25

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1Cangkang Telur AyamKandungan utama cangkang telur ayam adalah senyawa kalsium. Senyawa kalsium yang terdapat pada cangkang telur ayam yaitu berupa kalsium karbonat (CaCO3). Tabel 2.1 merupakan komposisi utama yang terdapat pada cangkang telur ayam.Tabel 2.1 Komposisi utama cangkang telur ayamKomposisi UtamaCangkang Telur Ayam (%)

ProteinKalsium karbonatFosfatMeterial organikMagnesium karbonat-94141

Sumber : (Prabakaran, 2005)

Gambar 2.1 Cangkang Telur AyamCangkang telur ayam kering mengandung sekitar 94% kalsium karbonat dengan berat 5,5 gram (Butcher dan Miles, 1990). Sementara itu, Hunton (2005) melaporkan bahwa cangkang telur ayam terdiri atas 97% kalsium karbonat. Selain itu, rerata dari cangkang telur ayam mengandung 3% fosfor dan 3% terdiri atas magnesium, natrium, kalium, seng, mangan, besi, dan tembaga.Cangkang telur ayam merupakan salah satu sumber CaCO3 (calcium carbonate) yang paling besar, dengan kadar yang mencapai 94%. Telur ayam menghasilkan limbah berupa limbah Cangkang telur ayam, Salah satu alternatif yang dapat dilakukan untuk mengatasi limbah cangkang telur ayam adalah dengan mengolah cangkang telur ayam tersebut menjadi serbuk hidroksiapatit atau senyawa kalsium yang selama ini dikenal sebagai pengganti tulang sintetik. Hidroksi apatit adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan sebuah ikatan yang mengandung ion kalsium. Ion kalsium dapat dikombinasikan dengan orthophosphates, pyrophosphates, hidrogen, atau hidroksida. Ini adalah bahan utama dalam pembentukan tulang dan enamel gigi, sehingga disebut juga sebagai biomaterial (Arief Cahyanto, 2009).Cangkang telur ayam yang sudah diolah dalam bentuk hidroksiapatit dapat menambah kebutuhan dunia medis. Tingginya kasus kerusakan tulang dalam medis sering terjadi sebagai akibat fraktur yang penanganannya memerlukan pembedahan dan grafting (pencangkokan) dengan menggunakan biomaterial. Pemenuhan kebutuhan biomaterial tulang di Indonesia masih menggunakan material import. Adapun yang telah dikembangkan di tanah air adalah biomaterial yang berasal dari tulang sapi yang disebut allograf. Allograf pada umumnya hanya terdiri dari komponen mineral saja, serta mempunyai kelemahan, yakni karakternya tidak pasti, tidak konstan dan perbedaan imunitas yang dapat menyebabkan terjadinya karsinogenik. Dalam perkembangannya, untuk mengatasi persoalan tersebut dilakukan pembuatan biomaterial sintetik yang diharapkan karakter bahannya diketahui secara pasti sehingga lebih biokompatibel (Farzadi, 2010).Nurlaela dkk 2013, menyatakan poses kalsinasi cangkang telur perlu dilakuan sebelum cangkang telur digunakan sebagai sumber kalsium (Ca), kalsinasi dilakukan pada temperatur 1000C selama 5 jam untuk menghilangkan komponen organik dan mengubah kalsium karbonat (CaCO3) menjadi kalsium oksida (CaO), melalui reaksi:PanasCaCO3CaO + CO2 ........................................................................(1)Produk CaO diproduksi, selanjutnya direaksikan dengan diammonium hidrogen phospat. Reaksinya yaitu: 5CaO + 3(NH4)2HPO4 + 2H2OCa5(PO4)3OH + 6NH4OH........................(2)Menghasilkan hidroksiapatit murni yang dinyatakan oleh analisis XRD. 2.2Hidroksiapatit Ca10 (PO4)6(OH)2Hydroxylapatite, juga disebut hidroksiapatit (HA), adalah bentuk mineral alami kalsium apatit dengan rumus Ca5(PO4)3(OH), tapi biasanya ditulis Ca10(PO4)6(OH)2 untuk menunjukkan bahwa sel satuan kristal terdiri dari dua entitas. Hidroksiapatit adalah hidroksil kelompok apatit kompleks. Ion OH dapat diganti dengan fluoride, klorida atau karbonat, menghasilkan fluorapatite atau chlorapatite. Ini mengkristal dalam sistem kristal heksagonal. Hidroksiapatit murni berwarna putih. Alami apatit bisa, juga memiliki coklat, kuning, atau hijau pewarnaan, sebanding dengan perubahan warna dari fluorosis gigi (wikipedia, 2015).Hingga 50% volume dan 7% berat adalah bentuk modifikasi dari hidroksiapatit (dikenal sebagai mineral tulang). Carbonated kalsium-kekurangan hidroksiapatit adalah mineral utama yang terdiri dari enamel gigi. Kristal hidroksiapatit juga ditemukan dalam kalsifikasi kecil (dalam kelenjar dan struktur lainnya) dikenal sebagai corpora arenacea atau 'pasir otak' (wikipedia, 2015).Hidroksiapatit adalah sebuah molekul kristalin yang intinya tersusun dari fosfor dan kalsium dengan rumus molekul Ca10(PO4)6(OH)2. Molekul ini menepati posisi 65% dari fraksi mineral yang ada di dalam tulang manusia. Material ini juga terdapat pada struktur gigi manusia terutama di dalam dentine dan enamel. Oleh karenanya, peranan material ini dalam dunia kesehatan sangatlah penting (McNab, 1993).

2.2.1Struktur KristalTerdapat dua struktur kristal berbeda yang dijumpai pada hidroksiapatit yakni monoklinik dan heksaganol. Pada umumnya, hidroksiapatit yang disintesis memiliki struktur kristal heksaganol. Struktur HA yang heksaganol memiliki space group symmetry P63m dengan parameter kisi a = b = 9.432 , c = 6.881 , dan = 120. Struktur tersebut terdiri dari susunan gugus PO4 tetrahedra yang diikat oleh ion-ion Ca. Ion-ion Ca berada pada dua posisi yang berbeda yakni, posisi kolom sejajar (Ca1) dan posisi segitiga sisi (Ca2) yang berbeda pada pusat sumbu putar. Susunan OH membentuk kolom dan berada pada sumbu putar, juga membentuk susunan demikian dengan OH yang terdekat, seperti yang dilihat pada Gambar 2.2 (Balamurungan, 2006).Akan tetapi, ada juga struktur monoklinik jika kondisi benar-benar stoikiometrik. Struktur ini adalah yang paling teratur dan stabil secara termodinamika bahkan di suhu ruang sekalipun. Struktur monoklinik ditemukan pertama kali dari proses pengubahan kristal tunggal chlorapatite menjadi kristal tunggal HA memiliki space group symmetry P21/b dan parameter kisi a = 9.421 , b = 2a, c = 6.881 , dan = 120, seperti yang terlihat pada Gambar 2.3.

Gambar 2.2. Struktur heksaganol hidroksiapatitStruktur monoklinik disebabkan karena susunan OH membentuk urutan OH OH OH OH yang membuat parameter kisi b menjadi 2 kali a. Akan tetapi struktur heksanagol juga dapat diperoleh pada kondisi stoikiometrik jika susunan OH tidak teratur.

Gambar 2.3. Struktur monoklinik hidroksiapatitIdealnya rasio Ca/P dari hidroksiapatit adalah 10/6 dan densitasnya 3.19 g/mL. Stabilitas hidroksiapatit lebih besar jika gugus OH digantikan dengan F karena jarak antara atom F dengan Ca yang lebih kecil dibandingkan jarak antara OH dengan Ca. Hal tersebut dilakukan untuk meningkatkan ketahanan enamel terhadap caries dengan cara fluoridation. Karena jarak kisi pada sumbu a semakin berkurang dengan meningkatnya kandungan F di dalam struktur kristal (Balamurungan, 2006).

2.2.2Sifat KimiaHidroksiapatit memiliki sifat kimia yang penting yaitu biocompatible, bioactive, dan bioresorbable. Biocompatible maksudnya adalah material tersebut tidak menyebabkan reaksi penolakan dari sistem kekebalan tubuh manusia karena dianggap sebagai benda asing. Bioactive material akan sedikir terlarut tapi membantu pembentukan sebuah lapisan permukaan apatit biologis sebelum langsung antarmuka dengan jaringan dalam skala atomik, yang mengakibatan pembentukan sebuah ikatan kimia langsung ke tulang. Bioresorbable material akan melarut sepanjang waktu (tanpa memperhatikan mekanisme yang menyebabkan pemindahan material) dan mengijinkan jaringan yang baru terbentuk tumbuh pada sembarang permukaan material. Akibatnya, fungi dari material bioresorbable adalah berperan dalam proses dinamis pembentukan dan reabsorbansi yang terjadi di dalam jaringan tulang; dengan demikian, material bioresorbable digunakan sebagai scaffolds atau pengisi (filler) yang menyebabkan mereka berinfiltrasi dan bersubstitusi kedalam jaringan (Santos, 2004).Laju disolusi dari HA yang bersifat bioactive dapat bergantung pada beragam faktor, seperti; derajat kristalinitas, ukuran kristalis, kondisi proses (temperatur, tekanan, dan tekanan parsial air), dan porositas. HA larut di dalam larutan asam sementara tidak larut di dalam larutan alkaline dan sedikit larut di dalam air destilasi. Kelarutan di dalam air destilasi meningkat seiring dengan penambhan elektrolit. Selain itu, kelarutan HA berubah karena adanya adam amino, protein, enzim, dan senyawa organik lainnya. Sifat kelarutan tersebut sangat berhubugan dengan sifat biocompatible dari HA dengan jaringan dan reaksi-reaksi kimianya dengan senyawa lainnya. Akan tetapi, laju kelarutan bergantung pada perbedaan; bentuk, porositas, ukuran kristal, kristalinitas, dan ukuran kristalit. Kekurangan HA yang disinter sangat rendah. Hidroksiapatit bereaksi aktif dengan protein, lemak, dan senyawa organik ataupun non-organik lainnya.

2.2.3Aplikasi HidroksiapatitHidroksiapatit banyak diaplikasian pada dunia medis karena sifatnya yang sangat mirip dengan komponen pada organ-organ tertentu dari tubuh manusia seperti tulang dan gigi. Akan tetapi, dikarenakan kekuatan mekanik yang kurang baik dalam menahan beban maka aplikasinya terbatas pada implan yang tidak sepenuhnya menahan beban (non-load-bearing implanti), seperti; implan untuk operasi telingan bagian tengah, pengisi tulang yang rusak pada operasi ortopedik, serta pelapis (coatingi) pada implan untuk dental dan proshesis logam.Senyawa kalsium fosfat berbentuk kristal dalam empat fase, yaitu dikalsium fosfat, okta kalsium fosfat, trikalsium fosfat dan hidrokasiapatit. Hidroksiapatit merupakan senyawa yang tersusun dari kalsium, fosfat, oksigen dan hidrogen. (Aoki, 1991).Penyusun utama tulang adalah kolagen (20% berat), kalsium fosfat (69% berat) dan air (9% berat). Bahan organik lain seperti protein, polisakarida dan lemak terdapat dalam jumlah yang kecil. Kalsium fosfat terdapat dalam bentuk kristal hidroksiapatit (HAp) dan kalsium fosfat amorf (amorphus calcium phosphate/ ACP). Kristal HAp hadir dalam bentuk plat atau bentuk jarum yang panjang 40-60 nm, lebar 20 nm dan tebal 1.5 5 nm. Keberadaan HA pada tulang tidak diskrit, melainkan mengisi tulang secara kontinu sehingga memberikan kekuatan yang baik pada tulang (Sari dkk, 2008).Tulang merupakan salah satu organ tubuh yang sangat penting bagi manusia. Betapa vitalnya fungsi tulang dalam tubuh, sehingga apabila terjadi kerusakan maka fungsi tubuh otomatis terhambat. Namun demikian, pada kenyataannya kasus kerusakan tulang banyak terjadi di dunia termasuk di Indonesia. Kerusakan tulang dapat dipicu oleh usia maupun faktor pola makan yang tidak sehat, selain itu kasus kerusakan tulang juga dipicu oleh maraknya kasus kecelakaan dan bencana alam, faktor kelahiran, infeksi dan tumor (sari dkk, 2008).Menghadapi permasalahan diatas, maka berkembang berbagai riset terutama berkaitan dengan biomaterial substitusi tulang. Beberapa teknik substitusi tulang yang dikenal selama ini antara lain autograft, substitusi tulang menggunakan bagian tulang yang lain dari orang yang sama. Metode ini dapat menimbulkan kerugian pada pasien seperti rasa sakit berlebih pasca operasi, meningkatkan jumlah darah yang hilang, menimbulkan luka akibat adanya pembedahan kedua serta dapat beresiko pada thrombosit. Allograft, substitusi dengan memanfaatkan biomaterial yang berasal dari tulang manusia lain, metode ini dapat mengatasi kelemahan metode sebelumnya, tetapi berpeluang untuk menimbulkan transmisi berbagai penyakit apabila tulang donor tidak sehat. Xenograft, implantasi bagian tubuh dari spesies yang berbeda, misalnya tulang yang berasal dari sapi. Metode ini dikenal mudah, murah, serta ketersediannya tidak terbatas. Namun demikian perbedaan karakter mineral tulang menjadi salah satu kelemahan metode ini (Magdalena, 2007). Biomaterial sintetis merupakan alternatif yang dapat mengatasi keterbatasan beberapa metode di atas. Penggunaan bahan sintetis pada substitusi tulang tidak akan menimbulkan peradangan serta tidak menyebabkan respon iritasi. Para peneliti meyakini bahwa penggunaan bahan alami dalam pembuatan biomaterial substitusi tulang lebih dapat diterima oleh tubuh, karena kesamaan sifat fisiko kimia dengan tulang sebenarnya (Sivakumar dkk, 1996 dan Garetta dkk, 2002). Beberapa penelitian di negara lain telah memanfaatkan bahan alam seperti batu koral, ganggang laut dan cangkang telur ayam (Prabakaran dkk, 2005). Pada penelitian ini, peneliti memanfaatkan limbah cangkang telur ayam dan bebek sebagai sumber kalsium (Ca) karena cangkang telur mengandung 94-97% CaCO3. Selain itu, karena ketersediannya sangat melimpah serta harganya yang sangat murah. Serbuk biomaterial substitusi tulang perlu dikompositkan dengan matriks organik, untuk memenuhi syarat sebagai material substitusi tulang, mengingat tulang itu sendiri merupakan komposit alami yang terdiri dari bahan organik dan inorganik, yaitu 30% bahan organik, 55% bahan inorganik dan 15% air (Prabakaran dkk, 2005 dan Sari dkk, 2008). Substansi inorganik tulang dikenal sebagai fase mineral tulang dengan komponen utamanya adalah kristal hidroksiapatit (HA) (Schnettler dkk, 2005). Secara stoikiometri, rumus kimia HA adalah Ca10(PO4)6(OH)2 dengan struktur kristal padat heksagonal dan rasio perbandingan Kalsium terhadap Posfat (Ca/P) sama dengan 1,67 (Sari dkk, 2008).Mineral tulang dalam jaringan makhluk hidup disebut apatit biologi. Apatit dalam jaringan makhluk hidup ini mengandung banyak karbonat (CO32-). Ion CO32- dapat menggantikan gugus posfat (PO4)3- atau hidroksil (OH-) pada HA, sehingga menghasilkan mineral apatit yang nonstoikiometri (Sari dkk, 2008 dan Pleshko dkk, 1991). Senyawa kalsium posfat yang memiliki karakteristik yang sama dengan mineral tulang, seperti HA inilah yang disintesis pada penelitian ini dengan menggunakan cangkang tekur ayam dan bebek sebagai sumber kalsium (Ca) dan KH2PO4 sintetis sebagai sumber Posfat (PO4)3-. Senyawa kalsium posfat ini memiliki sifat kimia yang sama dengan senyawa kalsium posfat yang ditemukan dalam tulang, sehingga dapat digunakan sebagai bahan substitusi tulang (Deepak dkk, 2005).Sementara itu, material yang akan digunakan sebagai matriks dalam pembuatan biomaterial komposit substitusi tulang haruslah memiliki sifat antara lain tidak beracun, osteokonduktif, biocompatible, biodegradable dan tidak karsinogenik. Salah satu bahan alam yang melimpah di Indonesia serta memiliki karakter yang telah disebutkan adalah kitosan. Dalam penelitian ini kitosan yang digunakan adalah kitosan yang berasal dari limbah kulit udang.

2.3Metode Sintesis Hidroksiapatit (HA)Beberapa metode telah dipergunakan untuk mensintesis hidroksiapatit (HA) meliputi; teknik pengendapan (precipitation technique), pendekatan sol-gel (sol-gel approach), teknik hidrotermal (hydrothermal technique), teknik emulsi beragam (multiple emulsion technique), teknik deposisi biomimetik (biomimetic deposition technique), teknik elektrodeposisi (electrodeposition technique). Berikut ini adalah penjelasan dari beberapa metode tersebut:

2.3.1Teknik PengendapanMetode pengendapan adalah metode yang paling terkenal dan teknik yang banyak dipergunakan untuk sintesis hidroksiapatit (HA). Hal ini karena dengan terknik ini dapat disintesis HA dalam jumlah besar tanpa menggunakan pelarut-pelarut organik dan juga dengan biaya tidak begitu mahal. Kalsium hidroksida [Ca(OH)2] dan asam fosfat (H3PO4) digunakan sebagai prekursor untuk reaksi tersebut seperti pada persamaan ketiga. Reaksi sintesis HA dengan prekursor tersebut telah banyak dilakukan oleh beberapa penelitian. Hal ini sampingan yang dihasilkan oleh reaksi ini hanyalah air dan reaksi tidak melibatkan elemen-elemen asing.10Ca(OH)2 + 6H3PO4Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H2O....................................(3)Ukuran, bentuk, dan permukaan dari partikel HA yang diperoleh dengan reaksi ini sangat sensitif terhadap laju penambahan asam fosfat dan temperatur reaksi. Laju penambahan asam fosfat erat hubungannya dengan pH yag diperoleh pada akhir sintesis dan juga pada kestabilan suspensi. Temperatur reaksi menentukan apakah kristal HA sintesis adalah monokristalin atau polikristalin. HA yang disintesis pada temperatur rendah (25C) dan tekanan (P>100 kPa) untuk mengkristalisasi material keramik langsung dari larutan. Bagaimanapun, dengan perlakuan hidrotermal, rasio Ca/P dari endapan meningkat seiring dengan penigkatan tekanan atau temperatur hidrotermal.Manafi (2009), telah mensintesis HA dengan melarutkan CaHPO4 2H2O/NaOH/air distilat, diikuti dengan penambahan 2-3 mg cetyl trimerhyl ammonium bromide (CTAB). Sintesis hidrotermal dilakukan pada 150C selama 2 jam di dalam sebuah oven listrik. Felicio-Fernandes (2000), telah melakukan sintesis HA dengan memanfaatkan sumber alam berupa alga laut (marine algae) dari pantai Brazil memakai proses hidrotermal. Pada penelitiannya, struktur berpori dari phycogenic CaCO3 tidak mengalami perubahan, dan HA yang dihasilkan tidak stoikiometrik serta mengandung karbonat. Hal tersebut sangat mirip dengan tulang manusia karena HA yang menyusun tulang manusia tidak stoikiometrik dan mengandung karbon tipe AB. Proses hidrotermal dapat menghasilkan partikel dengan kristalinitas yang baik dan tidak mengalami aglimerasi, ukuran, bentuk dan komposisi yang homogen pada temperatur yang rendah. Dengan proses ini dapat dipakai bahan-bahan baku seperti calcite, brushite, monetite untuk sintesis hidroksiapatit.

2.3.3Pendekatan sol-gelPendekatan sol-gel adalah sebuah metode efektif untuk sintesis HA fasa-nano, karena memungkinkan kendali yang ketat terhadap parameter-parameter proses. Metode ini menawarkan suatu pencampuran pada tingkat molekul dari kalsium dan fosfor, yang mampu meningkatkan sifat kimia dari HA yang dihasilkan. Hanya sedikit penelitian yang melaporkan mengenai sol-gel process untuk material HA. Telah dilaporan bahwa material HA yang disintesis dengan sol-gel process efisien untuk meningkatkan kontak dan stabilitas pada antarmuka tulang alami/buatan di dalam lingkungan in vitro dan juga in vivo.Sejumlah kombinasi prekursor kalsium fosfat dipergunakan untuk sintesis HA menggunakan sol-gel process. Lagi, aktivitas kimia dan temperatur diperlukan untuk membentu struktur apatit sangat bergantung pada sifat kimia dari msing-masing prekursor. Balamurungan (2006), menggunakan Ca(NO3)2 4H2O dan triethyl phospate sebagai prekursor untuk kalsium dan fosfor, ketika rasio stoikiometrik Ca/P dipertahankan pada 1.67. Serbuk HA yang telah dikeringkan dan disintesis pada temperatur berbeda mencapai 900C. Brendel et al, telah mensintesis HA pada temperatur rendah (400C) menggunakan Ca(NO3)2 4H2O dan phnyl diclorophosphite (C6H5PCl2) sebagai prekursor. Tetapi, HA yang dihasilkan memiliki kemurnian yang rendah dan kristalinitas yang buruk. Peningkatan lebih lanjut dalam temperatur hingga mencapai 900C menghasilkan fasa HA yang murni dengan kristalinitas yang lebih baik. Kristalinitas ditingkatkan dengan menaikkan temperatur hingga 1100C. Pada suatu pendekatan lain, Vijayalakshmi (2006) telah mensintesis serbuk HA monokristalin dari kalsium asetat dan triethyl phospate di dalam media air dan ethanol. Haddow (1996), telah menggunakan calcium acetate bersama dengan berbagai macam preksursor fosfor, contohnya phosphoric acid (H3PO4), phosphorus pentaxide (P2O5) dan triethyl phospate, untuk HA coating. Diantara mereka, HA coating menggunakan calcium acetat dan triethyl phospate memperhatikan hasil yang terbaik. Temperatur yang dibuthkan untuk membentuk fasa apatite adalah >600C.

2.3.4Teknik Emulsi BeragamEmulsi beraga didefinisikan sebagai emulsi dimana dua macam emulsi sperti w/o dan o/w ada secara bersamaan. Teknik ini menggabungkan sifat-sifat dari kedua jenis emulsi tersebut. Merupakan sistem heterogen dari sebuah cairan tak dapat bercampur (immiscible) yang didispersikan kedalam cairan lain dalam bentuk droplet, yang biasanya berdiamter > 1m. Teknik ini dapat dimanfaatkan untuk berbagai bidang aplikasi dalam dunia farmasi seperti untuk drug delivery system, juga bisa untuk diaplikasikan pada bidang kosmetik. Hughes (1989), telah mengembangkan sebuah pendekatan alternatif untuk sintesis HA dengan reaksi antarmuka didalam suatu emulsi beragam. Emulsi beragam merupakan suatu elmusi air/minyak/air (w/o/w emulsion), dibuat dari larutan dipotassium hydrogen phosphate (K2HPO4) sebagai sebuah fasa larutan air bagian dalam, benzene sebagai sebuah fasa minyak, dan Ca(NO3)2 4H2O sebagai sebuah fasa larutan air bagian luar. Reaksi-reaksi antarmuka dilakukan pada 323 K selama 24 jam. Fasa kristalin divariasikan dengan sebuah pH awalan dari larutan air bagian dalam, dan sebuah HA tunggal disintesis pada sebuah pH awalan 12. Produk hasil sintesis tersusun atas porous microsphere (bola-mikro berpori) dengan ukuran dari 3m. Metode ini memiliki beberapa keuntungan. Sebuah tangki berpengaduk yang umum cukup untuk digunakan sebagai reaktor, dan karenanya, tidak diperlukan peralatan khusus. Sintesis dapat dilakukan pada temperatur rendah sekitar temperatur ruang.

2.3.5Teknik Deposisi BiomimetikCairan tubuh sintetik metastabil metastable synthetic body fluid (SBF) dengan suatu komposisi garam-garaman organik yang mirip dengan cairan tubuh manusia (plasma darah), memfasilitasi nukleasi spontan dan pertumbuhan dari HA berkarbon dan berukuran nano mirp-tulang pada pH dan temperatur fisiologis. Thamaraiselvi (2006), telah mensintesis HA biomimetik dari Ca(NO3)2 4H2O dan (NH4)2 HPO4, dilarutkan di dalam SBF pada 37C. SBF disiapkan berdasarkan pada komposisi kimia dari larutan tubuh manusia, dengan variasi konsentrasi ion yang benar-benar mirip dengan konsituten non-organik dari plasma tubuh manusia. Metastabil SBF telah terbukti memicu pertumbuhan dan apatit bone-mimetic berkarbon pada berbagai macam ortopedik dan biomaterial untuk gigi seperti silika, titania, bioglass, dan lain-lain pada pH dan temperatur fisiologis.Pembentukkan lapisan apatite dengan proses deposisi biomimetik ini pada beberapa biomaterial untuk gigi dan ortopedik telah terbukti memicu diferensiasi sel in vitro di dalam sistem kultur sel kondrosit termineralisasi dan mempengaruhi diferensiasi sel osteogenik dengan tambahan matriks-tulang yang berikutnya, yang memberikan sebuah ikatan kuat dengan tulang. Menggunkan metode ini, berbagai macam implan berpori dapat dilapisi dengan HA biomimetik berkabon ukuran nano dengan merendam implan di dalam SBF. Sifat dari lapisan HA, melalui mikrostrukturnya, laju disolusinya, dan interaksi spesifikasinya dengan cairan tubuh, dapat mempengaruhi osteogenisitas dari lapisan (coating) seperti proses re-modeling tulang.

2.3.6Teknik ElektrodeposisiLapisan HA fasa nano dengan butir ultra-halus dapat disintesis memakai teknik elektrodeposisi dari elektrolit encer [Ca+] = 6.1 10 4 M, [PO4] = 3.6 104 M pada pH fisiologis. Prekursor yang dipergunakan untuk proses elektrodeposisi lapisan HA adalah Ca(NO3)2 dan NH4H2PO4. Sodium nitrate digunakan untuk meningkatkan kekuatan ionik larutan elektronik. Manso (2000), telah menyelidiki pertumbuhan dari lapisan HA yang dipengaruhi oleh tegangan anodik konstan (2-4 V) di dalam suatu larutan elektrolit alkil.

2.3.7Keuntungan-keuntungan Metode PengendapanMetode pengendapan (precipitation), jika dibandingkan dengan beberapa metode yang telah disebutkan sebelumnya, memiliki beberapa keuntungan yang membuatnya banyak dipergunakan di dalam sintesis HA. Beberapa keuntungan-keuntungan tersebut adalah sebagai berikut:1. Hidroksipatit yang didapat disintesis relative banyak tanpa mengeluarkan pelarut organik (dengan biaya yang tidak terlalu besar).2. Proses yang sederhana dengan hasil yang besar (87%) sehingga cocok untuk produksi skala besar (industri).3. Tidak adanya elemn kontaminan asing dan hasil sampingnya adalah air.4. Membutuhkan reagen-reagen yang tidak mahal dan prosuk Ca/P dengan komposisi fasa yang bervariasi dapat diperoleh.5. Meskipun proses ini bergantung pada variabel-variabel seperti; pH, waktu penuaan (aging), temperatur, dan lain-lain, tapi proses ini efektif dan tidak mahal dibandingkan dengan proses sol-gel.

2.4 Karakteristik Material Hidroksiapatit (HA)Beberapa teknik karakteristik digunakan untuk mengetahui karakteristik dari material yang dihasilkan pada penelitian ini. Pengujian dilakukan untuk memastikan apakah material yang dihasilkan adalah HA dengan sifat-sifat yang sebelumnya ingin diketahui. Beberapa pengujian tersebut adalah X-Ray Diffraction(XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy, dan Spektrofotometri ultraviolet visible (UV-Vis).

2.4.1X-Ray Diffraction(XRD)Metoda XRD berdasarkan sifat difraksi sinar-X, yakni hamburan cahaya dengan panjang gelombang saat melewati kisi kristal dengan sudut datang dan jarak antar bidang kristal sebesar d (Gambar 2.3). Data yang diperoleh dari metode karakterisasi XRD adalah sudut hamburan (sudut Bragg) dan intensitas (Notonegoro, 2003).Berdasarkan teori difraksi, sudut difraksi bergantung kepada lebar celah kisi sehingga mempengaruhi pola difraksi, sedangkan intensitas cahaya difraksi bergantung dari berapa banyak kisi kristal yang memiliki orientasi yang sama.Metode dapat digunakan untuk menentukan sistem kristal, parameter kisi, derajat kristalinitas dan fase yang terdapat dalam suatu sampel.

Gambar 2.3 Skema sinar datang dan sinar terdifraksi oleh kisi ristalSumber : (Prabakaran, 2005)XRD dapat memberi informasi secara umum baik secara kuantitatif maupun secara kualitatif tentang komposisi fasa-fasa (misa dalam campuran). Hal yang perlu diperhatikan pada metode ini adalah tiga hal berikut, yang pertama posisi difraksi maksimum, kedua intensitas puncak dan yang ketiga distribusi intensitas sebagai fungsi dari sudut difraksi. Tiga informasi tersebut dapat digunakan untuk mengidentifikasi fasa-fasa yang terdapat dalam suatu bahan. Setiap bahan memiliki pola difraksi yang khas seperti sidik jari manusia. Pola-pola difraksi sinar-X berbagai bahan telah dikumpulkan dalam data JCPDS (Joint Committee of Powder Difraction Standard). Salah satu analisis komposisi fasa dalam suatu bahan adalah dengan membandingkan pola XRD terukur dengan data tersebut (Notonegoro, 2003).Puncak-puncak pola difraksi sinar-X berhubungan dengan jarak antar bidang. Terlihat pada Gambar 2.3 jalannya sinar-X yang melalui kisi-kisi kristal. Syarat terjadinya difraksi harus memenuhi hukum Bragg : 2d sin = n................................................................................(6)Jika atom-atom tersusun periodik dalam kristal, gelombang terdifraksi akan terdiri dari interferensi maksimum tajam (peak). Parameter kisi kristal HAp telah diketahui memiliki sistem kristal hexagonal, yakni dengan menggunakan persamaan:

Berdasarkan pengukuran yang telah dilakukan, diketahui bahwa parameter kisi kristal HAp adalah a= 9.423 dan c = 6.875 .Ukuran kristal dihitung menggunakan persamaan Scherrer yaitu:

adalah FWHM, adalah panjang gelombang yang digunakan yaitu 0,15406 nm dan k adalah konstanta yang nilainya bervariasi, untuk material sintesa nilainya adalah 0,9.a. Prinsip KerjaDasar dari prinsip pendifraksian sinar X yaitu difraksi sinar-X terjadi pada hamburan elastis foton-foton sinar-X oleh atom dalam sebuah kisi periodik. Hamburan monokromatis sinar-X dalam fasa tersebut memberikan interferensi yang konstruktif. Dasar dari penggunaan difraksi sinar-X untuk mempelajari kisi kristal adalah berdasarkan persamaan Bragg:n. = 2.d.sin ; n = 1,2, ........................................................(9)Berdasarkan persamaan Bragg, jika seberkas sinar-X di jatuhkan pada sampel kristal,maka bidang kristal itu akan membiaskan sinar-X yang memiliki panjang gelombang sama dengan jarak antar kisi dalam kristal tersebut. Sinar yang dibiaskan akan ditangkap oleh detektor kemudian diterjemahkan sebagai sebuah puncak difraksi. Makin banyak bidang kristal yang terdapat dalam sampel, makin kuat intensitas pembiasan yang dihasilkannya. Tiap puncak yang muncul pada pola XRD mewakili satu bidang kristal yang memiliki orientasi tertentu dalam sumbu tiga dimensi. Puncak-puncak yang didapatkan dari data pengukuran ini kemudian dicocokkan dengan standar difraksi sinar-X untuk hampir semua jenis material. Standar ini disebut JCPDS.Prinsip kerja XRD secara umum adalah sebagai berikut : XRD terdiri dari tiga bagian utama, yaitu tabung sinar-X, tempat objek yang diteliti, dan detektor sinar X. Sinar X dihasilkan di tabung sinar X yang berisi katoda memanaskan filamen, sehingga menghasilkan elektron. Perbedaan tegangan menyebabkan percepatan elektron akan menembaki objek. Ketika elektron mempunyai tingkat energi yang tinggi dan menabrak elektron dalam objek sehingga dihasilkan pancaran sinar X. Objek dan detektor berputar untuk menangkap dan merekam intensitas refleksi sinar X. Detektor merekam dan memproses sinyal sinar X dan mengolahnya dalam bentuk grafik.b. Penggunaan1. Membedakan antara material yang bersifat kristal dengan amorf2. Mengukur macam-macam keacakan dan penyimpangan kristal.3. Karakterisasi material Kristal4. Identifikasi mineral-mineral yang berbutir halus seperti tanah liat penentuan dimensi-dimensi sel satuanc. Aplikasi1. Menentukan struktur kristal dengan menggunakan Rietveld refinement2. Analisis kuantitatif dari mineral3. Karakteristik sampel filmd. Kelebihan dan KekuranganKelebihan penggunaan sinar-X dalam karakterisasi material adalah kemampuan penetrasinya, sebab sinar-X memiliki energi sangat tinggi akibat panjang gelombangnya yang pendek.Sedangkan kekurangannya adalah untuk objek berupa kristal tunggal sangat sulit mendapatkan senyawa dalam bentuk kristalnya. Sedangkan untuk objek berupa bubuk (powder) sulit untuk menentukan strukturnya.

2.4.2Scanning Electron Microscopy (SEM) SEM digunakan untuk mengamati morfologi dari suatu bahan. Prinsipnya adalah sifat gelombang dari elektron yakni difraksi pada sudut yang sangat kecil. Elektron dihamburkan oleh sampel yang bermuatan (karena sifat listriknya). Jika sampel yang digunakan tidak bersifat konduktif, maka sampel terlebih dahulu harus dilapisi (coating) dengan emas. Citra yang terbentuk menunjukkan struktur dari sampel yang diuji.Prinsip kerja SEM mirip dengan mikroskop optik, hanya saja berbeda dalam perangkatnya. Pertama berkas elektron disejajarkan dan difokuskan oleh magnet yang didesain khusus berfungsi sebagai lensa. Energi elektron biasanya 100 keV, yang menghasilkan panjang gelombang kira-kira 0,04 nm. Spesimen sasaran sangat tipis agar berkas yang dihantarkan tidak diperlambat atau dihamburkan terlalu banyak. Bayangan akhir diproyeksikan ke dalam layar pendar atau film. Berbagai distorsi yang terjadi akibat masalah pemfokusan dengan lensa magnetik membatasi resolusi hingga sepersepuluh nanometer.Energy Dispersive X-Ray (EDXA) merupakan satu perangkat dengan SEM. Pengukuran EDXA merupakan perangkat analisa secara kuantitatif untuk menentukan kadar unsur dalam sampel (Notonegoro, 2003).

2.4.3Fourier Transform Infrared (FTIR) SpectroscopySpektrometer infrared dapat mengidentifikasi kandungan gugus kompleks dalam senyawa tetapi tidak digunakan untuk menentukan unsur-unsur penyusunnya. Pita serapan energi untuk gugus karbonat dapat diamati pada bilangan gelombang disekitar 1450 cm-1dan 875cm-1(Notonegoro, 2003).

2.4.4Spektrofotometri ultraviolet visible (UV-Vis)Spektrofotometri Ultraviolet-Visible digunakan untuk mengukur kadar fosfor, cara kerjanya dengan memanfaatkan panjang gelombang pada daerah ultraviolet dan cahaya tampak. Panjang gelombang ini dihasilkan oleh sumber lampu yang memiliki panjang gelombang spesifik, sebagai contoh lampu hidrogen dan deuterium (160-375 nm), atau tungsten (350-2500 nm). Spektrofotometri ini digunakan untuk mengukur kandungan molekul atau gugus yang terdapat dalam senyawa hidroksiapatit. Prinsip kerja alat ini adalah dengan menghitung transmitansi dari sinar yang dilewatkan oleh larutan yang ingin diukur kadarnya. Besar transmitansi dari larutan akan menunjukkan kadar penyusun senyawa tersebut sesuai dengan panjang gelombang yang digunakan (Notonegoro, 2003).7