1
PELAPISAN HIDROKSIAPATIT PADA LOGAM CoCrMo DENGAN METODE BIOMIMETIK
RESTU WIDYA
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
6
2
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pelapisan Hidroksiapatit pada Logam CoCrMo dengan Metode Biomimetik 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 skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Januari 2014 Restu Widya NIM G44090089
6
3
ABSTRAK RESTU WIDYA. Pelapisan Hidroksiapatit pada Logam CoCrMo dengan Metode Biomimetik. Dibimbing oleh IRMA HERAWATI SUPARTO, SULISTIOSO GIAT SUKARYO, dan AGUS SAPUTRA. Pelapisan hidroksiapatit (HAp) merupakan upaya untuk meningkatkan biokompatibilitas dan mencegah sifat sitotoksik logam CoCrMo yang dapat digunakan sebagai material implan. HAp dilapiskan dengan menggunakan metode biomimetik yang meniru sistem hayati dalam tubuh, yaitu dengan cara melapisi logam dalam simulated body fluid (SBF) selama 48 jam. Cairan yang menyerupai cairan tubuh tersebut diragamkan, yaitu SBF A (SBF tanpa NaHCO3 dan MgCl2.6H20), SBF B (2.5× SBF), SBF C (5× SBF), dan SBF D (7.5× SBF). Pelapisan biomimetik selama 48 jam, ternyata menghasilkan lapisan merata pada SBF B, C, dan D. Ketebalan lapisan pada logam dengan SBF B, C, dan D yang diukur menggunakan SEM, secara berurutan adalah 50, 100 dan 200 µm. Pencirian senyawa apatit dari ketiga lapisan dilakukan dengan menggunakan XRD. Hasilnya menunjukkan terdapat HAp dari hasil pelapisan dengan perendaman SBF C yang merupakan 5 kali kandungan SBF. Hasil pelapisan terbaik dilakukan juga pada logam CoCrMo nitridasi untuk meningkatkan biokompatibilitas, akan tetapi tidak menghasilkan HAp. Kata kunci: biomimetik, CoCrMo, hidroksiapatit, SBF
ABSTRACT RESTU WIDYA. Coating Hydroxyapatite on CoCrMo by Biomimetic Method. Supervised by IRMA HERAWATI SUPARTO, SULISTIOSO GIAT SUKARYO, and AGUS SAPUTRA Coating of hydroxyapatite (HAp) is an attempt to improve biocompatibility and prevent the cytotoxic properties of CoCrMo metal commonly used as an implant material . HAp coating was carried out by using a biomimetic method by immersing the metal in a simulated body fluid (SBF) solution. The SBF concentration was varied into 4 types, SBF A (SBF without NaHCO3 and MgCl2.6H20), SBF B (2.5× SBF), SBF C (5× SBF), and SBF D (7.5× SBF). After 48 hours soaked in SBF B, C, and D solutions, the HAp was uniformly spreaded on the surface. The thicknesses were 50, 100 and 200 µm, respectively for SBF B, C and D as measured by SEM. The apatite from each coated metal characterize by using XRD. The results indicated the presence of HAp coating by immersion in SBF C. This best coating condition (5xSBF) was performed on the nitridated CoCrMo metal to increase its biocompatibility, however the HAp was not formed. Key words : biomimetic, CoCrMo, hydroxyapatite, SBF
6
© 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 yang wajar IPB Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
6
5
PELAPISAN HIDROKSIAPATIT PADA LOGAM CoCrMo DENGAN METODE BIOMIMETIK
RESTU WIDYA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains Pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
6
7
Judul Skripsi : Pelapisan Hidroksiapatit pada Logam CoCrMo dengan Metode Biomimetik Nama : Restu Widya NIM : G44090089
Disetujui oleh
Dr dr Irma Herawati Suparto, MS Pembimbing I
Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT Pembimbing II
Agus Saputra, SSi, MSi Pembimbing III
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
Judul Skripsi Nama
Pelapisan Hidroksiapatit pada Logarn CoCrMo dengan Metode Biomimetik Restu Widya
NIM
G44090089
Disetujui oleh
Dr dr Irma Herawati Suparto, MS
Pembimbing I
A
Tanggal Lulus:
n3
s a utra SSi MSi
Pembimbing III
JAN 20\4
-------~-~~~-!!!!!!!l!!!!!
_ _ _ _ _• • • •1I"fI1I1I1
8
9
PRAKATA Puji dan syukur ke hadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya yang berlimpah penulis dapat menyelesaikan laporan hasil penelitian yang berjudul Pelapisan Hidroksiapatit pada Logam CoCrMo dengan Metode Biomimetik sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis, baik secara langsung maupun tidak langsung dalam penulisan laporan ini. Terima kasih kepada Ibu Dr dr Irma Herawati Suparto MS, Bapak Drs Sulistioso Giat Sukaryo MT, dan Bapak Agus Saputra SSi, MSi selaku pembimbing yang telah memberi bimbingan dan dukungan kepada penulis. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada Bapak Syawal, Bapak Mulyadi, dan Bapak Sunarsa dari Laboratorium Kimia Anorganik. Terima kasih juga kepada para staf yang telah membantu dari Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) Serpong, Tangerang. Ucapan terima kasih yang tak terhingga kepada Ayahanda dan Ibunda atas doa, dukungan, dan pengertiannya serta teman-teman yang selalu membantu dan menyemangati, yaitu Lilla, Dewi, Desy, Resty, Kartika, Yuthika, dan Dilla serta teman-teman kimia angkatan 46 atas semangat, kebersamaan, dan persahabatannya. Semoga laporan hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi penulis maupun bagi pembaca. Bogor, Januari 2014 Restu Widya
6
10
DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN PENDAHULUAN METODE Alat dan Bahan Metode Preparasi Logam CoCrMo Preparasi Larutan SBF Pelapisan dengan Menggunakan Metode Biomimetik Analisis SEM Analisis XRD Pelapisan Logam CoCrMo dilapis TiN dengan larutan SBF terbaik HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Logam CoCrMo Pelapisan dengan Metode Biomimetik Analisis SEM Analisis XRD SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP
vi vi 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 6 6 10 10 10 10 12 15
vi
DAFTAR GAMBAR 1 Foto lapisan dengan mikroskop stereo 2 Foto lapisan dengan mikroskop optik 3 Ketebalan lapisan dengan menggunakan SEM 4 Fenomena antarmuka antara HA dengan sel tubuh 5 Difraktogram pelapisan biomimetik dengan SBF B 6 Difraktogram pelapisan biomimetik dengan SBF C 7 Difraktogram pelapisan biomimetik dengan SBF D 8 Difraktogram pelapisan biomimetik logam CoCrMo dengan TiN dan SBF C
4 5 6 7 7 8 8 9
DAFTAR LAMPIRAN 1 Bagan alir penelitian 2 Data JCPDS Hidroksiapatit 3 Difraktogram yang telah dibandingkan dengan Match
12 13 13
1
PENDAHULUAN
Implan merupakan suatu biomaterial sintetik yang dimasukkan ke dalam tubuh. Implan dapat berbahan dasar logam, keramik, dan polimer. Implan yang terbuat dari logam paling sering digunakan dalam dunia ortopedi. Kasus operasi bedah tulang yang semakin meningkat serta perkembangan teknologi yang semakin pesat mendorong terus dikembangkannya penelitian mengenai implan tulang. Material yang biasanya digunakan adalah logam baja nirkarat, titanium (Ti), dan paduan logam berbasis kobalt (Co) (Sukaryo et al. 2009). Biokompatibilitas baja nirkarat yang rendah menyebabkan logam ini tidak dapat digunakan untuk jangka waktu lama karena dapat menimbulkan korosi lokal (Sridhar et al. 2003). Logam Ti memiliki biokompatibilitas yang paling tinggi di antara logam baja nirkarat dan paduan logam berbasis kobalt (Co), tetapi harganya sangat mahal sehingga logam ini jarang digunakan terutama bagi pasien yang kurang mampu (Goaenharto dan Sjafei 2005). Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan paduan logam berbasis kobalt (Co) yang memiliki biokompatibilitas lebih baik dibandingkan baja nirkarat sebagai bahan dasar pembuatan implan tulang. Paduan logam berbasis kobalt (Co) yang digunakan adalah CoCrMo. CoCrMo baik digunakan sebagai implan karena memiliki sifat mekanik seperti kekerasan, kekuatan, dan ketahanan aus yang tinggi. Akan tetapi, kemudahan CoCrMo mudah terurai menjadi ion Co, Cr dan Mo, sehingga diperlukan modifikasi pada permukaannya (surface treatment) (Turkan et al. 2006). Salah satu teknik modifikasi permukaan adalah proses nitridasi, yaitu pelapisan senyawa nitrida pada permukaan logam yang bertujuan mencegah terlepasnya ion-ion logam ke dalam tubuh serta meningkatkan ketahanan aus dari material implan (Wirjoadi et al. 2012). Pelapisan hidroksiapatit (HAp) pada logam merupakan proses selanjutnya yang dilakukan setelah proses nitridasi untuk meningkatkan biokompatibilitas logam implan (Sukaryo et al. 2009). Metode pelapisan yang dapat dilakukan di antaranya penyemprotan plasma, deposisi elektroforetik (EPD), sol-gel, dan biomimetik (Habibovic et al. 2002). Metode pelapisan biomimetik meniru sistem biologis dalam tubuh. Metode ini memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan metode pelapisan logam lainnya, antara lain prosesnya dapat dilakukan pada suhu rendah sehingga dapat diaplikasikan pada substrat yang peka terhadap panas. Kelebihan lainnya ialah menjadikan kristal apatit memiliki bioaktivitas yang tinggi dan sifat resorpsi yang baik, serta dapat mempercepat pertumbuhan tulang (Habibovic et al. 2002). Meskipun demikian, metode pelapisan biomimetik masih jarang digunakan. Berdasarkan hal tersebut, pada penelitian ini dilakukan pelapisan logam CoCrMo dengan menggunakan metode biomimetik dan digunakan larutan simulated body fluid (SBF) Kokubo yang bervariasi. Variasi larutan yang digunakan, meliputi larutan SBF Kokubo, SBF A (tanpa NaHCO3 dan MgCl2·6H2O), SBF B (2.5× SBF), SBF C (5× SBF), dan SBF D (7.5× SBF). Larutan SBF B, C, dan D masing-masing tanpa penambahan KCl dan Na2SO4. Hasil dari penelitian ini diharapkan membuat teknik pelapisan logam dengan metode biomimetik lebih dikenal dan banyak diaplikasikan.
2
METODE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan adalah peralatan kaca, abrassive cutter, alat ampelas (polishing), penangas air ultrasonik, stereomikroskop, mikroskop optik, alat pelapisan biomimetik, hotplate stirrer, difraktometer sinar-X (XRD) merek Philips, SEM merek Jeol JSM-65106A. Bahan-bahan yang digunakan adalah logam CoCrMo dan logam CoCrMo yang telah dilapisi TiN hasil sintesis BATAN, alkohol, akuades, serta komponen larutan SBF Kokubo (Tabel 1). Metode
Penelitian terdiri atas 6 tahap. Dua tahap pertama preparasi logam CoCrMo dan preparasi larutan SBF. Tahap ketiga adalah pelapisan logam dengan metode biomimetik. Hasilnya diamati dengan menggunakan stereomikroskop dan mikroskop optik (tahap ke-4), dan dianalisis dengan menggunakan SEM dan XRD (tahap ke-5). Hasil yang terbaik,diaplikasikan pada logam yang telah dilapisi TiN kemudian dianalisis dengan menggunakan XRD (tahap ke-6). Bagan alir penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1. Preparasi Logam CoCrMo
Logam CoCrMo hasil sintesis BATAN dipotong menggunakan abrassive cutter, lalu diampelas dengan kekasaran 120. Logam kemudian direndam dalam alkohol dan dimasukkan ke dalam penangas ultrasonik selama 1 jam. Setelah itu, logam diangkat dan dilap dengan tisu hingga kering. Preparasi Larutan SBF
Komponen larutan SBF ditimbang sesuai dengan jenis larutannya, Lalu setiap komponen dilarutkan satu-persatu dalam akuades dengan diberi selang 2 menit agar dapat larut secara merata. Setelah semua bahan dicampurkan, larutan diaduk selama 20 menit. Volume akhir setiap larutan ialah 500 mL.
3
Tabel 1 Komposisi larutan SBF Senyawa SBF* SBF A SBF B SBF C SBF D NaCl 3.2735 g 3.2735 g 8.1837 g 16.3675 g 24.5512 g NaHCO3 1.1340 g 2.8350 g 5.6700 g 8.5050 g KCl 0.1865 g 0.1865 g Na2HPO4·2H2O 0.0890 g 0.0890 g 0.2225 g 0.4450 g 0.6675 g MgCl2·6H2O 0.1525 g 0.3812 g 0.7625 g 1.1437 g CaCl2·2H2O 0.1840 g 0.1840 g 0.4600 g 0.9200 g 1.3800 g Na2SO4 0.0355 g 0.0355 g 3 mL 3 mL 7 mL 15 mL 23 mL (CH2OH)3CNH2 HCl 0.1 M 20 mL 20 mL 50 mL 100 mL 150 mL Keterangan: *SBF Kokubo (Purnama et al. 2006, Habibovic et al. 2002) Pelapisan dengan Menggunakan Metode Biomimetik
Proses pelapisan dilakukan dengan merendam logam CoCrMo dalam larutan SBF. Logam yang digantung dengan kawat dicelupkan ke dalam gelas piala yang berisi larutan SBF dan diletakan di atas hot plate stirrer. Larutan diaduk dengan menggunakan pengaduk magnetik dengan kecepatan 250 rpm. Perendaman dilakukan selama 48 jam dan suhu dijaga konstan pada 35°C. Analisis SEM
Analisis SEM dilakukan untuk mengamati ketebalan lapisan pada logam CoCrMo. Sampel ditempelkan pada cell holder kemudian ditempatkan pada tempat sampel dalam alat SEM. Gambar yang dihasilkan berupa ketebalan lapisan pada logam dalam satuan µm. Analisis XRD
Sampel ditempatkan pada suatu speciment holder yang kemudian diletakkan pada guaniometer dan dirotasikan pada sudut kalibrasi (2θ) 0–80°. Hasil yang diperoleh berupa difraktogram yang menunjukkan fase yang terdapat dalam sampel. Jenis fase yang terkandung ditentukan melalui perbandingan dengan data Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS). Pelapisan Logam CoCrMo Berlapiskan TiN dengan Larutan SBF Terbaik
Logam CoCrMo yang telah dilapisi TiN direndam dalam larutan SBF terbaik yang dipilih berdasarkan data difraktogram hasil analisis XRD. Perendaman dilakukan selama 48 jam dan suhu dijaga konstan pada 35ºC. Larutan diaduk dengan kecepatan 250 rpm. Setelah 48 jam, logam diangkat kemudian lapisan dianalisis dengan XRD.
4
HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Logam CoCrMo Preparasi logam CoCrMo dilakukan dengan cara memotong logam CoCrMo menggunakan abrassive cutter. Dari pemotongan ini diperoleh logam sebanyak 6 buah dengan dimensi 1.5 × 0.5 × 0.2 cm. Setelah dipotong, masing-masing logam diamplas (polish) dengan kekasaran 120. Proses tersebut bertujuan untuk menghilangkan lapisan oksida pada permukaan logam. Lapisan oksida merupakan hasil dari kondisi vakum yang tidak optimum sehingga udara lain (O2, CO2, H2O) masih berada pada ruang sampel yang dapat menyebabkan logam berwarna kehitaman atau kehijauan (Prihantoko 2011). Kekasaran sebesar 120 dipilih agar permukaan logam memiliki kekasaran yang cukup untuk dilakukan pelapisan. Logam yang telah dipolish kemudian dimasukkan ke dalam ultrasonic waterbath selama 1 jam dengan menggunakan alkohol untuk menghilangkan pengotor yang terdapat pada permukaan sampel (Pratiwi 2008).
Pelapisan dengan Metode Biomimetik
Pelapisan logam CoCrMo dengan metode biomimetik menghasilkan lapisan tipis berwarna putih di permukaan logam. Lapisan tersebut kemudian diamati dengan mikroskop stereo dan optik sebagai salah satu pengamatan sederhana untuk memilih lapisan yang baik dan dapat dianalisis lebih lanjut. Hasil pengamatan dengan mikroskop stereo dapat dilihat pada Gambar 1.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 1 Foto Logam CoCrMo dengan mikroskop stereo setelah pelapisan dalam (a) SBF, (b) SBFA, (c) SBF B, (d) SBF C, (e) SBF D. Selama 48 jam dengan perbesaran 10x Berdasarkan Gambar 1, terlihat perbedaan dari masing-masing lapisan. Lapisan yang dihasilkan oleh perendaman dalam SBF dan SBF A tipis, tidak rata dan tidak dapat menutupi permukaan logam dengan baik. Sedangkan lapisan yang dihasilkan oleh perendaman dalam larutan SBF B, SBF C, dan SBF D rata dan dapat menutupi logam dengan baik. Larutan SBF merupakan larutan SBF kokubo, larutan SBF A merupakan larutan SBF kokubo tanpa penambahan MgCl2.6H20 dan NaHCO3, dan larutan SBF B, C dan D masing-masing adalah larutan 2.5, 5, dan 7.5 kali SBF Kokubo. Variasi komposisi 5 larutan SBF yang digunakan,
5
didasarkan pada penelitian yang dilakukan Habibovic et al. (2002). Menurut Habibovic et al. (2002), MgCl2.6H20 dan NaHCO3 merupakan suatu inhibitor pembentukan kristal apatit yang menyebabkan tidak terbentuknya lapisan apatit pada logam dengan metode biomimetik. Akan tetapi pada penelitian ini, tidak adanya MgCl2.6H20 dan NaHCO3 membuat lapisan yang terbentuk tipis dan tidak dapat menutupi logam dengan baik.
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
Gambar 2 Foto lapisan dengan mikroskop optik (a) base metal, (b) SBF, (c) SBF A, (d) SBF B, (e) SBF C, (f) SBF D skala 100 µm. Gambar 2 merupakan hasil pengamatan dengan menggunakan mikroskop optik. Skala yang digunakan adalah 100 µm. Gambar 2 a merupakan base metal, yaitu gambar logam tanpa lapisan sedangkan gambar 2 b, c, d, e, dan f merupakan gambar logam yang telah dilapis. Pada logam yang telah dilapis, terdapat lapisan yang berwarna hitam yang berbeda dengan logam tanpa lapisan. Lapisan berwarna hitam tersebut adalah lapisan yang diharapkan merupakan HAp. Berdasarkan gambar, lapisan terlihat dapat menutupi logam dengan baik pada hasil pelapisan dengan perendaman dalam larutan SBF B, C, dan D. Lapisan tersebut terlihat semakin pekat dengan semakin banyaknya komposisi larutan. Kepekatan warna tersebut, mengindikasikan semakin tebal lapisan yang menempel. Berdasarkan kedua pengamatan tersebut, maka lapisan yang dihasilkan dengan perendaman dalam SBF B, C dan D yang akan diidentifikasi lebih lanjut dengan menggunakan SEM dan XRD karena lapisan dapat menutupi permukaan logam dengan baik sehingga diharapkan dapat meningkatkan biokompatibilitas logam CoCrMo. Lapisan yang menempel pada logam CoCrMo terbentuk secara alami di permukaan sampel dengan perendaman di dalam larutan SBF. Metode pelapisan
6
ini disebut metode pelapisan biomimetik, yaitu suatu proses yang meniru sistem biologis dalam tubuh. Salah satu kelebihan metode ini adalah dapat memproduksi HAp dengan struktur dan karakterisasi morfologi yang sama dengan yang dihasilkan oleh tubuh (Colovic et al. 2011). Pelapisan secara biomimetik dilakukan dengan cara merendam implan dalam SBF (Simulated body fluid) (Silva et al. 2008). SBF merupakan suatu larutan yang mengandung ion yang komposisinya identik dengan cairan tubuh manusia. Jenis SBF yang digunakan adalah SBF kokubo karena SBF ini memiliki konsentrasi ion kalsium dan fosfat yang lebih tinggi dibandingkan jenis SBF lainnya, yaitu HBSS dan Ringer’s Solution (Pratiwi 2008).
Analisis SEM
50 µm
(a)
100 µm
200 µm
(b)
(c)
Gambar 3 Ketebalan lapisan dengan menggunakan SEM (a) SBF B perbesaran 150x, (b) SBF C perbesaran 45x, dan (c) SBF D perbesaran 45x. Hasil analisis SEM untuk melihat ketebalan lapisan yang dihasilkan dengan perendaman dalam SBF B, C, dan D dapat dilihat pada Gambar 3. Berdasarkan hasil identifikasi, ketebalan ketiga lapisan tersebut masing-masing adalah 50, 100, dan 200 µm. Semakin banyak komposisi SBF yang ditambahkan, semakin banyak pula ion-ion yang terkandung dalam larutan SBF yang dapat berinteraksi sehingga lapisan yang terbentuk semakin tebal. Berdasarkan pengamatan dengan SEM terlihat pula serbuk dari lapisan terlihat memanjang. Menurut Purnama et al. (2006) hal tersebut karena pengaruh ion-ion dalam larutan SBF.
Analisis XRD Analisis dengan XRD dilakukan pada lapisan dengan perendaman dalam SBF B, C, dan D. Analisis XRD merupakan salah satu metode untuk mengkarakterisasi suatu material dengan menggunakan hamburan sinar X. Analisis ini digunakan untuk memeriksa kemungkinan ada atau tidaknya senyawa apatit yang terbentuk di permukaan sampel. Dari data hasil XRD ini dapat diketahui kemungkinan fasa senyawa atau unsur kristalin yang terbentuk dengan membandingkan sudut difraksi dari data puncak dengan literatur yang diperoleh dari JCPDS. Analisis dengan XRD pada penelitian kali ini diharapkan menghasilkan puncak HAp sehingga dapat meningkatkan biokompatibilitas logam
7
CoCrMo. HAp mempunyai struktur heksagonal dengan fasa kristal dari senyawa kalsium fosfat yang stabil dengan parameter kisi : a = b =9.433Ǻ, c = 6.875Ǻ, serta rasio Ca/P = 1.67 (Soejoko dan Wahyuni 2002). HAp selain bersifat biokompatibel, juga bersifat bioaktif dan bioresorbable yang dapat memicu pertumbuhan tulang seperti yang diilustrasikan pada Gambar 4 berikut.
Permukaan HAp
Gambar 4 fenomena antarmuka antara HA dengan sel tubuh (Suryadi 2011). Gambar fenomena antarmuka antara HAp dengan sel tubuh memperlihatkan bahwa setelah implan masuk ke dalam tubuh, terjadi pelarutan permukaan HAp. Pelarutan permukaan HAp tersebut terjadi hingga tercapai kondisi kesetimbangan antara larutan fisiologis dengan permukaan HAp. Setelah itu terjadi adsorpsi protein-protein dan senyawa bioorganik kemudian terjadi adhesi sel hingga akhirnya terbentuk sel tulang baru (Suryadi 2011)
Gambar 5 Difraktogram pelapisan biomimetik dengan SBF B Analisis dengan menggunakan XRD pada pelapisan dengan SBF B menghasilkan difraktogram yang dapat dilihat pada Gambar 5. Hasil XRD tersebut telah dibandingkan dengan data JCPDS menggunakan perangkat lunak PCPDF win dan Match (Lampiran 3). Hasil analisis menunjukkan bahwa yang terbentuk dari larutan SBF B bukan HAp melainkan (NH4)2SO4, CaCO3 (CALCITE), dan NaCl. Puncak dari (NH4)2SO4 ditunjukkan pada sudut 2θ 16.7, 20.5, 35.95, dan 41.75. Puncak dari CaCO3 ditunjukkan pada sudut 2θ 29.05, 46.95, dan 56.549. Puncak dari NaCl pada sudut 2θ 31.65, 45.45 dan 56.499. Tidak terbentuknya HAp disebabkan karena proses pengadukan yang tidak cukup. Terbukti dari masih terdapatnya puncak NaCl. Menurut Suryadi (2011), pengadukan yang tidak cukup akan menyebabkan terbentuknya fasa yang tidak diinginkan. Laju pengadukan juga dilaporkan mempengaruhi sintesis HAp. Perlu dilakukan pengadukan yang kuat (vigorous) untuk menghasilkan HAp yang
8
homogen. Pengadukan yang cukup akan menyebabkan interaksi yang lebih baik antar ion.
b
Gambar 6 Difraktogram pelapisan biomimetik dengan SBF C. Hasil difraktogram pelapisan dengan SBF C menunjukkan terbentuknya HAp dengan puncak melebar (Gambar 6). Pelebaran puncak dan intensitas yang rendah disebabkan oleh butiran yang sangat halus, lapisan yang tipis, dan tidak dilakukannya pemanasan dengan suhu yang tinggi seperti yang dilakukan pada proses sintesis HAp umumnya. Menurut Purnama et al. (2006) suhu mempengaruhi derajat kristalinitas HAp. Semakin tinggi suhu, semakin tinggi pula derajat kristalinitasnya. Hal yang sama juga dipaparkan oleh Suryadi (2011) yang menyatakan bahwa kenaikan kristalinitas ditunjukkan oleh adanya kenaikan intensitas puncak dan secara langsung bervariasi dengan adanya kenaikan suhu.
Gambar 7 Difraktogram pelapisan biomimetik dengan SBF D. Hasil analisis pelapisan dengan SBF D ditunjukkan pada Gambar 7. Berdasarkan gambar dapat dilihat bahwa HAp tidak dihasilkan larutan ini. Puncak difraktogram menunjukkan puncak NaCl dan CaCO3. Puncak NaCl pada sudut 2θ 25.95, 31.75, 45.5, dan 55.049. Puncak CaCO3 pada sudut 2θ, yaitu 22.15, 29.45, 34.5, 38.3, 41.15, 45.75, dan 47.2. Puncak NaCl dari difraktogram identik dengan puncak NaCl pada JCPDS. Hal tersebut disebabkan pada komposisi larutan SBF D penambahan NaCl terlalu banyak menyebabkan proses pengadukan yang dilakukan tidak cukup (Suryadi 2011).
9
Berdasarkan hasil tersebut, SBF C merupakan larutan yang cukup baik untuk dapat menghasilkan HAp pada kondisi ini. Walaupun HAp yang terbentuk intensitasnya rendah. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Habibovic et al. (2002), yaitu HAp terbentuk pada larutan 5x SBF dengan intensitas HAp yang rendah, kenaikan kristalinitas terjadi saat larutan 5x SBF diganti dengan larutan 7.5x SBF tanpa MgCl2.6H20 dan NaHCO3 yang disebut sebagai inhibitor. Oleh karena itu, lapisan SBF C selanjutnya diaplikasikan pada logam CoCrMo yang dilapis TiN. Pelapisan logam dengan TiN merupakan suatu proses surface treatment untuk mencegah lepasnya ion-ion penyusun CoCrMo. Proses pelapisan TiN terdiri dari proses sputtering dan nitriding. Proses sputtering adalah tereksitasinya gas argon dalam plasma dengan kondisi tekanan rendah akibat diberi daya listrik, sehingga ion argon memiliki energi yang kuat untuk menumbuk target Ti. Atom Ti yang terlepas akan tertanam pada substrat karena terdapat medan listrik dan daya yang besar. Adapun proses nitriding merupakan proses penanaman secara bersamaan atom N dan atom Ti pada saat gas nitrogen dialirkan ke dalam plasma. (Prihantoko 2011). Nitridasi biasanya dilakukan dengan gas nitrogen (N2) atau gas amoniak (NH3) atau campuran keduanya yang mengalami proses disosiasi (Wang 2005). Logam CoCrMo nitridasi yang telah dilapis oleh larutan 5x SBF kemudian dianalisis dengan XRD.
Gambar 8 Difraktogram pelapisan biomimetik logam CoCrModengan TiN dan SBF C Gambar 8 merupakan hasil uji XRD pelapisan logam CoCrMo dengan larutan SBF C yang terlebih dahulu dilapis dengan TiN. Berdasarkan hasil analisis yang dilakukan, diperoleh puncak NaCl dan kobalt. Puncak NaCl pada sudut 2θ 31.6, 43.85, dan 75.25. Puncak kobalt pada sudut 2θ 50.1, 75.5, dan 84.05. Terdapatnya puncak kobalt mungkin karena pelapisan dengan TiN yang tidak rata dan tidak dapat menutupi logam dengan baik sehingga material utama berupa kobalt terdeteksi. Puncak yang dihasilkan bukan HAp seperti pelapisan dengan SBF C pada logam CoCrMo tanpa TiN. Hal tersebut mungkin karena pelapisan dengan TiN membuat logam tidak dapat bereaksi dengan ion-ion dalam larutan SBF. Keberadaan Ti pada logam mungkin merupakan penghambat terbentuknya lapisan HAp seperti pada pelapisan logam Ti6Al4V secara biomimetik yang
10
dilakukan oleh Pratiwi (2008) sehingga perlu dilakukan proses alkali treatment. Keberadaan HAp pada logam CoCrMo tanpa TiN mungkin karena CoCrMo dapat terlepas menjadi ion Co, Cr, dan Mo yang dapat bereaksi dengan SBF.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Pelapisan HAp pada logam CoCrMo dengan metode biomimetik berhasil dilakukan dengan menggunakan larutan SBF C (5x SBF). Hasil analisis dengan menggunakan XRD menunjukan bahwa lapisan yang terbentuk merupakan HAp meskipun intensitasnya rendah. Ketebalan lapisan SBF C yang diukur dengan SEM, yaitu 100 µm . Pelapisan dengan larutan SBF C selanjutnya diaplikasikan pada logam yang dilapis TiN dan menghasilkan difraktogram berupa puncakpuncak NaCl, yaitu pada sudut 2θ 31.6, 43.85, dan 75.25.
Saran Perlu penelitian lebih lanjut mengenai kondisi pelapisan yang optimum seperti kecepatan pengadukan dan suhu agar diperoleh kestabilan fase HAp yang terbentuk dari larutan SBF. Selain itu, perlu dilakukan proses alkali treatment pada logam CoCrMo yang dilapis TiN dan perlu dilakukan uji korosi dan uji in vitro untuk mengetahui viabilitas sel terhadap paparan sampel sehingga metode ini lebih aplikatif.
DAFTAR PUSTAKA Colovic B, Dejan M, Vukoman J. Nucleation of biomimetic hydroxiapatite. J Serbian Dental. 58: 7-12. doi: 10.2298/SGS1101007C Goaenharto S, Sjafei A. 2005. Breaket titanium. J Dental. 38:120-123. Habibovic P, Barrere F, Van Blitterswijk CA, de Groot Klaas, Layrolle P. 2002. Biomimetic hydroxyapatite coating on metal implants. J Am Ceram. 85(3). 517-522 Prihantoko DA. 2011. Karakterisasi paduan CoCrMo dengan pelapisan titanium nitrida dan hidroksiapatit kitosan [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor Pratiwi A. 2008. Pengaruh modifikasi permukaan Ti6Al4V terhadap deposisi apatit melalui metode biomimetik [Skripsi]. Bandung (ID) : Institut Teknologi Bandung. Purnama, Nikmatin S, Langenati R. 2006. Pengaruh suhu reaksi terhadap derajat kristalinitas dan komposisi hidroksiapatit dibuat dengan media air dan cairan tubuh buatan. J Material Sci. Edisi khusus: 154-162
11
Shridhar TM, Mudali, Kamachi U, Subbaiyan M. 2003. Preparation and characterisation of electrophoretically deposited hidroxyapatite coating on type 316L stainless steel. Corrosion Sci. 45:237-252 Silva CCG, da Silva REC, Marchi Juliana. 2008. Hydroxyapatite coating on silicon nitride surfaces using the biomimetic method. Material Res. 11(1) : 47-50 Sukaryo SG, Nurbainah E, Wahyudi ST, Sitompul A. 2009. Pelapisan SS 316L dengan hidroksiapatit menggunakan teknik electrophoretic deposition. J Material Sci. Edisi khusus: 50-55 Soejoko DS, Wahyuni S. 2002. Spektroskopi inframerah senyawa kalsium fosfat hasil presipitasi. Makara Sains. 6(3): 117-122. Suryadi. 2011. Sintesis dan karakterisasi biomaterial hidroksiapatit dengan proses pengendapan kimia basah [tesis]. Depok (ID) : Universitas Indonesia Turkan U, Orhan O, Eroglu AE. 2006. Metal ion release from nitrogen ion implanted CoCrMo orthopedic implant material. Surface and Coatings Techno. 200:5687–5697. Wirjoadi, Susita L, Siswanto B, Sudjatmoko. 2012. Pengaruh proses nitridasi ion pada biomaterial terhadap kekerasan dan ketahanan korosi. Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi dan Aplikasinya.; Serpong, Indonesia. (ID): Batan:25-36 Wang L. 2005. Effect of nitriding time on the nitride layer of AISI 304 austentic stainless steel. China. Surface Coating Techno. 200:5067-5070.
12
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Preparasi Logam CoCrMo
Preparasi Larutan SBF
Larutan SBF
Larutan SBF A
Larutan SBF B
Pelapisan dengan Biomimetik
Analisis SEM
Logam CoCrMo
Analisis XRD
Hasil pelapisan terbaik
Analisis XRD
Larutan SBF C
Larutan SBF D
13
Lampiran 2 Data JCPDS Hidroksiapatit
Lampiran 3 Difraktogram yang telah dibandingkan dengan Match
Difraktogram pelapisan biomimetik dengan perendaman dalam SBF B
14
Difraktogram pelapisan biomimetik dengan perendaman dalam SBF C
Difraktogram pelapisan biomimetik dengan perendaman dalam SBF D
Difraktogram pelapisan biomimetik logam CoCrModengan TiN dan SBF C
15
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 28 September 1991 dari ayah Sachrom Sumardi dan ibu Nani Suryani. Penulis adalah putri kedua dari tiga bersaudara. Tahun 2009 penulis lulus dari SMA Negeri 1 Cigombong Bogor dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Ujian Talenta Mandiri (UTM) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Penulis juga mempunyai pengalaman praktik lapangan di Laboratorium Air dan Udara, SEAMEO Biotrop
