganti
tulang (Hsiung et al. 2012).
HAp digunakan sebagai bahan untuk membuat tulang palsu dan gigi serta
bahan penambal tulang untuk memperbaiki tulang secara cepat setelah trauma
atau operasi besar. Kristal HAp dalam tulang umumnya berbentuk jarum yang
berukuran nanometer dengan kisaran lebar 5-20 nm dan panjangnya 60 nm
(Ferraz et al. 2004).
HAp dan trikalsiumfosfat (TCP/Ca3(PO4)2) banyak diteliti karena sifatnya
yang sangat biokompatibel dengan jaringan tubuh manusia (Santos et al. 2004).
Saat ini nanostruktur HAp aplikasinya cukup luas dalam bidang ortopedi, gigi,
dan aplikasi penyalut obat. Penelitian telah menunjukkan bahwa HAp berukuran
nano memiliki energi permukaan tinggi yang dapat meningkatkan sifat mekanik
dan memungkinkan untuk penggantian permukaan implan lebih cepat (Bigi et al.
2008).
Sumber kalsium dari bahan-bahan alami telah dikembangkan untuk
sintesis hidroksiapatit, diantaranya berasal dari cangkang telur dan cangkang
kerang darah. (Dahlan et al. 2009). Selain dari cangkang telur dan cangkang
kerang, eksplorasi perlu dilakukan terhadap sumber bahan yang banyak
mengandung kalsium. Salah satu bahan yang berpotensi mengandung kalsium
adalah cangkang tutut atau keong sawah. Cangkang tutut merupakan limbah dari
konsumsi daging tutut yang belum memiliki pemanfaatan komersial. Limbah ini
kaya akan berbagai mineral termasuk kalsium (Baby et al. 2010).
Sintesis HAp dilakukan melalui metode presipitasi dan hidrotermal.
Sintesis nano hidroksiapatit dengan metode presipitasi memiliki keuntungan, yaitu
sederhana dan biaya rendah (Khoerunnisa 2011) sedangkan metode hidrotermal
dilakukan pada suhu rendah dan menghasilkan produk kristal yang homogen,
kemurnian bahan terjaga karena sampel dimasukkan ke dalam teflon dan bejana
baja yang tertutup rapat sehingga terjaga dari kontaminasi luar.
2
Beberapa penelitian menunjukkan sintesis nano HAp dapat dilakukan
dengan metode presipitasi dan hidrotermal. Cunniffe et al. (2010) melaporkan
bahwa sintesis HAp dengan metode presipitasi menghasilkan nano HAp
berukuran