PELAPISAN HIDROKSIAPATIT PADA PADUAN LOGAM CoCrMo TERLAPIS TITANIUM NITRIDA MENGGUNAKAN METODE BIOMIMETIK
MUHAMMAD FAJAR
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi Pelapisan Hidroksiapatit pada Paduan Logam CoCrMo Terlapis Titanium Nitrida Menggunakan Metode Biomimetik adalah 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, Oktober 2014 Muhammad Fajar NIM G44100080
ABSTRAK MUHAMMAD FAJAR. Pelapisan Hidroksiapatit pada Paduan Logam CoCrMo Terlapis Titanium Nitrida Menggunakan Metode Biomimetik. Dibimbing oleh CHARLENA dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO. Implan tulang merupakan salah satu cara penyembuhan patah tulang yang sedang berkembang. Implan dapat berbahan dasar logam, keramik, dan polimer. Material logam yang biasanya digunakan adalah titanium (Ti), baja tahan karat, dan paduan logam. Penelitian ini menggunakan paduan logam berbasis Co, yaitu CoCrMo terlapis titanium nitrida (TiN) yang kemudian dilapisi dengan hidroksiapatit (HAp). HAp pada permukaan paduan logam CoCrMo-TiN dilapiskan menggunakan metode biomimetik, yaitu dengan merendam paduan logam dalam larutan simulated body fluid (SBF) selama 18, 24, dan 36 jam. Perendaman di dalam larutan SBF menghasilkan lapisan putih pada permukaan paduan logam. Lapisan yang terbentuk, dianalisis morfologi dengan mikroskop pemindai elektron (SEM) dan dicirikan dengan difraktometer sinar x (XRD). Berdasarkan hasil foto SEM pada pelapisan selama 36 jam, tampak morfologi kristal senyawa apatit berupa butir-butir halus. Berdasarkan hasil XRD, terdapat puncak-puncak HAp pada sudut 2 31.86, 32.25, dan 39.48. Namun, terdapat juga 29.46, 36.04, dan 46.79. Hal ini puncak-puncak CaCO3 pada sudut 2 menunjukkan HAp yang terbentuk belum murni. Kata kunci: biomimetik, CoCrMo-TiN, hidroksiapatit
ABSTRACT MUHAMMAD FAJAR. Hidroxyapatite Coating on CoCrMo Alloy Titanium Nitride Coated Using Biomimetic Method. Supervised by CHARLENA and SULISTIOSO GIAT SUKARYO. Bone implants is a way to cure broken bones which is being developed. The implants can be made of metals, ceramics and polymers. Metallic materials commonly used are titanium (Ti), stainless steel, and metal alloys. This study used Co-based alloys, i.e. CoCrMo coated with titanium nitride (TiN) which was then coated on hidroxyapatite (HAp). The HAp coating on the surface of CoCrMo alloy was done by biomimetic methods, first by soaking the metal alloys in simulated body fluid (SBF) solution for 18, 24, and 36 hours. The immersion in the SBF solution produced white coat on the surface of the metal alloy. The layers formed were analyzed by scanning electron microscope (SEM) and characterized by x-ray diffractometer (XRD). Based on the SEM results of 36 hours treatment, the morphology of apatite crystal formed fine grains. According to XRD result, there were HAp peaks at angles 2θ 31.86, 32.25, dan 39.48. However, there were also CaCO3 peaks at angles 2θ 29.46, 36.04, and 46.79. It indicated the pure HAp is not yet formed. Key words: biomimetic, CoCrMo-TiN, hydroxyapatite
PELAPISAN HIDROKSIAPATIT PADA PADUAN LOGAM CoCrMo TERLAPIS TITANIUM NITRIDA MENGGUNAKAN METODE BIOMIMETIK
MUHAMMAD FAJAR
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
Judul Skripsi : Pelapisan Hidroksiapatit pada Paduan Logam CoCrMo Terlapis Titanium Nitrida Menggunakan Metode Biomimetik Nama : Muhammad Fajar NIM : G44100080
Disetujui oleh
Dr Charlena, MSi Pembimbing I
Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen Kimia
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya yang tidak pernah berhenti diberikan, sehingga penulis dapat menyusun laporan hasil penelitian dengan judul “Pelapisan Hidroksiapatit pada Paduan Logam CoCrMo Terlapis Titanium Nitrida Menggunakan Metode Biomimetik”. Penelitian dilaksanakan selama 4 bulan, yaitu pada bulan Maret-Juli bertempat di Laboratorium Kimia Anorganik dan Laboratorium Bersama Departemen Kimia, FMIPA IPB serta PTBIN-BATAN, Serpong, Tangerang. Penulisan ini dimaksudkan untuk melengkapi sebagian syarat dalam mencapai gelar sarjana sains Institut Pertanian Bogor. Penelitian dan penulisan laporan hasil penelitian ini dapat selesai dengan baik berkat doa, bantuan, dan dukungan berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis dalam kesempatan ini ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada Ibu Dr Charlena MSi selaku pembimbing pertama dan Bapak Drs Sulistioso Giat Sukaryo MT selaku pembimbing kedua atas bimbingan, arahan, dan bantuan selama penulis melakukan penelitian. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Bapak Syawal, Bapak Sunarsa, dan Bapak Mulyadi atas bantuan selama penulis melakukan penelitian. Terima kasih tak terhingga penulis ucapkan kepada Bapak, Mamah, dan adik-adik atas dukungan materil, doa dan kasih sayangnya. Ucapan terima kasih juga penulis ucapkan kepada Dewita Ayu Sejati, Irgham, Iswanto, Andri, dan Tari sebagai rekan kerja dan sahabat yang baik. Penulis berharap laporan hasil penelitian ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Terima kasih.
Bogor, Oktober 2014 Muhammad Fajar
DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xiv
PENDAHULUAN
1
Latar belakang
1
Tujuan
2
Hipotesis
2
Waktu dan Tempat
2
BAHAN DAN METODE
3
Alat dan Bahan
3
Metode
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Preparasi Paduan Logam CoCrMo-TiN dan CoCrMo
5
Proses Perlakuan dengan Basa
5
Pembuatan Larutan Simulated Body Fluid (SBF)
6
Pelapisan Hidroksiapatit dengan Metode Biomimetik
6
SIMPULAN DAN SARAN
11
Simpulan
11
Saran
11
DAFTAR PUSTAKA
11
LAMPIRAN
14
RIWAYAT HIDUP
17
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Contoh endoprostetik lutut Paduan logam CoCrMo-TiN (a) dan CoCrMo (b) Paduan logam setelah perlakuan dengan basa Larutan SBF Hasil pelapisan paduan logam CoCrMo Hasil pelapisan HAp pada paduan logam CoCrMo-TiN Foto SEM HAp Hapsah (2012) Foto SEM pelapisan paduan logam CoCrMo-TiN perbesaran 1500x Difraktogram pelapisan HAp pada paduan logam CoCrMo-TiN Mekanisme reaksi kimia saat perendaman di dalam larutan SBF Fenomena antarmuka antara HAp dengan sel tubuh
1 5 6 6 7 7 8 9 9 10 11
DAFTAR LAMPIRAN 1 Diagram alir penelitian 2 Data hasil analisis XRD paduan logam CoCrMo-TiN 3 Data JCPDS
14 15 15
2 biokompabilitas yang baik. Namun kandungan Ni yang relatif cukup tinggi hingga mencapai 50% membuat penggunaan paduan logam ini dikurangi karena dapat menyebabkan alergi atau bahkan keracunan pada tubuh manusia (Michiardi et al. 2008). Pelapisan hidroksiapatit (HAp) pada permukaan logam dapat meningkatkan sifat biokompatibilitas logam dan mempercepat pertumbuhan tulang (Sukaryo et al. 2009). HAp telah diakui sebagai bahan pengganti tulang dan gigi karena memiliki kemiripan dari segi biologisnya untuk jaringan tulang keras manusia (Xiangnan et al. 2010). Penelitian ini akan menggunakan paduan logam berbasis Co, yaitu CoCrMo yang terlapis titanium nitrida (TiN). Berdasarkan standard aplikasi medis Eropa, laju korosi untuk logam implan harus kurang dari 1 mpy. Paduan logam CoCrMo terlapis TiN memiliki laju korosi sebesar 0.0424 mpy (Prihantoko 2011). Hal ini menunjukkan paduan logam CoCrMo terlapis TiN dapat digunakan untuk aplikasi medis. Permukaan paduan logam CoCrMo yang terlapisi TiN (CoCrMo-TiN) akan dilapiskan dengan HAp, agar biokompatibilitas paduan logam CoCrMo semakin baik dan dapat mempercepat pertumbuhan tulang saat diimplan ke dalam tubuh. Pelapisan paduan logam CoCrMo-TiN dengan HAp dilakukan menggunakan metode biomimetik. Metode biomimetik adalah metode pelapisan yang meniru sistem biologis di dalam tubuh. Kelebihan metode ini dibandingkan dengan metode lain, seperti penyemprotan plasma, deposisi elektroforetik, dan sol-gel adalah menjadikan kristal apatit memiliki bioaktivitas tinggi dan sifat resorpsi yang baik, serta dapat mempercepat pertumbuhan tulang (Habibovic et al. 2002). Pelapisan dengan metode biomimetik dilakukan dengan perendaman di dalam larutan simulated body fluid (SBF) (Silva et al. 2008). Penelitian Widya (2014) melaporkan logam CoCrMo terlapisi hidroksiapatit pada perendaman di dalam larutan 5x SBF selama 48 jam. Habibovic et al. (2002) juga melaporkan, HAp dapat terbentuk pada larutan 5x SBF dengan intensitas yang rendah. Setelah pelapisan akan dilakukan analisis morfologi dengan scanning electron microscope (SEM) dan pencirian dengan x-ray diffractometer (XRD).
Tujuan Penelitian ini bertujuan melapisi partikel hidroksiapatit pada permukaan logam CoCrMo terlapis titanium nitrida menggunakan metode biomimetik.
Hipotesis Hidroksiapatit dapat terbentuk pada permukaan paduan logam CoCrMo terlapis titanium nitrida dari larutan SBF dengan metode biomimetik.
Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Maret 2014 sampai Juli 2014 di Laboratorium Kimia Anorganik, Laboratorium Bersama Departemen Kimia, FMIPA IPB dan PTBIN-BATAN, Serpong, Tangerang.
3
BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini, yaitu peralatan gelas, neraca merk Ohaus USA, oven merk Jouan, hot plate, termometer, ultrasonik, scanning electron microscope (SEM) merk Jeol, x-ray diffractometer (XRD) merk Shimadzu XD-610, mikroskop optik merk Nikon, dan Potensiostat model 273. Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu, paduan logam CoCrMoTiN dan CoCrMo dari PTBIN-BATAN, alkohol, akuades, air bebas ion, NaCl, NaHCO3, Na2HPO4.2H2O, MgCl2.6H2O, CaCl2.2H2O, (CH2OH)3CNH2, dan HCl 0.1 M. Metode Prosedur penelitian terdiri atas 5 tahap, yaitu preparasi paduan logam, proses perlakuan dengan basa, preparasi larutan SBF, pelapisan paduan logam CoCrMo-TiN dengan hidroksiapatit menggunakan metode biomimetik, dan pencirian dengan SEM dan XRD. Secara umum bagan alir penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1. Preparasi Paduan Logam Paduan logam CoCrMo-TiN dan CoCrMo direndam dalam alkohol 70%, kemudian disonikasi selama 1 jam. Setelah itu, logam dikeringkan dengan tisu (Widya 2014). Proses Perlakuan dengan Basa Paduan logam CoCrMo-TiN dan paduan logam CoCrMo direndam selama 15 menit di dalam larutan NaOH 5 M. Setelah itu, paduan logam dikeringkan di dalam oven pada suhu 70°C. Preparasi Larutan SBF Larutan SBF yang digunakan adalah larutan 5x SBF yang terdiri atas, NaCl, NaHCO3, Na2HPO4.2H2O, MgCl2.6H2O, HCl 0.1 M, (CH2OH)3CNH2), dan CaCl2.2H2O. Masing-masing senyawa tersebut ditimbang sesuai komposisi pada Tabel 1. Larutan dibuat dalam gelas piala 500 mL dengan penambahan akuades. Semua bahan dilarutkan satu-persatu dengan akuades dan setiap pencampuran dilakukan bertahap sampai bahan larut secara merata menggunakan pengaduk magnetik (Widya 2014).
4 Tabel 1 Komposisi larutan 5x SBF Senyawa Bobot NaCl 16.3675 g NaHCO3 5.6700 g Na2HPO4.2H2O 0.4450 g MgCl2.6H2O 0.7625 g CaCl2.2H2O 0.9200 g (CH2OH)3CNH2 15 mL HCl 0.1 M 100 mL Pelapisan Paduan Logam CoCrMo dan CoCrMo-TiN dengan HAp Paduan logam CoCrMo dan CoCrMo-TiN kemudian dilapisi dengan HAp. Pelapisan ini menggunakan metode biomimetik. Pelapisan paduan logam CoCrMo dan CoCrMo-TiN dilakukan dengan cara mencelupkan paduan logam ke dalam gelas piala yang berisi larutan 5x SBF yang diletakan di atas hot plate. Perendaman dilakukan selama 18, 24, dan 36 jam, serta suhu dijaga konstan pada 37˚C. Setelah 18, 24, dan 36 jam logam diangkat dan dikeringkan, kemudian dilihat lapisan yang terbentuk dengan mikroskop optik, lalu dilakukan analisis morfologi dengan SEM dan pencirian dengan XRD. Analisis dengan Scanning Electron Microscope (SEM) Analisis SEM dilakukan dengan menempatkan paduan logam pada plat aluminium. Kemudian diamati menggunakan SEM dengan tegangan 20 kV pada perbesaran 1500x. Pencirian dengan X-Ray Diffractometer (XRD) Lapisan yang terbentuk pada paduan logam digerus dan dibuat pelet dengan diameter 2 cm menggunakan alat kempa hidrolik merk Carver, pelet dicetak dengan tekanan 6000 psi. Pelet yang telah dicetak, kemudian dibungkus dengan foil alumunium, lalu dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 190ºC selama 1 jam. Setelah itu, pelet dibersihkan dari foil alumunium. Selanjutnya, diatur sudut awal pada 10º, sudut akhir pada 80º, dan kecepatan analisis diatur 0.60 detik. Panjang gelombang yang digunakan adalah 1.54060 Aº. Setelah itu, dilakukan pengukuran dan hasil pengukuran dibandingkan dengan pangkalan data joint committe on powder diffraction standards (JCPDS). Pencirian dilakukan dengan XRD merk Shimadzu XD-610.
5
HASIL DAN PEMBAHASAN Preparasi Paduan Logam CoCrMo-TiN dan CoCrMo Paduan logam CoCrMo-TiN dan CoCrMo (Gambar 2) diperoleh dari PTBIN-BATAN, Serpong, Tanggerang. Perbedaan kedua paduan logam tersebut adalah adanya lapisan yang berkilau seperti emas pada permukaan logam CoCrMo-TiN, sedangkan pada paduan logam CoCrMo hanya berwarna perak keabu-abuan. Pelapisan TiN pada permukaan paduan logam CoCrMo akan mencegah terlepasnya ion-ion Co, Cr, Mo dan meningkatkan biokompatibilitas paduan logam (Wirjoadi et al. 2012). Paduan logam dipilih pada penelitian ini karena atom-atom pada paduan logam mengikuti kisi susunan atom logam dasar, sehingga memiliki kontak yang baik. Sebelum dilakukan pelapisan pada paduan logam, permukaan paduan logam harus bersih dari kotoran, misalnya lemak, oksida, dan sebagainya. Permukaan logam yang tidak bersih dapat mengakibatkan lapisan yang melekat pada paduan logam menjadi rapuh. Preparasi paduan logam dilakukan dengan merendam di dalam alkohol 70% dan disonikasi selama 1 jam untuk menghilangkan pengotor dan lemak yang menempel di permukaan paduan logam. Selain dengan perendaman di dalam alkohol, untuk menghilangkan pengotor seperti lapisan oksida dapat dilakukan dengan mengamplas permukaan logam (Marist 2011). Pengamplasan tidak dilakukan karena dikhawatirkan lapisan TiN pada permukaan paduan logam CoCrMo akan terlepas.
(a) (b) Gambar 2 Paduan logam CoCrMo-TiN (a) dan CoCrMo (b) Proses Perlakuan dengan Basa Paduan logam CoCrMo-TiN dan CoCrMo yang telah disiapkan direndam dalam larutan NaOH 5 M. Perlakuan dengan basa dilakukan untuk mengutubkan permukaan logam (Pratiwi 2008). Setelah perendaman, permukaan paduan logam CoCrMo-TiN menjadi hitam, sebab lapisan titanium oksida pada permukaan paduan logam bereaksi dengan ion-ion di dalam larutan NaOH membentuk hidrogel titanat, sedangkan paduan logam CoCrMo tidak berubah (Gambar 3). Selanjutnya, ke dua paduan logam dikeringkan di dalam oven selama 30 menit untuk mendehidrasi lapisan hidrogel titanat sehingga terbentuk kristal natrium titanat (Na2Ti6O13) yang stabil (Pratiwi 2008). Reaksi yang terjadi pada proses perlakuan dengan basa adalah sebagai berikut:
6 Ti + 3 OH⁻ → Ti(OH)3⁺ + 4e⁻ Ti(OH)3⁺ + e⁻ → TiO2.H2O + ½ H2 (g) Ti(OH)3⁺ + OH⁻ ↔ Ti(OH)4 TiO2.H2O + OH⁻ ↔ HTiO3⁻.H2O
(a) CoCrMo-TiN (b) CoCrMo Gambar 3 Paduan logam setelah perlakuan dengan basa Pembuatan Larutan Simulated Body Fluid (SBF) Larutan SBF (Gambar 4) mengandung ion yang komposisinya mendekati cairan tubuh manusia (Purnama et al. 2006). Larutan SBF dibuat dengan mencampurkan NaCl, NaHCO3, Na2HPO4, MgCl2.6H2O, (CH2OH)3CNH2, HCl 0.1 M, dan CaCl2.2H2O. Semua bahan dilarutkan satu per satu dengan akuades dan setiap pencampuran dilakukan sampai bahan tercampur secara merata. CaCl2.2H2O digunakan sebagai sumber kalsium (Ca) dan sebagai sumber fosfat (PO4) adalah Na2HPO4. Larutan 5x SBF digunakan karena menurut Habibovic et al. (2002), HAp dapat terbentuk pada larutan 5x SBF. Penelitian Widya (2014) juga membuktikan bahwa HAp dapat terbentuk pada larutan 5x SBF.
Gambar 4 Larutan SBF Pelapisan Hidroksiapatit dengan Metode Biomimetik Metode biomimetik merupakan metode pelapisan yang meniru sistem biologis di dalam tubuh, dengan metode ini lapisan HAp dibentuk secara alami di atas permukaan sampel melalui perendaman di dalam larutan SBF. Menurut Colovic et al. (2011), kelebihan metode biomimetik dibandingkan metode pelapisan yang lain adalah dapat terbentuk lapisan HAp yang memiliki struktur dan pencirian morfologi yang sama dengan yang terbentuk di dalam tubuh. Pelapisan dengan metode biomimetik dilakukan pada paduan logam CoCrMo dengan dan tanpa perlakuan dengan basa terlebih dahulu, untuk melihat pengaruh perlakuan tersebut pada pelapisan ke permukaan paduan logam. Hasil pelapisan
7 ke dua paduan logam tersebut (Gambar 5) dengan perendaman di dalam larutan SBF selama 36 jam yang didahului perlakuan dengan basa terbentuk lapisan berwarna putih dipermukaannya, sedangkan paduan logam CoCrMo tanpa perlakuan dengan basa belum terlapisi. Terbentuknya lapisan berwarna putih pada paduan logam yang diberikan perlakuan dengan basa disebabkan ion-ion penyusun paduan logam, yaitu Co, Cr, Mo terlepas, sehingga bereaksi dengan NaOH dan mempercepat pelapisan pada permukaan paduan logam. Widya (2014) melaporkan, pada permukaan paduan logam CoCrMo dengan perendaman di dalam larutan 5x SBF selama 48 jam terbentuk lapisan berwarna putih. Berdasarkan hasil ini, perlakuan dengan basa yang terlebih dahulu dilakukan sebelum pelapisan dapat mempercepat pelapisan pada permukaan logam.
(a) Perlakuan dengan basa (b) Tanpa perlakuan dengan basa Gambar 5 Hasil pelapisan paduan logam CoCrMo Pelapisan juga dilakukan pada paduan logam CoCrMo-TiN dengan proses perlakuan dengan basa. Pelapisan paduan logam tersebut dilakukan dengan variasi waktu 18, 24, dan 36 jam. Hasil pelapisan paduan logam CoCrMo-TiN (Gambar 6) selama 18, 24, dan 36 jam dengan perendaman di dalam larutan SBF sudah terbentuk lapisan tipis berwarna putih dipermukaannya. Pelapisan selama 36 jam menghasilkan lapisan berwarna putih yang semakin merata. Hal ini menunjukkan perendaman di dalam larutan SBF yang semakin lama akan membuat lapisan yang terbentuk pada permukaan logam semakin merata. Selanjutnya, lapisan berwarna putih yang terbentuk pada paduan logam CoCrMo-TiN dilakukan analisis morfologi dengan SEM.
(a) 18 jam (b) 24 jam (c) 36 jam Gambar 6 Hasil pelapisan HAp pada paduan logam CoCrMo-TiN
8 Muntamah (2011) dan V’azquez (2005) melaporkan, hasil SEM dari HAp merupakan butir-butir halus. Hapsah (2012) juga melaporkan, hasil SEM dari HAp (Gambar 7) merupakan butir-butir yang berkumpul dan halus.
Gambar 7 Foto SEM HAp Hapsah (2012) Berdasarkan hasil foto SEM (Gambar 8) belum tampak morfologi kristal senyawa apatit untuk pelapisan selama 18 dan 24 jam dengan perbesaran 1500x. Hal ini menunjukkan, pada perendaman selama 18 dan 24 jam permukaan paduan logam belum terlapisi HAp. Hasil foto SEM untuk pelapisan selama 36 jam dengan perbesaran 1500x sudah tampak morfologi kristal beberapa senyawa apatit yang berkumpul dan butir-butir halus yang masih sedikit. Berdasarkan hasil tersebut, pada perendaman selama 36 jam sudah mulai terbentuk HAp pada permukaan paduan logam CoCrMo-TiN. Setelah itu, dilakukan pencirian dengan XRD pada lapisan berwarna putih yang terbentuk di permukaan paduan logam CoCrMo-TiN dengan perendaman di dalam larutan SBF selama 36 jam.
(a) Pelapisan selama 18 jam
(b) Pelapisan selama 24 jam
9
(c) Pelapisan selama 36 jam Gambar 8 Foto SEM pelapisan paduan logam CoCrMo-TiN perbesaran 1500x (a) 18 jam, (b) 24 jam, dan (c) 36 jam Pencirian dengan XRD dilakukan untuk mengidentifikasi fase kristal lapisan yang menempel pada paduan logam CoCrMo-TiN dengan cara mencocokkan difraktogram data 2θ dan intensitas hamburan terhadap pangkalan data JCPDS. Jika terdapat minimal 3 puncak tertinggi yang identik dengan pangkalan data maka diduga kuat fasenya sama dengan standar. Berdasarkan hasil difraktogram (Gambar 9) dan telah dicocokkan dengan JCPDS terdapat puncak-puncak HAp pada sudut 2 31.86, 32.25, dan 39.48. Selain itu, terdapat juga puncak-puncak CaCO3 pada sudut 2 29.46, 36.04, dan 46.79 dengan intensitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan HAp. Hal ini menunjukkan bahwa HAp yang terbentuk belum murni. Berdasarkan hasil pencirian dengan XRD, terdapat puncak-puncak HAp yang menunjukkan bahwa hasil ini sesuai dengan foto SEM yang menunjukkan morfologi senyawa apatit berupa butir-butir halus. Puncak CaCO3 yang lebih tajam dari HAp menunjukkan derajat kristalinitas yang dimiliki CaCO3 lebih tinggi dibandingkan HAp. HAp tidak memiliki derajat kristalinitas yang tinggi karena saat sintesisnya tidak menggunakan suhu yang tinggi seperti sintesis HAp pada umumnya. Purnama et al (2006) dan Suryadi (2011) melaporkan suhu yang tinggi dapat meningkatkan derajat kristalinitas HAp. Hasil ini sesuai dengan hasil yang dilaporkan Habibovic et al. (2002), yaitu HAp terbentuk pada permukaan logam dengan perendaman di dalam larutan 5x SBF dengan intensitas yang rendah. Data hasil pencirian dengan XRD dan data JCPDS dapat dilihat pada Lampiran 2 dan Lampiran 3. HAp CaCO3
Gambar 9 Difraktogram pelapisan HAp pada paduan logam CoCrMo terlapis TiN
10 Pada perendaman di dalam larutan SBF, natrium titanat yang terbentuk di permukaan paduan logam CoCrMo terlapis TiN setelah perlakuan dengan basa bereaksi dengan ion-ion di dalam larutan SBF. Ion natrium dari natrium titanat larut dan digantikan oleh ion H3O⁺ dari SBF, kemudian OH⁻ dari hidroksi logam menarik kation Ca²⁺ dari larutan SBF dan anion PO4³⁻ ditarik oleh kation yang sebelumnya telah terdeposisi (Pratiwi 2008). Mekanisme yang terjadi saat paduan logam CoCrMo-TiN direndam di dalam larutan SBF dapat dilihat pada Gambar 10 (Pratiwi 2008). Reaksi pembentukkan HAp yang terjadi pada perendaman di dalam larutan SBF adalah sebagai berikut: Ca²⁺ + 2OH⁻ → Ca(OH)2 10Ca(OH)2 + 6PO4³⁻ → Ca10(PO4)6(OH)2 + 18OH⁻
Gambar 10 Mekanisme reaksi kimia saat perendaman di dalam larutan SBF Pelapisan HAp pada permukaan paduan logam tidak hanya dapat dilakukan dengan metode biomimetik saja. Ada beberapa metode pelapisan yang biasa digunakan, yaitu deposisi elektroforetik. Metode deposisi elektroforetik adalah metode pelapisan dengan bantuan medan listrik. Kelebihan metode ini adalah memiliki kekuatan pelapisan yang tinggi, pelapisan merata, dan cepat. Prihantoko (2011) melaporkan, pelapisan HAp-kitosan pada permukaan paduan logam CoCrMo-TiN menggunakan metode deposisi elektroforetik menghasilkan lapisan yang tipis dan rapuh. . Hasil pelapisan dengan metode biomimetik pada penelitian ini lebih menempel kuat dibandingkan dengan metode EPD yang masih rapuh. Pelapisan dengan metode deposisi elektroforetik ini pun perlu mensintesis HAp terlebih dahulu. Namun, pada metode biomimetik HAp akan terbentuk secara alami sehingga lebih efisisen dalam proses pelapisan HAp ke permukaan paduan logam HAp memiliki rumus molekul Ca10(PO4)6(OH)2 dan memiliki sifat biokompatibel, bioaktif, serta tidak toksik (Lestari 2009). Biokompatibel adalah kemampuan suatu bahan untuk menyesuaikan dengan keadaan di dalam tubuh. Sedangkan bioaktif adalah kemampuan suatu bahan untuk merangsang pertumbuhan tulang baru di sekitar implan (Pane 2004). Hal ini dapat dilihat dari fenomena antarmuka antara HAp dengan sel tubuh (Gambar 11; Bertazzo et al. 2010) yang memperlihatkan pelarutan permukaan HAp terjadi setelah implan masuk ke dalam tubuh. Pelarutan permukaan HAp tersebut terjadi hingga tercapai kondisi kesetimbangan antara larutan fisiologis dengan permukaan HAp. Setelah
11 itu, terjadi adsorpsi protein-protein dan senyawa bioorganik kemudian terjadi adhesi sel hingga akhirnya terbentuk sel tulang baru (Bertazzo et al. 2010).
Gambar 11 Fenomena antarmuka antara HAp dengan sel tubuh
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Lapisan HAp dengan intensitas rendah berhasil terbentuk pada permukaan paduan logam CoCrMo terlapis TiN dengan proses perlakuan dengan basa menggunakan metode biomimetik dengan perendaman selama 36 jam di dalam larutan 5x SBF. Berdasarkan hasil foto SEM pada pelapisan selama 36 jam, sudah tampak morfologi kristal senyawa apatit berupa butir-butir halus. Berdasarkan hasil pencirian dan telah dicocokkan dengan JCPDS terdapat puncak-puncak HAp pada sudut 2 31.86, 32.25, dan 39.48, namun selain puncak HAp terdapat juga puncak-puncak CaCO3 pada sudut 2 29.46, 36.04, dan 46.79. Hal ini menunjukkan HAp yang terbentuk belum murni.
Saran Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk mendapatkan kondisi optimum pelapisan HAp pada permukaan paduan logam dengan metode biomimetik.
DAFTAR PUSTAKA Apriliyanto YB. 2014. Pengaruh radiasi gamma pada sifat mekanik dan termal komposit UHMWPE-HAp untuk tibial tray [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.. Bertazzo S, Zambuzzi WF, Campos DD, Ogeda TL, Ferreira CV, Bertran CA. 2010. Hidroxyapatite surface solubility and effect on cell adhesion. J Biointerface. 78:177-184. Colovic B, Markovic D, Jokanovic V. 2011. Nucleation of biomimetic hydroxiapatite. J Serbian Dental. 58:7-12.
12 Habibovic P, Barrere F, Van Blitterswijk CA, de Groot K, Layrolle P. 2002. Biomimetic hydroxyapatite coating on metal implants. J Am Ceram. 85(3):517-522. Hapsah S. 2012. Perubahan fasa padat pada pembentukan hidroksiapatit akibat variasi suhu [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Lestari A. 2009. Sintesis dan karakterisasi komposit apatit-kitosan dengan metode in-situ dan ex-situ [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Marist AI. 2011. Pelapisan komposit hidroksiapatit-kitosan pada logam stainless steel 316 untuk meningkatkan ketahanan korosi [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Michiardi A, Navarro M, Castaňo O, Planell JA. 2008. Biomaterials in orthopaedics. J R Sos Interface. 5(27):1137-1158 Muntamah. 2011. Sintesis dan karakterisasi hidroksiapatiti dari limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa, Sp) [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Pane MS. 2004. Penggunaan hidroksiapatit sebagai bahan dental implan [skripsi]. Medan (ID): Universitas Sumatera Utara. Pratiwi A. 2008. Pengaruh modifikasi permukaan Ti6Al4V terhadap deposisi apatit melalui metode biomimetik [skripsi]. Bandung (ID): Institut Teknologi Bandung. Prihantoko DA. 2011. Karakterisasi paduan CoCrMo dengan pelapian titanium nitrida dan hidroksiapatit-kitosan [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Purnama, Nikmatin S, Langenati R. 2006. Pengaruh suhu reaksi terhadap derajat kristalinitas dan komposisi hidroksiapatit dibuat dengan media air dan cairan tubuh buatan. J Mater Sci. Edisi khusus:154-162. Romawarni A. 2011. Sintesis dan uji in vitro hidroksiapatit berporogen kitosan dengan metode sol gel [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Sanchez JF, Balarin A. 2010. Mechanical alloying of biocompatible Co-28Cr6Mo alloy. J Maters Sci in Medicine. 21(7):2021-2026. Silva CC, da Silva EC, Marchi J. 2008. Hydroxyapatite coating on silicon nitride surfaces using the biomimetic method. J Mater Research. 11(1):47-50. Šlouf M, Synkova H, Baldrian J, Marek A, Kovarova J, Schmidt P, Dorschner H, Stephan M, Gohs U. 2007. Structural changes of uhmwpe after e-beam irradiation and thermal treatment. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater. 85:240-251.doi:10.1002/ jbm.b.30942. Sukaryo SG, Nurbainah E, Wahyudi ST, Sitompul A. 2009. Pelapisan SS 316L dengan hidroksiapatit menggunakan teknik electrophoretic deposition. J Mater Sci. Edisi khusus:50-55. Suryadi. 2011. Sintesis dan karakterisasi biomaterial hidroksiapatit dengan proses pengendapan kimia basah [tesis]. Depok (ID): Universitas Indonesia. V’azquez, Guzm’an C, Barba C, Pi’na, Mungu’ia N. 2005. Stoichiometric hydroxyapatite obtained by precipitation and sol gel processes. J Mater Sci. 51(3):284-239. Widya R. 2014. Pelapisan hidroksiapatit pada logam CoCrMo dengan metode biomimetik [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Wiranata H. 2012. Sintesis paduan CoCrMo dengan variasi kandungan nitrogen [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
13 Wirjoadi, Susita L, Siswanto B, Sudjatmoko. 2012. Pengaruh proses nitridasi ion pada biomaterial terhadap kekerasan dan ketahanan korosi. Di dalam: [editor tidak diketahui]. Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi dan Aplikasinya; 2012 Jan [tanggal tidak diketahui]; Yogyakarta, Indonesia. Yogyakarta (ID): BATAN: hlm 25-36. Xiangnan L, Xioming C, Shipu L, Zhiming P. 2010. Synthesis and characterization of core-shell hydroxiapatite/chitosan biocomposite nanosphares. Wuhan Univ Technol-Mater. 25(2):252-256.
14
LAMPIRAN Lampiran 1 Bagan alir penelitian Paduan logam CoCrMo-TiN dan CoCrMo 1. Direndam di dalam alkohol 2. Sonikasi selama 1 jam 3. Diangkat dan dilap hingga kering
Paduan logam CoCrMo-TiN dan CoCrMo dilakukan proses perlakuan dengan basa 1. Direndam di dalam larutan NaOH 5 M (t=15 menit) ke dalam oven 2. Dimasukkan (T=70°C) selama 30 menit Pembuatan larutan 5x SBF NaCl, NaHCO3, Na2HPO4, MgCl2.6H2O, (CH2OH)3CNH2, HCl 0.1 M, dan CaCl2.2H2O dengan kompisisi yang dapat dilihat pada Tabel 1 dicampurkan. Pelapisan HAp pada permukaan paduan logam CoCrMo-TiN dan CoCrMo
Dimasukkan ke dalam larutan 5x SBF (T=37°C, t=18, 24, dan 36 jam) Analisis morfologi dengan SEM dan Pencirian dengan XRD pada paduan logam CoCrMo-TiN
15 Lampiran 2 Data hasil analisis XRD paduan logam CoCrMo-TiN 2θ 25.92 29.46 31.86 32.25 33.01 36.04 39.48 39.92 43.25 46.79 47.53 48.56 49.55 Lampiran 3 Data JCPDS
Intensitas 101.09 1000.00 362.22 184.82 232.47 126.66 176.46 117.66 154.79 127.41 190.41 210.56 139.00
Fasa HAp CaCO3 HAp HAp HAp CaCO3 HAp HAp CaCO3 HAp CaCO3 HAp HAP
16
17
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 8 September 1992 dari ayah Rusdi Kartamijaya dan ibu Sutrilasminingsih. Penulis adalah putra pertama dari tiga bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas Negeri (SMAN) 5 Bekasi dan pada tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) dan diterima di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan S1 Kimia, penulis menjadi asisten praktikum Kimia Anorganik pada tahun ajaran 2013/2014. Penulis pernah aktif di Unit Kegiatan Mahasiswa (UKM) Volli tahun 2011 hingga 2012. Penulis juga berkesempatan melaksanakan Praktik Lapangan di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Cibinong pada bulan Juli-Agustus 2013 dengan judul “Penentuan Kadar Antinutrisi dan Aktivitas Antioksidan pada Daun Kelor (Moringa oleifera Lam) Sebagai Pakan Ternak”.
