SINTESIS HIDROKSIAPATIT BERPORI DARI CANGKANG TELUR AYAM DAN POROGEN DARI KITOSAN
INDRI PUTRI SITORESMI
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur Ayam dan Porogen dari Kitosan adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, September 2013
Indri Putri Sitoresmi NIM G74090052
ABSTRAK INDRI PUTRI SITORESMI. Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur Ayam dan Porogen dari Kitosan. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan SETIA UTAMI DEWI. Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis hidroksiapatit berpori dengan metode presipitasi. Prekursor kalsium yang digunakan berasal dari cangkang telur ayam negeri serta sumber fosfat menggunakan (NH4)2HPO4. Dilakukan variasi ukuran kitosan yakni 0.26 μm (kitosan X) dan 625.45 μm (kitosan Y) serta variasi komposisi HA-kitosan yaitu 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, dan 50:50. Fasa dan struktur kristal dari HA berpori dianalisa menggunakan X-Ray Diffractometer. Untuk sampel dengan variasi ukuran kitosan X dan kitosan Y diperoleh fasa HA murni 100%. Ukuran kristal terbesar didapat dari sampel HA_X60 dengan ukuran 63.83 nm. Kandungan gugus kompleks HA diidentifikasi menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy. Gugus yang terdapat dalam HA berupa OH-, PO43-, dan CO32-. Morfologi struktur HA berpori dianalisa menggunakan Scanning Electron Microscopy. Terlihat bahwa sampel HA telah menunjukkan struktur berpori dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya, meskipun porinya masih relatif kecil sekitar 0.2-1.6 μm dengan bentuk pori bulat kecil. Penggunaan variasi ukuran kitosan sebagai porogen tidak memberikan pengaruh yang signifikan terhadap ukuran pori yang dihasilkan. Kata kunci: Cangkang telur ayam negeri, hidroksiapatit, kitosan, pori, presipitasi
ABSTRACT INDRI PUTRI SITORESMI. Synthesis of Porous Hydroxyapatite from eggshells and Chitosan-Porogen. Supervised by KIAGUS DAHLAN and SETIA UTAMI DEWI. This research had been done the synthesis of porous hydroxyapatite (HA) by presipitasi method. The precusor calcium using come from eggshells and (NH4)2HPO4 as phosphate source. The ratio of HA-chitosan to synthesize porous HA are 90:10, 80:20, 70:30, 60:40, and 50:50 and variation of chitosan size are 0.26 μm and 625.45 μm. The phase and crystaline structure of sample characterized by X-Ray Diffractometer. For sample with chitosan size 100% HA phase obtained. The biggest size of chrystaline gotten of HA_X60 sample by 63,83 nm. The functional groups of HA identified by Fourier Transform Infrared Spectroscopy. The functional groups of HA which detected by are OH-, PO43-, and CO32-. The morphological structure of sample analyzed by Scanning Electron Microscopy. The result of sampel HA had shown the porouses structure with chitosan as porogen however its size is quite small. In the order of about 0.2 – 1.6 μm in the form of cyrcle and the ditribution of porouses is smooth. Variation of chitosan size as porogen is not significant and has no effect to the crystal size. Keywords : Chitosan, eggshells, hydroxyapatite, porous, presipitasi.
SINTESIS HIDROKSIAPATIT BERPORI DARI CANGKANG TELUR AYAM DAN POROGEN DARI KITOSAN
INDRI PUTRI SITORESMI
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 2013
Judul Skripsi : Sintesis Hidroksiapatit Berpori dmi Cangkang Telur Ayam dan Porogen dari Kitosan Nama NIM
: Indri Putri Sitoresmi : G74090052
Disetujui oleh
Dr. agus Dahlan Pembimbing I
Tanggal Lulus:
0 1 OCT 2013
Setia Utami Dewi, MSi Pembimbing II
Judul Skripsi : Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur Ayam dan Porogen dari Kitosan Nama NIM
: Indri Putri Sitoresmi : G74090052
Disetujui oleh
Dr. Kiagus Dahlan Pembimbing I
Setia Utami Dewi, MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Akhiruddin Maddu Ketua Departemen Fisika
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan pada allah SWT yang telah memberikan rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan usulan penelitian dengan judul “Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur Ayam dan Porogen dari Kitosan” sebagai salah satu syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor. Pada kesempatan ini, penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada orang tua dan para sahabat (Mita, Aceri, Rady dan Dede) yang selalu memberikan nasehat, bimbingan dan semangat kepada penulis. Kepada pembimbing skripsi yang selalu memberikan motivasi dan semangat serta menyempatkan waktunya untuk berdiskusi mengenai penyusunan usulan penelitian ini. Tak lupa pula kepada rekan-rekan fisika terutama Upriyanti, Vina, Kania, Noldy, Budi, dan Kak Aisyah, beserta civitas akademika fisika lainnya yang telah banyak membantu penulis selama ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, September 2013
Indri Putri Sitoresmi
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vii
DAFTAR GAMBAR
vii
DAFTAR LAMPIRAN
vii
PENDAHULUAN Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
Ruang Lingkup Penelitian
2
METODE
3
Bahan
3
Alat
3
Prosedur Penelitian
3
Preparasi cangkang telur
3
Sintesis HA dengan metode Wise Drop
3
Sintesis HA berpori
4
Karakterisasi FTIR
4
Karakterisasi XRD
4
Karakterisasi SEM
5
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Hasil Kalsinasi Cangkang Telur Ayam
5
Hasil Sintesis HA dengan Metode Wise DropI
6
Hasil Sintesis HA Berpori
6
Karakterasasi Sampel
7
Hasil Karakterasasi FTIR
7
Hasil Karakterisasi XRD
9
Hasil Karakterisasi SEM
12
SIMPULAN DAN SARAN
15
Simpulan
15
Saran
15
DAFTAR PUSTAKA
16
LAMPIRAN
17
RIWAYAT HIDUP
22
DAFTAR TABEL
Variasi ukuran kitosan Variasi komposisi HA-kitosan Efisiensi massa hasil kalsinasi Efisiensi massa sampel HA berpori Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X 7. Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X 8. Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y 9. Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y 10. Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y 11. Ukuran pori pada sampel HA berpori dengan variasi kitosan X dan Y
1. 2. 3. 4. 5. 6.
4 4 5 6 10 11 11 12 12 12 15
DAFTAR GAMBAR 1. Spektra FTIR Kitosan. 2. Spektra FTIR HA. 3. Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan X (a) 10%, (b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e) 4. Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan Y (a) 10%, (b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e) 50% 5. Pola XRD sampel HA. 6. Pola XRD sampel HA berpori dengan variasi kitosan X 10% (a), 20% (b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e). 7. XRD sampel HA (a) dan HA berpori dengan variasi kitosan Y 10% (b), 20% (c), 30% (d), 40% (e), dan 50% (f). 8. Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan X 10% (a), 20% (b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e). 9. Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan Y 10% (a), 20% (b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
7 7 8 8 10 10 11 13 14
DAFTAR LAMPIRAN 1. 2. 3. 4. 5.
Diagram alir penelitian Keterangan sintesis HA berpori JCPDS HA JCPDS TCP Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA
17 18 20 20 21
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Kerusakan pada organ tulang merupakan masalah kesehatan yang serius karena tulang merupakan salah satu organ tubuh yang sangat penting bagi manusia. Kerusakan tersebut dapat terjadi akibat faktor kecelakaan maupun penyakit. Untuk menangani kerusakan pada tulang tersebut 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), exogenus (penggantian atau implantasi dengan bahan sintetik atau yang biasa disebut dengan biomaterial). Biomaterial yang biasa digunakan adalah material sintetik 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 didefinisikan secara umum merupakan bahan inert yang diimplantasi ke dalam sistem hidup sebagai pengganti fungsi jaringan hidup atau organ. Biomaterial digunakan sebagai perangkat medis dan mampu berinteraksi dengan sistem medis. Adanya interaksi ini mengharuskan setiap biomaterial memiliki sifat biokompatibilitas, yaitu kemampuan suatu material untuk bekerja selaras dengan tubuh tanpa menimbulkan efek lain yang berbahaya.1 Hidroksiapatit (HA) yang memiliki formula Ca10(PO4)6(OH)2 dengan rasio Ca/P sekitar 1,67 merupakan senyawa kalsium fosfat yang ekivalen dengan komponen organik utama dari tulang dan gigi. HA bersifat biokompatibilitas yang dapat berikatan dengan tulang.2 HA berpori saat ini menjadi kebutuhan yang mendasar bagi rekonstruksi tulang yang patah atau retak. HA berpori diharapkan mampu meminimalisir sifat getas pada HA. Adanya pori-pori pada HA akan menjadi kantung oksigen dan tempat tumbuhnya saraf dari tulang, sehingga pori tersebut menjadi tempat tumbuhnya sel – sel tulang baru. Umumnya HA berpori dibuat melalui pembuatan komposit HA-porogen. Porogen diartikan sebagai bahan pembentuk pori. Komposit yang terbentuk kemudian dikalsinasi sehingga senyawa organik menguap dan terbentuk pori-pori. Sebagai porogen bisa digunakan polimer alam maupun buatan, seperti celulosa, chitosan, collagen, polyurethane, carboxymethyl cellulose dan sebagainya.3 Pada penelitian ini dilakukan sintesis hidroksiapatit berpori dari cangkang telur ayam sebagai sumber CaO, (NH4)2HPO4 sebagai sumber fosfat dan kitosan sebagai porogen alami. Penggunaan porogen dari bahan alami seperti kitosan diharapkan dapat meningkatkan biokompatibilitas, mampu mempercepat penyerapan nutrisi, mineralisasi pada jaringan yang rusak, serta mempermudah sel
2
2
untuk berinfiltrasi dalam pori sehingga dapat mempercepat proses remodelling tulang. Perumusan Masalah 1. Bagaimana karakterisasi HA berbasis kalsium dari cangkang telur dengan metode presipitasi? 2. Apa pengaruh variasi komposisi HA-kitosan dan variasi ukuran kitosan terhadap fasa serta ukuran pori dari HA berpori yang dihasilkan? Tujuan Penelitian 1. Mensintesis HA berbasis kalsium dari cangkang telur ayam dengan menggunakan metode presipitasi. 2. Mensintesis HA berpori dari porogen kitosan dengan variasi komposisi HAkitosan dan variasi ukuran kitosan. 3. Melakukan karakterisasi struktur kristal HA dan HA berpori menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), komposisi gugus fungsi dengan Spektroskopi Fourier Transform Infra Red (FTIR), dan mengetahui morfologi eksternal (tekstur) dengan Scanning Electron Microscopy (SEM). Manfaat Penelitian Penelitian ini bermanfaat untuk mensintesis HA berpori sebagai material pengganti tulang manusia. Sintesis HA ini memanfaatkan limbah rumah tangga berupa cangkang telur ayam negeri serta kitosan yang berasal dari cangkang udang, sehingga biaya proses sintesis dapat diminimalisir dan diharapkan dapat berdaya saing dengan HA komersial. Ruang Lingkup Penelitian Ruang lingkup umum penelitian ini adalah bidang biomaterial berupa HA. Secara khusus meliputi sintesis HA, lalu membuatnya menjadi berstruktur pori. Selanjutnya HA berpori akan dikarakterisasi untuk mengetahui struktur kristal, kandungan gugus kompleks, dan morfologinya.
3
METODE Bahan Cangkang telur ayam negeri, (NH4)2HPO4, aquades, dan kitosan. Alat Gelas ukur, labu takar, corong, pipet, crusible, neraca digital, magnetic strirer, spatula, alumunium foil, furnace, mortar, kertas saring, dan erlenmeyer. Prosedur Penelitian Preparasi Cangkang Telur Penelitian ini diawali dengan mengkalsinasi cangkang telur ayam. Cangkang telur ayam dibersihkan terlebih dahulu dari kotoran makro, membran dieliminasi dari cangkang, kemudian cangkang dikeringkan di udara terbuka. Kalsinasi dilakukan pada suhu 10000C dengan waktu penahanan selama 5 jam, hasil yang diperoleh berbentuk serbuk putih. Sintesis HA dengan Metode wise drop Cangkang telur yang telah dikalsinasi dilarutkan dalam 100 ml aquades, kemudian ditambahkan larutan (NH4)2HPO4. Massa cangkang telur ayam dan (NH4)2HPO4 yang dilarutkan ditentukan berdasarkan hasil perhitungan stoikiometri sehingga menghasilkan rasio konsentrasi Ca/P sebesar 1,67. Presipitasi dengan menggunakan metode wise drop, dilakukan dengan meneteskan 0.3 M larutan (NH4)2HPO4 ke dalam 0.5 M larutan dari cangkang telur dengan melakukan stirring dengan kecepatan pengadukan 300 rpm. Proses tersebut dilakukan selama 90 menit. Setelah kedua larutan tercampur, lakukan stirring kembali pada kecepatan pengadukan 300 rpm selama 60 menit. Kemudian presipitat tersebut di-aging selama overnight. Presipitat kemudian disaring dengan menggunakan kertas saring. Kemudian sampel dikeringkan dengan menggunakan furnace pada suhu 110 oC dengan waktu penahanan 5 jam dan sintering pada suhu 900 oC dengan waktu penahanan 5 jam. Selanjutnya, sampel ditimbang menggunakan neraca digital.
4
4
Sintesis HA Berpori dengan Porogen Kitosan Serbuk HA hasil sintesis HA dicampurkan dengan serbuk kitosan, kemudian diaduk sampai homogen. Variasi ukuran serbuk kitosan dapat dilihat pada Tabel 1 dan variasi komposisi HA-Kitosan dapat dilihat pada Tabel 2. Setelah pencampuran tersebut, kemudian dilakukan sintering dengan menggunakan furnace pada suhu 900 oC dengan waktu penahanan 5 jam. Setelah itu, sampel ditimbang kemudian dikarakterisasi dengan XRD, FTIR, dan SEM. Tabel 1 Variasi ukuran kitosan Kode Kitosan X Y
Ukuran (µm) 0.26 625.45
Tabel 2 Variasi komposisi HA-kitosan Kitosan
X
Y
HA (%) 90 80 70 60 50 90 80 70 60 50
Kitosan (%) 10 20 30 40 50 10 20 30 40 50
Kode Sampel HA_X90 HA_X80 HA_X70 HA_X60 HA_X50 HA_Y90 HA_Y80 HA_Y70 HA_Y60 HA_Y50
Karakterisasi FTIR Karakterisasi Fourier Transform Infrared (FTIR) dilakukan untuk mengetahui kandungan gugus karbonat dalam sampel HA dan HA berpori. Dua miligram dari masing - masing sampel dicampur dengan 100 mg KBr, dibuat pelet terlebih dahulu. Kemudian dicetak dalam jangkauan bilangan gelombang 400 – 4000 cm-1. KBr selalu digunakan pada uji FTIR untuk menghilangkan latar belakang absorpsi. Alat yang digunakan adalah ABB mb3000. Karakterisasi XRD Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) dilakukan untuk mengidentifikasi fasa, parameter kisi, dan derajat kristalinitas yang terdapat pada HA maupun HA berpori. Pengujian fasa dengan teknik ini dilakukan pada sudut 2Ө dari 10o hingga 80o. Alat yang digunakan adalah GBC emmA.
5
Karakterisasi SEM Karakterisasi Scanning Electron Microscopy (SEM) dilakukan untuk mengetahui morfologi dari sampel HA dan sampel HA berpori. Sampel diletakkan pada plat alumunium yang memiliki dua sisi kemudian dilapisi dengan lapisan emas setebal 48 nm. Sampel yang telah dilapisi diamati menggunakan SEM dengan tegangan 10 kV atau 15 kV dan perbesaran 5.000x. Alat yang digunakan adalah JSM-5310LV.
HASIL DAN PEMBAHASAN Kalsinasi Cangkang Telur Ayam Sampel yang dibuat adalah berupa serbuk dari cangkang telur. Untuk memperoleh serbuk ini, cangkang telur yang telah dibersihkan dikalsinasi pada suhu 1000 oC selama 5 jam. Kalsinasi cangkang telur perlu dilakukan untuk menghasilkan prekursor kalsium dalam bentuk kalsium oksida (CaO) sebelum sintesis HA. Sebelum dilakukan kalsinasi, senyawa kalsium dalam cangkang telur berbentuk CaCO3. Reaksi pembentukan CaO melalui proses kalsinasi dapat dilihat pada persamaan di bawah ini:4 Pada proses kalsinasi terjadi pengurangan massa cangkang telur. Hal tersebut ditunjukkan dengan massa setelah kalsinasi lebih kecil dari massa sebelum kalsinasi. Pengurangan massa cangkang telur ini terjadi karena pada waktu pemanasan, kandungan material organik dan material lain tereliminasi, dan terjadi perubahan fase senyawa kalsium karbonat menjadi kalsium oksida.5 Efisiensi adalah suatu ukuran perbandingan antara massa sebelum dan massa hasil. Persentase rata-rata efisiensi massa hasil kalsinasi adalah 53.54% yang dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 Efisiensi massa hasil kalsinasi Crusible 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Rata – rata
Massa CaCO3 (gram) 20.85 20.86 20.86 20.85 20.85 20.85 20.86 20.85 20.86
Massa Hasil Kalsinasi (gram) 11.18 11.12 11.15 11.24 11.19 11.17 11.21 11.14 11.09
Efisiensi (%) 53.62 53.30 53.44 53.91 53.66 53.56 53.73 53.43 53.17 53.54
6
6
Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Wise Drop Sintesis HA pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode presipitasi, yaitu wise drop. Dimana senyawa kalsium (CaO) sebesar 2.83 gram dan fosfat ((NH4)2HPO4) sebesar 3.96 gram yang digunakan pada sintesis HA dilakukan dengan perbandingan konsentrasi sebesar 1.67 pada temperatur ruang.6 Dalam sintesis HA tersebut dihasilkan serbuk putih keras, sehingga harus ditumbuk terlebih dahulu menggunakan mortar agar didapatkan serbuk putih halus. Massa serbuk putih halus yang dihasilkan lebih kecil dari massa awal dan persentase rata-rata efisiensinya adalah 63.28%. Pengurangan massa tersebut disebabkan oleh hilangnya uap air seiring dengan kenaikan suhu sintering. Reaksi sintesis HA dapat dilihat dari persamaan dibawah : Ca10(PO4)6(OH)2 + 12NH4OH + 6H2O 10CaO + 6(NH4)2HPO4 + 10H2O Sintesis HA Berpori Untuk mendapatkan HA berpori, maka HA yang telah diperoleh sebelumnya dicampur dengan kitosan. Kitosan berfungsi sebagai porogen, yaitu pembuat pori. Setelah dicampurkan, selanjutnya dilakukan sintering pada suhu 900 oC selama 5 jam yang bertujuan untuk menghilangkan kitosan. Hasil dari sintering didapatkan HA berpori berupa serbuk putih yang lebih halus dibandingkan sampel HA. Massa yang diperoleh dari hasil sintering lebih kecil dibandingkan massa awal. Pengurangan massa tersebut terjadi karena saat proses sintering, kitosan akan menghilang pada setiap kenaikan suhu sintering. Namun dari massa hasil dan efisiensi yang diperoleh menunjukan masih terdapat kitosan pada sampel, walaupun dalam jumlah yang sedikit. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 4 dapat dilihat juga nilai efisiensi dari setiap sampel berpori. Masih terkandungnya kitosan disebabkan pada suhu sintering sebesar 900 oC, ternyata kitosan tidak semuanya menghilang. Karena kitosan memiliki sifat jika berikatan dengan suatu material dapat memiliki titik leleh yang sangat tinggi bahkan tidak memiliki titik leleh.7 Tabel 4 Efisiensi massa sampel HA berpori Kode HA
Massa HA (gram)
Massa Kitosan (gram)
Massa Hasil Sintering (gram)
Efisiensi (%)
HA_X90 HA_X80 HA_X70 HA_X60 HA_X50 HA_Y90 HA_Y80 HA_Y70 HA_Y60 HA_Y50
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
0,22 0,5 0,86 1,33 2 0,22 0,5 0,86 1,33 2
2.04 2.07 2.08 2.09 2.06 2.04 2.05 2.09 2.07 2.04
101.91 103.49 104.13 104.64 102.80 102.00 102.50 104.50 103.50 102.00
7
Karakterisasi Sampel Karakterisasi FTIR Identifikasi gugus kompleks pada kitosan, HA, dan HA berpori dilakukan dengan karakterisasi FTIR. Kandungan kitosan diindikasikan dengan pita serapan gugus C-H pada bilangan gelombang 2850.06 cm-1 dan 2918.87 cm-1, NH2 pada bilangan gelombang 1641.13 cm-1, dan C=O pada bilangan gelombang 2935, 1377, dan 1321 cm-1 yang dapat dilihat pada Gambar 1.8 Sedangkan HA dapat terdeteksi dengan pita serapan gugus OH- dan PO43-. Jika terjadi gugus CO32dalam sampel, bisa menyebabkan dua kemungkinan yaitu adanya AKA (Apatit Karbonat tipe-A) berada pada bilangan sekitar 1545, 1450, dan 890 cm-1 atau AKB (Apatit Karbonat tipe-B) berada pada bilangan gelombang di sekitar 1465, 1412, dan 873 cm-1.9 Dari hasil karakterisasi FTIR didapatkan gugus fungsi OH-, PO43- dan CO32dapat dilihat pada Gambar 2, Gambar 3 dan Gambar 4. Gugus OH- yang teridentifikasi menunjukkan bahwa pada sampel HA (Gambar 2) maupun sampel HA berpori dengan variasi kitosan X (Gambar 3) dan variasi kitosan Y (Gambar 4) masih mengandung H2O.
Gambar 1 Spektra FTIR Kitosan.
Gambar 2 Spektra FTIR HA.
8
8
Pada sampel HA_X70, HA_X60 dan HA_Y70 terdapat kandungan karbonat pada bilangan gelombang 1450 cm-1, sedangkan pada sampel HA, HA_X90, HA_X80, HA_X50, dan semua sampel HA berpori dengan variasi kitosan Y tidak mengandungan karbonat. Karbonat tersebut tidak terdeteksi pada karakterisasi XRD karena kadarnya sangat kecil, namun dengan karakterisasi FTIR ini dapat terdeteksi. Karena karakterisasi FTIR dapat mendeteksi kadar senyawa yang sangat kecil sekali pun. Penambahan kitosan tidak mempengaruhi gugus fungsi yang didapatkan. * PO43+ CO32# OH(a) (b) (c) (d) (e)
Gambar 3 Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan X (a) 10%, (b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e) 50%
(a) (b) (c) (d) (e)
Gambar 4 Spektra FTIR sampel HA berpori dengan variasi kitosan Y (a) 10%, (b) 20%, (c) 30%, (d) 40%, dan (e) 50%
9
Karakterisasi XRD Karakterisasi XRD dilakukan untuk menentukan fasa, ukuran kristal, dan parameter kisi setiap sampel. Untuk menentukan fasa HA dari sampel dilakukan perbandingan terhadap setiap puncak sampel dengan puncak dari HA (Hydroxyapatite) dan TCP (Tri Calcium Phospate). Identifikasi fasa tersebut mengacu pada data JCPDS dengan nomor 09-0432 (Lampiran 3) untuk material HA dan 09-0169 untuk TCP (Lampiran 4).10 Hasil karakterisasi XRD pada sampel HA menunjukkan bahwa terbentuk dua fase yang berbeda yaitu HA dan TCP (Gambar 5). Fasa HA memiliki lima puncak difraksi tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 25.88o, 31.84o, 32.940, 46.74o, dan 49.48o. Selain itu fasa TCP menempati satu puncak difraksi tertinggi yaitu pada sudut 2θ sebesar 39.8o. Pada Gambar 6 menunjukkan pola XRD sampel HA berpori untuk variasi kitosan X. Hasil XRD menunjukan setiap sampel diperoleh HA murni. Pada Tabel 5 dapat dilihat komposisi senyawa yang dihasilkan dari sintesis HA dan HA berpori menggunakan kitosan jenis X. Perhitungan parameter kisi dengan menganalisis data XRD dengan menggunakan metode Cramer (Lampiran 5). Parameter kisi dan ketepatan dari sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X yang dapat dilihat pada Tabel 7. Dari Tabel 7 dapat dilihat bahwa nilai ketepatan parameter kisi untuk a maupun c dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis X sudah diatas 99% dibandingkan dengan sampel HA yang hanya 98%. Nilai ketepatan parameter kisi dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis X yang paling baik ada pada sampel HA_X70. Pada Tabel 8 dapat dilihat ukuran kristal diperoleh dari analisis data XRD. Ukuran kristal untuk setiap sampel. Ukuran kristal terbesar terdapat pada sampel HA_X60 dengan ukuran 63.83 nm. Pada Gambar 7 menunjukkan pola XRD sampel HA berpori untuk variasi kitosan Y. Hasil XRD menunjukan setiap sampel diperoleh HA murni 100%. Pada Tabel 9 dapat dilihat komposisi senyawa yang dihasilkan dari sintesis HA dan HA berpori menggunakan kitosan jenis Y. Perhitungan parameter kisi dengan menganalisis data XRD dengan menggunakan metode Cramer (Lampiran 5). Parameter kisi dan ketepatan dari sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y yang dapat dilihat pada Tabel 10. Nilai ketepatan parameter kisi untuk a maupun c dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis Y sudah diatas 99% dibandingkan dengan sampel HA yang hanya 98%. Nilai ketepatan parameter kisi dari sampel HA berpori dengan variasi kitosan jenis Y yang paling baik ada pada sampel HA_Y60. Ukuran kristal diperoleh dari analisis data XRD. Pada Tabel 11 dapat dilihat ukuran kristal untuk setiap sampel. Ukuran kristal terbesar terdapat pada sampel HA_Y60 dengan ukuran 36.93 nm. Dari hasil karakterisasi XRD pada setiap sampel telah terbentuk fase HA murni sebesar 100%. Variasi ukuran dan komposisi dari kitosan X maupun kitosan Y berpengaruh secara sigfinikan terhadap perubahan ukuran kristal HA berpori, hal ini terlihat dari ukuran kristal yang terbentuk memiliki ukuran yang jauh berbeda.
10
10
Gambar 5 Pola XRD sampel HA. # HA T
Gambar 6 Pola XRD sampel HA berpori dengan variasi kitosan X 10% (a), 20% (b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e). Tabel 5 Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X Kode Sampel HA HA_X90 HA_X80 HA_X70 HA_X60 HA_X50
% HA 91.78 100 100 100 100 100
TCP 8.22 0 0 0 0 0
11
Tabel 6 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X Kode Sampel HA HA_X90 HA_X80 HA_X70 HA_X60 HA_X50
Parameter Kisi a(A) c(A) 9.52 7.01 9.45 6.89 9.46 6.90 9.41 6.89 9.43 6.88 9.40 6.87
Ketepatan a(%) c(%) 98.92 98.17 99.54 99.76 99.55 99.77 99.92 99.91 99.87 99.94 99.81 99.80 # HA
Gambar 7 Pola XRD sampel HA (a) dan HA berpori dengan variasi kitosan Y 10% (b), 20% (c), 30% (d), 40% (e), dan 50% (f). Tabel 7 Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan X Kode Sampel HA HA_X90 HA_X80 HA_X70 HA_X60 HA_X50
Ukuran Kristal (nm) 50.61 49.85 56.11 46.82 63.83 61.25
12
12
Tabel 8 Komposisi senyawa sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y Kode Sampel HA HA_Y90 HA_Y80 HA_Y70 HA_Y60 HA_Y50
% HA 91.78 100 100 100 100 100
TCP 8.22 0 0 0 0 0
Tabel 9 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y Kode Sampel HA HA_Y90 HA_Y80 HA_Y70 HA_Y60 HA_Y50
Parameter Kisi a(A) c(A) 9.52 7.01 9.50 6.90 9.49 6.91 9.41 6.87 9.41 6.88 9.40 6.87
Ketepatan a(%) c(%) 98.92 98.17 99.13 99.77 99.24 99.77 99.92 99.80 99.92 99.94 99.81 99.80
Tabel 10 Ukuran kristal sampel HA dan HA berpori dengan variasi kitosan Y Kode Sampel HA HA_Y90 HA_Y80 HA_Y70 HA_Y60 HA_Y50
Ukuran Kristal (nm) 50.61 34.13 36.09 36.91 36.93 33.91
Karakterisasi SEM Karakterisasi SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi sampel HA berpori. Karakteristik fisik dari HA berpori diantaranya ukuran pori, morfologi pori dan keseragaman pori yang mempengaruhi pertumbuhan tulang pada implan.11 Gambar 8 dan Gambar 9 memperlihatkan hasil analisa SEM dengan pembesaran 5000 kali pada sampel HA berpori. Dimana morfologi tersusun dari butiran-butiran yang membentuk suatu agregat yang menunjukan struktur berpori. Pada Gambar 8 dapat dilihat hasil karakterisasi SEM dari sampel HA berpori dengan penambahan kitosan X yaitu telah terbentuk pori-pori yang kurang seragam. Pada sampel HA_X50 terlihat jelas pori yang terbentuk dan ukurannya
13
yang lebih besar dibandingkan sampel HA_X60, HA_X70, HA_X80 dan HA_X90. Pada Gambar 9 dapat dilihat hasil karakterisasi SEM dari sampel HA berpori dengan penambahan kitosan Y. Pada sampel HA_Y50 dan HA_Y60 terlihat jelas pori yang terbentuk dan ukuran pori yang lebih besar dibandingkan HA_Y70, HA_Y80, dan HA_Y90. Pada sampel dengan penambahan kitosan Y, pori-pori yang terbentuk kurang seragam. Ukuran pori yang didapatkan setiap sampel dapat dilihat pada Tabel 11.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e) Gambar 8 Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan X 10% (a), 20% (b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e).
14
14
(a)
(b)
(c)
(d)
(e) Gambar 9 Karakterisasi SEM sampel HA dengan variasi kitosan Y 10% (a), 20% (b), 30% (c), 40% (d), dan 50% (e). Dari data yang didapatkan, dapat dilihat bahwa semakin banyak komposisi kitosan yang ditambahkan berpengaruh secara signifikan terhadap ukuran pori dari HA yang dihasilkan. Meskipun pori yang dihasilkan relatif kecil dan kurang seragam, tetapi sampel telah menunjukkan bahwa telah terbentuk HA berpori dengan menggunakan kitosan sebagai porogennya. Hal ini terjadi karena proses pencampuran antara HA dan kitosan secara langsung, mengakibatkan pencampuran yang tidak homogen.
15
Tabel 11. Ukuran pori pada sampel HA berpori dengan variasi kitosan X dan Y. kode sampel HA-X90 HA-X80 HA-X70 HA-X60 HA-X50 HA-Y90 HA-Y80 HA-Y70 HA-Y60 HA-Y50
ukuran pori (µm) terkecil terbesar 0.2 0.6 0.2 0.6 0.2 0.6 0.4 0.6 0.4 0.8 0.8 1.1 0.8 1.1 0.8 1.1 0.9 1.4 0.9 1.6
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Sintesis HA berpori dengan porogen kitosan berhasil dibuat dengan metode presipitasi, yaitu wise drop. Sampel HA berpori yang dihasilkan baik dari variasi kitosan X maupun kitosan Y berupa HA murni 100%. Pada massa hasil HA berpori masih terkandung kitosan, namun pada hasil karakterisasi FTIR dan XRD kitosan tidak terdeteksi. Hal ini dikarenakan kandungan kitosan hanya sedikit. Pencirian SEM terhadap sampel HA berpori memperlihatkan telah terbentuknya pori-pori berukuran 0.2-1.6 μm dengan morfologi pori bulat kecil serta distribusi pori yang mulai seragam. Dimana penambahan kitosan Y menghasilkan pori yang berukuran lebih besar dibandingkan penambahan kitosan X. Adanya variasi ukuran kitosan yang digunakan sebagai porogen tidak berpengaruh signifikan tehadap ukuran pori yang dihasilkan. Saran Pada pembuatan sintesis hidroksiapatit berpori harus dilakukan teknik yang lebih baik lagi untuk penyempurnaan, seperti teknik pada pencampuran antara HA dengan porogen alaminya. Dimana pencampuran dilakukan ketika pembuatan sintesis HA, agar diperoleh pori dengan ukuran yang lebih besar dan diperoleh pori yang seragam.
16
16
DAFTAR PUSTAKA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.
Wang, Pie-Yi, dkk. 2004. Method Of Producing Eggshell Powder. [Terhubung Berkala]. http://www.wipo.int/pctdb/images1/PATENTSCOPE/ 41/0b/6b/000b6b.pdf. [8 Januari 2013]. Shi D. (2003). Biomaterial and Tissue Engineering. Springer Berlin Heidelberg : New York.hlm 1-12. Yustinus P. 2011. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit Dengan Pori Terkendali [Tesis]. Bogor(ID): Institut Pertanian Bogor. Ajeng Anggraeni. 2012. Metode Single Drop Pada Pembuatan Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur [Skripsi]. Bogor(ID): Institut Pertanian Bogor. Irwan sofia, pirman, dan zulfiana haris. Yang Diperoleh dari Limbah Cangkang Udang Windu. Jurnal Kimia. 2010: Vol. 9 No. 1, 11-18. Fitriani P. 2008. Pemanfaatan Cangkang Telur Ayam untuk Sintesis Hidroksiapatit dengan Reaksi Kering [Skripsi]. Bogor(ID): Institut Pertanian Bogor Griffith P.R, Haseth J.A. 2007. Fourier Transform Infrared Spectrometry. A John Wiley & Sons, Inc Publication : New Jersey. Ratna juwita. 2012. Sintesis Hidroksiapatit Berpori Berbasis Kalsium dari Cangkang Telur dan Porogen Lilin Sarang lebah [Skripsi]. Bogor(ID): Institut Pertanian Bogor. Joint Committee on Powder Diffraction Standards. Aoki H. (1991). Science and Medical Application of Hidroxyapatite. Tokyo : JAAS. Mardiyah K, Dwi K. Sintesis dan Karakterisasi Fisika-Kimia Kitosan. Jurnal Kimia. 2012: Vol-5-No-1-hal-42-48. Sulistioso GS, Deswita, Armi Wulanawati, dan Ayu Romawati. Sintesis Hidroksiapatit Berpori Dengan Porogen Kitosan dan Karakterisasinya. BBKK. 2012: vol. 34 no.1 april 2012. Sopyan I, Mel M, Ramesh S, Khalid KA. Porous hydroxiapatite for artificial bone application. Science and technology of advanced materials. 2007; 8:116-123. Dahlan KA, Prasetyanti F, Sari YW. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang menggunakan dry method. Jurnal Biofisika. 2009; 5(2):71-78. Putri AAM. Metode Single Drop pada Pembuatan Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur. [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 2012. Ahmiatri S, Soejoko D.S. 2002. Pengaruh Ion Karbonat dalam Proses Presipitasi Senyawa Kalsium Fosfat. Makara Sains. 6 : 2. Tian T, Jiang D, Zhang J, Lin Q. 2008. Synthesis of Si- Substituted Hydroxyapatite by a Wet Mechanochemical Method. Materials Science and Enggineering. C 28 : 57-63.
17
Lampiran 1 Diagram alir penelitian Mulai Persiapan alat dan bahan Kalsinasi Cangkang telur ayam Sintesis Hidroksiapatis 0,5 M CaO (dari Cangkang Telur Ayam)
0,3 M (NH4)2HPO4 Presipitasi
Wise Drop (1 jam) Karakterisasi XRD
FTIR
SEM
Analisis/pengolahan data Penyusunan laporan Selesai
18
18
Lampiran 2 Keterangan sintesis HA
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
19
(i)
(k) (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (k) (l)
Preparasi cangkang telur Kalsinasi cangkang telur Serbuk hasil kalsinasi Larutan kalsium Larutan fosfat Stirring Aging Penyaringan Hasil penyaringan Sintering Serbuk hasil HA Pencampuran HA dengan kitosan
(j)
20
Lampiran 3 JCPDS HA
Lampiran 4 JCPDS TCP
20
21
Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA Perhitungan parameter kisi kristal dihitung melalui metode Cohen dengan persamaan sebagai berikut: Σ α sin2 θ Σ γ sin2 θ Σ β sin2 θ
= C Σ α2 = C Σ αγ = C Σ αδ
+ B Σ αγ + B Σ γ2 + B Σ γδ
Dimana: C
=
α
= (h2 + hk + k2)
B
=
γ
= l2
A
=
δ
= 10 sin2 2θ
+ A Σ αδ + A Σ γδ + A Σ δ2
22
22
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Cirebon, Jawa Barat pada tanggal 29 Juni 1991. Penulis merupakan anak kedua dari tiga bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studi di TK Pertiwi Serang selama satu tahun, SDN IV Serang selama enam tahun, SMPN 1 Serang selama 3 tahun, dan melanjutkan pendidikan ke SMAN 1 Keramatwatu selama tiga tahun serta pada tahun 2009 penulis melanjutkan pendidikan sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan sebagai Bendahara Umum Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) IPB 2010-2011 dan Badan Pengawas HIMAFI IPB 2011-2012. Selama perkuliahan penulis aktif dalam berbagai kegiatan organisasi mahasiswa FMIPA IPB dan seminar-seminar baik di dalam maupun di luar kampus. Diluar kampus penulis bekerja sebagai manager di Toko Pena Stationary.
