SINTESIS DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT APATIT-KITOSAN DENGAN METODE IN-SITU DAN EX-SITU
ASTRI LESTARI
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
ABSTRAK ASTRI LESTARI. Sintesis dan Karakterisasi Komposit Apatit-Kitosan dengan Metode In-situ dan Ex-situ. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN DAN AKHIRUDDIN MADDU. Sintesis komposit apatit-kitosan dilakukan dengan teknik presipitasi secara in-situ dan ex-situ pada kondisi fisiologis tubuh manusia. Apatit-kitosan secara in-situ dihasilkan dari presipitasi Na2HPO4.2H2O dan kitosan yang diteteskan dengan CaCl2.2H2O. Pada proses ex-situ, kitosan diteteskan setelah proses presipitasi Na2HPO4.2H2O yang diteteskan dengan CaCl2.2H2O selesai dilakukan. Penambahan kitosan yang dilakukan diharapkan dapat meningkatkan kristanilitas dan kelenturan serta biokompatibilitas dari HAP sehingga dapat diaplikasikan untuk bidang medis terutama dalam implantasi tulang. Untuk mengetahui karakteristik komposit apatit-kitosan yang dihasilkan, dilakukan karakterisasi dengan XRD (X-Ray Diffraction), SEM (Scanning Electron Microscope), FTIR (Fourier Transform Infrared), EDXA (Energy Dispersive X-Ray Analysis) dan uji mekanik. Hasil karakterisasi XRD pada sampel in-situ dan ex-situ memperlihatkan adanya puncak milik hidroksiapatit (HAp), Apatit Karbonat tipe A (AKA), Apatit Karbonat tipe B (AKB), Okta Kalsium Fosfat (OKF) dan kitosan. Hadirnya puncak milik apatit dan kitosan menandakan bahwa komposit apatit-kitosan berhasil terbentuk. Hasil XRD juga menunjukkan adanya penurunan derajat kristanilitas pada sampel komposit apatit-kitosan yang disebabkan karena kitosan bersifat lebih amorf dibandingkan apatit. Terbentuknya komposit apatit-kitosan juga diperkuat dengan hasil karakterisasi FTIR dan SEM. Pada FTIR, gugus fosfat (PO4), hidroksil (OH) dan karbonat (CO3) yang merupakan milik apatit muncul bersama dengan gugus fungsi milik kitosan yaitu NH2, C-H, dan amida. Pada karakterisasi SEM, terbentuknya komposit apatit-kitosan ditandai dengan morfologi sampel in-situ dan ex-situ yang berbentuk bongkahan yang menunjukkan bahwa kitosan telah berikatan dengan apatit. Kata kunci: apatit, kitosan, in-situ, ex-situ
SINTESIS DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT APATIT-KITOSAN DENGAN METODE IN-SITU DAN EX-SITU
ASTRI LESTARI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009
Judul
:
Nama NRP
: :
Sintesis dan Karakterisasi Komposit Apatit-Kitosan dengan Metode In-situ dan Ex-situ Astri Lestari G74051551
Menyetujui:
Pembimbing 1
Pembimbing 2
Dr. Kiagus Dahlan NIP. 19600507 198703 1 003
Dr. Akhiruddin Maddu NIP. 19660907 199802 1 006
Mengetahui:
Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Dr. Drh. Hasim, DEA NIP. 19610328 198601 1 002
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Shalawat serta salam juga tak lupa tercurah kepada Rasulullah Muhammad SAW. Tema yang dipilih dalam penelitian ini adalah sintesis dan karakterisasi komposit apatit-kitosan dengan metode in-situ dan ex-situ. Penelitian yang merupakan hibah dari PHK A2 ini dilaksanakan sejak bulan Agustus 2008 sampai dengan Mei 2009. Ucapan terimakasih juga penulis haturkan kepada pihak-pihak yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi ini: 1. Dr. Kiagus Dahlan selaku pembimbing pertama dan Dr. Akhiruddin Maddu selaku pembimbing kedua yang telah memberikan banyak masukan, bimbingan dan motivasi. 2. Drs. M. Nur Indro, M. Sc dan Drs. Sidikrubadi P selaku dosen penguji 3. Bapak dan Ibu serta keluarga besar yang telah memberikan dukungan yang luar biasa selama menempuh studi di IPB 4. Seluruh dosen fisika yang telah memberikan ilmu selama ini serta seluruh staf dan pegawai atas kerjasamanya 5. Pak Sulis, Pak Dadang, Pak Didik, Ibu Titis, dan Pak Wawan atas kerjasamanya selama karakterisasi 6. Seluruh teman-teman Fisika 42, 43, dan 44, BEM MIPA 2008, KAMMI, dan kru Puri Salwa atas semua yang telah diberikan 7. Dan semua pihak yang tidak mungkin penulis sebutkan satu persatu.
Bogor, September 2009 Astri Lestari
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 17 Agustus 1987 dari ayah Sarto dan ibu Mujirah. Penulis merupakan putri ketiga dari tiga bersaudara. Pada tahun 2005 penulis lulus dari SMA Negeri 31 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru (SPMB). Penulis memilih Mayor Fisika dan Minor Keuangan Aktuaria, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis dua kali mengikuti lomba karya tulis ilmiah dalam ajang PKM (Program Kreativitas Mahasiswa). Selain itu, penulis aktif mengikuti organisasi kemahasiswaan. Pada tahun ajaran 2006/2007 penulis tercatat sebagai staf PSDM di Himpunan Mahasiswa Fisika. Pada tahun 2007/2008 penulis aktif di Badan Eksekutif Mahasiswa FMIPA selaku staf divisi Sosial dan Lingkungan. Selain di organisasi intrakampus, penulis juga mengikuti organisasi kemahasiswaan ekstrakampus yaitu aktif di KAMMI (Kesatuan Aksi Mahasiswa Muslim Indonesia) pada tahun 2006-2009.
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR ................................................................................................................
i
RIWAYAT HIDUP ....................................................................................................................
ii
DAFTAR ISI ..............................................................................................................................
iii
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................................
v
DAFTAR TABEL ......................................................................................................................
vi
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................................... vii 1. PENDAHULUAN ..................................................................................................................
1
1.1. Latar Belakang .............................................................................................................
1
1.2. Tujuan Penelitian ..........................................................................................................
1
1.3. Waktu dan Tempat Penelitian ..........................................................................................
1
2. TINJAUAN PUSTAKA ..........................................................................................................
1
2.1. Struktur Tulang .............................................................................................................
1
2.2. Mineral Tulang ..............................................................................................................
2
2.3. Mineral Apatit ...............................................................................................................
2
2.4. Struktur Kristal Apatit ...................................................................................................
3
2.5. Kitosan ...........................................................................................................................
3
2.6. X-Ray Diffraction (XRD) ...............................................................................................
4
2.7. Spektroskopi Fourier Transform Infra Red (FTIR) ..........................................................
4
2.8. Scanning Electron Microscopy (SEM) ...........................................................................
5
3. BAHAN DAN METODE ........................................................................................................
6
3.1. Bahan dan Alat ..............................................................................................................
6
3.2. Metode Penelitian ..........................................................................................................
6
3.2.1 Preparasi Sampel ..................................................................................................
6
3.2.2. Kontrol ................................................................................................................
6
3.2.3. In-situ ..................................................................................................................
6
3.2.4. Ex-situ .................................................................................................................
6
3.2.5. Karakterisasi dengan XRD ..................................................................................
7
3.2.6. Karakterisasi dengan FTIR....................................................................................
7
3.2.7. Karakterisasi dengan SEM ...................................................................................
7
4. HASIL DAN PEMBAHASAN..................................................................................................
7
4.1. Analisa XRD .................................................................................................................
7
4.2. Analisa FTIR .................................................................................................................
9
4.3. Analisa Morfologi SEM dan EDXA ...............................................................................
10
4.4. Uji Kekerasan Vickers ...................................................................................................
11
4.5. Massa Komposit Apatit-Kitosan .....................................................................................
11
5. KESIMPULAN DAN SARAN..................................................................................................
12
5.1. Simpulan ........................................................................................................................
12
5.2. Saran .............................................................................................................................
12
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................................
12
LAMPIRAN
............................................................................................................................. 14
DAFTAR GAMBAR
1
Struktur Hidroksiapatit ...........................................................................................................
3
2
Struktur Kimia Kitosan .........................................................................................................
4
3
Sinar-X Menumbuk Atom ....................................................................................................
4
4
Skema FTIR ........................................................................................................................
5
5
Skema SEM .........................................................................................................................
6
6
Pola XRD Kitosan Murni, Sampel Kontrol (A1 dan A2), Sampel In-situ (B1 dan B2) dan Sampel Ex-situ (C1 dan C2) ...................................................................................................
7
7
Pola Spektra FTIR Sampel ...................................................................................................
10
8
Struktur Morfologi SEM Sampel (a) Kontrol, (b) In-situ (c) Ex-situ dan (d) Kitosan Murni ...
10
DAFTAR TABEL
1
Kandungan Unsur Mineral dalam Tulang ...............................................................................
2
2
Formula Kimia, Struktur dan Parameter Kisi Kristal Kalsium Fosfat .....................................
2
3
Spesifikasi Kitosan Niaga ......................................................................................................
4
4
Kode Sampel .........................................................................................................................
7
5
Derajat Kristanilitas Sampel ...................................................................................................
8
6
Ukuran Kristal Sampel ...........................................................................................................
8
7
Parameter Kisi Sampel .........................................................................................................
9
8
Pita Absorpsi Sampel .............................................................................................................
9
9
Rasio Molaritas Ca/P Sampel .................................................................................................
11
10 Rasio Molaritas Ca/P Sampel .................................................................................................
11
DAFTAR LAMPIRAN 1
Diagram Alir Penelitian .........................................................................................................
15
2
Komposisi Massa untuk Menghasilkan Sampel .....................................................................
16
3
Proses Preparasi Sampel.........................................................................................................
17
4
Metode Presipitasi Sampel .....................................................................................................
18
5
Probabilits Fase Sampel .........................................................................................................
19
6
Tabel Data JCPDS .................................................................................................................
22
7
Perhitungan Parameter Kisi Sampel ......................................................................................
24
8
Perhitungan Ukuran Kristal Sampel........................................................................................
30
9
Spektra FTIR Sampel .............................................................................................................
31
10 Komposisi Unsur Sampel Hasil Karakterisasi EDXA..............................................................
35
1
1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kerusakan pada organ tulang merupakan masalah kesehatan yang serius karena tulang merupakan salah satu organ tubuh yang sangat penting bagi manusia. Betapa pentingnya fungsi tulang sehingga apabila terjadi kerusakan maka fungsi kerja dari tubuh akan terhambat. Untuk menangani kerusakan pada tulang tersebut, maka dibutuhkan suatu material yang tepat untuk implantasi tulang. Material pengganti tulang yang umum digunakan adalah autograf (penggantian satu bagian tubuh dengan bagian tubuh yang lainnya dalam satu individu), allograf (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari manusia lain), xenograf (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari hewan), exogemus (penggantian atau implantasi dengan bahan sintetik atau yang biasa disebut dengan biomaterial) dan berbagai macam material sintetik lainnya seperti polimer, material logam, komposit dan biokeramik. Setiap material tersebut memiliki kekurangan dan kelebihan sebagai material untuk memperbaiki tulang, seperti stabilitas kimia, biokompatibilitas, biodegradasi dengan tubuh dalam waktu yang lama [1]. Adanya keterbatasan dalam setiap material tersebut memicu perkembangan riset di bidang biomaterial. Biomaterial merupakan bahan inert yang diimplantasi ke dalam sistem hidup sebagai pengganti fungsi jaringan hidup atau organ [2]. Pemilihan biomaterial yang tepat sangat diperlukan dalam proses implantasi. Tentunya biomaterial yang dipilih adalah yang mudah diperoleh, biokompatibel atau sesuai dengan jaringan keras dalam komposisi dan morfologi kandungannya, bioaktif dan tidak toksik [3]. Material komposit kalsium fosfat dibutuhkan untuk memperbaiki atau mengganti tulang yang rusak. Senyawa kalsium fosfat yang paling stabil adalah hidroksiapatit (HAP) yang memiliki formula Ca10(PO4)6(OH)2 dengan rasio Ca/P sekitar 1,67 [4]. HAp memiliki biokompatibilitas yang baik terhadap kontak langsung dengan tulang. Salah satu sifat biokompatibilitas yang diharapkan adalah tidak mudah getas. Untuk mengoptimalisasikan sifat tersebut maka digunakan kitosan sebagai biopolimer yang diharapkan mampu meminimalisir sifat getas pada HAP.
Kitosan merupakan polisakarida dengan struktur yang mirip dengan selulosa. Kitosan (2-asetamida-deoksi-α-D-glukosa) memiliki gugus amina bebas yang membuat polimer ini bersifat polikationik, sehingga polimer ini potensial untuk diaplikasikan dalam pengolahan limbah, obat-obatan, pengolahan makanan dan bioteknologi. Kitosan merupakan salah satu matriks polimer yang dapat digunakan untuk modifikasi komposit [5]. Matriks polimer dari bahan alami ini diharapkan dapat meningkatkan bioaktivitas, biokompatibel dan sifat mekanik komposit. 1.2 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan: 1. Membuat senyawa komposit apatit-kitosan melalui presipitasi dengan metode in-situ dan ex-situ. 2. Melakukan karakterisasi dan menganalisis komposit apatit-kitosan hasil presipitasi dengan menggunakan XRD (X-Ray Diffraction), FTIR (Fourier Transform Infra Red) dan SEM (Scanning Electron Microscopy) 1.3. Waktu dan Tempat Penelitian ini dilakukan pada bulan Agustus 2008 – Mei 2009 di Laboratoium Biofisika Departemen Fisika IPB. Karakterisasi XRD dilakukan di Litbang Kehutanan Bogor dan PTBIN Batan Serpong, SEM dilakukan di PPGL Bandung, dan FTIR dilakukan di Pusat Studi Biofarmaka LPPM IPB.
2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Struktur Tulang Tulang sebagai bagian dari kerangka manusia memiliki beberapa fungsi antara lain sebagai tempat melekatnya otot dan menyokong jaringan halus, memberikan perlindungan kepada organ-organ internal tubuh sehingga mengurangi resiko organorgan tersebut terluka dan sebagai tempat memproduksi sel darah. Interaksi antar otot pada tulang menyebabkan tulang dapat digerakkan. Selain itu, jaringan tulang menyediakan beberapa mineral antara lain kalsium (Ca) dan fosfor (P). Ketika diperlukan, tulang akan melepaskan mineral ke dalam darah sehingga tercipta keseimbangan mineral di dalam tubuh [6]. Komposisi utama jaringan tulang adalah mineral, air, dan matriks kolagen. Masingmasing komponen jumlahnya bergantung pada spesies, umur, jenis kelamin, jenis tulang
2
dan posisi tulang. Tulang terdiri dari dua komponen utama yaitu rangka organik dan garam anorganik. Mineral tulang merupakan komponen anorganik tulang, sedangkan kolagen merupakan komponen organik tulang. Serat kolagen memberikan tulang kemampuan untuk meregang dan memutar. Kombinasi dari serat dan garam menjadikan tulang kuat tanpa menjadi rapuh [7]. Tulang merupakan jaringan hidup dan bersifat dinamis sehingga struktur tulang dapat berubah karena gaya luar yang didapat selama hidup. Tulang juga mengalami rekonstruksi internal atau remodelling. Remodelling adalah proses tulang lama akan dihancurkan dan diganti oleh tulang baru. Proses ini berlangsung selama hidup manusia dan terjadi pada semua tulang. Selain itu tulang juga mengalami perkembangan atau osifikasi. Ada dua tipe osifikasi yaitu osifikasi intramembranus dan osifikasi endokondral [8]. Rangka berkembang dari transformasi jaringan embrionik yang menjadi tulang. Jaringan yang menjadi tulang tersebut berasal dari sel-sel yang terdapat pada lapisan mesodermal embrio. Jika jaringan embrionik langsung bertransformasi menjadi tulang disebut osifikasi intramembranus. Jika sel mesodermal bertransformasi menjadi kartilago dahulu sebelum menjadi tulang maka prosesnya disebut osifikasi endokondral. 2.2. Mineral Tulang Jaringan keras tulang adalah material komposit alami, yang mengandung 60% mineral, 30% matriks, dan 10% air. Kombinasi yang demikian memberikan fungsi mekanik yang dibutuhkan oleh tulang untuk penyangga tubuh dan pendukung gerakan [9]. Komponen utama material anorganik adalah senyawa kalsium fosfat yang berhubungan erat dengan kristal stabil kalsium fosfat yang biasanya disebut dengan hidroksiapatit (HAP)[10]. Kandungan unsur mineral tulang dapat dilihat pada Tabel 1. Apatit biologi yang hadir dalam tulang mempunyai karakteristik kristanilitas rendah dan nonstokiometri. Hal ini disebabkan oleh kehadiran ion asing selain ion kalsium dan fosfat. Sebagian ion ini masuk ke dalam kisi kristal apatit dan sebagian lain hanya diabsorpsi pada permukaan kristal [11].
Tabel 1. Kandungan unsur mineral dalam tulang Unsur Ca P Mg Na K C Cl F Zat Sisa Total
% Berat 34 15 0,5 0,8 0,2 1,6 0,2 0,08 47,62 100
2.3. Mineral Apatit Apatit adalah istilah umum untuk kristal mineral dengan komposisi M10(ZO4)6X2. Elemen-elemen yang menempati M, Z, dan X adalah: M = Ca, Mg, Sr, Ba, Cd, Pb, dst. Z = P
Ca/P
Struktur kristal
HAP
1,67
Heksagonal
DKFD
1,00
Monoklinik
OKF
1,33
Triklinik
TKF
1,50
Rombohedral
Parameter kisi a = 9,42 Å c = 6,88 Å a = 5,81 Å b = 15,18 Å c = 6,24 Å β = 116,4o a = 19,87 Å b = 9,63 Å c = 6,88 Å α = 89,3o β = 92,2o γ = 108,9o a = b = 10,3 Å c = 37,0 Å
3
Pada umumnya, kalsium fosfat hadir dalam bentuk campuran amorf maupun berbagai kristal (dapat berada dalam berbagai fase). Formula kimia, struktur dan parameter kisi kristal kalsium fosfat dari tiap fase diperlihatkan pada Tabel 2. Fase-fase tersebut terdiri dari satu fase amorf dan empat fase kristal, yaitu: 1. Kalsium fosfat amorf (KFA), memiliki rumus kimia yang bervariasi, kaya akan HPO42- dan mempunyai harga rasio molar unsur Ca dan P rendah. Selain ion kalsium dan fosfat, ion lain seperti CO32-, HCO3- , Mg2+ dan sebagainya juga dapat masuk dan mengganggu struktur KFA. 2. Dikalsium fosfat dihidrat (DKFD, Ca2HPO4.2H2O), merupakan tahap awal proses pertumbuhan kristal hidroksiapatit. Kristal DKFD ini memiliki ukuran yang kecil sehingga dalam profil XRD masih tampak seperti amorf. DKFD dapat dihasilkan dari medium dengan pH di bawah 6,6 yang kemudian mengalami hidrolisis dan berubah menjadi OKF. 3. Oktakalsium fosfat (OKF, Ca8H2(PO4)5H2O), mempunyai struktur yang mirip dengan hidroksiapatit. 4. Trikalsium fosfat (TKF, Ca3(PO4)2), kristal TKF mempunyai kemungkinan kecil dalam salah satu komponen mineral jaringan keras. Hidroksiapatit (HAP, Ca10(PO4)6(OH)2), merupakan fase kristal yang paling stabil. [13]. 2.4. Struktur Kristal Apatit Struktur hidroksiapatit adalah heksagonal dengan a = b = 9,423 Å dan c = 6,881 Å. Struktur ini dapat dipandang sebagai struktur kristal ideal heksagonal (closed-packed) dari ion PO43- yang mengalami distorsi akibat kehadiran unsur Ca2+ dan ion OH- di celah antara ion-ion PO43- [14].
Gambar 1. Struktur Hidroksiapatit [15]
Gambar 1. menunjukkan unit sel struktur hidroksiapatit. Unit sel terdiri dari 2 subsel prisma segitiga rombik. Atom Ca ditunjukkan oleh lingkaran hijau, atom O oleh lingkaran biru, dan atom P oleh lingkaran merah. Terdapat dua kaca datar horizontal yaitu pada z = ¼ dan z = ¾ dan sebagai tambahan terdapat bidang tengah inversi tepatnya di setiap tengah muka vertikal dari setiap subsel. Unit sel kristal hidroksiapatit memiliki 2 jenis atom Ca yang disebut Ca1 dan Ca2. Perbedaannya terletak pada lokasi atom Ca. Setiap subsel memiliki 3 pusat. Atom Ca 1 puncak dan dasar masing-masing dihitung sebagai ½ Ca1, sementara Ca1 tengah dihitung sebagai satu Ca1 sehingga masing-masing subsel tersebut memiliki 2 atom Ca dari Ca1. Setiap unit sel memiliki 6 atom Ca2. Total atom Ca setiap unit sel adalah 10 yang terdiri dari 4 atom Ca1 dan 6 atom Ca2. Atom-atom Ca2 membentuk 2 segitiga normal hingga sumbu c dan berotasi sebesar 60o [15]. 2.5. Kitosan Kitosan adalah biopolimer natural, berpotensi dalam teknik jaringan. Kitosan banyak terdapat di alam, salah satunya dari kepiting [16]. Sebagai polimer alam keberadaan kitosan di alam kedua setelah selulosa. Kitosan merupakan polisakarida alam yang terdapat di biota laut, dengan strukturnya menyerupai glycosaminoglycansi [17]. Senyawa ini tidak dapat disintesis secara kimia dan tersusun oleh satuan molekul Nasetil-D-glukosamin [18]. Karakteristik fisikokimia kitosan seperti fleksibilitas rantai dalam larutan, sifat reologi, ukuran kristal dan kristalinitas kitosan bergantung pada faktor intrinsik seperti derajat deasetilasi, distribusi grup asetil, bobot molekular, dan distribusinya [19]. Karakteristik fisikokimia kitosan dapat dilihat pada Tabel 3. Derajat deasetilasi merupakan salah satu sifat kimia yang penting, yang dapat mempengaruhi kegunaannya dalam berbagai aplikasi. Derajat deasetilasi menyatakan banyaknya gugus amino bebas dalam polisakarida. Kitosan merupakan kitin dengan derajat deasetilasi lebih dari 70%. Deasetilasi adalah proses pengubahan gugus asetil (NHCOCH3) dari rantai molekular kitin menjadi gugus amina lengkap (-NH2) pada kitosan dengan penambahan NaOH konsentrasi tinggi. Reaksi deasetilasi kitin pada dasarnya adalah suatu reaksi hidrolisis amida dari α-(1-4)-2-asetamida-2-deoksi-Dglukosa. Kemampuan kitosan utamanya
4
Gambar 2 Struktur kimia kitosan
Gambar 3. Sinar-X Menumbuk Atom
Tabel 3. Spesifikasi kitosan niaga
Sinar-X berinteraksi dengan elektron di dalam atom. Ketika foton sinar-X menumbuk elektron, beberapa foton akan dihamburkan dengan arah yang berbeda dari arah datangnya seperti halnya bola biliar yang saling bertumbukkan. Gelombang difraksi dari atom yang berbeda-beda dapat saling berinterferensi maksimal yang tajam (puncakpuncak) dengan kesimetrian sama yang menggambarkan distribusi atom-atom. Pengukuran pola difraksi akan menggambarkan distribusi atom di dalam bahan [24]. Puncak-puncak pola difraksi sinar-X berhubungan dengan jarak antar bidang. Jika sinar-X dilewatkan pada atom-atom yang tersusun secara teratur dan periodik seperti diilustrasikan pada gambar secara dua dimensi dimana jarak antar bidang adalah d, maka difraksi dapat dituliskan sebagai 2 d sin θ = n λ (1) Persamaan tersebut dikenal sebagai hukum Bragg. Pada persamaan, λ merupakan panjang gelombang sinar-x, θ adalah sudut hamburan dan n adalah orde difraksi. Parameter kisi HAp telah diketahui memiliki sistem heksagonal, yakni dengan menggunakan persamaan [24]:
No 1
Parameter Ukuran partikel
2 3
Warna Kelarutan
4 5 6 7 8 9
Kadar abu (%) Kadar air (%) Warna larutan N-deasetilasi (%) Ph Viskositas (cPs) - rendah - medium - tinggi - sangat tinggi
Ciri Serbuk sampai bubuk Putih kelabu 97% dalam 1% asam asetat 2,0 10,0 Tak berwarna 70,0 6,5 – 8,0 200 200 – 799 800 – 2000 2000
bergantung pada derajat kimia reaktif yang tinggi gugus aminonya [20]. Kitosan memiliki karakter bioresorbabel, biokompatibel, non-toksik, non-antigenik, biofungsional, dan osteokonduktif. Karakter osteokonduktif yang dimiliki kitosan dapat mempercepat pertumbuhan osteoblas sehingga mempercepat pembentukkan sel-sel tulang [21]. Karakter lain yang dimiliki kitosan adalah tidak larut dalam air, alkali dan pelarut organic tetapi larut dalam larutan asam organikdan dapat terdegradasi oleh enzim dala tubuh. Komposit kitosan apatit dapat meningkatkan bioaktivitas. 2.6. X-Ray Diffraction (XRD) Adanya struktur kristal dapat dibuktikan dengan percobaan difraksi sinar-X. Berkas gelombang elektromagnetik yang mengenai kristal mengalami difraksi sesuai dengan hukum fisika [22]. X-Ray Diffraction (XRD) digunakan untuk mengetahui nilai parameter kisi, struktur kristal dan derajat kekristalan. Derajat kekristalan adalah besaran yang menyatakan banyaknya kandungan kristal dalam suatu materi dengan membandingkan luasan kurva puncak dengan total luasan amorf dan kristal [23].
1 d
2
2 2 2 4 h hk k l 2 c2 3 a
(2)
Ukuran kristal dihitung dengan menggunakan persamaan Scherrer sebagai berikut: D
k
C os
(3)
dimana β merupakan FWHM (Full width at half maximum) dari garis difraksi skala 2θ, λ merupakan panjang gelombang yang digunakan pada alat XRD yaitu 0,15406 nm dan k adalah konstanta untuk material biologi yang nilainya adalah 0,94. 2.7. Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FTIR) FTIR merupakan salah satu teknik spektroskopi inframerah yang dapat mengidentifikasi kandungan gugus kompleks
5
dalam senyawa kalsium fosfat, tetapi tidak dapat digunakan untuk menentukan unsurunsur penyusunnya. Pada spektroskopi inframerah, spektrum inframerah terletak pada daerah dengan panjang gelombang 0,78 sampai 1000 μm atau bilangan gelombang dari 12800 sampai 1 cm-1. FTIR termasuk ke dalam kategori radiasi inframerah pertengahan (bilangan gelombang 4000-200 cm-1). Plot antara presentase transmitansi dengan bilangan gelombang akan menghasilkan spektrum inframerah dan setiap tipe ikatan yang berbeda mempunyai frekuensi vibrasi yang sedikit berbeda, maka tidak ada dua molekul yang berbeda strukturnya akan mempunyai bentuk serapan inframerah atau spektrum inframerah yang sama [25]. FTIR memanfaatkan energi vibrasi gugus fungsi penyusun senyawa hidroksiapatit, yaitu gugus PO43-, gugus CO32-, serta gugus OH-. Gugus PO43- mempunyai empat mode vibrasi yaitu: 1. Vibrasi simetri stretching (υ1) dengan bilangan gelombang sekitar 956 cm-1 2. Vibrasi simetri bending (υ2) dengan bilangan gelombang sekitar 430-460 cm-1 3. Vibrasi asimetri stretching (υ3) dengan bilangan gelombang sekitar 1040-1090 cm-1 4. Vibrasi asimetri bending (υ4) dengan bilangan gelombang sekitar 575-610 cm-1 Bentuk pita υ3 dan υ4 yang tidak simetri merupakan tanda bahwa senyawa hidroksiapatit tidak seluruhnya dalam bentuk amorf. Spektrum hidroksiapatit dapat diteliti yaitu pada υ4 dalam bentuk belah dengan maksimum 562 cm-1 dan 602 cm-1. Pita absorpsi υ3 mempunyai dua puncak maksimum yaitu pada bilangan gelombang 1090 cm-1 dan 1030 cm-1. Pita absorpsi υ1 dapat dilihat pada bilangan gelombang 960 cm-1 [26]. Puncak pada 633 cm-1 dan 3570 cm-1 menunjukkan vibrasi dari OH. Luas puncak pada 3500 cm-1 dan puncak pada 1660 cm-1 menunjukkan penyerapan air [15,17]. Ikatan karbonat teramati pada 870 dan 1430cm-1[27]. Kitosan murni ditunjukkan pada puncak 1255 cm-1 dan 1040 cm-1 menunjukkan amino primer yang bebas (-NH2) pada posisi C2 dari glucoseamine, kelompok utama pada kitosan. Puncak pada 1380, 1420, 2870 dan 2920 cm_1 berkaitan dengan C-H. Ikatan pada 280 dan 2920 cm-1 adalah aliphatic C-H stretching. Ada sebuah penyerapan ikatan amida pada 1565 cm-1. Bilangan gelombang 1605cm-1 berkaitan dengan C=O.
Gambar 4. Skema FTIR Puncak pada 3420 cm-1 menunjukkan –OH stretching. Ada sebuah amino asetil pada puncak 1650 cm-1 yang diindikasikan sebagai kitosan tidak mengalami deacetylated secara penuh.[28]. Spektra inframerah kitosan murni menginformasikan adanya pita serapan gugus fungsi –OH pada bilangan gelombang 3433,45 cm-1. Pita serapan yang lebar dan kuat pada daerah 3450-3200 cm-1 tersebut tumpang tindih dengan gugus N-H amina. Pita serapan utama lainnya antara 1220-1020cm-1 menunjukkan gugus amino bebas primer (NH2), suatu gugus utama dalam kitosan serta mengindikasikan vibrasi regang C-O dari gugus alkohol. Serapan pada bilangan gelombang 2921,18 cm-1 mengindikasikan vibrasi regang -CH2- dari gugus –CH. Pita serapan antara 1640–1560 cm-1 menunjukkan vibrasi bending N-H dari gugus amina yang merupakan serapan karakteristik kitosan. Selain itu, serapan dengan intensitas medium pada bilangan gelombang 1379,61 dan 1454,37cm-1 merupakan vibrasi bending -CH3 dari gugus C-H [29]. 2.8. Scanning Electron Microscopy (SEM) Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan alat yang dapat membantu mengatasi permasalahan analisis struktur mikro dan morfologi dalam berbagai bidang. Pemercepat elektron (electron gun) menghasilkan pancaran elektron monokromatis. Lensa pemfokus pertama menghasilkan pancaran dan batas arus, pada celah lensa berfungsi untuk mengurangi pembelokkan sudut. Lensa pemfokus kedua membentuk pelemahan (pancaran sinar koheren), celah lensa dikendalikan untuk mengurangi pembelokkan sudut dari pancaran lensa pertama. Pancaran yang dilewatkan lensa kedua akan mengalami proses scan oleh
6
Untuk larutan kitosan, komposisi massa kitosan yang digunakan yaitu menggunakan perbandingan 35:55 (massa kitosan:massa HAP). Massa HAP didapat dari hasil presipitasi sampel kontrol. Kitosan dilarutkan dengan asam asetat 2%. Pada penelitian ini dilakukan dua metode pada sampel yaitu in-situ dan ex-situ. Perbedaan kedua metode ini terletak pada proses penambahan kitosan saat presipitasi sampel berlangsung.
Gambar 5. Skema SEM koil penyearah untuk membentuk gambar dan diteruskan ke lensa akhir untuk difokuskan ke sampel. Interaksi pancaran elektron dengan sampel dan elektron yang dipantulkan diterima oleh detektor. Detektor akan menghitung elektron-elektron yang diterima dan menampilkan intensitasnya. Energy Dispersive X-Ray (EDXA) merupakan satu perangkat dengan dengan SEM. Pengukuran EDXA merupakan perangkat analisa sedara kuantitatif untuk menentukan kadar unsur dalam sampel.
3. BAHAN DAN METODE 3.1. Bahan dan Alat Bahan yang digunakan yaitu CaCl2.2H2O(s) pro analis, Na2HPO4.2H2O(s) pro analis, kitosan, CH3COOH 2%, aquades, aquabides, dan gas nitrogen (N2). Alat yang digunakan antara lain buret, beaker glass, statip, gelas ukur, labu takar, corong, kertas saring, furnace, incubator, magnetic stirrer, hot plate, termometer digital, sudip, neraca analitik, dan sentrifuse. Karakterisasi menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infra Red (FTIR), dan Uji Mekanik. 3.2. Metode Penelitian 3.2.1. Preparasi Sampel Senyawa Na2HPO4.2H2O dan CaCl2.2H2O masing-masing dilarutkan dengan aquabides sebanyak 50ml. Komposisi massa yang digunakan Na2HPO4.2H2O 1,7801g, CaCl2. 2H2O 2,4554g. Komposisi massa ini diperoleh dengan menggunakan perbandingan molaritas Ca/P sebesar 0,334:0,2.
3.2.2. Kontrol Pada kontrol dibuat HAP murni yang dihasilkan dari proses presipitasi tanpa menggunakan tambahan kitosan. Larutan Na2HPO4.2H2O 50 ml disiapkan dalam beaker glass yang diletakkan di atas hot plate dalam kondisi atmosfir nitrogen. Ketika suhu larutan Na2HPO4.2H2O 50 ml mencapai 70oC, larutan CaCl2.2H2O 50ml diteteskan ke dalamnya dengan kecepatan konstan menggunakan buret. Selama proses presipitasi berlangsung, suhu larutan tetap dikontrol pada 70oC dengan kecepatan stirring sekitar 400 rpm. Setelah proses presipitasi selesai, larutan di-agging selama 24 jam kemudian dipanaskan dalam inkubator pada suhu 50oC selama 48 jam. 3.2.3. In-situ Pada metode in-situ proses pembentukkan mineral apatit dilakukan dalam matrik kitosan. Larutan Na2HPO4.2H2O 50 ml dalam beaker glass ditambahkan dengan larutan kitosan kemudian diletakkan di atas hot plate dalam kondisi atmosfir nitrogen. Ketika suhu larutan Na2HPO4.2H2O 50 ml dan kitosan mencapai 70oC, larutan CaCl2.2H2O 50 ml diteteskan ke dalamnya dengan kecepatan konstan menggunakan buret. Selama proses presipitasi berlangsung, suhu larutan tetap dikontrol pada 70oC dengan kecepatan stirring sekitar 400 rpm. Setelah proses presipitasi selesai, larutan di-agging selama 24 jam kemudian dipanaskan dalam inkubator pada suhu 50oC selama 48 jam. 3.2.4. Ex-situ Pada metode ex-situ, penambahan larutan kitosan dilakukan setelah proses presipitasi selesai dilakukan. Larutan Na2HPO4.2H2O 50 ml disiapkan dalam beaker glass yang diletakkan di atas hot plate dalam kondisi atmosfir nitrogen. Ketika suhu larutan Na2HPO4.2H2O 50 ml mencapai 70oC, larutan CaCl2.2H2O 50 ml diteteskan ke dalamnya dengan kecepatan
7
konstan menggunakan buret. Selama proses presipitasi berlangsung, suhu larutan tetap dikontrol pada 70oC dengan kecepatan stirring sekitar 400 rpm. Setelah proses presipitasi selesai, larutan kitosan diteteskan dengan menggunakan pipet. Selama penetesan, suhu larutan dan kecepatan stirring tetap dikontrol masing-masing pada 70oC dan 400 rpm. Larutan kemudian diagging selama 24 jam kemudian dipanaskan dalam inkubator pada suhu 50oC selama 48 jam.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisa XRD Karakterisasi XRD dilakukan untuk mengetahui fasa yang terbentuk pada sampel, derajat kristanilitas sampel, parameter kisi kristal dan ukuran kristal sampel. Analisa yang dilakukan dengan mencocokkan data JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards). Berikut ini adalah pola XRD yang didapat dari masing-masing sampel. 600
3.2.5. Karakterisasi XRD Alat yang digunakan pada karakterisasi XRD ini adalah Shimidzu XRD 7000 dengan sumber target CuK α (λ= 1.54056 Angstrom). Sampel yang akan dikarakterisasi berbentuk serbuk yang diletakkan dalam holder yang berukuran 2x2 cm2 pada difraktometer.
Intensitas
500 400 300
Kitosan Kitosan
200 100 0 5
15
25
200
35 45 Sudut 2
55
65
75
Kontrol Intensitas (arb. unit)
3.2.6. Karakterisasi FTIR Sampel yang akan diuji dengan FTIR dibuat dalam bentuk pelet inframerah (IR). Pelet dibuat dengan mencampurkan dua mg sampel dengan 100 mg KBr yang kemudian di IR dengan jangkauan bilangan gelombang 4000 – 400 cm-1. Pada setiap pengukuran, pelet KBr selalu dijadikan satu agar latar belakang absorpsi dapat dihilangkan.
Hap AKA AKB OKF Kitosan
150
100
50
0
Tabel 4 Kode Sampel Kode Sampel
Komposisi
10
20
30
40
50
60
70
80
Sudut 2 (deg) 200 IN-SITU
Intensitas (arb.unit)
3.2.7. Karakterisasi SEM/EDXA Sampel diletakkan pada plat aluminium yang memiliki dua sisi. Sampel tersrbut kemudian dilapisi dengan lapisan emas setebal 48 nm. Sampel yang telah dilapisi tersebut dikarakterisasi SEM dengan tegangan 22 kV dan perbesaran 5000x, 10.000x dan 20.000x.
Penambahan Kitosan
Hap AKA AKB OKF Kitosan
150
100
50
0 10
20
30
40
50
60
70
80
Sudut 2 (deg)
CaCl2.2H2O + Na2HPO4.2H2O
200
-
B (In-situ)
CaCl2.2H2O + Na2HPO4.2H2O
Sebelum presipitasi
C (Ex-situ)
CaCl2.2H2O + Na2HPO4.2H2O
Setelah presipitasi
EX-SITU
Intensitas (arb.unit)
A (Kontrol)
Hap AKA AKB OKF Kitosan
150
100
50
0 10
20
30
40
50
60
70
Sudut 2 (deg)
Gambar 6 Pola XRD Kitosan murni, sampel kontrol, In-situ dan Ex-situ
80
8
Gambar 6 memperlihatkan pola XRD yang terbentuk pada kitosan murni dan ketiga sampel. Pola XRD kitosan murni memperlihatkan puncak-puncak karakteristik pada 2θ = 9,88o dan 19,86o. Dari pola tersebut juga terlihat bahwa kitosan murni memiliki struktur campuran antara kristalin dan amorf. Pola XRD untuk ketiga sampel memperlihatkan bahwa sebagian besar fasa yang terbentuk pada masing-masing sampel adalah HAP. Fasa lainnya yang terbentuk yaitu apatit karbonat tipe-A (AKA), apatit karbonat tipe-B (AKB), dan okta-kalsium fosfat (OKF). Pada sampel kontrol, puncakpuncak yang terbentuk tidak semuanya hadir dalam fasa HAP. Puncak tertinggi yang didapat pada sampel kontrol merupakan milik OKF. Puncak tertinggi HAP kontrol yaitu pada sudut 2θ = 31,940. Pada sampel in-situ, puncak tertinggi yang terbentuk merupakan milik HAP yakni pada sudut 2θ = 31,840. Puncak tertinggi pada ex-situ, fase yang terbentuk merupakan milik HAP yaitu pada sudut 2θ = 31,740. Hadirnya fase karbonat pada sampel dapat terjadi karena pada struktur HAP karbonat dapat menggantikan ion OHdengan membentuk AKA dan menggantikan ion PO4- dengan membentuk AKB. Pada umumnya presipitasi pada temperatur rendah akan membentuk AKB, sedangkan apatit yang dipresipitasi pada temperatur tinggi akan menghasilkan AKB. Pola XRD sampel komposit apatit-kitosan baik pada in-situ maupun ex-situ, memperlihatkan adanya puncak milik kitosan yang muncul di beberapa titik sudut. Pada sampel in-situ, puncak milik kitosan muncul pada sudut 2θ = 10,160. Sementara pada sampel ex-situ, memiliki puncak bersama yaitu milik kitosan dan HAP yang terletak pada sudut 2θ = 10,820. Munculnya puncak milik kitosan pada komposit apatit-kitosan ini menandakan bahwa apatit telah mengisi matrik kitosan. Rendahnya intensitas yang dimiliki oleh puncak kitosan terjadi karena kitosan telah menyebar dalam sampel dan struktur dari kitosan yang lebih amorf dibandingkan kristal apatit. Pengukuran derajat kristanilitas diperoleh langsung dari program karakterisasi XRD. Derajat kristanilitas merupakan besaran yang menyatakan banyaknya kandungan kristal dalam suatu material dengan membandingkan luasan kurva kristal dengan luasan amorf dan kristal. Penambahan kitosan baik pada metode in-situ dan ex-situ mempengaruhi nilai derajat kristanilitas pada sampel. Pada Tabel 5 terlihat perbedaan derajat kristanilitas yang diperoleh
pada sampel kontrol, in-situ, dan ex-situ. Dari tabel tersebut memperlihatkan bahwa sampel kontrol memiliki derajat kristanilitas paling tinggi yaitu 84,26% dibandingkan dengan sampel in-situ (62,59%) dan sampel ex-situ (73,89%). Hal ini menunjukkan bahwa penambahan kitosan pada komposit Apatitkitosan mengakibatkan menurunnya nilai derajat kristanilitas dibandingkan sampel kontrol yang tanpa penambahan kitosan. Sampel in-situ memiliki derajat kristanilitas lebih rendah dibandingkan sampel ex-situ. Hal ini dapat terjadi karena dalam metode in-situ proses pembentukkan mineral apatit dilakukan dalam matrik kitosan, sehingga kitosan lebih banyak menyebar dan mengakibatkan sampel bersifat lebih amorf. Penambahan kitosan yang mengakibatkan turunnya nilai kristanilitas ini mengindikasikan bahwa kitosan telah berikatan dengan apatit. Pada Tabel 6 memperlihatkan nilai ukuran kristal sampel yang dihitung menggunakan persamaan Scherrer. Ukuran kristal yang diperoleh pada sampel berkisar antara 23-25 nm. Ukuran kristal antara apatit dan komposit apatit-kitosan tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan. Ukuran kristal yang diperoleh ini berbanding terbalik dengan nilai FWHM, sampel yang memiliki FWHM yang rendah akan menghasilkan ukuran kristal yang lebih besar. Parameter kisi dapat dihitung dengan menggunakan jarak antar bidang pada geometri kristal heksagonal dengan menggunakan persamaan (1) dan (2). Hasil parameter kisi dapat dilihat pada Tabel 7. Berdasarkan hasil perhitungan, parameter kisi sampel berada pada kisaran HAp dengan nilai akurasi mencapai 98-99%, sehingga dapat dikatakan bahwa fase yang terbentuk pada sampel adalah HAP. Tabel 5. Derajat kristanilitas sampel Sampel Kristalinitas (%) Kontrol 84,26 In-situ 62,59 Ex-situ 73,89 Tabel 6. Ukuran kristal sampel Kode β (deg) β (rad) Sampel A 0,38 0,00663 B 0,39 0,00681 C 0,39 0,00681
D002 (nm) 24,473728 23,848308 23,825180
9
Tabel 7. Parameter kisi sampel 3439 cm-1. Pada sampel in-situ (B) dan ex-situ (C) telah terbentuk gugus NH2, C-H dan amida I yang merupakan karakteristik dari kitosan. Pada sampel B, gugus NH2 bertumpuk dengan gugus milik OH sehingga pada spektra FTIR terlihat lebih lebar pada daerah bilangan gelombang 3430 cm-1. Gugus C-H juga muncul pada sampel in-situ . Gugus C-H muncul pada bilangan gelombang 2930 cm-1. Gugus amida I pada sampel B muncul pada bilangan gelombang 1634 cm-1. Gugus amida yang hadir ini bertumpukan dengan gugus OH sehingga pita serapan terlihat sedikit lebih lebar. Pada sampel ex-situ (C) gugus NH2 terbentuk pada bilangan gelombang 3152 cm-1 dan 3404 cm-1. Gugus amida muncul pada sampel ex-situ (C). Gugus ini terbentuk bertumpukan dengan gugus OH. Hadirnya gugus NH2, C-H, dan amida pada sampel B dan C yang merupakan karakteristik dari kitosan menandakan bahwa kitosan telah berikatan dengan apatit. Kemunculan gugus fungsi HAp dan gugus fungsi NH2, C-H, dan amida yang merupakan milik kitosan menandakan bahwa komposit apatit-kitosan pada sampel B dan C telah berhasil terbentuk. Penambahan kitosan dengan metode in-situ dan ex-situ tidak memperlihatkan hasil yang terlalu signifikan. Gusus fungsi yang hadir pada kedua sampel sama hanya berbeda pada nilai transmisinya saja. Hal ini bisa dilihat dari bentuk spektra pada Gambar 7.
Parameter Kisi
Kode Sampel
a (Å)
Accuracy
c (Å)
Accuracy
A
9,718
96,872
6,997
98.311
B
9,581
98,321
6,908
99,614
C
9,617
97,936
6,954
98,938
4.2. Analisa FTIR Spektroskopi FTIR mengidentifikasi gugus fungsi yang terbentuk pada sampel. Gugus fungsi yang teridentifikasi pada HAP diantaranya adalah gugus fosfat (PO4), gugus karbonat (CO3), dan gugus hidroksil (OH). Pada komposit apatit-kitosan muncul gugus NH2, C-H, amida I dan amida II yang merupakan karakteristik dari kitosan. Tabel 8 memperlihatkan peta absorpsi FTIR dari keseluruhan sampel. Spektrum IR pada ketiga sampel tersebut menunjukkan adanya pita absorpsi fosfat υ1, υ3, dan υ4, pita absorpsi karbonat υ2 dan υ3, serta pita absorpsi hidroksil. Munculnya ketiga gugus tersebut menandakan bahwa pada sampel kontrol, insitu dan ex-situ telah terbentuk HAP. Pada sampel kontrol (A), pita absorpsi fosfat υ 1 muncul pada bilangan gelombang 961 cm-1. Sementara pita absorpsi fosfat υ3 muncul pada bilangan gelombang 1035 cm-1 dan 1085 cm-1. Gugus fosfat υ4 pada sampel A muncul pada bilangan gelombang 563 cm-1 dan 607 cm-1. Gugus karbonat pada sampel A hadir pada kisaran bilangan gelombang 893 cm-1 dan 896 cm-1. Gugus hidroksil pada sampel A muncul pada bilangan gelombang 1636 cm-1 dan Tabel 8. Peta Absorpsi FTIR sampel
Kode Sampel
Pita Absorpsi (cm-1) PO4 (υ1)
PO4 (υ3)
PO4 (υ4)
CO3 (υ2)
961
1035
563
893
1085
607
1032
562
894
605
896
562
869
CO3 (υ3)
OH
NH2
C-H
Amida I
Amida II
1636
-
-
-
-
3430
2930
1634
-
A
960
3439 1402
1634
B
960
1030
3430 1403
1633
3404
3404
3152
C 605
1633
10 Pola FTIR
Transmitansi
Kontrol In-situ Ex-situ Kitosan
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Bilangan Ge lombang (cm-1)
Gambar 7. Pola Spektra FTIR sampel 4.3. Analisa Morfologi SEM dan EDXA Karakterisasi SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi sampel pada skala mikro. Untuk mengetahui kandungan Ca dan P yang dimiliki pada sampel apatit dan komposit apatit-kitosan maka dilakukan karakterisasi EDXA. Gambar 8 memperlihatkan hasil analisa SEM pada keenam sampel dan morfologi kitosan murni.
c
a
d
b
Gambar 8. Struktur morfologi SEM sampel (a) Kontrol, (b) In-situ, (c) Exsitu, dan (d) kitosan murni.
11
Tabel 9 Rasio Molaritas Ca/P Sampel Kode Sampel Ca/P A
1,752
B
1,723
C
1,622
Partikel apatit dalam komposit menyebar seragam, dapat terlihat melalui matriks kitosan yang telah saling berhubungan antar sel. Bentuk pori-pori terlihat berubah dibandingkan sampel HAP sendiri, dalam sampel kitosan murni pori-pori lebih datar dan ketika HAP bergabung pori-pori terlihat lebih banyak membulat [30] . Morfologi sampel kitosan murni pada Gambar 8d memperlihatkan struktur kitosan dengan pori-pori yang tampak kecil dan permukaan yang halus dan datar. Pada sampel kontrol (a) yang merupakan HAP tanpa penambahan kitosan, permukaannya terlihat datar dan butiran-butiran yang terbentuk berukuran relatif kecil dan halus. Sementara pada sampel in-situ (b) morfologi permukaannya terlihat lebih kasar dan berbentuk bongkahan-bongkahan sehingga pori-pori yang terbentuk menjadi lebih besar. Pada sampel ex-situ (c), morfologi yang terbentuk juga berupa bongkahan dan permukaannya terlihat kasar dibandingkan dengan kontrol. Secara umum morfologi sampel (b) dan (c) tidak terlihat berbeda secara signifikan. Morfologi komposit apatit-kitosan yang berupa bongkahan pada sampel (b) dan (c) menunjukkan bahwa telah terbentuk komposit apatit-kitosan, dimana kitosan berperan sebagai matrik tempat apatit tumbuh. Rasio molaritas Ca/P diperoleh dengan pengukuran EDXA yang dilakukan bersamaan dengan karakterisasi SEM. Rasio Ca/P pada HAp adalah 1,67 [4]. Rasio Ca/P yang diperoleh relatif lebih besar, kecuali pada sampel ex-situ dimana rasio Ca/P sedikit lebih kecil. Nilai rasio Ca/P yang diperoleh dapat dipengaruhi oleh munculnya gugus karbonat seperti yang terlihat dari hasil analisa FTIR dan XRD. Pada FTIR menunjukkan adanya pita absorpsi milik karbonat dan pada analisa XRD menunjukkan bahwa terdapat fasa lain yang terbentuk selain HAP yaitu AKA, AKB dan OKF. Kehadiran karbonat ini akan mempengaruhi jumlah Ca dan P pada sampel, sehingga rasio yang didapatkan tidak tepat 1,67. Rasio Ca/P didapatkan dengan membandingkan persentasi massa dibagi dengan massa relatif Ca dan P, sehingga akan
didapatkan perbandingan molaritas antara Ca dan P. 4.4. Uji Kekerasan Vickers Uji kekerasan sampel diukur dengan perangkat uji vickers. Alat yang digunakan adalah shimadzu micro hardness tester tipe M, Shimadzu Corporation Kyto-Jepang. Untuk melakukan uji kekerasan, sampel yang akan diuji permukaannya harus rata. Salah satu cara yang digunakan untuk mendapatkan sampel yang memiliki permukaan rata adalah dengan metode molding. Proses molding dilakukan dengan cara menambahkan epoxy resin dan hardener pada sampel di suatu cetakan. Setelah itu cetakan sampel tersebut dibiarkan sampel mengering. Setelah mengering kemudian dipoles dengan ampelas hingga permukaannya rata dan sampel siap dikarakterisasi. Uji kekerasan sampel dilakukan pada tiga titik yang berbeda posisi. Namun setelah dilakukan pengujian kekerasan ternyata sampel kontrol, in-situ dan ex-situ tidak dapat terukur. Hal ini dikarenakan struktur sampel yang terlalu lunak. 4.5. Massa Komposit Apatit-Kitosan Massa komposit merupakan massa yang dihasilkan dari penambahan massa apatit dan massa kitosan. Tabel 10 memperlihatkan massa komposit yang dihasilkan. Massa sampel A (apatit) yang dihasilkan yaitu 1,8784 g. Sementara pada sampel B (insitu) dan C (ex-situ) yang merupakan komposit apatit-kitosan dihasilkan massa yang lebih banyak. Massa sampel B yang dihasilkan yaitu 2,0257 g dan sampel C sebesar 2,2095 g. Hal ini menunjukkan telah terjadi ikatan antara apatit dan kitosan. Tabel 10. Kitosan
Massa Komposit ApatitMassa
Kode Sampel
(Na)2HPO4 (gram)
CaCl2 (gram)
Kitosan (gram)
Komposit (gram)
A
3,5602
4,9108
-
1,8784
B
3,5599
4,9105
1,1950
2,0257
C
3,5599
4,9103
1,1953
2,2095
12
5. SIMPULAN DAN SARAN 5.1. Simpulan Pembuatan komposit apatit-kitosan dapat dilakukan dengan metode in-situ dan ex-situ. Karakterisasi XRD menunjukkan bahwa baik pada sampel in-situ maupun ex-situ terdapat puncak milik kitosan, selain itu hadirnya kitosan juga ditandai dengan menurunnya derajat kristanilitas dari sampel komposit apatit-kitosan menjadi lebih rendah dibandingkan dengan sampel apatit. Penurunan derajat kristanilitas ini dikarenakan fasa kitosan yang lebih amorf dibandingkan dengan apatit. Derajat kristanilitas yang dimiliki sampel ex-situ lebih besar dibandingkan in-situ, hal ini dikarenakan proses pembentukan apatit tidak dihalangi oleh kitosan, sehingga lebih kristal dibandingkan in-situ. Pada karakterisasi FTIR terlihat adanya pita absorpsi NH2, C-H, dan amida yang merupakan karakteristik pada kitosan yang hadir pada sampel in-situ dan exsitu. Baik in-situ maupun ex-situ tidak terlihat perbedaan morfologi yang signifikan. Gugus fungsi yang hadir pada kedua sampel tersebut sama, hanya berbeda pada nilai transmisinya. Hal ini menunjukkan bahwa apatit telah berikatan dengan kitosan. Karakterisasi SEM juga memperlihatkan telah terbentuknya komposit apatit-kitosan yaitu morfologi insitu dan ex-situ yang berbentuk bongkahan, yang mengindikasikan bahwa apatit telah tumbuh dalam kitosan yang berperan sebagai matrik. 5.2. Saran Untuk penelitian lebih lanjut dapat divariasikan konsentrasi Ca/P dan suhu presipitasi agar mendapatkan komposit apatitkitosan yang lebih biokompatibel. Selain itu pH sampel saat presipitasi sebaiknya dikontrol tetap 7 agar sifat biokompatibel tercapai. 6. DAFTAR PUSTAKA 1. Tadic, A., Beckmann, F. et all. 2003. A novel Methode to Produce Hydroxyapatite Object with Interconnecting Porosity that Avoids Sintering. www.elsevier.com 2. Baht, Sujata V. 2002. Biomaterials. Pangbone England: Alpha Science International Ltd. 3. Riyani, Esti. 2005. Karakterisasi Senyawa Kalsium Fosfat Karbonat Hasil Presipitasi Menggunakan XRD (X-Ray Diffraction),
SEM (Scanning Electron Microscopy) dan EDXA (Energy Dispersive X-Ray Analysis): Pengaruh Penambahan Ion Fdan Mg2+ [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 4. Aoki, Hideki. 1991. Science and Medical Application of Hydroxyapatite. JAAS: Tokyo, Japan. 5. Wang YX, JL Robertson, WB Spillman, RO Claus. 2004. Effects of the Chemical Structure and the Surface Properties of Polymeric Biomaterials on Their Biocompatibility Pharmaceutical Research. 21(8): 1363-1372. 6. [Anonim]. The StructureFunction of Bones. http://www.ivy-rose.co.uk. [11 Januari 2009] 7. Spence, Alexander P. dan Mason, Elliot B. 1987. Human Anatomy and Physiology Third Edition. California: The Benjamin/ Cummings Publishing Company, Inc. 8. Swindler, Daris R. 1998. Introduction to the Primates. USA: University of Washington Press. 9. Betts F., NC. Blumenthal, A.S. Posner. 1981. Bone Mineralization, J. Cryst. Growth, 53: 63.73. 10. Mathew Mathai, Shozo Takagi. 2001. Structure of Biological Minerals in Dental Research. Journal of Research of The National of Standard and Technology. 106: 1035-1044. 11. Bigi A, E. Foresti, R. Gregorini, A. Ripamonti, N. Roveri, and J. S. Shah. 1992. The Role of Magnesium on the Structure of Biological Apatites. Calc. Tiss. Int. 50: 439-444. 12. Soejoko S. D. 1999. Kajian Komposisi dan Struktur Senyawa Mineral dalam Kutikula Macrobrachium Rosenbergi dan Paneaus Monodon serta evolusinya selama perioda molting. [Disertasi]. Bandung: Institut Teknologi Bandung. 13. Solechan A. 2001. Pengukuran Derajat Kekristalan Tulang Tikus pada Berbagai umur dengan XRD. [Skripsi]. Depok. Universitas Indonesia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. 14. Calderin L., M. J. Stott, A. Rubio. 2003. Electronic and Crystallographic Structure of Apatite. Physical Review B 67, 134106. 15. Hanson, Bob. 2005. 150000000:1 Model of Hydroxyapatite. www.stolaf.edu./people/hansonr [15 Januari 2009]. 16. Chen F, Z-C Wang, C-J Lin. 2002. Preparation and Characterization of
13
Nano-Sized Hydroxyapatite Particles and Hydroxyapatite/Chitosan NanoComposite for Use in Biomedical Materials. Materials Letters: 57: 858-861. 17. TH Ang, FSA Sultana, DW Hutmacher, YS Wong, JYH Fuh, XM Mo, HT Loh, E Burdet, SH Teoh. 2002. Fabrication of 3D Chitosan Hydroxyapatite Scaffolds Using a Robotic Dispensing System. Materials Science and Engineering C. 20: 35-42 18. Suhartono MT. 2006. Pemanfaatan Kitin, Kitosan, dan Kitooligosakarida. http://www.wordpress.com. [21 Januari 2009]. 19. Jin Li, Jun Cai, Lihong Fan. 2008. Effect of Sonolysis on Kinetics and Physicochemical Properties of Treated Chitosan. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 109, 2417-2425. 20. Khan TA, Kok KP, Hung SC. 2002. Reporting Degree of Deacetilation Values of Chitosan: The Influence of analytical Methods. J Pharm Pharmaceut Sci. 5: 205-212. 21. Lew H, DH Shin, SY Lee, SJ Kim, JW Jang. Osseous Metaplasia with Functioning Bone Marrow in Hydroxyapatite Orbital Implants. Graefe’s Arch Clin Exp Ophthalmol. 2000; 238: 366-368. 22. Cullity BD., Stock, SR. 2001. Elements of X-Ray Diffraction. Prentice Hall:New Jersey. 23. [Anonim]. 2005. Introduction to X-ray Diffraction. Materials Research Laboratory. University of California. http://www.mrl.ucsb.edu. [21 Januari 2009]. 24. Vlack, Van. 1995. Ilmu dan Teknologi Bahan. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama. 25. Koutsopoulus S. 2002. Syntesis and Characterization of Hydroxyapatite Crystals: A review on The Analytical Methode. Departement of Chemistry, University of Patras, Greece. 26. Hidayat Y. 2005. Pengaruh Ion Karbonat, Magnesium dan Flour dalam Presipitasi
Senyawa Kalsium Fosfat : Karakterisasi dengan Menggunakan Atomic Absorption Spectroscopy (AAS), Spectroscopy UVVIS, dan Fourier Transform Infrared (FTIR) [Skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. 27. Yamaguchi,I. Tokuchi. K, Fukuzaki, H, Koyama, Y, Takakuda K, Monma J, Tanaka, H. 2001. “Preparation and microstructure analysis of chitosan/HA nanocomposite”, pp20-27,Vol55,Journal of BiomedicalMaterial Research. 28. Saraswathy,.G, Pal.S.C, Rose.T.P.A. 2000. Novel Bio-Inorganic Bone Implant Containing Deglued Bone, Chitosan and Gelatin.pp.415-420.Vol.24. Buletin of Material Science. 29. Yildirim,Oktay.2004. Preparation and Characterization of Chitosan/Calsium Phosphate Based Composite Biomaterials.[disertasi]. Turki: Departement Materials Science and Engineering, Mayor Materials Science and Engineering. Izmir Institute of Technology.
14
LAMPIRAN
15
Lampiran 1. Diagram Alir Penelitian
Penyediaan alat dan bahan
Siap Ya Sintesis apatit sebagai kontrol
Penentuan jumlah kitosan yang akan digunakan dengan perbandingan kitosan dengan apatit kontrol 35:55
Presipitasi komposit apatit-kitosan dengan metode insitu dan eksitu
Aging selama 24 jam dan dikeringkan pada suhu 50oC selama 48 jam
Karakterisasi XRD, FTIR, SEM, dan Uji Mekanik
Analisis Data
Tidak
16
Lampiran 2. Komposisi massa untuk menghasilkan sampel massa (Na)2HPO4 100ml dan massa CaCl2 100ml yang dibutuhkan untuk membuat senyawa apatit dengan perbandingan molaritas Ca/P (0.334/0.2) : massa (Na)2HPO4 100ml = Mr (Na)2HPO4 x M x V = (177.99) x (0.2) x (100x10-3) = 3.5598 gram massa CaCl2 100ml = Mr CaCl2 x M x V = (147.02) x (0.334) x (100x10-3) = 4.9104 gram massa komposit = massa apatit + massa kitosan massa kitosan yang digunakan: perbandingan massa apatit : kitosan = 55 : 35 (55:35) = (1.8784:x) x = 1.1953 gram Kode Sampel A1 A2 B1 B2 C1 C2
Massa (Na)2HPO4 (gram) 3.5602 3.5597 3.5596 3.5599 3.5592 3.5599
Massa CaCl2 (gram) 4.9108 4.9106 4.9107 4.9105 4.9103 4.9103
Massa Kitosan (gram) 1.1955 1.1950 1.1958 1.1953
Massa Hasil (gram) 1.8784 2.1476 2.2856 2.0257 1.9499 2.2095
17
Lampiran 3 Proses Preparasi Sampel
Na2HPO4. 2H2O
CaCl2. 2H2O
18
Lampiran 4. Metode Presipitasi Sampel
Presipitasi kontrol:
-
Presipitasi In-situ:
-
CaCl2
CaCl2
Na2HPO4 Na2HPO4 + kitosan HOT PLATE
SUHU 700C SUHU 370C
HOT PLATE
Presipitasi Ex-situ:
-
CaCl2
KITOSAN
Na2HPO4 HOT PLATE
HOT PLATE
SUHU 700C
19
Lampiran 5 Probabilitas Fase Sampel Kontrol 1 (A1) HAP
2
int
int-f
23.22 26.38 28.92 30.52 31.94 32.54 34.38 39.38 41.84 45.72 46.68 47.78 49.86 53.7 56.94 64.18 75.56
30 85 36 58 166 174 48 48 26 90 58 32 62 32 22 32 23
17.24 48.85 20.69 33.33 95.40 100.00 27.59 27.59 14.94 51.72 33.33 18.39 35.63 18.39 12.64 18.39 13.22
AKA
AKB
% 2
int
% 2
int
98.34515 98.06407 99.92733 96.16233 99.36354 99.01412 99.02491 99.46131 99.74492 99.08844 99.95928 99.44636 99.19534 99.06584 99.72503 99.90174 99.96957
10 42 14 100 100 55 24 5 5 3 24 12 26 12 3 7 4
99.41345 98.34688 98.56547 99.88519 99.23261 99.91096 98.55115 99.04427
40 35 17 10 70 50 19 13
OKF
% 2
int
97.45782 97.17699 96.03134 99.27888 98.85615 99.37954 99.9467 98.38456 98.86969 99.16934 98.49376 99.38249 98.06765
25 <2 10 100 100 10 6b 2b 2b 16 16 16 10b
% 2
int
99.40213 99.87095 98.51814 99.18076 98.88885 99.97848
80 80 10 70 100 90
Fase AKA OKF HAP AKA HAP OKF AKB AKB HAP HAP HAP HAP AKB HAP HAP HAP HAP
In-situ 1 (B1) HAP 2
10.22 13.18 26.5 26.68 28.58 30.22 31.78 32.42 36.06 39.02 40.08 45.48 46.16 47.52 49.3 53.04 56.64 64.24 66.22 69.2 75.24
int 64 53 125 128 53 135 237 114 41 40 41 123 40 41 56 40 38 24 23 15 30
int-f 27.00 22.36 52.74 54.01 22.36 56.96 100.00 48.10 17.30 16.88 17.30 51.90 16.88 17.30 23.63 16.88 16.03 10.13 9.70 6.33 12.66
% 2
94.42853 97.60037 96.90483 98.89616 95.21709 99.86767 99.26672 98.19886 99.6196 99.21774 99.61816 98.9263 98.90522 99.67248 99.69363 99.19961 99.80816 99.78151 99.40958 99.54619
AKA int 26 42 42 14 100 100 43 4 5 2 3 24 12 26 12 3 7 2 2 4
AKB
% 2
int
95.30915 97.97972 98.78844 99.45946 99.75799 99.13072 99.12072 99.54251 99.23223 99.57276 99.19517
1 <1 <1 17 10 100 50 10 2 13
% 2
96.99137 96.29169 98.38584 97.05331 98.78155 99.22914 99.77765 99.03302 99.21774 99.40056 97.89644 99.04612 99.48743 99.32045
OKF int
25 25 <2 10 100 100 6 6b 16 2b 2b 16 16 10b
% 2
99.41547 99.43722 98.38584 99.82822 99.39536 99.65266
Kitosan int
80 80 80 70 100 90
Fase
% 2
int
96.13821
361
KITOSAN AKA OKF AKB AKA OKF HAP AKA AKB HAP AKB HAP HAP AKB HAP HAP HAP HAP HAP HAP HAP
20
Ex-situ 1 (C1) HAP 2
10.82 26 26.44 28.66 30.22 31.7 32.26 33.98 36.02 39.04 45.5 46.42 47.74 49.4 53.18 56.42 64.1 66.22
int 59 77 92 46 79 177 193 53 27 46 86 62 26 67 31 30 34 29
int-f 30.57 39.90 47.67 23.83 40.93 91.71 100.00 27.46 13.99 23.83 44.56 32.12 13.47 34.72 16.06 15.54 17.62 15.03
AKA
AKB
% 2
int
% 2
int
99.97228 99.53244 97.83222 99.17298 95.42891 99.88027 99.76386 99.80028 98.31178 99.67066 99.57402 99.48351 99.36311 99.87465 99.95677 98.8143 99.97349 99.78151
26 42 42 14 14 100 43 24 4 5 3 24 12 26 12 3 7 2
99.0954 99.81118 98.56477 99.47739 99.13072 99.37466 99.7732 99.73148 99.12216
14 35 <1 17 10 100 70 19 10
OKF
Kitosan
% 2
int
% 2
int
98.93493 97.2246 98.1014 97.05331 98.53289 99.72647 99.44978 99.88883 99.08378 99.35632 98.61698 98.57874 99.68923 99.05471
25 25 <2 10 100 100 10 6 6b 2b 16 16 16 10b
98.68671 99.64321 98.1014 99.82822 99.64861 99.904
80 80 80 70 100 90
Fase
% 2
int
90.48583
361
HAP HAP OKF AKA OKF HAP AKB HAP AKB HAP HAP HAP HAP HAP HAP HAP HAP HAP
Kontrol 2 (A2) 2
19.14 26.46 28.56 30.18 31.84 32.52 33.96 36.08 39.14 40.22 45.64 46.52 49.6 53.22 63.94 64.44
HAP int 18 188 34 54 124 134 38 28 52 68 48 46 52 36 30 28
int-f 9.57 100.00 18.09 28.72 65.96 71.28 20.21 14.89 27.66 36.17 25.53 24.47 27.66 19.15 15.96 14.89
% 2
98.1969 97.75494 98.82695 95.56732 99.67862 98.956 99.74154 98.1424 99.92596 99.56431 99.26501 99.69782 99.721 99.96805 99.96092 99.49623
AKA int 4 42 14 14 100 43 24 4 5 2 3 24 26 12 6 7
% 2
98.93007 98.63933 99.82814 98.99951 98.93026 99.84955 99.79049 99.28727 99.67403 98.84306
AKB int 10 <1 17 10 100 50 19 10 19 13
% 2
97.14686 98.45694 97.18958 98.96805 98.91831 99.39124 99.72207 99.33758 99.56431 99.04665 98.82943 99.90717 98.97878
OKF int
25 <2 10 100 100 10 6 6b 16 2b 16 16 10b
% 2
96.22442 99.5673 98.45694 99.69609 99.20542 99.95979
int 80 80 80 80 100 90
Fase AKA OKF AKA OKF HAP OKF HAP AKB HAP HAP HAP HAP AKB HAP HAP HAP
21
In-situ 2 (B2) HAP 2
10.16 26.68 28.74 30.36 31.84 32.46 34.12 36.08 39.18 40.26 42 45.6 46.5 47.74 49.58 53.72 56.66 64.18 66.32 75.72
int 20 66 34 62 150 128 38 30 38 28 30 64 42 34 58 30 30 30 20 30
int-f 13.33 44.00 22.67 41.33 100.00 85.33 25.33 20.00 25.33 18.67 20.00 42.67 28.00 22.67 38.67 20.00 20.00 20.00 13.33 20.00
AKA
AKB
% 2
int
% 2
int
93.87416 96.90483 99.44981 95.6582 99.67862 99.14243 99.78853 98.1424 99.97192 99.66333 99.87365 99.3533 99.65496 99.36311 99.76143 99.02825 99.23464 99.90174 99.93219 99.81874
26 42 14 100 100 43 24 4 5 2 5 3 24 12 26 12 3 7 2 4
94.7496 99.45946 99.1968 99.58996 98.93026 99.66533 99.31836 99.28727 99.7759 98.74245
14 <1 2 10 100 50 19 10 19 13
OKF
% 2
int
96.29169 97.90496 96.57639 98.96805 99.10481 99.85952 99.72207 99.4391 99.66333 98.76079 99.13513 98.78694 98.57874 99.94753 98.02969
25 10 10 100 100 10 6 6b 16 2b 2b 16 16 16 10b
Kitosan Fase
% 2
int
% 2
int
95.73071 99.43722 97.81697 99.7093 99.20542 99.77561 95.12188
40 80 80 70 100 90 90
97.16599
361
KITOSAN AKA HAP OKF HAP OKF AKB AKA HAP HAP HAP HAP HAP HAP AKB HAP HAP HAP HAP HAP
Ex-situ 2 (C2) HAP 2
10.18 22.62 25.9 29.06 31.74 32.62 34.12 39.72 41.46 45.5 46.62 47.86 49.12 53.5 56.58 58.34 64.02 75.58
int 14 32 62 32 146 116 48 38 40 78 48 32 74 32 48 24 30 32
int-f 9.59 21.92 42.47 21.92 100.00 79.45 32.88 26.03 27.40 53.42 32.88 21.92 50.68 21.92 32.88 16.44 20.55 21.92
AKA
AKB
% 2
int
% 2
int
94.05895 99.02811 99.91885 99.44289 99.9937 99.25755 99.78853 99.89186 98.83901 99.57402 99.91213 99.61287 99.30856 99.44176 99.09452 97.823 99.84871 99.99603
26 10 42 14 100 55 24 20 5 3 24 12 26 12 3 3 7 4
94.93612 99.76624 99.80348 98.28525 99.24769 99.84341 99.31836 99.8994
14 7 35 20 100 50 70 13
% 2
99.32364 98.99506 98.65722 98.60748 99.85952 99.19038 97.49101 99.35632 99.04187 98.32381 99.12419 98.44729
OKF int
25 10 100 100 10 6b 2b 2b 16 16 16 10b
Kitosan
% 2
int
% 2
int
95.52545 99.54671 99.78809 99.32666 99.52199 98.98114 95.12188
40 80 80 90 100 90 90
96.96356
361
Fase KITOSAN AKA HAP HAP HAP AKA AKB AKA HAP HAP HAP HAP HAP HAP HAP HAP HAP HAP
22
Lampiran 6 Tabel Data JCPDS Hidroksiapatit
Apatit Karbonat Tipe A
23
Apatit Karbonat Tipe B
Okta Kalsium Fosfat
24
Lampiran 7 Perhitungan Parameter Kisi Sampel
h hk k 2
l
2
)
sin sin sin
2
10 sin
2
2
2
2
2
C
2
B A
C B
2
2 2
3a
A
C B A
C
B
2
4c
2
2
D
A
10
Kontrol 1 (A1) 2θ
h
k
l
α
γ
2θ (rad)
γsin²θ
δsin²θ
α²
γ²
δ²
αγ
γδ
αδ
28.92
2
1
0
7
0
0.504747
0.252374 2.338557 0.062352 0.436461
0
0.145813
49
0
5.468847
0
0
16.3699
31.94
2
1
1
7
1
0.557456
0.278728 2.798718 0.075698 0.529887 0.075698 0.211858
49
1
7.832821
7
2.798718 19.59102
41.84
1
3
1
13
1
0.730243
0.365121 4.449566 0.127494
0.127494 0.567292
169
1
19.79864
13
4.449566 57.84435
45.72
2
0
3
4
9
0.797961
0.398981
0.150916 0.603665 1.358246 0.773539
16
81
26.27198
36
46.13058 20.50248
46.68
2
2
2
12
4
0.814717
0.407358 5.293016 0.156963 1.883552 0.627851 0.830806
144
16
28.01602
48
21.17206 63.51619
47.78
1
3
2
13
4
0.833915
0.416958 5.484408 0.164009
53.7
0
0
4
0
16
0.937238
0.468619
6.49517
0.203992
56.94
3
1
3
13
9
0.993787
0.496893 7.024077
0.22724
64.18
3
2
3
19
9
75.56
2
1
5
7
25 Σ
θ
δ
5.12562
sin²θ
αsin²θ
1.65742
2.13212
0.656037 0.899494
169
16
30.07874
52
21.93763 71.29731
0
3.263871 1.324962
0
256
42.18723
0
103.9227
0
2.954119 2.045159 1.596151
169
81
49.33766
117
63.21669
91.313
1.120148
0.560074 8.102969 0.282225 5.362282 2.540028 2.286863
361
81
65.6581
171
72.92672 153.9564
1.318766
0.659383 9.378141 0.375315 2.627202 9.382863 3.519753
49
625
87.94954
175
234.4535 65.64699
1175
1158
362.5996
619
571.0082 560.0377
1.826204 18.18671 20.07725 12.15653
a (Å)
accuracy
c (Å)
accuracy
9.717787 96.87162 6.997242 98.31068
25
In-situ 1 (B1) 2θ
h
k
l
α
γ
2θ (rad)
γsin²θ
δsin²θ
α²
γ²
δ²
αγ
γδ
10.82
1
0
0
1
0
0.188844
0.094422 0.352401 0.008889 0.008889
0
0.003133
1
0
0.124186
0
0
31.7
2
1
1
7
1
0.553267
0.276634 2.761186 0.074594 0.522157 0.074594 0.205968
49
1
7.624145
7
2.761186 19.3283
33.98
2
0
2
4
4
0.593061
0.29653
0.085383 0.341532 0.341532 0.266712
16
16
9.757563
16
12.49484 12.49484
39.04
2
1
2
7
4
0.681374
0.340687 3.967246 0.111646 0.781522 0.446584 0.442927
49
16
15.73904
28
15.86898 27.77072
45.5
2
0
3
4
9
0.794122
0.397061 5.087231 0.149544 0.598177 1.345899 0.760766
16
81
25.87992
36
45.78508 20.34893
46.42
2
2
2
12
4
0.810179
0.405089 5.247704 0.155316 1.863786 0.621262
0.81505
144
16
27.5384
48
20.99082 62.97245
47.74
1
3
2
13
4
0.833217
0.416608
0.163751 2.128761 0.655003 0.896938
169
16
30.00256
52
21.90984 71.20697
49.4
2
1
3
7
9
0.862189
0.431095 5.764896 0.174612 1.222281 1.571505 1.006618
49
81
33.23403
63
51.88407 40.35427
53.18
0
0
4
0
16
0.928163
0.464081 6.408324 0.200347
0
256
41.06662
0
102.5332
56.42
3
1
3
13
9
0.984711
0.492355
0.223448 2.904824 2.011032 1.550899
169
81
48.17416
117
62.46684 90.22989
64.1
3
2
3
19
9
1.118752
0.559376 8.092008 0.281597 5.350346 2.534375 2.278687
361
81
65.4806
171
72.82807 153.7482
66.22
4
1
3
21
9
1.155753
0.577876 8.374056 0.298385 6.266085 2.685465 2.498693
441
81
70.12481
189
75.3665 175.8552
1.927511 21.98836
1464
726
374.746
727
484.8894 674.6621
Σ
θ
δ
3.12371
5.47746
6.94076
sin²θ
αsin²θ
0
3.205553 1.283889
15.4928
12.01028
αδ
a (Å)
accuracy
c (Å)
accuracy
0.352401 9.441838 99.80008 6.847201 99.5088
0
26
Ex-situ 1 (C1) 2θ
h
k
l
α
γ
2θ (rad)
α²
γ²
δ²
αγ
31.78
2
1
1
7
1
0.554664
0.277332 2.773679
49
1
7.693295
7
2.773679 19.41575 9.500504 99.17751 6.92136 99.41346
39.02
2
1
2
7
4
0.681025
0.340512 3.963831 0.111536 0.780752 0.446144
0.44211
49
16
15.71195
28
15.85532 27.74681
45.48
2
0
3
4
9
0.793773
0.396886 5.083741
0.597679 1.344778 0.759612
16
81
25.84443
36
45.75367 20.33497
46.16
2
2
2
12
4
0.805641
0.40282
5.202372 0.153675 1.844105 0.614702 0.799477
144
16
27.06467
48
20.80949 62.42846
49.3
2
1
3
7
9
0.860444
0.430222 5.747644
0.17395
49
81
33.03541
63
51.7288 40.23351
53.04
0
0
4
0
16
0.925719
0.46286
6.384862
0.19937
0
256
40.76646
0
102.1578
56.64
3
1
3
13
9
0.988551
0.494275 6.976089
0.22505
2.925644 2.025446 1.569966
169
81
48.66582
117
62.78481 90.68916
64.24
3
2
3
19
9
1.121195
0.560598 8.111173 0.282697
5.37124
2.544271 2.293003
361
81
65.79113
171
73.00056 154.1123
66.22
4
1
3
21
9
1.155753
0.577876 8.374056 0.298385 6.266085 2.685465 2.498693
441
81
70.12481
189
75.3665 175.8552
69.2
5
1
2
31
4
1.207763
0.603882
8.73896
0.322444 9.995775 1.289777 2.817828
961
16
76.36941
124
34.95584 270.9077
75.24
2
1
5
7
25
1.313181
0.65659
9.350894 0.372612 2.608285 9.315305 3.484257
49
625
87.43922
175
233.7723 65.45626
2288
1335
498.5066
958
718.9588 927.1801
Σ
θ
δ
sin²θ 0.074961
0.14942
2.3641
αsin²θ
γsin²θ
δsin²θ
0.524728 0.074961 0.207918
1.217647 1.565546 0
0.9998
3.189919 1.272949
32.13194 25.09631 17.14561
γδ
αδ
0
a (Å)
accuracy
c (Å)
accuracy
27
Kontrol 2 (A2) 2θ
h
k
l
α
γ
2θ (rad)
θ
δ
sin²θ
αsin²θ
31.84
2
1
1
7
1
0.555711
0.277855
2.78306
0.075237
0.52666
33.96
2
0
2
4
4
39.14
2
1
2
7
40.22
2
2
1
45.64
2
0
46.52
2
53.22
α²
γ²
δ²
αγ
0.075237 0.209389
49
1
7.745425
7
2.78306 19.48142 9.333028 99.04519 6.809451 98.96019
0.592712
0.296356 3.120475 0.085285 0.341142 0.341142 0.266131
16
16
9.737363
16
12.4819
4
0.683119
0.34156
3.984329 0.112196 0.785373 0.448785 0.447027
49
16
15.87488
28
15.93732 27.8903
12
1
0.701969
0.350984 4.169572 0.118214 1.418565 0.118214 0.492901
144
1
17.38533
12
4.169572 50.03486
3
4
9
0.796565
0.398283 5.111661 0.150417 0.601667
0.768879
16
81
26.12908
36
46.00495 20.44664
2
2
12
4
0.811924
0.405962 5.265134 0.155948 1.871378 0.623793 0.821088
144
16
27.72164
48
21.06054 63.18161
0
0
4
0
16
0.928861
0.46443
6.415021 0.200627
3.210025 1.287024
0
256
41.1525
0
102.6403
63.94
3
0
4
9
16
1.115959
0.55798
8.070015 0.280342 2.523078 4.485472 2.262364
81
256
65.12514
144
129.1202 72.63013
64.44
3
2
3
19
9
1.124686
0.562343 8.138423
2.31351
361
81
66.23393
171
73.24581
1.462536 13.46899 13.21485 8.868313
860
724
277.1053
462
407.4437 420.7769
Σ
0.28427
0
5.40113
γsin²θ
1.35375
2.55843
δsin²θ
γδ
αδ
12.4819
0
154.63
a (Å)
accuracy
c (Å)
accuracy
28
In-situ 2 (B2) 2θ
h
k
l
α
γ
2θ (rad)
28.74
2
1
0
7
0
0.501606
31.84
2
1
1
7
1
39.18
2
1
2
7
40.26
2
2
1
42
1
3
45.6
2
46.5
sin²θ
αsin²θ
γsin²θ
δsin²θ
α²
γ²
δ²
αγ
γδ
αδ
0.250803 2.312014
0.061594
0.431159
0
0.142407
49
0
5.345408
0
0
16.1841
0.555711
0.277855
2.78306
0.075237
0.52666
0.075237 0.209389
49
1
7.745425
7
2.78306 19.48142
4
0.683817
0.341909 3.991166
0.112417
0.786916
0.449667 0.448673
49
16
15.9294
28
15.96466 27.93816
12
1
0.702667
0.351333 4.176457
0.118439
1.421271
0.118439 0.494657
144
1
17.44279
12
4.176457 50.11748
1
13
1
0.733035
0.366518
4.47733
0.128427
1.669546
0.128427 0.575008
169
1
20.04648
13
4.47733 58.20529
0
3
4
9
0.795867
0.397934 5.104681
0.150167
0.600669
1.351505 0.766556
16
81
26.05777
36
45.94213 20.41873
2
2
2
12
4
0.811575
0.405787 5.261649
0.155822
1.869859
0.623286 0.819878
144
16
27.68495
48
21.04659 63.13978
47.74
1
3
2
13
4
0.833217
0.416608
5.47746
0.163751
2.128761
0.655003 0.896938
169
16
30.00256
52
21.90984 71.20697
53.72
0
0
4
0
16
0.937587
0.468794
6.4985
0.204133
0
3.266122 1.326556
0
256
42.2305
0
103.976
56.66
3
1
3
13
9
0.9889
0.49445
6.979295
0.225195
2.927539
2.026758 1.571705
169
81
48.71056
117
62.81366 90.73084
64.18
3
2
3
19
9
1.120148
0.560074 8.102969
0.282225
5.362282
2.540028 2.286863
361
81
65.6581
171
72.92672 153.9564
66.32
4
1
3
21
9
1.157498
0.578749 8.386916
0.299184
6.282862
2.692655
2.50923
441
81
70.34036
189
75.48224 176.1252
75.72
2
1
5
7
25
1.321558
0.660779
0.376667
2.63667
9.416679 3.537492
49
625
88.20141
175
234.789 65.74092
2.353258
26.6442
23.34381 15.58535
1809
1256
465.3957
848
666.2877 813.2453
Σ
θ
δ
9.39156
0
a (Å)
accuracy
c (Å)
accuracy
9.581123 98.32194 6.907562 99.61397
29
Ex-situ 2 (C2) 2θ
h
k
l
α
γ
2θ (rad)
25.9
0
0
2
0
4
0.452039
29.06
2
1
0
7
0
31.74
2
1
1
7
41.46
1
3
1
45.5
2
0
46.62
2
47.86
sin²θ
αsin²θ
α²
γ²
δ²
αγ
γδ
αδ
0.226019 1.907944
0.050221
0
0
16
3.640252
0
7.631777
0
0.507191
0.253595 2.359274
0.062944
0.440606
0.148502
49
0
5.566172
0
0
16.51492
1
0.553965
0.276983
2.76743
0.074777
0.523442
0.074777 0.206941
49
1
7.658669
7
2.76743 19.37201
13
1
0.723611
0.361805 4.383697
0.12529
1.62877
0.12529
0.549233
169
1
19.2168
13
4.383697 56.98806
3
4
9
0.794122
0.397061 5.087231
0.149544
0.598177
1.345899 0.760766
16
81
25.87992
36
45.78508 20.34893
2
2
12
4
0.813669
0.406835 5.282561
0.156582
1.878983
0.626328 0.827154
144
16
27.90546
48
21.13025 63.39074
1
3
2
13
4
0.835311
0.417656 5.498303
0.164527
2.138846
0.658106 0.904617
169
16
30.23134
52
21.99321 71.47794
49.12
2
1
3
7
9
0.857302
0.428651 5.716567
0.17276
1.209322
1.554843 0.987596
49
81
32.67914
63
51.4491 40.01597
53.5
0
0
4
0
16
0.933748
0.466874 6.461824
0.202587
0
3.241395 1.309083
0
256
41.75517
0
103.3892
56.58
3
1
3
13
9
0.987503
0.493752 6.966466
0.224612
2.919961
2.021511 1.564754
169
81
48.53164
117
62.69819 90.56405
58.34
3
1
3
13
9
1.018221
0.509111 7.245001
0.23756
3.088274
2.138036 1.721119
169
81
52.49003
117
65.20501 94.18501
64.02
3
2
3
19
9
1.117355
0.558678 8.081023
0.280969
5.338418
2.528724
2.27052
361
81
65.30294
171
72.72921 153.5394
75.58
2
1
5
7
25
1.319115
0.659557 9.379826
0.375484
2.628385
9.387089 3.521971
49
625
87.98114
175
234.4957 65.65878
2.277857
22.39318
23.90288 14.86807
1393
1336
448.8387
799
693.6578 692.0559
Σ
θ
δ
γsin²θ
δsin²θ
0.200883 0.095818 0
0
a (Å)
accuracy
c (Å)
accuracy
9.617452 97.93641 6.954079 98.93796
30
Lampiran 8 Perhitungan ukuran kristal sampel
D
k
Cos
Kode Sampel A1 A2 B1 B2 C1 C2
, k = 0.94, λ = 0.154060 nm
2θ (deg)
θ (deg)
Cos θ
β (deg)
β (rad)
β Cos θ
D002 (nm)
53.7 53.22 53.04 53.72 53.18 53.5
26.85 26.61 26.52 26.86 26.59 26.75
0.892192 0.894076 0.894779 0.892113 0.894232 0.892979
0.38 0.39 0.37 0.39 0.4 0.39
0.00663223 0.00680676 0.00645769 0.00680676 0.00698129 0.00680676
0.0059172 0.0060858 0.0057782 0.0060724 0.0062429 0.0060783
24.473728 23.795948 25.062509 23.848308 23.197002 23.82518
31
Lampiran 9 Spektra FTIR Sampel Kitosan
Kontrol 1 (A1)
32
Kontrol 2 (A2)
In-situ 1 (B1)
33
In-situ 2 (B2)
Ex-situ 1 (C1)
34
Ex-situ 2 (C2)
35
Lampiran 10 Komposisi Unsur Sampel Hasil Karakterisasi EDXA
Ca
mol Ca
P
mol P
Unsur O P Ca [P] [Ca] Ca/P
% Massa Ca Mr Ca % Massa P Mr P
Kontrol a b 40.33 18.51 30.65 41.17 69.35 0.598 0.990 1.029 1.734 1.722 1.752
% Massa In-situ a 40.53 19.92 40.65 0.643 1.016 1.580
b 31.32 69.69 1.011 1.742 1.723
Ex-situ a b 40.9 19.39 32.31 39.71 67.69 0.626 1.043 0.993 1.692 1.586 1.622
36
Kontrol
37
In-situ
38
Ex-situ
