124
Saleha / Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Nanopartikel Kalsium Oksida (CaO) Cangkang Telur untuk Aplikasi Dental Implan
Sintesis Dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Nanopartikel Kalsium Oksida (CaO) Cangkang Telur Untuk Aplikasi Dental Implan Saleha*, Mutmainnah Halik, Nuur Annisa, Sudirman, Subaer Fakultas MIPA Universitas Negeri Makassar Jl. Daeng Tata Raya, Makassar 90223 * email:
[email protected]
Abstrak – Hidroksiapatit merupakan senyawa penyusun jaringan di dalam tubuh seperti tulang dan gigi yang dapat disintesis dari bahan-bahan yang memiliki kandungan kalsium tinggi seperti cangkang telur. Hidroksiapatit bersifat biokompatibel sehingga dapat dimanfaatkan sebagai dental implan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memanfaatkan limbah cangkang telur yang melimpah untuk disintesis menjadi material hidroksiapatit sebagai bahan dasar pembuatan dental implan. Hidroksiapatit disintesis dari nanopartikel kalsium oksida (CaO) cangkang telur dengan mencampurkan larutan HCl, NH3 dan Na3PO4 menggunakan metode presipitasi. Sintesis dilakukan sebanyak 4 sampel dengan molaritas larutan Na3PO4 yang bervariasi yaitu 4M, 5M, 6M dan 7M kemudian dikalsinasi pada suhu 750°C selama 2 jam. Hasil karakterisasi XRD, menunjukkan bahwa kandungan Hidroksiapatit tertinggi terdapat pada penambahan Na3PO4 5M yaitu 47 wt%. Morfologi kristal hasil karakterisasi SEM-EDS menunjukkan sampel HA_2 memiliki struktur yang teratur dan ukuran kristal yang seragam dibandingkan dengan sampel lain. Kata kunci: Cangkang telur, Hidroksiapatit, SEM-EDS, XRD. Abstract – Hydroxyapatite is a compound constituent of tissues in human body, i.e. bones and teeth which can be synthesized from materials that contain high calcium such as an eggshell. Hydroxyapatite is biocompatible material which can be used as a dental implants. The purpose of this study is to utilize the abundant waste of eggshells to be synthesized as hydroxyapatite material for dental implants. Hydroxyapatite synthesized from nanoparticles calcium oxide (CaO) eggshell by mixing a solution of HCl, NH3 and Na 3PO4 using precipitation method. Synthesis was performed for a total of 4 samples by varying the molarity of Na3PO4 solution by 4M, 5M, 6M and 7 M and calcined at 750 °C for 2 hours. Characterization by XRD results showed that the highest hydroxyapatite is 47 wt% by an addition of 5M Na3PO4. Characterization by SEM-EDS results indicated that the HA_2 morphology has a better structure and crystal size compared to other samples. Keywords: Eggshell, Hydroxyapatit, SEM-EDS, XRD.
I. PENDAHULUAN Hidroksiapatit (HA) dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2 merupakan salah satu senyawa anorganik penyusun jaringan keras (hard tissue) tubuh manusia seperti tulang, gigi, dan lain sebagainya. Hidroksiapatit sintetik merupakan material seperti tulang yang mempunyai sifat dapat berikatan dengan tulang secara baik [1]. Sifat ion kalsium (Ca2+) pada hidroksiapatit dapat mengubah ion-ion logam berat yang beracun dan menyerap unsur-unsur kimia organik dalam tubuh [2]. Sifat hidroksiapatit yang biokompatibel dan dapat diterima jaringan tubuh menjadikan material ini dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan biomaterial (bahan selain obat yang berasal dari makhluk hidup/ sintetik) yang dapat mengobati, menambah, atau mengganti jaringan organ atau fungsi dari tubuh, juga sebagi adsorben, fotokatalis, pelapis material, dan berperan dalam bidang bioteknologi misalnya biasa digunakan sebagai material pendukung untuk imobilisasi enzim, serta baik untuk digunakan sebagai implan jaringan keras, yaitu memperbaiki tulang dan gigi [3,4,5,6,7]. Hidroksiapatit sebagai komponen utama tulang adalah bahan bioaktif yang memiliki sifat
osseointegrasi yang baik ketika digunakan dalam bidang ortopedi. Osseointegrasi adalah kemampuan bahan untuk menyatu dengan tulang. Osseointegrasi merupakan syarat utama bahan yang digunakan untuk implant [8] Hidroksiapatit memiliki berat mencapai 69% dari berat tulang alami dan memiliki struktur heksagonal yang merupakan senyawa paling stabil dalam cairan tubuh serta diudara kering hingga suhu 12000C [9]. Gambar 1. merupakan gambar struktur kimia HA.
Gambar 1. Struktur Kimia HA [4]
Peneliti sebelumnya telah banyak yang melakukan penelitian untuk mensintesis hidroksiapatit diataranya yaitu mensintesis HA cangkang kerang ranga dengan fosfat dari H3PO4[10], dan mensintesis HA menggunakan Ca(NO3)2●4H2O dan (NH4)2HPO4 sebagai bahan awal dan larutan amonia sebagai agen untuk penyesuaian pH dengan metode presipitasi [11].
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015 ISSN : 0853-0823
Saleha / Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Nanopartikel Kalsium Oksida (CaO) Cangkang Telur untuk Aplikasi Dental Implan
Material hidroksiapatit dapat disintesis dari semua bahan yang mengandung banyak kalsium, diantaranya yaitu cangkang kerang [12,13,10], tulang sapi[14], tulang ikan[15], cangkang telur[16]. Pada penelitian ini sintesis hidroksiapatit dilakukan dengan menggunakan bahan dasar cangkang telur. Cangkang telur dipilih karena menurut data Badan Pusat Statistik (2009) cangkang telur sangat melimpah di Indonesia yaitu ± 86.000 ton atau 10 % dari produksi telur per tahunnya. Cangkang telur belum dimanfaatkan sehingga hanya menjadi limbah yang dapat mencemari lingkungan, sedangkan cangkang telur merupakan salah satu sumber CaCO3 (calcium carbonate). Cangkang telur tersusun dari 94% CaCO3, 1% MgCO3, 1% CaPO4, dan 4% sisanya adalah bahan organik[17]. Khususnya cangkang telur ayam negeri memiliki kadar kalsium terbanyak sebesar 70.84% dibandingkan dengan cangkang telur puyuh sebesar 55.46%, dan cangkang telur bebek sebesar 53.60%[6]. Serbuk kulit telur ayam mengandung kalsium sebesar 401 ± 7,2 gram atau sekitar 39% kalsium, dalam bentuk kalsium karbonat [18]. II. METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen murni dan bersifat laboratories yang mengarah pada pengembangan bahan nanopartikel kalsium oksida dari cangkang telur untuk disintesis menjadi hidroksiapatit. Pada penelitian ini sintesis hidroksiapatit dilakukan dengan menggunakan larutan HCl, NH3 dan Na3PO4 melalui metode presipitasi. Sintetis hidroksiapatit dilakukan sebanyak 4 kali dengan variasi molaritas larutan Na3PO4 yaitu 4M, 5M, 6M, dan 7M kemudian dikalsinasi pada suhu 750oC selama 2 jam. Selanjutnya sampel dikarakterisasi menggunakan teknik X-Ray Diffraction (XRD) dan Scanning Electron Microscopy – Energy Dispersive Spectroscopy (SEM – EDS). III. HASIL DAN PEMBAHASAN A.
Hasil Kalsinasi Cangkang Telur Ayam Sebelum dilakukan kalsinasi, senyawa kalsium dalam cangkang telur berbentuk CaCO3. Setelah dikalsinasi senyawa tersebut berubah menjadi CaO. Reaksi pembentukan CaO melalui proses kalsinasi dapat dilihat pada persamaan 1: (1) Efesiensi massa hasil kalsinasi dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Efesiensi massa hasil kalsinasi Massa Massa Massa Sebelum Sesudah kalsinasi kalsinasi (gram) (gram) 1 20.80 11.15 2 20.81 11.17 3 20.83 11.20 4 20.81 11.18 Rata-rata
125
Tabel 1 menunjukkan bahwa massa sebelum kalsinasi dan massa setelah kalsinasi mengalami pengurangan dengan persentase rata-rata efisiensi massa hasil kalsinasi yaitu sebesar 53.69 %. Hal itu terjadi karena proses pemanasan dan terjadi perubahan fase senyawa kalsium karbonat menjadi kalsium oksida. B.
Hasil Sintesis HA dengan Metode Presipitasi Hidroksiapatit disintesis dengan menggunakan sumber kalsium (Ca) dari cangkang telur ayam ras dan fosfatnya berasal dari Na3PO4. Adapun massa hasil sintesis hidroksiapatit ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Efisiensi massa hasil sintesis Massa sebelum Massa sesudah Sampel sintesis (gram) sintesis (gram) A 1.60 1.16 B 1.60 1.18 C 1.60 1.18 D 1.60 1.20 Rata-rata
Efisiensi (%) 72.50 73.75 73.75 75.00 73.75
Tabel 2 menunjukkan bahwa massa sebelum sintesis dan massa setelah sintesis, bahan CaO mengalami pengurangan. Reaksi sintesis HA dapat dilihat pada persamaan berikut : (2) (3) (4) Dari persamaan 2,3, dan 4 dapat dijelaskan bahwa serbuk cangkang telur yang merupakan sumber CaO dicampur dengan HCl menghasilkan reaksi CaCl2 dan H2O, kemudian ditambahkan lagi larutan NH3 akan menghasilkan CaCl2 dan NH4OH, setelah itu dicampurkan lagi larutan Na3PO4 dan menghasilkan material hidroksiapatit [(Ca10(PO4)6(OH2)]. C. Karakterisasi Sampel 1. Hasil Karakterisasi XRD Identifikasi fasa dan kuantitas fasa dilakukan dengan menggunakan alat karakterisasi Rigaku MiniFlexII X-Ray Diffraction (XRD). Hasil pengujian memperlihatkan perbedaan pada setiap sampel yang ditunjukkan pada Gambar 2 berikut.
Efisiensi (%) 53.61 53.68 53.77 53.72 53,69 Gambar 1. Difraktogram gabungan ke-4 sampel hidroksiapatit hasil analisis X-Ray Diffraction (XRD)
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, 25 April 2015 ISSN : 0853-0823
Saleha / Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Nanopartikel Kalsium Oksida (CaO) Cangkang Telur untuk Aplikasi Dental Implan
126
Kuantitas fasa (wt%) hidroksiapatit yang diperoleh dari hasil Search and Match data XRD ditunjukkan pada Tabel 3 berikut. Tabel 3.
Data Komposisi fasa (wt%) hidroksiapatit setiap sampel berdasarkan hasil analisis XRD. Jenis Sampel
Kandungan Fase
HA_1 4M Na3PO4
HA_2 5M Na3PO
HA_3 6M Na3PO
HA_4 7M Na3PO
Ca5(PO4)3(OH) CaCO3 CaO Ca(OH)2 Ca3(PO4)2
41.0 2.0 57.0 -
47 0.3 6.6 46 -
5 12 58 7 17
32 2 24 41 -
Morfologi SEM hidroksiapatit menunjukkan perbedaan pada setiap sampel. Sampel HA_1 memiliki morfologi yang teratur dengan ukuran kristal yang tidak seragam dan tepian yang bergerigi. Sampel HA_2 memiliki morfologi yang teratur dan ukuran kristal yang seragam. Sampel HA_3 memiliki morfologi yang tidak homogen dan terdapat gumpalan yang tidak teratur. Dan untuk sampel HA_4 memiliki moefologi yang tidak teratur namun lebih baik dari morfologi sampel HA_3. Hal ini berkaitan dengan kuantitas fasa hidroksiapatit yang berbeda dari setiap sampel. Semakin tinggi hidrokiapatit yang terkandung dalam sampel maka struktur Kristal dari sampel juga semakin baik dan lebih teratur. Komposisi elemental oksida salah satu sampel berdasarkan hasil analisis EDS dapat dilihat pada Gambar 3 berikut.
Tabel 3 menunjukkan komposisi fasa (wt%) yang terkandung pada keempat sampel. Kandungan hidroksiapatit berbeda pada setiap sampel. Sampel HA_1 dengan penambahan larutan Na3PO4 4M memiliki kandungan yaitu 41,0 wt%, kemudian kandungan hidroksiapatit meningkat pada sampel HA_2 dengan penambahan larutan Na3PO4 5M yaitu 47 wt%. Kemudian kandungan hidroksiapatit menurun pada sampel HA_3 dengan penambahan larutan Na3PO4 6M yaitu 5 wt%. Untuk sampel HA_4 dengan penambahan larutan Na3PO4 7M yaitu 32 wt%. Data tersebut menujukkan bahwa kandungan hidroksiapatit tertinggi diperoleh pada penambahan larutan Na3PO4 5M. Hasil Karakterisasi SEM-EDS Morfologi sampel hidroksiapatit (HA) dikarakterisasi menggunakan Tescan vega3SB Scanning Electron Microscopy (SEM). Citra SEM sampel diamati pada perbesaran 5000x, ditunjukkan pada Gambar 2 berikut.
Gambar 3. Grafik analisis EDS Hidroksiapatit
2.
Komposis oksida (wt%) ke-4 sampel dapat dilihat pada tabel 4. Tabel
4.
Komposisi oksida (wt%) keempat sampel Hidroksiapatit melalui analisis EDS. Persen Massa (wt%) Oksida HA_1 HA_2 HA_3 HA_4
Sodium (Na2O) Magnesium (MgO) Silicon(SiO2) Phosphorus (P2O5) Chlorine (Cl) Calcium (CaO) Potassium (K2O)
Gambar 2. Morfologi hidroksiapatit (HA) keempat sampel (a) Sampel HA_1, (b) Sampel HA_2, (c) Sampel HA_3, dan (d) sampel HA_4
0.38 8.63 0.30 90.69 -
1.33 1.45 0.34 4.15 1.22 90.71 0.81
2.03 0.85 1.04 5.27 1.09 89.73
2.06 0.70 1.32 6.31 0.79 88.28
Tabel 4 memberikan informasi tentang kuantitas oksida yang terkandung dari ke-4 sampel hidroksiapatit. Pada sampel HA_1 memiliki kandungan oksida yaitu P2O5 sebanyak 8.63, dan CaO sebanyak 90.69. Untuk sampel HA_2 memiliki kandungan oksida P2O5 sebanyak 4.15, dan CaO sebanyak 90.71. Untuk sampel HA_3 memiliki kandungan oksida P2O5 sebanyak 1.04, dan CaO sebanyak 1.09. Dan untuk sampel HA_4 memiliki kandungan oksida P2O5 yaitu 1.32, CaO sebanyak 0.79.
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, Yogyakarta 25 April 2015 ISSN : 0853-0823
Saleha / Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Nanopartikel Kalsium Oksida (CaO) Cangkang Telur untuk Aplikasi Dental Implan
Tabel 4 menunjukkan bahwa penambahan molaritas larutan Na3PO4 mempengaruhi kandungan CaO dan tertinggi di HA_2. Kandungan CaO yang tinggi akan mempengaruhi kemurnian material hidroksiapatit. Semakin tinggi kandungan CaO bahan dasar maka semakin baik pula tingkat kemurnian dari hidroksiapatit. Penambahan molaritas larutan diatas 5M dapat merusak struktur Kristal bahan dan menyebabkan kandungan CaO berkurang. IV. KESIMPULAN Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa cangkang telur ayam ras dapat digunakan sebagai bahan dasar pembentukan hidroksiapatit. Hidroksiapatit telah berhasil disintesis dari nanopartikel cangkang telur dengan metode presipitasi. Konsentrasi fasa (wt%) hidroksiapatit disetiap sampel berbeda seiring dengan perubahan molaritas larutan Na3PO4 yang digunakan dan tertinggi pada sampel HA_2 dengan penambahan larutan Na3PO4 5M yaitu 47wt%. Morfologi sampel hidroksiapatit juga menunjukkan perubahan disetiap peningkatan molaritas larutan Na3PO4. Semakin tinggi kandungan hidroksiapatit dari sampel maka morfologi sampel semakin baik pula.
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
PUSTAKA [1]
[2]
[3] [4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Darmawan, D. & Warastuti, Y., Sintesis Dan Karakterisasi Komposit Hidroksiapatit (HA) Sebagai Aplikasi Graft Tulang Sintetik. Jurnal Ilmiah Aplikasi Isotop Dan Radiasi, vol. 4, 2008, pp. 143-153. Dahlan, K., Potensi Kerang Ranga Sebagai Sumber Kalsium Dalam Sintesis Biomaterial Subtitusi Tulang. Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013, pp. 147-151. Willmann, G., Medical Grade Hydroxyapatite State Of The Art. British Ceramic Transaction, 1996, vol. 95. Yessy, W. & Basril, A., Sintesis Dan Karakterisasi Pasta Injectable Bone Substitute Iradiasi Bebasis Hidroksiapatit. Jurnal Ilmiah Aplikasi Isotop Dan Radiasi, vol. 39, 2011. Wayudi, S. T. & et, a., Simple And Method To Synthesize Chicken Shell Based Hydroxyapatit. Advanced Materials Research, vol. 896, 2014, pp. 276-279. Upriyanti, O., Sintesis Biphasic Calsium Phosphate Dari Cangkang Telur Ayam. FMIPA Institut Pertanian Bogor, 2013. Cahyanto, A., Teknologi Material Kedokteran Gigi. Bandung: Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Padjajaran, 2009. Siti Sunarintyas, D., Karakterisasi Toksisitas Hidroksiapatit yang Disintesis dari Kalsit Terhadap Rattus Norvegicus. Jurnal Teknosains, vol. 2, 2011, pp. 1-70.
[16]
[17]
[18]
127
Farzadi, A., Soliati, H. M. & et al, Synthesis and Characterization of Hydroxyapatite / β-Ricalcium Phosphate Nanocomposites Using Microwave Irradiation. Jurnal Science Direct, vol. 37, 2011, pp. 65-71. Balgies Setia Utami, D. & Dahlan, K., Sintesis Dan Karakterisasi Hidroksiapatit Menggunakan Analisis XRay Diffraction. Prosiding Seminar Nasional Hamburan Neutron dan Sinar-X ke 8, 2011, pp. 10-13. Mobasherpour, I., Heshajin M, S., Kazemzadeh, A. & Zakeri, M., Synthesis Of Nanocrystalline Hydroxyapatite By Using Precipitation Method. Journal Of Alloys and Compounds 430, 2007, pp. 330-333. Sri Anugrah, Wati. Sintesis Dan Karakterisasi Hidroksiapatit Dari Limbah Cangkang Kerang Bulu (Anadara Antiquata) , Medan: FMIPA Universitas Sumatera utara Medan,2014.. Saryati & Sulistion,. Hidroksiapatit Berpori dari Kulit Kerang. Jurnal Sains Material Indonesia, 2012, pp. 3135. Ridzky Zul, A. & Yusuf , K,. Kajian Tribologi Gesekan Antara Material Komposit Hidroksiapatit (HA) + Polymethyl Methacrylate (PMMA) dengan Ultra High Molecular Weight Polyethylene (PMMA) sebagai Prosthesis Sendi Rahang (TMJ) pada Manusia. Jurnal Teknik Pomitis, Volume 2, 2012, pp. 362-366. Dara Aisyah & Ibrahim, M,. Program Pemanfaatan Sisa Tulang Ikan Untuk Produk Hidroksiapatit: Kajian Di Pabrik Pengolahan Kerupuk Lekor Kuala TrengganuMalaysia. Jurnal Sosioteknologi, Volume 26, 2012, pp. 129-141. Ajeng Angraeni, M,. Metode Singel Drop pada Pembuatan Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur, Bogor: FMIPA Institut Pertanian Bogor, 2012. Manurung, R., Tinjauan Umum Dental Implant. Kedokteran Gigi Universitas Padjajaran, vol. 9, 1997, pp. 28-332. Nur, A. & et al, Sintesis Hidroksiapatit Berukuran Nano Dengan Metode Elektrokimia Yang Dibantu EDTA. Jurnal Teknik Kimia Indonesia, vol. 11, 2013.
TANYA JAWAB Sahrul, ?Apa alasan penggunaan cangkang telur? ?Apa senyawa yang diambil dari cangkang telur? Jawab @karena cangkang telur banyak ditemukan di indonesia dan belum dimanfaatkan oleh masyarakat dan hanya menjadi limbah yang dapat mencemari lingkungan. Kandungan CaO dari cangkang telur mencapai 96% @Senyawa yang diambil yaitu senyawa CaO kemudian menambahkan dengan larutan fospat yaitu Na3PO4
Prosiding Pertemuan Ilmiah XXIX HFI Jateng & DIY, 25 April 2015 ISSN : 0853-0823
