PREPARASI DAN KARAKTERISASI CALSIUM FERRITE (CaFe4O7) DARI KERAMIK BIO GELAS MELALUI SIMULATED BODY FLUID (SBF) RINGER UNTUK IDENTIFIKASI SEL KANKER
TUGAS AKHIR Diajukan sebagai syarat untuk menempuh Sarjana Strata Satu pada Program Studi Teknik Material, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung
Disusun oleh : Irwan Taufik Hermawan 13703038
Pembimbing: Dr. Ir. Bambang Sunendar
PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
LEMBAR PENGESAHAN
PREPARASI DAN KARAKTERISASI CALSIUM FERRITE (CaFe4O7) DARI KERAMIK BIO GELAS MELALUI SIMULATED BODY FLUID (SBF) RINGER UNTUK IDENTIFIKASI SEL KANKER
Tugas Akhir Diajukan sebagai syarat untuk menempuh Sarjana Strata Satu pada Program Studi Teknik Material, Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara, Institut Teknologi Bandung
Oleh: Irwan Taufik Hermawan 13703038
Bandung, 20 Februari 2008 Pembimbing Tugas Akhir
Dr. Ir. Bambang Sunendar NIP.131126172
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL
PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JL. GANESHA 10 BANDUNG 40132 TELP/FAX : 022-2508144
TUGAS SARJANA Diberikan kepada
: Irwan Taufik Hermawan
Dosen Pembimbing
: Dr. Ir. Bambang Sunendar
Jangka Waktu Penyelesaian : 4,5 bulan Judul
: Preparasi dan Karakterisasi Calsium Ferrite (CaFe4O7) dari Keramik Bio Gelas melalui SBF Ringer untuk Identifikasi Sel Kanker
Isi Tugas
: 1. Studi literatur dan penentuan komposisi keramik bio gelas 2. Membuat keramik bio gelas dan SBF Ringer berdasarkan ASTM F 2129 3. Pengaruh Heat Treatment pada pembuatan keramik keramik bio gelas 4. Menghitung pengurangan berat serbuk keramik bio gelas setelah direndam ke dalam larutan SBF Ringer 5. Karakterisasi XRD dan SEM pada keramik bio gelas sebelum dan setelah direndam ke dalam larutan SBF Ringer
Bandung, 20 Februari 2008 Pembimbing
Dr. Ir. Bambang Sunendar NIP. 131471326
Karya ini Irwan persembahkan kepada keluarga yang Irwan cintai :
Mamah, Bapak, Aa Agus atas setiap do`a, harapan, tetesan keringat, dukungan, perjuangan, pengorbanan, kasih sayang, kesabaran, sampai sekarang ... Semoga Alloh SWT meridhoi kita semua
ABSTRAK Adanya kebutuhan akan penyembuhan penyakit yang lebih baik dan lebih cepat telah meningkatkan kebutuhan teknologi biomaterial terutama biomedis khususnya pada terapi kanker. Penggunaan biomaterial di dalam tubuh sangat berguna untuk memperbaiki kualitas hidup manusia sekaligus menyelamatkan nyawa banyak orang tiap tahunnya. Pertumbuhan sel kanker sangat cepat dan mudah menempel di jaringan tubuh karena sifat hidrofiliknya sehingga perlu mengidentifikasi sel kanker lebih cepat dan selanjutnya dilakukan terapi untuk memusnahkannya. Calcium ferrite (CaFe4O7) adalah senyawa yang fasanya menyerupai tulang. sehingga sangat mungkin untuk digunakan sebagai bahan dalam perbaikan tulang. Sedangkan hematite (α-Fe2O3) digunakan sebagai bio gelas aktif yang berfungsi sebagai bahan magnetik yang tidak stabil untuk mendeteksi adanya sel kanker yang juga bersifat tidak stabil. Karakter struktur mikro morfologi apatite di permukaan diinvestigasi dengan XRD dan SEM yang selanjutnya menunjukkan bioaktivitas dari keramik bio gelas sebelum diaplikasikan dalam terapi kanker
Kata kunci : Keramik bio gelas aktif, calcium ferrite, hyperthermia, apatite
i
ABSTRACT Demand for better and faster physical healing have improved biomaterial technology especially biomedic in cancer therapy. The using of biomaterial in human body is very useful for improving quality of human life and also save many people every year. Cancer cells growth very fast and fix in body network easily because its hydrophilic characteristic so we need identifying cancer cells faster and then doing therapy for damaging it. Calcium ferrite (CaFe4O7) is compound having phase like bone so that very possible to use as material in improving bone structure. Meanwhile hematite (α-Fe2O3) used as bioactive glass that have main function as magnetic material to detect existence of cancer cells that also unstable. Microstructure morphology character of apatite in the surface were investigated by XRD and SEM then we know bioactivity of bio glass ceramic before applying in cancer therapy. Keywords : Bio glass active ceramics; calcium ferrite; hyperthermia; apatite
ii
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Alloh SWT atas segala bimbingan, petunjuk, rahmat dan ridho-Nya sehingga penulis diberi kesempatan dan kemampuan untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik. Shalawat dan salam, semoga selalu tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga, sahabat dan para pengikutnya hingga akhir zaman. Hanya atas izin Allah, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir yang berjudul “Preparasi dan Karakterisasi Calsium Ferrite (CaFe4O7) dari Keramik Bio Gelas melalui SBF Ringer untuk Identifikasi sel Kanker”. Selesainya tugas akhir ini tentunya tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang telah memberikan bimbingan, dorongan semangat, saran, sumbangsih pikiran, dan do’a. Penulis ingin menyampaikan rasa hormat dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Dr. Ir. Bambang Sunendar yang telah membagikan waktu, pikiran, dukungan serta kesabaran dalam proses penyelesaian tugas akhir penulis. Selanjutnya penulis juga ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Mamah dan Bapak tercinta yang tidak henti-hentinya memanjatkan do’a dalam setiap kesempatan untuk kebaikan penulis dalam menapaki setiap tahap kehidupan ini. Hanya Alloh yang mengetahui dan sanggup membalas setiap bait do’a yang terucap. 2. Kakakku tercinta : Agus Darmawan yang banyak memberikan inspirasi dan arti hidup yang bermakna dan menciptakan nilai yang berharga 3. Tanti Imaniaty alias Tie yang selalu ngasih dukungan, bantuan dan semangat yang sangat berarti. Thanx my sweetest dear ☺ 4. Partner sejati selama saya kuliah & mengerjakan TA yaitu Josafat dan Hans 5. Temen-temen angkatan 2003 lain seperjuangan untuk lulus wisuda Maret 2008 : Tumpal, Ari, Mahetsa, Galih, Jan, Eko, Helmi, Elia
iii
6. Bapak Dr. Ir. Aditianto Ramelan yang telah memberi inspirasi, semangat dan banyak membantu penulis selama kuliah di Teknik Material 7. Bapak Dr. Husaini Ardy selaku dosen wali dan dosen penguji sidang tugas akhir yang cerdas, unik dan eksentrik 8. Bapak Dr. Hermawan Judawisastra selaku dosen penguji yang telah memberi inspirasi tentang kehidupan setelah lulus dari kuliah 9. Seluruh dosen Teknik Material dan Ketua Program Studi Teknik Material ITB 10. Seluruh Staf Laboratorium Teknik Fisika ITB dan temen-temen Teknik Fisika 11. Seluruh teknisi lab Metalurgi Mekanik dan Pak Idrus 12. Seluruh Staf TU Teknik Material dan Lab Logam : T` Titin, T` Wiwi, T` Wulan 13. Balai Besar Keramik 14. T` Nur (Lab Farmasi), Bu Sri (TU Farmasi), Pa Herry (TU SITH), T` Kokom (SITH), Bu Ida (Kabag SITH), Bu Lubna Baradja dan Bu Khodijah (Kimia) 14. Pa Wikanda, Pa Wawan, Pa Purwo, Bu Dwi dari PPGL Pasteur 15. Teman-teman di lab Logam dari seluruh angkatan yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terima kasih atas kebersamaan dan persahabatan selama ini. 16. Warga MTM, Mahasiswa Muslim Material (MIM), dan mahasiswa teknik material angkatan 2003 terima kasih atas persahabatan yang telah dibangun selama ini. 17. Keluarga besar Kokesma dan Tokema ITB beserta T` Nani, terima kasih atas kerjasama, kekeluargaan, dan persahabatan yang telah dibangun selama ini. 18. Serta semua pihak yang tak dapat disebut satu per satu yang telah memberikan bantuan moril maupun materil, semoga Alloh SWT memberikan balasan yang lebih baik. Akhir kata, penulis berharap semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi siapa saja yang memerlukan dan mendalami keilmuan khususnya di bidang biomaterial. Bandung, 20 Februari 2008
Penulis
iv
v
DAFTAR ISI
ABSTRAK................................................................................................................i ABSTRACT............................................................................................................. ii KATA PENGANTAR............................................................................................ iii DAFTAR ISI............................................................................................................ v DAFTAR GAMBAR..............................................................................................vii DAFTAR TABEL.................................................................................................viii BAB I PENDAHULUAN........................................................................................ 1 1.1. Latar Belakang............................................................................................. 1 1.2. Tujuan Penelitian......................................................................................... 2 1.3. Ruang Lingkup dan Batasan Masalah.......................................................... 3 1.4. Metodologi Penelitian.................................................................................. 3 1.5. Sistematika Penulisan Laporan.................................................................... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................. 6 2.1. Material Keramik......................................................................................... 6 2.2. Bio Material................................................................................................. 7 2.2.1. Pengujian Biomaterial.......................................................................... 8 2.2.2. Reaksi Tubuh terhadap Biomaterial..................................................... 8 2.2.3. Persyaratan Biomaterial untuk Terapi Kanker..................................... 9 2.3. Gelas (Glass) ............................................................................................. 11 2.4. Keramik Bio Gelas.................................................................................... 13 2.5. Sel Kanker................................................................................................. 14 2.6. Hyperthermia (Termoterapi) pada Penyakit Kanker................................. 15 2.7. Hubungan antara SBF, α-Fe2O3, Radiotherapy Glass............................... 16 2.8. Simulated Body Fluid (SBF)..................................................................... 17 2.8.1. Simulated Body Fluid (SBF) Ringer................................................. 18 2.8.2. Tris Buffer Solution (TBS) ............................................................... 19 2.9. Larutan Penyangga (Buffer).................................................................... 20 2.10. Heat Treatment........................................................................................ 21
v
2.11. Karakterisasi Material ............................................................................. 21 2.11.1.
Scanning Electron Microscope (SEM).......................................... 22
2.11.2.
X Ray Diffraction (XRD).............................................................. 24
2.11.2.1. Analisa Kualitatif Menggunakan XRD......................................... 26 2.11.2.2. Determinasi Ukuran Kristalit ........................................................ 27 BAB III METODOLOGI PENELITIAN...............................................................28 3.1. Diagram Alir Penelitian............................................................................. 29 3.2. Alat dan Bahan........................................................................................... 30 3.3. Langkah-langkah Percobaan...................................................................... 31 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN............................................................... 34 4.1. Analisa Struktur Mikro Morfologi Permukaan.......................................... 34 4.2. Analisa XRD ............................................................................................. 42 4.3. Analisa Pengurangan Berat (weight loss) ................................................. 46 4.4. Analisa Perubahan pH............................................................................... 47 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN................................................................ 48 5.1. Kesimpulan ............................................................................................... 48 5.2. Saran.......................................................................................................... 48 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 49 LAMPIRAN (EDX GC 21 atau BG-3 pada 475 oC)
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1. Fenomena Permukaan Biocompability Material............................... 9 Gambar 2. 2. Struktur amorf gelas silika (SiO2) ................................................... 11 Gambar 2. 3. Proses terbentuknya gelas ............................................................... 12 Gambar 2. 4. Transformasi perubahan fasa silika (SiO2)...................................... 13 Gambar 2. 5. Sel kanker sebelum dan setelah mengalami treatment.................... 16 Gambar 2. 6. Cara kerja stirer magnetik pada pembuatan SBF Ringer ................ 18 Gambar 2. 7. Proses heat treatment keramik gelas............................................... 21 Gambar 2. 8. Skema dasar SEM ........................................................................... 22 Gambar 2. 9. Interaksi elektron dengan spesimen ................................................ 24 Gambar 2. 10. Difraksi sinar X oleh bidang-bidang atom pada kristal................. 25 Gambar 3. 1. pH meter Beckman 50 (Lab SF ITB)
31
Gambar 3. 2. Proses pembuatan gelas (Lab metalurgi mekanik ITB)
31
Gambar 3. 3. Serbuk Gelas 1 dan Gelas 2 setelah digerus dengan mortar
32
Gambar 3. 4. Timbangan digital miligram di sekolah Farmasi ITB
33
Gambar 4. 1. SEM Gelas tanpa heat treatment
34
Gambar 4. 2. SEM gelas BG-1
35
Gambar 4. 3. SEM gelas BG-2
36
Gambar 4. 4. SEM Gelas BG-3
37
Gambar 4. 5. EDX untuk BG-3
38
Gambar 4. 6. SEM Gelas BG-1 setelah perendaman di dalam SBF Ringer
39
Gambar 4. 7. SEM Gelas BG-2 setelah perendaman di dalam SBF Ringer
40
Gambar 4. 8. SEM Gelas BG-3 setelah perendaman di dalam SBF Ringer
41
Gambar 4. 9. Kurva XRD gelas tanpa heat treatment
42
Gambar 4. 10. Kurva XRD gelas tanpa heat treatment (literatur)
42
Gambar 4. 11. Keramik gelas BG-1 sebelum & setelah direndam di SBF Ringer 43 Gambar 4. 12. Keramik gelas BG-2 sebelum & setelah direndam di SBF Ringer 44 Gambar 4. 13. Keramik gelas BG-3 sebelum & setelah direndam di SBF Ringer 45
vii
DAFTAR TABEL
Tabel II. 1. Konsentrasi ion pada SBF (mM)........................................................ 17 Tabel II. 2. Komposisi penyusun konsentrasi ion SBF......................................... 18 Tabel II. 3. Perbandingan Tris-HCl....................................................................... 19 Tabel III. 1. Heat treatment Gelas pada berbagai temperatur............................... 32 Tabel IV. 1. Data pengurangan berat (weight loss)............................................... 46 Tabel IV. 2. Data pH sebelum dan setelah direndam di larutan SBF Ringer ....... 47
viii
9
