16 pt boldUSULAN PENELITIAN

Panjang = 4,5 cmLebar = 4,5 cm

18 pt boldSINTESA HIDROXIAPATITE DENGAN DIDOPING DENGAN MAGNESIUM MENGGUNAKAN METODE SOL GEL

14 pt OLEH

14 pt boldNAMA MAHASISWA NIM

16 pt boldJURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS RIAUPEKANBARU2010

Sintesa Hidroxiapatite Dengan Didoping Dengan Magnesium Menggunakan Metode Sol Gel

Oleh :Intan Fitra Martin (1107114272)Nuraina Siregar (1107152050)

Jurusan Teknik Kimia Fakultas TeknikUniversitas Riau2013BAB IPENDAHULUAN1.1 Latar BelakangSaat ini kebutuhan masyarakat akan bahan untuk memperbaiki jaringan tulang dan gigi cukup besar sehingga berbagai upaya dikembangkan dalam rangka mencari bahan alternatif untuk memperbaiki tulang dan gigi yang baik, terjangkau masyarakat serta dapat menggantikan struktur jaringan yang hilang tanpa menimbulkan efek negatif.Tulang memiliki kapasitas untuk mengalami pertumbuhan regeneratif, tetapi pada berbagai kasus klinis masih diperlukan pembedahan dan tranplantasi. Rekonstruksi dengan tranplantasi dapat dilakukan dengan allograft, autograft, xenograft ataupun berbagai biomaterial sintetis. Material allograft diperoleh dari tulang manusia sedangkan xenograft diperoleh dari binatang. Penggunaan allograft dan xenograft dibatasi oleh respon imunologi ataupun kemungkinan suatu penyakit yang menyertainya. Autograft dilakukan dengan menggunakan tulang sehat bagian tubuh lainnya milik pasien yang bersangkutan.Terbatasnya jumlah massa tulang yang dapat diambil juga menjadi limitasi pelaksanaan autograft. Biomaterial sintetis diharapkan dapat mengatasi limitasi allograft, autograft ataupun xenograft (Sopyan, 2007).Implant tulang ke dalam tubuh manusia dapat menggunakan berbagai material sintetik alternatetif dari bahan keramik, logam maupun polimer, contohnya apatit serbuk. Hidroksiapatit dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2 merupakan salah satu contoh apatit serbuk dan merupakan komponen anorganik utama pada tulang dan gigi. Sekitar 65% fraksi mineal di dalam tulang manusia tersusun atas hidrosiapatit. Hidroksiapatit ini digunakan sebagai pelapis tulang buatan yang dimasukkan ke dalam tubuh manusia dan merupakan salah satu kristal kalsium fosfat yang akan memberikan sifat keras dalam jaringan tulang. Material ini diproses dan disintesa secara khusus untuk digunakan sebagai implan di dalam tubuh manusia. Hidrosiapatit secara luas dipergunakan untuk memperbaki, mengisi, menambahkan dan merekonstruksi ulang jaringan tulang yang telah rusak dan juga di dalam jaringan lunak (Suryadi, 2011).1.2 Perumusan Masalah1.3 Tujuan Penelitian

1.4 Manfaat penelitian

BAB II TINJAUAN PUSTAKA2.1 HidroxiapatiteHidroksiapatit (HA) adalah senyawa polikristalin kalsium fosfat yang paling banyak digunakan sebagai material pengganti tulang. Hidroksiapatit cukup aman di gunakan sebagai bahan implant karena sifatnya yang non toxic, cepat membangun ikatan dengan tulang (bioaktif), memiliki biokompatibilitas dengan jaringan sekitar dan dapat mendorong pertumbuhan tulang baru dalam strukturnya yang berpori. Namun, pori-pori Hidroksiapatit ini tidak teratur dalam bentuk dan ukuran serta tidak sepenuhnya saling berhubungan satu sama lain. Hal ini menyebabkan porositas hidroksiapatit yang dihasilkan rendah, akibatnya struktur keramik hidroksiapatit tidak kompak sehingga apabila digunakan sebagai implant ortopedik karakteristiknya rapuh atau mudah patah.HA merupakan material penyusun tulang dengan 60-70% berat tulang kering, sementara matriks organik melekat pada bagian dalam tulang. komposisi kimia HA murni adalah Ca5(PO4)3(OH) namun terkadang ditulis sebagai Ca10(PO4)6(OH)2 untuk menunjukkan bahwa unit kristalnya terdiri dari dua molekul.

Gambar 2.1 Struktur Kimia HA (Ylinen, 2006). Dalam satu unit sel HA terdapat ion-ion Ca, PO4 dan OH yang tersusun secara rapat membentuk struktur apatit. Dimensi satu unit sel HA pada suhu kamar adalah a0 =b0 = 9,11 dan co = 6,86. HA mempuanyai struktur kristal heksagonal dengan space group P63/m. Jenis senyawa apatit lainnya diperoleh dengan mengganti elemen-elemen pada bagian M, Z, dan X. M dapat ditempati oleh Ca, Mg, Sr, Ba, Cd, Pb. Z dapat ditempati oleh unsur P, V, As, S, Si, Ge, dan gugus fungsi CO3. X dapat ditempati oleh unsur F, Cl, OH, O, Br, serta gugus fungsi CO3 dan OH (Vazquez 2005). Struktur kristal dari hidroksiapatit adalah heksagonal dengan parameter kisi a = b = 9,4225 dan c = 6,8850 (Manafi 2009).

Gambar 1.2 Struktur Kristal Hidroksiapatit (Eko, 2006)

HA merupakan jenis keramik yang sangat stabil yang dapat diimplankan ke dalam tubuh manusia sebagai pengganti tulang atau gisis gigi dengan memenuhi syarat medis yaitu, bersifat bioaktif, biokompatibel dan tidak beracun (Sasikumar 2006 & Dahlan et al. 2009). Perbandingan kemiripan komposisi antara HA, email , gigi dan tulang dapat digambarkan pada tabel 1.1 berikut ini. Tabel 2.1 Perbandingan Kemiripan Komposisi Antara HA, Email , Gigi Dan Tulang Composition, wt%EnamelDentinBoneHA

Calcium36,535,134,839,6

Phosphorous17,116,915,218,5

Ca/P ratio1,631,611,711,67

Total inorganic (%)977065100

Total oganic (%)1,52025-

Water (%)1,51010-

Crystallographic properties :lattice parameters (0,003

-axis (9,4419,4219,419,430

c-axis ()6,8806,8876,896,891

Crystallinity index (HA=100)70-7533-3733-37100

(Sumber : Dorozhkin 2007)Karena HA mirip dengan mineral apatit pada tulang, HA mampu membnetuk iktana yang kuat dengan jaringan tulang. Ini merupakan keistimewaan yang utama dari HA, selain kestabilan biokimianya, untuk digunakan sebagai material cangkok tulang. HA juga tidak terresorbsi atau terresorbi sangat lambat, baik melalui proses disolusi maupun proses yang dimediasi oleh sel (Ylinen, 2006).2.3 MagnesiumFungsi magnesium dalam tubuh adalah untuk membantu proses pencernaan protein dan mampu memelihara kesehatan otot serta sistem jaringan penghubung. Sebenarnya dengan menikmati satu cangkir teh, kebutuhan akan magnesium untuk satu hari telah terpenuhi. Beberapa publikasi terkini menyatakan bahwa magnesium dalam teh dapat pula berfungsi dalam reaksi seluler, mengatur elektrolit tubuh, hormon reseptor, metabolisme vitamin D, serta berperan aktif dalam pembentukan tulang.Pentingnya ion seperti magnesium, seng, tembaga, besi, dan fluoride untuk metabolisme tulang yang normal telah didokumentasikan. Dengan sekitar 25 gram Mg dalam tubuh, perannya kecil, tapi penting. Magnesium dapat digunakan untuk pembentukan tulang dan resorpsi melalui reaksi pada permukaan mineral tulang. Substitusi Mg menjadi fase Ca-P juga telah menunjukkan bahwa magnesium membantu untuk menstabilkan beta-trikalsium fosfat fase (Kannan et al 2007).

2.4 Metode Sol GelMetode sol-gel merupakan salah satu metode yang dikembangkan untuk menghasilkan berbagai jenis material karena memiliki banyak keuntungan. Beberapa keuntungan dari metode ini adalah kemudahan untuk mengatur komposisi dan sintesis yang dapat dilakukan pada temperatur rendah. Keuntungan lainnya adalah dapat menghasilkan lapisan yang homogen, murni, dan stoikiometris akibat percampuran dengan skala molekuler. Teknik ini terdiri dari beberapa tahapan pengerjaan, yaitu penyiapan larutan prekursor, hidrolisis untuk proses gelasi, aging, dan drying atau sintering. Prekursor yang digunakan dapat berupa senyawa anorganik atau metal organik. Teknik sol-gel memiliki dua tahapan reaksi yaitu reaksi hidrolisis dan reaksi kondensasi atau polimerisasi. Reaksi hidrolisis merupakan suatu proses dimana terjadi reaksi antara senyawa prekursor (senyawa awal yang dibutuhkan untuk mendapatkan senyawa yang diinginkan pada proses sintesis nanopartikel dengan metode sol-gel) dengan air (H2O), sehingga meng hasilkan senyawa metal hidroksida. Proses kondensasi merupakan proses dimana metal hidroksida yang telah terbentuk pada proses hidrolisis saling berikatan membentuk rantai oksida dan menghasilkan senyawa metal oksida.

Gambar 2.2 Skema Pembuatan HA Dengan Metode Sol-Gel (Atia et al, 2012)

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Flowchart Pembuatan Doped-Magnesium HA Dengan Metode Sol Gel

Gambar 3.1 Flowchart Pembuatan Doped-Magnesium HA Dengan Metode Sol-Gel

3.1 Bahan Dan AlatDalam persiapan bubuk magnesium-doped hidroxiapatite, ada bebeapa bahan yang digunakan dalam metode sol gel yaitu kalsium nitrat tetrahidrat (Ca(NO3)2. 4H2O) dari Merck, diamonium hidrogen fosfat ((NH4)2HPO4) juga dari Merck, seng nitrat heksahidrat dari UNI-CHEM, urea dari DULAB, EDTA (Titriplex) dari Merck dan solusi amonium(NH4OH) dari B&M Chemical. Kalsium nitrat tetrahidrat dan di-amonium hidrogen fosfat (reagen grade) digunakan sebagai kalsium dan fosfor , prekursor dan magnesium nitrat heksahidrat digunakan sebagai sumber dopant. Urea (kelas analitis) digunakan sebagai pembentuk gel dan amonium donor dan EDTA digunakan sebagai agen Chelating untuk mencegah formasi endapan langsung kalsium.

3.2 Prosedur PenelitianUntuk menghasilkan 25 gram Mg-doped HA, langkah pertama adalah proses sintesis. Sebanyak 250 ml amonium larutan (11%) disiapkan dan dipanaskan sampai suhu 60C. Kemudian, dipanaskan amonium sebanyak 91 gram EDTA sebagai agen pembentuk gel sambil diaduk sampai larut. Kemudian larutan tetrahidrat sebanyak 65 gram, kalsium nitrat dan seng nitrat heksahidrat dituangkan ke dalamnya. Setelah itu, tambahakan 20 gram di- amonium hidrogen fosfat dan 22,6 gram urea. Campuran tersebut kemudian dipanaskan pada 100C sambil diaduk dan disintesis selama 3 sampai 4 jam.

Dalam solusi ini, dengan pengadukan, ureadilarutkan. Gel yang diperoleh kemudiandikeringkan di bawah udara statis sekitar. resultanpadat (gel hitam) hancur menjadi bubuk halusmenggunakan ulekan. Bubuk hitam adalahkemudian mengalami 900 C kalsinasi mana putihbubuk diperoleh. Serbuk dari 2, 5, 10dan 15 mol% Sr-doped HA disusun.

Dalam penelitian ini, urea dilarutkan membentuk gel yang dinantinya dikeringkan dibawah suhu kamar (25oC). Setelah itu dilakukan proses refluks pada suhu 100C sampai saatgel diperoleh. Removal ion nitrat melibatkan pembentukan fase gel putih melewatifase sol transparan dalam satu reaktor saja, untuk mengatur nol kemungkinan kontaminasi . yang diperolehgel kemudian dikeringkan pada 340 C selama 3 jam di bawah udara ambien statis dan gel hitamdiperoleh . Gel ini kemudian dikenakan 900 C kalsinasi selama 3 jam di bawah mengalirudara . Resultan solid bubuk putih hancur menggunakan mortar dan alu ke dendabubuk . Semua langkah-langkah ini kemudian diulang untuk 2 % , 5 % , 10 % dan 15 % Seng didopingHydroxyapatite dengan suhu kalsinasi yang berbeda, 500 C , 600 C , 700 C dan 800 C.Kemudian, dilakukan pengujian karakterisasi Zinc-doped HA yang melibatkan pengujian dengan difraksi sinar-X, Fourier Transformed Infared Spektrometer (FTIR) , Differential Thermal Analysis (DTA), ukuran partikel dan nanosizer Lapangan Emisi Scanning Electron Microscopy (FESEM).

3.3 Cara Analisa Hasil3.3.1 Karakterisasi Dengan XRDXRD menggunakan prinsip difraksi untuk mengetahui struktur kristal, fasa, dan derajat kristalinitas, serta dapat digunakan untuk mengetahui kualitas kristal suatu bahan, mengetahui jenis-jenis unsur dan senyawa yang terkandung dalam material secara kualitatif. Sinar-X yang digunakan untuk pengukuran, seperti hamburan sinar-X yang membawa informasi distribusi elektron dalam material. 3.3.2 Karakterisasi Dengan FTIRFTIR merupakan salah satu metode untuk menganalisis sampel dengan menggunakan spektroskopi inframerah. Pada spektroskopi inframerah, radiasi inframerah dilewatkan terhadap sampel. Radiasi inframerah tersebut sebagian akan diserap oleh sampel, dan sebagian lagi akan diteruskan. Dilihat dari segi aplikasi dan instrumentasi, spektrum inframerah dibagi ke dalam tiga jenis radiasi yaitu near infrared (bilangan gelombang 12800 - 4000 cm-1), mid infrared (bilangan gelombang 4000 - 400 cm-1), dan far infrared (bilangan gelombang 400 - 10 cm-1). FTIR termasuk ke dalam kategori radiasi mid infrared dengan bilangan gelombang 4000 - 200 cm-1.3.3.3 Karakterisasi Dengan SEMScanning electron microscopy (SEM) menunjukkan struktur mikro permukaan sampel dan melihat morfologi serbuk hidroksiapatit. Lensa pemfokus kedua membentuk pelemahan (pancaran sinar koheren), celah lensa dikendalikan untuk mengurangi pembelokan sudut dari pancaran lensa pertama. Pancaran yang dilewatkan lensa kedua dan mengalami proses scan oleh 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. Pada pengukuran menggunakan SEM, sampel haruslah merupakan zat yang dapat menghantarkan arus listrik seperti halnya logam, karena hidroksiapatit tidak dapat menghantarkan arus listrik maka sebelum dianalisis terlebih dahulu dilapisi logam

3.4 Jadwal KegiatanKegiatanBulan IBulan II Bulan IIIBulan IV

1234123412341234

Persiapan Bahan dan Alat

Pelaksaan Penelitian

Analisis dan Pengujian Hasil

Pengolahan dan Interpretasi Data

DAFTAR PUSTAKA

Amit Y Desai. 2007. Fabrication and Characterization of Titanium-doped Hydroxyapatite Thin Films. Department of Materials Science & Metallurgy. University of Cambridge. Atia N sidiqia, Nina D, Bambang S, Renny F. 2012. Surface Modification of Multilayer Coatings Ti-Al-Cr and Hydroxyapatite on Calcium Phosphate Cement with Sol-Gel Method. Journal of Dentistry Indonesia 2012, Vol. 19, No. 2, 43-46C.M. Mardziah, I. Sopyan dan S. Ramesh. 2009. Strontium-Doped Hydroxyapatite Nanopowder via Sol-Gel Method: Effect of Strontium Concentration and Calcination Temperature on Phase Behavior. Society for Biomaterials and Artificial Organs (India),trends biomater. Artif. Organs, vol 23(2), pp 105-113 (2009).D. Norhidayu. I Sopyan. S Ramesh. 2008. Development Of Zinc Doped Hydroxyapatite For Bone Implant Applications. ICCBT 2008 - F - (24) Pp257-270 Dorozhkin SV. 2007. Calcium orthophosphates. J. Mater. Sci. 42: 1061-1095. 2007.Eko F Purnama. 2006. Pengaruh Suhu Reaksi Terhadap Derajat Kristalinitas Dan Komposisi Hidroksiapatit Dibuat Dengan Media Air Dan Cairan Tubuh Buatan (Synthetic Body Fluid). Departemen Fisika. Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Pertanian Bogor.Kannan S, Ventura J and Ferreir J. 2007. Aqueous precipitation method for the formation of Mg-stabilized -tricalcium phosphate: An X-ray diffraction study. Ceram. Int. 33 (4): 637-641. Kentaro N. Takashi K. Chiya N. Takamura O. Atsushi. 2009. Synthesis and Characterization of Silicon-Doped Hydroxyapatite. Materials Transactions, Special Issue on Nano-Materials Science for Atomic Scale Modification Vol. 50, No. 5 (2009) pp. 1046 to 1049. Khelendra A. Gurbhinder S. Devendra P. Satya P. 2011. Synthesis and Characterization of Hydroxyapatite Powder by Sol-Gel Method for Biomedical Application. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, Vol. 10, No.8, pp.727-734, 2011Landi E, Tampieria, Mattioli B. 2006. Biomimetic Mg- and Mg,CO3-substituted hydroxyapatites: synthesis characterization and in vitro behaviour. J. Eur. Ceram. Soc. 26 (13): 2593-2601. Landi, E. 2007. Biomimetic Mg-substituted hydroxyapatite: from synthesis to in vivo behaviour. J. Mater. Sci. - Mater. Med. M. Bilton. Ap Brown. Sj Milne. 2009. Sol-Gel Synthesis And Characterisation Of Nano-Scale Hydroxyapatite. Journal Of Physics: Conference Series 241 (2010) 012052. Doi:10.1088/1742-6596/241/1/012052Suryadi. 2011. Sintesis Dan Karakterisasi Biomaterial Hidroksiapatit Dengan Proses Pengendapan Kimia Basah. Program Studi Teknik Metalurgi Dan Material FT UI Depok.Ylinen. 2006. Application Of Caroline Hydroxiapatite Withbioresobabie Containment And Reinforcement As Bonegraft Subtitute. Academic Dissertation. Medical Faculty Of The University Of Helsinki.