Pembuatan Hidroksiapatit Dari Tulang Ayam Berporogen Pati Biji Durian Dengan Metode Presipitasi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tulang adalah sebuah organ penting yang berfungsi untuk menyangga tubuh,
melindungi organ – organ dalam tubuh dan menyimpan ion – ion anorganik (kalsium
dan fosfor). Dalam memperbaiki kerusakan tulang, bahan buatan yang bebas dari
patogen dan tersedia dalam jumlah yang tidak terbatas sangat dibutuhkan
(Kamitakahara et al., 2015). Material pengganti tulang yang umum digunakan adalah
autograft (penggantian satu bagian tubuh dengan bagian tubuh lainnya dalam satu
individu), allograft (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari
manusia lain), dan xenograft (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal
dari hewan) (Sulistioso et al., 2012). Material pengganti tulang tersebut biasanya
tersedia dalam jumlah yang terbatas (Sulistioso et al., 2012) dan terkadang kurang
memberikan hasil yang sempurna sebagai implan tulang karena ketidakstabilan
mekanis dan biologis dan ketidakcocokan dengan tulang (Mondal et al., 2012).
Salah satu bahan substitusi tulang yang paling cocok adalah hidroksiapatit.
Hidroksiapatit (HAp atau HA) termasuk ke dalam keluarga senyawa kalsium fosfat
yang mempunyai rumus molekul Ca 10(PO4)6(OH)2 (Pudjiastuti, 2012). Hidroksiapatit
telah diakui sebagai bahan implan tulang dalam berbagai aplikasi medis dan gigi
karena komposisi kimianya yang mirip dengan komposisi tulang (Mondal et al.,
2010).
1
Universitas Sumatera Utara
2
Media pertumbuhan jaringan tulang terjadi pada pori – pori hidroksiapatit.
Jaringan sel tulang baru akan tumbuh di dalam pori – pori hidroksiapatit, sehingga
dapat meningkatkan regenerasi tulang dengan baik. Pembentukan hidroksiapatit
berpori dapat dilakukan dengan berbagai macam cara. Salah satunya dengan
menggunakan bahan yang menguap (volatile particles) dimana akan terbakar habis
selama proses pemanasan. Bahan – bahan porogen (pembentuk pori) yang dapat
digunakan dalam cara ini antara lain: parafin, naftalena, karbon, pati (pati singkong,
kentang, dan beras ketan), hidrogen peroksida, dan polimer sintetis lainnya
(contohnya polivinil butiral) (Sopyan et al., 2007).
Hidroksiapatit berpori dari pati mempunyai potensi yang besar untuk
dikembangkan. Hal ini disebabkan karena bahan porogen dari pati memiliki beberapa
kelebihan yaitu bersifat biodegradable, biocompatible dan ekonomis. Salah satu
sumber pati yang berpotensi untuk dijadikan sebagai bahan porogen adalah pati dari
biji durian. Biji durian memiliki kandungan pati mencapai 47,6%, biji nangka 36,7%,
dan singkong hanya 37,6% (UGM, 2015). Kandungan karbohidrat yang tinggi ini
memungkinkan untuk dimanfaatkannya biji durian sebagai bahan porogen. Selain
tidak bersaing dengan produk pangan, biji durian juga lebih ekonomis dan
ketersediaannya cukup tinggi. Perkembangan produktivitas durian di Indonesia
selama periode tahun 1990 – 2013 berfluktuasi, namun menunjukkan kecenderungan
meningkat dengan rata – rata peningkatan sebesar 4,86% per tahun (Sekretariat
Jenderal Kementerian Pertanian, 2014).
Universitas Sumatera Utara
3
Tulang ayam di Indonesia cukup besar ketersediaannya. Tulang ayam
merupakan sumber kalsium yang murah. Komposisi kalsium pada tulang ayam
adalah 30 g/100 g berat tulang ayam (Sittikulwitit et al., 2004). Metode yang telah
digunakan pada sintesis hidroksiapatit dari tulang ayam adalah hidrolisis alkalin
(Rajesh et al., 2012) dan kalsinasi. Penggunaan tulang ayam untuk pembuatan
hidroksiapatit dengan metode pengendapan kimia basah (wet chemical precipitation)
jarang dilakukan. Metode pengendapan kimia basah memiliki banyak kelebihan, yaitu
sederhana, harga bahan baku yang murah, suhu pemrosesan yang rendah, biaya
operasi yang murah, dan cocok untuk skala besar.
Adapun perkembangan penelitian sintesis hidroksiapatit dengan beberapa
metode dapat dilihat dalam Tabel 1.1.
Tabel 1.1. Perkembangan Penelitian Sintesis Hidroksiapatit
Lingkup Studi
Hasil
Perlakuan panas (annealing) Kristalinitas meningkat pada suhu annealing di
tulang sapi pada T 400 – atas 700°C dan senyawa organik yang terkandung
1200°C (Ooi et al., 2007).
pada HAp hilang setelah dipanaskan pada suhu di
atas 600°C.
Penggunaan metode sol – gel Peningkatan suhu dapat meningkatkan ukuran
untuk sintesis HAp dengan T partikel dan kristalinitas dari HAp (20–60 nm).
Kalsinasi 200°C – 800°C HAp dengan kemurnian tinggi didapat pada suhu
(Sanosh et al., 2009).
yang rendah.
Sintesis HAp dari tulang sapi
dengan menggunakan metode
dekomposisi termal, subcritical
water dan proses hidrotermal
alkali (Barakat et al., 2009).
Menghasilkan HAp dengan yield 65%. Metode
dekomposisi termal menghasilkan kristalinitas
HAp yang paling baik. Proses subcritical water
dan hidrotermal alkali menghasilkan HAp dengan
ukuran nano.
Universitas Sumatera Utara
4
Tabel 1.1. Perkembangan Penelitian Sintesis Hidroksiapatit (Lanjutan)
Lingkup Studi
Kalsinasi HAp dari tulang ikan
tuna pada T kalsinasi 200°C –
1200°C (Venkatesan dan Kim,
2010).
Hasil
Hasil FTIR dan TGA menunjukkan terdapat zat
organik, anorganik dan grup karbonat pada HAp.
Hasil XRD menunjukkan HAp yang diperoleh
memiliki kecocokan dengan HAp standar JCPDS.
Hasil FE-SEM menunjukkan pembentukan HAp
berstruktur nano (80–300 nm) pada suhu 600°C.
Penggunaan metode sol gel
untuk sintesis HAp, T Kalsinasi
400°C – 750°C (Agrawal et al.,
2011).
Hasil XRD menunjukkan pada T 400°C – 750oC
menghasilkan HAp yang memiliki kemiripan
dengan pola HAp standar. Hasil FTIR
menunjukkan terdapat HAp pada sampel yang
dibuktikan dengan munculnya gugus PO43- dan
OH.
Penggunaan metode ultrasonik HAp dengan kristalinitas tinggi dan distribusi
dan spray drying dengan t ukuran yang seragam tercapai pada metode
sonikasi 20, 40, 60, dan 180 ultrasonik pada media aquabides dengan kalsinasi.
menit (Pudjiastuti, 2012).
Hidrolisis alkalin tulang ayam
dengan menggunakan komposit
multiwalled carbon nanotubes
dan kitosan (Rajesh et al., 2012)
Hasil XRD menunjukkan HAp yang dihasilkan
memiliki kesesuaian dengan HAp standar.
Analisis FTIR menunjukkan terdapatnya gugus
PO43-, OH dan CO32- pada sampel HAp. Ukuran
partikel HAp sebesar 50-100 nm dengan rasio
Ca/P sebesar 1,88.
Pembuatan HAp berpori dari
limbah tulang ikan berporogen
kitosan dengan metode kalsinasi
(1100°C, 5 jam). (Handayani et
al., 2012)
Hasil XRD menunjukkan terdapat fasa HAp pada
sampel. Ukuran partikel yang diperoleh sebesar
0,1 – 1,0 µm. Setelah penambahan kitosan, pori
antar partikel yang terbentuk lebih merata dan
jelas.
Universitas Sumatera Utara
5
Tabel 1.1. Perkembangan Penelitian Sintesis Hidroksiapatit (Lanjutan)
Lingkup Studi
Pembuatan HAp dari kulit
kerang dengan proses presipitasi
dengan menggunakan porogen
kitosan (Saryati et al., 2012)
Hasil
HAp dengan kemurnian yang tinggi diperoleh
pada T
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Tulang adalah sebuah organ penting yang berfungsi untuk menyangga tubuh,
melindungi organ – organ dalam tubuh dan menyimpan ion – ion anorganik (kalsium
dan fosfor). Dalam memperbaiki kerusakan tulang, bahan buatan yang bebas dari
patogen dan tersedia dalam jumlah yang tidak terbatas sangat dibutuhkan
(Kamitakahara et al., 2015). Material pengganti tulang yang umum digunakan adalah
autograft (penggantian satu bagian tubuh dengan bagian tubuh lainnya dalam satu
individu), allograft (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari
manusia lain), dan xenograft (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal
dari hewan) (Sulistioso et al., 2012). Material pengganti tulang tersebut biasanya
tersedia dalam jumlah yang terbatas (Sulistioso et al., 2012) dan terkadang kurang
memberikan hasil yang sempurna sebagai implan tulang karena ketidakstabilan
mekanis dan biologis dan ketidakcocokan dengan tulang (Mondal et al., 2012).
Salah satu bahan substitusi tulang yang paling cocok adalah hidroksiapatit.
Hidroksiapatit (HAp atau HA) termasuk ke dalam keluarga senyawa kalsium fosfat
yang mempunyai rumus molekul Ca 10(PO4)6(OH)2 (Pudjiastuti, 2012). Hidroksiapatit
telah diakui sebagai bahan implan tulang dalam berbagai aplikasi medis dan gigi
karena komposisi kimianya yang mirip dengan komposisi tulang (Mondal et al.,
2010).
1
Universitas Sumatera Utara
2
Media pertumbuhan jaringan tulang terjadi pada pori – pori hidroksiapatit.
Jaringan sel tulang baru akan tumbuh di dalam pori – pori hidroksiapatit, sehingga
dapat meningkatkan regenerasi tulang dengan baik. Pembentukan hidroksiapatit
berpori dapat dilakukan dengan berbagai macam cara. Salah satunya dengan
menggunakan bahan yang menguap (volatile particles) dimana akan terbakar habis
selama proses pemanasan. Bahan – bahan porogen (pembentuk pori) yang dapat
digunakan dalam cara ini antara lain: parafin, naftalena, karbon, pati (pati singkong,
kentang, dan beras ketan), hidrogen peroksida, dan polimer sintetis lainnya
(contohnya polivinil butiral) (Sopyan et al., 2007).
Hidroksiapatit berpori dari pati mempunyai potensi yang besar untuk
dikembangkan. Hal ini disebabkan karena bahan porogen dari pati memiliki beberapa
kelebihan yaitu bersifat biodegradable, biocompatible dan ekonomis. Salah satu
sumber pati yang berpotensi untuk dijadikan sebagai bahan porogen adalah pati dari
biji durian. Biji durian memiliki kandungan pati mencapai 47,6%, biji nangka 36,7%,
dan singkong hanya 37,6% (UGM, 2015). Kandungan karbohidrat yang tinggi ini
memungkinkan untuk dimanfaatkannya biji durian sebagai bahan porogen. Selain
tidak bersaing dengan produk pangan, biji durian juga lebih ekonomis dan
ketersediaannya cukup tinggi. Perkembangan produktivitas durian di Indonesia
selama periode tahun 1990 – 2013 berfluktuasi, namun menunjukkan kecenderungan
meningkat dengan rata – rata peningkatan sebesar 4,86% per tahun (Sekretariat
Jenderal Kementerian Pertanian, 2014).
Universitas Sumatera Utara
3
Tulang ayam di Indonesia cukup besar ketersediaannya. Tulang ayam
merupakan sumber kalsium yang murah. Komposisi kalsium pada tulang ayam
adalah 30 g/100 g berat tulang ayam (Sittikulwitit et al., 2004). Metode yang telah
digunakan pada sintesis hidroksiapatit dari tulang ayam adalah hidrolisis alkalin
(Rajesh et al., 2012) dan kalsinasi. Penggunaan tulang ayam untuk pembuatan
hidroksiapatit dengan metode pengendapan kimia basah (wet chemical precipitation)
jarang dilakukan. Metode pengendapan kimia basah memiliki banyak kelebihan, yaitu
sederhana, harga bahan baku yang murah, suhu pemrosesan yang rendah, biaya
operasi yang murah, dan cocok untuk skala besar.
Adapun perkembangan penelitian sintesis hidroksiapatit dengan beberapa
metode dapat dilihat dalam Tabel 1.1.
Tabel 1.1. Perkembangan Penelitian Sintesis Hidroksiapatit
Lingkup Studi
Hasil
Perlakuan panas (annealing) Kristalinitas meningkat pada suhu annealing di
tulang sapi pada T 400 – atas 700°C dan senyawa organik yang terkandung
1200°C (Ooi et al., 2007).
pada HAp hilang setelah dipanaskan pada suhu di
atas 600°C.
Penggunaan metode sol – gel Peningkatan suhu dapat meningkatkan ukuran
untuk sintesis HAp dengan T partikel dan kristalinitas dari HAp (20–60 nm).
Kalsinasi 200°C – 800°C HAp dengan kemurnian tinggi didapat pada suhu
(Sanosh et al., 2009).
yang rendah.
Sintesis HAp dari tulang sapi
dengan menggunakan metode
dekomposisi termal, subcritical
water dan proses hidrotermal
alkali (Barakat et al., 2009).
Menghasilkan HAp dengan yield 65%. Metode
dekomposisi termal menghasilkan kristalinitas
HAp yang paling baik. Proses subcritical water
dan hidrotermal alkali menghasilkan HAp dengan
ukuran nano.
Universitas Sumatera Utara
4
Tabel 1.1. Perkembangan Penelitian Sintesis Hidroksiapatit (Lanjutan)
Lingkup Studi
Kalsinasi HAp dari tulang ikan
tuna pada T kalsinasi 200°C –
1200°C (Venkatesan dan Kim,
2010).
Hasil
Hasil FTIR dan TGA menunjukkan terdapat zat
organik, anorganik dan grup karbonat pada HAp.
Hasil XRD menunjukkan HAp yang diperoleh
memiliki kecocokan dengan HAp standar JCPDS.
Hasil FE-SEM menunjukkan pembentukan HAp
berstruktur nano (80–300 nm) pada suhu 600°C.
Penggunaan metode sol gel
untuk sintesis HAp, T Kalsinasi
400°C – 750°C (Agrawal et al.,
2011).
Hasil XRD menunjukkan pada T 400°C – 750oC
menghasilkan HAp yang memiliki kemiripan
dengan pola HAp standar. Hasil FTIR
menunjukkan terdapat HAp pada sampel yang
dibuktikan dengan munculnya gugus PO43- dan
OH.
Penggunaan metode ultrasonik HAp dengan kristalinitas tinggi dan distribusi
dan spray drying dengan t ukuran yang seragam tercapai pada metode
sonikasi 20, 40, 60, dan 180 ultrasonik pada media aquabides dengan kalsinasi.
menit (Pudjiastuti, 2012).
Hidrolisis alkalin tulang ayam
dengan menggunakan komposit
multiwalled carbon nanotubes
dan kitosan (Rajesh et al., 2012)
Hasil XRD menunjukkan HAp yang dihasilkan
memiliki kesesuaian dengan HAp standar.
Analisis FTIR menunjukkan terdapatnya gugus
PO43-, OH dan CO32- pada sampel HAp. Ukuran
partikel HAp sebesar 50-100 nm dengan rasio
Ca/P sebesar 1,88.
Pembuatan HAp berpori dari
limbah tulang ikan berporogen
kitosan dengan metode kalsinasi
(1100°C, 5 jam). (Handayani et
al., 2012)
Hasil XRD menunjukkan terdapat fasa HAp pada
sampel. Ukuran partikel yang diperoleh sebesar
0,1 – 1,0 µm. Setelah penambahan kitosan, pori
antar partikel yang terbentuk lebih merata dan
jelas.
Universitas Sumatera Utara
5
Tabel 1.1. Perkembangan Penelitian Sintesis Hidroksiapatit (Lanjutan)
Lingkup Studi
Pembuatan HAp dari kulit
kerang dengan proses presipitasi
dengan menggunakan porogen
kitosan (Saryati et al., 2012)
Hasil
HAp dengan kemurnian yang tinggi diperoleh
pada T