SINTESIS NANO HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG TUTUT (Bellamya javanica) DENGAN METODE

PRESIPITASI DAN HIDROTERMAL

LENITA HERAWATY

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2014

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK

CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sintesis Nano

Hidroksiapatit dari Cangkang Tutut (Bellamya Javanica) dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal 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 tesis ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Januari 2014

Lenita Herawaty NIM G451110161

RINGKASAN LENITA HERAWATY. Sintesis Nano Hidroksiapatit Dari Cangkang Tutut (Bellamya Javanica) Dengan Metode Presipitasi Dan Hidrotermal. Dibimbing oleh ETI ROHAETI, CHARLENA dan SULISTIOSO GIAT SUKARYO.

Biomaterial sebagai pengganti tulang merupakan biokeramik berbasis kalsium fosfat yang dikenal dengan hidroksiapatit (HAp) (Ca10(PO4)6(OH)2). Komposisi dan kristalografi HAp menyerupai komposisi dan kristalografi tulang.

Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis sampel HAp metode presipitasi dan hidrotermal, menggunakan bahan dasar cangkang tutut (Bellamya Javanica). HAp hasil sintesis menggunakan metode presipitasi mengandung 100 % berat fasa hidroksiapatit dengan rasio Ca/P = 1.71. Analisis gugus fungsi pada HAp metode presipitasi menunjukkan adanya gugus –OH, –PO4, dan –CO3 mengindikasikan telah terbentuk fasa hidroksiapatit dengan baik. HAp hasil sintesis metode presipitasi memiliki parameter kisi a = b = 9.418 Å, c = 6.885 Å. HAp hasil sintesis menggunakan metode hidrotermal mengandung 94.55 % berat fasa hidroksiapatit dan 5.45 % berat fasa kalsium oksida dengan rasio Ca/P = 2.03. Hasil analisis gugus fungsi pada HAp hasil sintesis menunjukkan adanya gugus –OH, –PO4, dan –CO3 yang mengindikasikan hadirnya fasa HAp, juga tampak adanya ikatan Ca–O dan ikatan Ca–OH. HAp hasil sintesis metode hidrotermal memiliki parameter kisi a = b = 9.4163 Å, c = 6.8791 Å.

Sintesis HAp baik hasil proses presipitasi maupun hidrotermal telah berhasil dilakukan. Partikel HAp hasil presipitasi berbentuk spherical-poligonal dengan ukuran rata-rata diameter partikel sekitar 10–20 nm. Sedangkan bentuk partikel hasil sintesis dengan metode hidrotermal yaitu nanorod dengan ukuran diameter rod sebesar 15–20 nm dengan panjang rod sebesar 40–60 nm.

Kata kunci: hidroksiapatit, hidrotermal, nanopartikel, presipitasi, struktur kristal

SUMMARY LENITA HERAWATY. Synthesis of Hydroxyapatite Nanoparticle from Tutut (Bellamyâ Javanica) Shells by Using precipitation and Hydrothermal Method. Supervised by ETI ROHAETI, CHARLENA and SULISTIOSO GIAT SUKARYO.

Biomaterials as bone replacement is a bioceramics of calcium phosphate-based known as hydroxyapatite (HAp) (Ca10(PO4)6(OH)2). Hap have the similar composition and crystallography of bone .

In this study, synthesis of HAp by using precipitation and hydrothermal methods have been performed by using tutut shells (Bellamya Javanica). HAp of precipitation product contained 100 wt% of hydroxyapatite phase with Ca/P ratio of 1.71. The result of functional group analysis also showed the presence of hydroxyapatite phase as indicated by–OH, –PO4, dan –CO3 groups. HAp of wet precipitation product had lattice parameter of a = b = 9.418 Å, c = 6.885 Å. HAp of hydrothermal product contained 94.55 wt% of hydroxyapatite phase and 5.45 wt% of calcium oxide phase with Ca/P ratio of 2.03. The functional group analysis result showed peaks of –OH, –PO4, dan –CO3 groups, indicated the presence of hydroxyapatite phase. In addition to the peaks, the characteristic peaks of Ca–O and Ca–OH bond were also appear. HAp of hydrothermal product had lattice parameter of a = b = 9.4163 Å, c = 6.8791 Å.

The synthesis of HAp nanoparticle both using precipitation and hydrothermal method have yielded. The HAp particles shaped spherical-polygonal with an average size of diameter particles around 10-20 nm. Whereas that by hydrothermal method is nanorod with the particle size of 15–20 nm in diameter and 40–60 nm in length.

Keywords: hydroxyapatite (HAp), hydrothermal, nanoparticle, wet precipitation, crystal structure

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014 Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB

Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Magister Sains pada

Program Studi Kimia

SINTESIS NANO HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG TUTUT (Bellamya javanica) DENGAN METODE

PRESIPITASI DAN HIDROTERMAL

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR 2014

LENITA HERAWATY

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr drh Irma H Suparto, MS

Judul Tesis : Sintesis Nano Hidroksiapatit dari Cangkang Tutut (Bellamya Javanica) dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal

Nama : Lenita Herawaty NIM : G4511101611

Disetujui oleh

Komisi Pembimbing

Dr Eti Rohaeti, MS Ketua

Dr Charlena, MSi Anggota

Drs Sulistioso Giat S, MT Anggota

Diketahui oleh Ketua Program Studi Kimia

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof Dr Dyah Iswantini Pradono, MScAgr Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr Tanggal Ujian: 7 Pebruari 2014

Tanggal Lulus:

PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas

segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Januari 2013 ini adalah Hidroksiapatit, dengan judul Sintesis Nano Hidroksiapatit dari Cangkang Tutut (Bellamya Javanica) dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Dr Eti Rohaeti, MS, Ibu Dr Charlena, MSi dan Bapak Drs Sulistioso Giat Sukaryo, MT selaku pembimbing, Ibu Dr drh Irma H Suparto, MS selaku dosen penguji luar komisi, serta seluruh dosen Pascasarjana Kimia atas segala bimbingan dan ilmu yang diberikan serta Bapak Dr Kiagus Dahlan dan Ibu Dr Siti Himatun yang telah banyak memberi masukan dan saran. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Pimpinan dan keluarga besar staf Laboratorium Kimia Balai Penelitian Tanah Bogor, Laboratorium Kimia Analitik IPB, Laboratorium Anorganik IPB, Bapak Prof Dr Gustan Pari, MSi beserta staf Laboratorium Terpadu Badan Litbang Departemen Kehutanan yang telah membantu fasilitas dan analisis selama penelitian. Ungkapan terima kasih juga disampaikan penulis kepada Badan Litbang Departemen Pertanian atas beasiswa dan bantuan dana penelitian yang telah diberikan. Tak lupa pula ungkapan terima kasih penulis disampaikan kepada teman-teman Pascasarjana Kimia atas masukan, saran dan motivasi yang diberikan. Untuk ayah, ibu dan seluruh keluarga terima kasih atas segala doa dan kasih sayangnya.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Pebruari 2014

Lenita Herawaty

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL x DAFTAR GAMBAR x DAFTAR LAMPIRAN x PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Perumusan Masalah 2 Tujuan Penelitian 2 Manfaat Penelitian 3 Ruang Lingkup Penelitian 3 TINJAUAN PUSTAKA 3 Hidroksiapatit 3 Nano Partikel 6 Cangkang Tutut 7 Sintesis Hidroksiapatit 8 Metode Presipitasi 9 Metode Hidrotermal 11 METODE 12 Waktu dan Tempat Penelitian 12 Bahan dan Alat 12 Metodologi Penelitian 13 Preparasi Cangkang Tutut 13 Analisis Komposisi 14 Sintesis Hidroksiapatit 15 Pencirian Kristal Hidroksiapatit 16 HASIL DAN PEMBAHASAN 17 Analisis Komposisi Cangkang Tutut sebelum Kalsinasi 18

Hasil Analisis XRD dan EDS Cangkang Tutut sebelum Kalsinasi 18 Hasil Analisis XRD dan EDS Cangkang Tutut setelah Kalsinasi 19

Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal 20 Hasil Analisis Menggunakan XRD 21 Hasil Analisis Menggunakan EDS 22 Hasil Analisis Menggunakan FTIR 23 Hasil Analisis Menggunakan SEM 24 Hasil Analisis Menggunakan PSA 25 Hasil Analisis Menggunakan TEM 27

SIMPULAN DAN SARAN 28 Simpulan 28 Saran 28 DAFTAR PUSTAKA 29 LAMPIRAN 32 RIWAYAT HIDUP 42

DAFTAR TABEL

1 Jenis kalsium fosfat dan kelarutan produk pada suhu 25 oC 4 2 Kandungan mineral dalam cangkang berbagai spesies moluska 8 3 Teknik dan kondisi pengadukan serta karakteristik serbuk HAp metode

presipitasi 10 4 Hasil analisis EDS cangkang tutut sebelum kalsinasi 19 5 Hasil analisis EDS cangkang tutut setelah kalsinasi 20 6 Hasil analisis unsur cangkang tutut metode hidrotermal dan presipitasi

menggunakan EDS 23 7 Puncak-puncak absorbansi dari spektrum FTIR 24

DAFTAR GAMBAR

1 Struktur hidroksiapatit 4 2 Sintesis nanopartikel metode top-down dan bottom-up 7 3 Difraktogram sinar-x serbuk HAp dan fasakristal melalui teknik

pengadukan magnetik, ultrasonik, magnetik-ultrasonik 11 4 Cangkang tutut kering, serbuk halus dan serbuk hasil kalsinasi 17 5 Difraktogram sinar-x sampel cangkang tutut sebelum kalsinasi dan

difraktogram sinar-x CaCO3 dari basis data instrumen 19 6 Difraktogram sinar-x sampel cangkang tutut setelah kalsinasi 20 7 Difraktogram sinar-x HAp hasil sintesis metode presipitasi 21 8 Difraktogram sinar-x HAp hasil sintesis metode hidrotermal 22 9 Spektra gugus fungsi HAp hasil sintesis metode presipitasi dan

hidrotermal 23 10 Morfologi HAp hasil sintesis metode presipitasi dan hidrotermal

menggunakan SEM 25 11 Distribusi ukuran partikel metode statistik HAp hasil sintesis

metode presipitasi dan hidrotermal menggunakan PSA 26 12 Pengamatan partikel HAp hasil sintesis metode presipitasi dan hidrotermal

menggunakan TEM 27

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram alir sintesis HAp dari cangkang tutut 32 2 Diagram alir karakterisasi HAp 33 3 Hasil perhitungan stoikhiometri pereaksi dan konsentrasi bahan sintesis 33 4 Hasil analisis komposisi cangkang tutut 34 5 Data hasil analisis XRD cangkang tutut 34 6 Fasa kristal serbuk cangkang tutut dan gambar sistem kristal 36 7 Data Joint Cristal Powder Difraction Standard (JCPDS) 36

8 Distribusi ukuran partikel HAp hasil sintesis dengan metode presipitasi dan hidrotermal 39

9 Contoh perhitungan 40 10 Peralatan sintesis dan pencirian HAp 41

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Seiring dengan meningkatnya kasus patah tulang dan kerusakan gigi,

kebutuhan bahan biomaterial pengganti tulang dan gigi juga terus meningkat.

Oleh karena itu perlu upaya untuk mencari alternatif biomaterial yang bersifat

bioaktif terhadap jaringan yang dapat menggantikan struktur jaringan yang hilang

dan tidak menimbulkan efek samping. Biomaterial yang banyak digunakan untuk

substitusi tulang adalah biokeramik yang merupakan senyawa kalsium fosfat.

Kalsium fosfat bersifat biokampatibel dan bioaktif, sehingga sangat tepat untuk

dijadikan bahan implan (Dahlan 2013).

Tulang merupakan penopang tubuh manusia, memiliki komponen utama

kalsium fosfat dan senyawa kalsium karbonat yang dikenal sebagai apatit.

Senyawa kalsium fosfat memberikan sifat keras dalam jaringan tulang. Kristal

kalsium fosfat dalam jaringan tulang dikenal sebagai kristal apatit (Dahlan et al.

2009). Apatit terbagi menjadi 3 kelompok, yaitu Hidroksiapatit, Fluor-apatit, Klor-apatit.

Salah satu fasa kalsium fosfat untuk tulang dan gigi yang banyak dikembangkan

adalah hidroksiapatit (HAp) dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. HAp adalah

biokeramik yang telah dikenal luas untuk aplikasi biomedis sebagai pengganti

tulang (Hsiung et al. 2012).

HAp digunakan sebagai bahan untuk membuat tulang palsu dan gigi serta

bahan penambal tulang untuk memperbaiki tulang secara cepat setelah trauma

atau operasi besar. Kristal HAp dalam tulang umumnya berbentuk jarum yang

berukuran nanometer dengan kisaran lebar 5-20 nm dan panjangnya 60 nm

(Ferraz et al. 2004).

HAp dan trikalsiumfosfat (TCP/Ca3(PO4)2) banyak diteliti karena sifatnya

yang sangat biokompatibel dengan jaringan tubuh manusia (Santos et al. 2004).

Saat ini nanostruktur HAp aplikasinya cukup luas dalam bidang ortopedi, gigi,

dan aplikasi penyalut obat. Penelitian telah menunjukkan bahwa HAp berukuran

nano memiliki energi permukaan tinggi yang dapat meningkatkan sifat mekanik

dan memungkinkan untuk penggantian permukaan implan lebih cepat (Bigi et al.

2008).

Sumber kalsium dari bahan-bahan alami telah dikembangkan untuk

sintesis hidroksiapatit, diantaranya berasal dari cangkang telur dan cangkang

kerang darah. (Dahlan et al. 2009). Selain dari cangkang telur dan cangkang

kerang, eksplorasi perlu dilakukan terhadap sumber bahan yang banyak

mengandung kalsium. Salah satu bahan yang berpotensi mengandung kalsium

adalah cangkang tutut atau keong sawah. Cangkang tutut merupakan limbah dari

konsumsi daging tutut yang belum memiliki pemanfaatan komersial. Limbah ini

kaya akan berbagai mineral termasuk kalsium (Baby et al. 2010).

Sintesis HAp dilakukan melalui metode presipitasi dan hidrotermal.

Sintesis nano hidroksiapatit dengan metode presipitasi memiliki keuntungan, yaitu

sederhana dan biaya rendah (Khoerunnisa 2011) sedangkan metode hidrotermal

dilakukan pada suhu rendah dan menghasilkan produk kristal yang homogen,

kemurnian bahan terjaga karena sampel dimasukkan ke dalam teflon dan bejana

baja yang tertutup rapat sehingga terjaga dari kontaminasi luar.

2

Beberapa penelitian menunjukkan sintesis nano HAp dapat dilakukan

dengan metode presipitasi dan hidrotermal. Cunniffe et al. (2010) melaporkan

bahwa sintesis HAp dengan metode presipitasi menghasilkan nano HAp

berukuran <100 nm. Binnaz dan Koca (2009) juga melakukan penelitian dengan

metode ini menghasilkan partikel HAp berukuran 50 nm. Sintesis HAp

menggunakan metode hidrotermal berhasil dilakukan oleh Poinern et al. (2009)

dan menghasilkan nano partikel HAp dengan diameter 30 nm. Manafi dan

Joughehdoust (2009) juga menghasilkan kristal HAp yang berdiameter 30-50 nm.

Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa metode presipitasi dan hidrotermal

menggunakan bahan dasar Ca(OH)2 sebagai sumber kalsium berhasil membuat

HAp berukuran nano. Oleh karena itu teknik ini digunakan untuk sintesis nano

HAp menggunakan bahan dasar cangkang tutut sebagai sumber kalsiumnya.

Perumusan Masalah

Hidroksiapatit hasil sintesis yang akan digunakan sebagai biomaterial

pengganti tulang harus bersifat biokompatibel terhadap jaringan tubuh. Tulang

merupakan bagian tubuh manusia yang secara mikroskopis dipandang sebagai

struktur biokomposit, yaitu terdiri dari substansi inorganik yang tertanam di dalam

substansi organik. Substansi inorganik (70%) terdiri dari mineral dengan unsur

inorganik dominan adalah kalsium (Ca) dan fosfor (P) dan air (H2O); sedangkan

substansi organik (30%) berupa matriks tulang, yaitu serat kolagen dan protein

non-kolagen. Di dalam tulang, unsur-unsur inorganik mengalami biomineralisasi

membentuk senyawa yang dikenal dengan hidroksiapatit dengan rumus kimia

Ca10(PO4)6(OH)2. Hidroksiapatit biologik ini membangun 70% berat dan 50%

volume jaringan keras tulang dengan berbagai substitusi, yaitu ion karbonat CO32-

sebesar 3-8 % dan unsur-unsur magnesium, natrium, kalium, florin atau klorin.

Kristal HAp dalam tulang umumnya berbentuk jarum yang berukuran nanometer

dengan kisaran lebar 5–20 nm dan panjangnya 60 nm. HAp sintetik yang

digunakan sebagai material implan ini tidak beracun dan tidak menyebabkan

kanker. Metode presipitasi maupun hidrotermal yang menggunakan tutut sebagai

sumber kalsium diharapkan dapat menghasilkan HAp yang memiliki sifat-sifat

yang sesuai dengan tubuh dan partikel yang dihasilkan berskala nanometer.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan mensintesis hidroksiapatit dalam skala nanometer

dari bahan dasar cangkang tutut melalui metode presipitasi dengan teknik

pengadukan ultrasonik dan metode hidrotermal. Mengetahui karakteristik

senyawa nano hidroksiapatit yang mencakup analisis fasa, morfologi, penentuan

gugus fungsi dan ukuran partikel dari hasil sintesis nano hidroksiapatit.

3

Manfaat Penelitian

Hasil penelitian memiliki informasi tentang peluang pemanfaatan

cangkang tutut. Cangkang tutut merupakan limbah dari bahan pangan tutut yang

akhir-akhir ini banyak dikonsumsi. Kalsium hidroksida [Ca(OH)2] yang diekstrak

dari cangkang tutut telah dimanfaatkan untuk membuat hidroksiapatit dengan

cara presipitasi dan hidrotermal.

Ruang Lingkup Penelitian

Pada penelitian ini, kajian akan dibatasi dengan menitikberatkan pada

sintesis bahan hidroksiapatit dengan metode presipitasi dan hidrotermal dari bahan

baku ekstrak cangkang tutut. Karakterisasi difokuskan pada penentuan struktur

kristal, morfologi, gugus fungsi dan ukuran partikel dengan menggunakan XRD,

SEM, FTIR, PSA dan TEM. Sedangkan pembahasan akan difokuskan pada

tinjauan perbandingan hasil yang diperoleh dari metode presipitasi dan

hidrotermal.

TINJAUAN PUSTAKA

Hidroksiapatit

Hidroksiapatit adalah biokeramik yang paling banyak diteliti dan

digunakan dalam berbagai aplikasi biomedis, terutama dalam bidang ortopedi dan

kedokteran gigi (Nayak 2010). HAp sangat mirip dengan komponen mineral

anorganik dalam tulang dan gigi. Material ini memiliki biokompatibilitas yang

sangat baik dan bioaktivitas yang unik (Chen et al. 2004). HAp alami memiliki

struktur heksagonal dengan rumus kimia satu unit selnya Ca10(PO4)6(OH)2 (Nath

et al. 2006). Ion hidroksil pada HAp dapat diganti dengan ion F-, Cl

-, CO3

2-,O

2-

dalam matriks serat kolagen (Nayak 2010).

Hidroksiapatit merupakan kalsium fosfat yang mengandung hidroksida

yang merupakan anggota dari kelompok mineral tulang dengan rasio Ca/P

dicirikan sebesar 1.67 (Tabel 1). Kalsium fosfat memiliki sifat alami yang

kompleks seperti keberadaannya dalam berbagai fase, dapat dalam bentuk

nonstoikhiometris dengan hadirnya impuritis yang mengganti ion kisi dalam

kristal. Berbagai fase kalsium fosfat dapat digunakan dalam bidang medis

tergantung pada bioaktivitas atau kemampuan penyerapan material yang

diperlukan (Chow 2009).

4

Tabel 1 Jenis kalsium fosfat dan kelarutan produk pada suhu 25 oC

No Senyawa Rumus Senyawa Ca/P Ksp

1. Monocalcium phosphate

monohydrate (MCPM)

Ca(H2PO4)2.H2O 0.5 Kelarutan

tinggi

2. Monocalcium phosphate

anhydrous (MCPA)

Ca(H2PO4)2 0.5 Kelarutan

tinggi

3. Dicalcium phosphate

anhydrous (DCPA)

CaHPO4 1 10-6.90

4. Dicalcium phosphate

dihydrate (DCPD)

CaHPO4.2H2O 1 10-6.59

5. Octacalcium phosphate

(OCP)

Ca8H2(PO4)6.5H2O 1.33 10-96.6

6. α-Tricalcium phosphate (α-

TCP)

α-Ca3(PO4)2 1.5 10-25.5

7. β-Tricalcium phosphate (β-

TCP)

β-Ca3(PO4)2 1.5 10-28.9

8. Amorphous calcium

phosphate (ACP)

Ca3(PO4)2 1.5 10-25.2

-

10-24.8

9. Hydroxyapatite (HAp) Ca10(PO4)6(OH)2 1.67 10-116.8

10. Tetracalcium phosphate

(TTCP)

Ca4(PO4)2O 2 10-38

Sumber : Chow (2009)

Kalsium fosfat berada dalam bentuk campuran amorf maupun berbagai

kristal atau dapat berada dalam berbagai fasa. Jenis kalsium fosfat dalam setiap

fasa diperlihatkan pada Tabel 1. ( Chow 2009 ) :

1. Kalsium fosfat amorf, memiliki rumus kima yang bervariasi, kaya akan

HPO42-

dan mempunyai rasio molar Ca dan P rendah. Selain ion kalsium dan

fosfat, ion lain seperti CO32-

, HCO3-, Mg

2+ dapat masuk dan mengganggu

struktur kalsium fosfat amorf.

2. Kalsium hidrogen fosfat dihidrat merupakan tahap awal proses pertumbuhan

kristal hidroksiapatit. Kristal ini memiliki ukuran yang kecil sehingga dalam

profil XRD masih tampak seperti amorf dan dihasilkan dari medium dengan

pH dibawah 6.6 yang kemudian mengalami hidrolisis dan berubah menjadi

oktakalsium fosfat.

3. Oktakalsium fosfat mempunyai struktur yang mirip dengan hidroksiapatit.

4. Trikalsium fosfat memiliki kemungkinan yang kecil sebagai salah satu

komponen mineral jaringan keras.

5. Hidroksiapatit merupakan fasa kristal senyawa fosfat yang paling stabil.

Struktur HAp disajikan pada Gambar 1.

Gambar 1 Struktur hidroksiapatit (Sumber : Aoki 1991)

5

Hidroksiapatit yaitu senyawa mineral apatit yang mempunyai struktur

heksagonal. HAp memiliki parameter kisi a = b = 9.418 Å dan c = 6.884 Å. Unit

sel terdiri dari dua subsel prisma segitiga rombik. Terdapat dua kaca horizontal

yaitu, Z = ¼ dan Z = ¾ dan sebagai tambahan terdapat bidang tengah inversi,

tepatnya disetiap tengah muka vertikal dari setiap subsel. Atom Ca ditunjukkan

oleh lingkaran berwarna hijau, atom O ditunjukkan oleh lingkaran berwarna biru

dan atom P ditunjukkan oleh lingkaran berwarna merah. Unit sel memiliki dua

atom Ca yaitu, 1). Ca1 : memiliki tiga pusat, puncak dan dasar dihitung sebagai ½

Ca1. Masing-masing subsel memiliki dua atom Ca dari Ca1 dan Ca2). Ca2 :

memiliki enam atom Ca2, total atom Ca dalam setiap unit sel adalah sepuluh

(terdiri dari 4 Ca1 dan 6 atom Ca2). Atom-atom Ca2 membentuk dua segitiga

normal hingga sumbu C dan berotasi sebesar 60o (Aoki 1991).

Partikel HAp yang merupakan suatu biomaterial memiliki sifat

biokompatibilitas dan bioaktifitas yang baik terhadap tubuh. Selain itu, secara

kristalografi dan sifat kimianya, HAp mendekati struktur yang dimiliki oleh

tulang dan gigi dan dapat terikat secara langsung dengan jaringan sehingga dapat

merangsang tumbuhnya jaringan. Hal ini menyebabkan HAp dapat diaplikasikan

dalam bidang biomedis, terutama untuk aplikasi tulang dan gigi (Miranda, 2011).

HAp termasuk ke dalam jenis biokeramik. Dalam dunia medis, bahan

keramik dibagi menjadi dua golongan yaitu keramik bioinert dan keramik

bioaktif. Keramik bioinert merupakan keramik yang tidak berpengaruh dan

berinteraksi dengan jaringan tubuh, misalnya alumina, sedangkan keramik

bioaktif merupakan keramik yang dapat berikatan dengan jaringan tulang yang

hidup seperti HAp dan kalsium fosfat (Cahyanto 2009).

Hidroksiapatit adalah biokeramik yang paling banyak diteliti dan

digunakan dalam berbagai aplikasi biomedis, terutama dalam bidang ortopedi dan

kedokteran gigi. HAp sangat mirip dengan komponen mineral anorganik dalam

tulang dan gigi. Material ini memiliki biokompatibilitas yang sangat baik dan

bioaktivitas yang unik (Chen et al. 2004). HAp alami memiliki struktur

heksagonal dengan rumus kimia satu unit selnya Ca10(PO4)6(OH)2 (Nath et al.

2006). Ion hidroksil pada HAp dapat diganti dengan ion F-, Cl

-, CO3

2-, dan O

2-

dalam matriks serat kolagen (Nayak 2010).

Reaktivitas material dengan lingkungannya terjadi akibat adanya

fenomena bioaktivitas sedangkan fenomena bioinert memiliki kinetika reaksi yang

sangat lambat, kebalikannya keramik bioaktif memiliki kinetika reaksi yang

sangat cepat sehingga dapat bereaksi dengan cairan tubuh menghasilkan bahan

tulang baru. Oleh karena itu keramik bioaktif dapat digunakan untuk memperbaiki

bagian tulang, yaitu dengan melalui cara mengganti bagian tulang yang rusak atau

meregenerasi tulang. Dari sudut pandang strukturnya, keramik dibedakan menjadi

tiga yaitu padatan kristal keramik, padatan glass amorf, serta padatan amorf

dengan inti kristal glass-keramik yang dapat dipertimbangkan sebagai material

inert (Miranda et al. 2013).

Metode untuk memperoleh hidroksiapatit dalam bentuk padat, kristalin,

atau senyawa lain dengan nisbah Ca-P tertentu dapat dilakukan melalui metode

basah (yakni reaksi kimia untuk mengendapkan padatan dari larutannya), metode

kering (yakni dengan memanfaatkan perubahan fase senyawa padatan), dan reaksi

hidrotermal untuk memperoleh kristal-kristal tunggal. Dalam proses basah, ion

kalsium dapat diperoleh dari senyawa garam klorida atau nitrat, sedangkan ion

6

fosfatnya dari garam potasium fosfat atau amonium fosfat. Secara umum,

hidroksiapatit biasanya tidak serta merta langsung terbentuk, melainkan akan

diawali dengan terbentuk serangkaian senyawa awal seperti dikalsium fosfat

dihidrat dan oktakalsium fosfat, atau mungkin senyawa kalsium fosfat amorf.

Perubahan senyawa-senyawa itu untuk bisa menjadi hidroksiapatit berdasarkan

jumlah total konsentrasi ion kalsium dan ion fosfat, pH, dan suhu (Wahl dan

Czernuszka 2006).

Reaksi hidrotermal telah berhasil digunakan sebagai cara memproduksi

nanopowder, kristal tunggal, dan nanostruktur. Teknik hidrotermal dikembangkan

untuk pembentukan HAp berstruktur nano. Proses dengan metoda hidrotermal

menggunakan air sebagai pelarut dan dilakukan pada sistem tertutup untuk

mencegah hilangnya pelarut saat dipanaskan diatas titik didihnya, yang

merupakan salah satu kelebihan dari metoda hidrotermal. (Fernandez 2011). Pada

teknik ini HAp amorf berubah menjadi HAp kristal pada kondisi tekanan dan

suhu yang tinggi . Pada suhu yang lebih tinggi dari 200 °C HAp menunjukkan

kristalisasi yang baik dibandingkan dengan HAp yang terbentuk pada suhu 150°C

(Manafi et al. 2008).

HAp yang memiliki sifat mekanis yang baik perlu diperluas lagi

penggunaannya dalam bidang kedokteran pada masa depan. Umumnya faktor

yang mempengaruhi sifat mekanis HAp adalah bentuk serbuk, pori-pori, ukuran

butir dan juga metode pembuatannya. Serbuk HAp yang memiliki stoikhiometri

yang tepat yaitu rasio molar Ca/P sebanyak 1.67 dapat menghasilkan sifat

mekanis HAp yang unggul (Chow 2009). Pori-pori HAp yang letaknya tidak

teratur dan tidak saling berhubungan satu sama lain (tidak rekat) menyebabkan

pori-pori menjadi faktor yang melemahkan kekuatan bahan HAp. Ukuran butir

juga menurunkan kekuatan bahan HAp dengan mempengaruhi ikatan antar butir.

Pembuatan HAp menggunakan penekan isostatik dapat menghasilkan HAp yang

memiliki densitas tinggi dan seragam (Young et al. 2011).

Nano Partikel

Nanopartikel adalah bagian dari nanoteknologi yang mempelajari partikel

dengan ukuran 0.1 sampai 100 nanometer, biasanya disebut juga sebagai ultrafine

particles. Dalam SI, unit nanometer berskala satu milyar meter atau 10–9

m. Satu

nanometer sama dengan ikatan 6 atom karbon dan akan sama dengan kira-kira

1/40000 dari diameter rambut manusia. Material berukuran nanometer memiliki

sejumlah sifat kimia dan fisika yang lebih unggul dari material berukuran besar

(bulk). Dalam istilah teknis, kata "nano" berarti 10-9

m atau sepermilyar. Istilah

nanoteknologi umumnya digunakan ketika mengacu pada bahan-bahan dengan

ukuran 0,1 sampai 100 nanometer (Winarno 2009).

Metode sintesis nanopartikel secara umum yang dapat digunakan dalam

sintesis nanomaterial, yaitu secara top down dan bottom up. Pendekatan top-down

adalah memecah partikel berukuran besar menjadi partikel berukuran nanometer

sedangkan bottom up merupakan cara merangkai atom atau molekul dan

menggabungkannya melalui reaksi kimia untuk membentuk nano struktur. Contoh

metode top down adalah penggerusan dengan alat milling, sedangkan teknologi

7

bottom up yaitu menggunakan teknik sol-gel, presipitasi kimia, dan aglomerasi

fasa gas. Sintesis nanopartikel dengan metode top down dan bottom up dapat

dilihat pada Gambar 2 (Abdullah et al. 2008).

Gambar 2 Sintesis nanopartikel metode top-down dan bottom-up

(sumber : Abdullah et al. 2008)

Ultrasonikasi merupakan salah satu teknik paling efektif dalam

pencampuran, proses reaksi, dan pemecahan bahan dengan bantuan energi tinggi

(Pirrung 2007). Ultrasonikasi dengan intensitas tinggi dapat menginduksi secara

fisik dan kimia. Efek fisik dari ultrasonikasi intensitas tinggi salah satunya adalah

emulsifikasi. Efek kimia pada ultrasonikasi ini menyebabkan molekul-molekul

berinteraksi sehingga terjadi perubahan kimia. Interaksi tersebut disebabkan

panjang gelombang ultrasonik lebih tinggi dibandingkan panjang gelombang

molekul-molekul. Interaksi gelombang ultrasonik dengan molekul molekul terjadi

melalui media cairan. Gelombang yang dihasilkan oleh tenaga listrik diteruskan

oleh media cair ke medan yang dituju melalui fenomena kavitasi akustik yang

menyebabkan kenaikan suhu dan tekanan lokal dalam cairan (Abdullah et al.

2008).

Cangkang Tutut

Tutut (Bellamya) termasuk dalam kelompok Operculata yang hidup di

perairan dangkal yang berdasar lumpur dengan aliran air yang lamban dan

ditumbuhi rerumputan air. Misalnya sawah, rawa, pinggir danau, dan pinggir

sungai kecil adalah contoh tempat tutut tumbuh. Ada dua jenis Bellamya yang

hidup di sawah, yaitu Tutut Jawa (Bellamya javanica) dan Tutut Sumatera

(Bellamya sumatraensis) yang sebarannya mencakup Indonesia (Sumatera dan

Jawa), Thailand, Kamboja, dan Malaysia. Kelompok hewan ini bisa memiliki

tinggi cangkang hingga 40 mm dengan diameter 15-25 mm, bentuk cangkangnya

kerucut agak menggelembung, tipis, kecil atau tidak transparan. Memiliki satu

8

atau lebih rangka punggung yang tumpul dan berbentuk spiral. Bagian atas

runcing, berdasar bulat, pinggiran bulat atau bersudut. Lingkaran embrio tidak

mengikat, walaupun pada beberapa spesies keong dewasa berbentuk bulat dengan

warna hijau-kecoklatan atau kuning kehijauan (Jutting 1956).

Tulang pada vertebrata yang telah tumbuh dewasa sebagian besar tersusun

dari hidroksiapatit. Senyawa ini memiliki susunan molekul teratur (kristal) dan

menempati fibril-fibril kolagen. Keberadaan kolagen dapat diumpamakan dengan

cetakan yang menjadi wadah atau tempat tumbuhnya kristal hidroksiapatit. Dari

hasil difraksi sinar-x, teramati bahwa kandungan terbesar tulang vertebrata muda

dan vertebrata dewasa ternyata berbeda. Pada tulang muda struktur kristal

hidroksiapatit itu belum dijumpai. Artinya, tulang vertebrata yang masih belia

sebagian besar terdiri atas bahan amorf (bahan yang molekulnya tidak dalam

susunan kristal). Perubahan kemudian terjadi seiring dengan pertumbuhan

vertebrata itu. Kandungan tulangnya berubah dari yang sebagian besar berupa

bahan amorf ketika muda, menjadi sebagian besar berupa kristal hidroksiapatit

ketika dewasa (Miranda 2013)

Tutut merupakan moluska air tawar yang dagingnya banyak dimanfaatkan

sebagai bahan pangan kaya protein dan mineral di berbagai negara di dunia

termasuk Indonesia. Cangkang tutut merupakan limbah dari konsumsi daging

tutut dan belum memiliki pemanfaatan komersial. Limbah ini kaya akan berbagai

mineral. Kandungan mineral dalam cangkang berbagai spesies moluska disajikan

dalam Tabel 2.

Tabel 2 Kandungan mineral dalam cangkang berbagai spesies moluska

Spesies Ca P Fe Na K

(mg/100g)

Pila globosa

Bellamya- bengalesnsis

Helix sp

721.44

705.40

737.47

1360.23

1680.56

1240.61

60.56

300.10

108.84

200.67

200.89

250.41

60.55

40.83

40.27

Melania tuberculata

Lamellidensmarginalis

Anisus convexiusculus

737.47

753.50

721.44

1440.98

1160.47

1520.12

280.38

216.94

236.33

230.08

200.73

220.20

50.72

60.16

40.53

Sumber : Baby et al. (2010)

Tabel 2 merangkum kandungan mineral cangkang berbagai spesies

moluska air tawar yang telah diteliti Baby et al. 2010. Kalsium yang terkandung

dalam cangkang moluska umumnya berada dalam bentuk kalsium karbonat

(CaCO3) yang tergabung dalam struktur cangkang sebagai kristal kalsit dan

aragonit yang terasosiasi pada matriks organik dari conchiolin (protein kompleks

yang disekresikan oleh epitelium luar moluska) (Soido et al. 2009).

Sintesis Hidroksiapatit

Beberapa metode telah dimanfaatkan untuk mensintesis HAp seperti teknik

presipitasi, pendekatan sol-gel, teknik hidrotermal, teknik multiple emulsion,

teknik deposisi biomimetik, teknik elektrodeposisi (Nayak 2010). Sintesis

hidroksiapatit dapat dilakukan dengan beberapa metode diantaranya adalah :

9

1. Metode basah, menggunakan reaksi cairan (dari larutan menjadi padatan),

merupakan metode yang umum digunakan karena sederhana dan menghasilkan

serbuk hidroksiapatit dengan sedikit kristal atau amorf.

2. Metode kering, menggunakan reaksi padat (dari padatan menjadi padatan) dan

menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan butir halus dan derajat

kristalinitasnya tinggi.

3. Metode hidrotermal, menggunakan reaksi hidrotermal (dari larutan menjadi

padatan) dan menghasilkan hidroksiapatit dengan kristal tunggal.

4. Metode alkoksida, menggunakan reaksi hidrolisa (dari larutan menjadi

padatan) dan biasanya digunakan untuk membuat lapisan tipis (thin film) dan

hidroksiapatit yang dihasilkan mempunyai derajat kristalinitas tinggi.

5. Metode fluks, menggunakan reaksi peleburan garam (dari pelelehan menjadi

padatan), menghasilkan hidroksiapatit kristal tunggal yang mengandung unsur

lain seperti boron apatit, fluorapatit, dan kloroapatit.

Selain itu ada metode lain yaitu metode sol-gel yang menghasilkan serbuk

hidroksiapatit dengan ukuran butir yang relatif homogen dan derajat kristalinitas

tinggi. Teknik ini digunakan untuk membentuk material gelas dan keramik pada

suhu rendah sehingga akan menghasilkan campuran dengan kemurnian dan

homogenitas lebih tinggi dibandingkan proses yang menggunakan suhu tinggi

(Vijayalakshmi dan Rajeswari 2006).

Metode Presipitasi

Teknik sintesis HAp yang paling terkenal dan paling banyak diteliti adalah

teknik presipitasi. Teknik ini juga sering disebut sebagai teknik presipitasi basah

atau presipitasi kimia atau presipitasi berair. Teknik ini banyak dipilih untuk

mensintesis HAp karena jumlah produk HAp yang dihasilkan relatif lebih banyak

dan tanpa menggunakan pelarut organik (Cunniffe et al. 2010).

Reaksi presipitasi untuk sintesis HAp menggunakan bahan baku kalsium

hidroksida (Ca(OH)2) dan asam ortofosfat (H3PO4). Satu-satunya produk samping

dari reaksi ini adalah air dan reaksi ini tidak melibatkan unsur-unsur asing.

Menurut Santos et al. 2004, sintesis HAp dilakukan dalam larutan berair karena

metode ini dapat mensintesis dalam jumlah besar dengan biaya yang relatif

murah. Selain itu hasil samping yang terbentuk adalah air dan reaksi yang

digunakan tidak melibatkan unsur-unsur lain (selain Ca, H, O dan P) (Afshar et al.

2003). Reaksi pembentukan HAp :

10Ca(OH)2 + 6H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H2O

Langkah kalsinasi diperlukan sebelum sintesis hidroksiapatit untuk

mengubah kandungan CaCO3 cangkang tutut menjadi CaO, reaksi :

CaCO3 → CaO + CO2(g)

CaO dapat dengan mudah ditransformasi menjadi Ca(OH)2 melalui suatu reaksi

eksotermik dengan air, reaksi :

2CaO + 2H2O 2Ca(OH)2 (ΔHr = − 63.7 kJ/mol CaO)

Dalam sintesis HAp reaksi antara suspensi Ca(OH)2 dan larutan H3PO4

harus dilakukan pada suhu dan pH yang terkontrol (Binnaz & Koca 2009). Suhu yang

di gunakan untuk sintesis HAp dijaga pada 40 °C. Kenaikan suhu reaksi pada

pembuatan hidroksiapatit akan meningkatkan derajat kristalinitas (Purnama et al.

10

2006). Suhu yang lebih tinggi diperlukan untuk meningkatkan laju reaksi

pembentukan HAp dan meningkatkan disolusi Ca(OH)2, walaupun pengendapan

HAp juga dapat terjadi pada suhu kamar (Santos et al. 2004). Ukuran, bentuk, dan

luas permukaan partikel HAp yang dihasilkan oleh reaksi tersebut sangat sensitif

terhadap laju penambahan asam ortofosfat dan suhu reaksi. Laju penambahan

asam ortofosfat berkaitan erat dengan pH yang didapat di akhir sintesis dan

stabilisasi suspensi. Suhu reaksi menentukan apakah kristal HAp sintetik berupa

monokristalin atau polikristalin. Partikel HAp yang disintesis pada suhu rendah (<

60 °C) memiliki bentuk monokristalin atau kristal tunggal (Binnaz dan Koca

2009).

Larutan H3PO4 bersifat asam maka diperlukan pemantauan dan

penyesuaian pH yang baik agar menghasilkan HAp. Bila pH larutan turun hingga

di bawah 9 atau 7 akan menyebabkan terbentuknya kalsium monofosfat dan

kalsium dehidrat yang lebih larut dalam air (Afshar et al. 2003). Sintesis HAp

dari cangkang keong sawah berhasil dilakukan oleh Winata (2012) menggunakan

metode presipitasi. Larutan H3PO4 diteteskan pada larutan kalsium dengan

kecepatan 3 ml/menit diaduk secara magnetik pada kecepatan 300 rpm. Proses

pengeringan dilakukan pada suhu 110 oC, sintering disarankan pada suhu 1000

oC agar zat pengotornya hilang.

Nanopartikel HAp sintetik dapat disiapkan dengan teknik presipitasi yaitu

H3PO4 ditambahkan pada Ca(OH)2 pada suhu kamar dengan pengadukan sonikasi

selama10 menit dan pH larutan 9.5. Teknik ini akan mengurangi ukuran partikel

menjadi kurang dari 100 nm. (Cunniffe et al. 2010). Pembuatan nanopartikel HAp

telah dilakukan menggunakan kalsium nitrat tetrahidrat dan diamonium fosfat

sebagai prekusor. Pengadukan menggunakan magnetik pada suhu 40 oC selama

1.5 jam. Pengukuran partikel menggunakan AFM (atomic force microscopy)

menghasilkan partikel berbentuk bulat berdiameter 30–50 nm dan beragregasi.

Ukuran agregat yang lebih besar terdeteksi oleh alat XDC (X-ray drift chamber)

berdiameter 210–410 nm. (Dedourkova et al. 2012) .

Hidroksiapatit yang disintesis menggunakan metode presipitasi dilakukan

oleh Binnaz dan Koca (2009) dengan teknik pengadukan yang berbeda-beda.

Presipitasi dilakukan dengan mencampurkan bahan kimia Ca(OH)2 96% dan

H3PO4 99% melalui teknik pengadukan magnetik, ultrasonik dan gabungan

magnetik-ultrasonik. Rentang pengadukan memiliki kecepatan antara 0–1000

rpm, frekuensi 35Hz dan daya antara 160–320W. Suhu sintesis HAp antara 25 dan

60 °C dan pengadukan berlangsung selama 1 jam. Suhu yang lebih tinggi

digunakan untuk meningkatkan kinetika reaksi pembentukan HAp dan untuk

meningkatkan disolusi Ca(OH)2, walaupun presipitasi HAp juga terjadi pada suhu

kamar. Teknik dan kondisi pengadukan ukuran partikel serbuk HAp dapat dilihat

pada Tabel 3 dan pola difraksi sinar-x disajikan pada Gambar 3.

Tabel 3 Teknik, kondisi pengadukan dan ukuran partikel serbuk HAp

metode presipitasi (Binnaz dan Koca 2009)

Teknik Pengadukan Kondisi Pengadukan Ukuran Partikel (µm)

Magnetik

Ultrasonik

Magnetik & Ultrasonik

300 rpm, 1 jam

320 W, 35 KHz, 1jam

300 rpm, 1jam &

320 W, 35 KHz, 1jam

6.29

2.52

8.70

11

Gambar 3 Difraktogram sinar-x serbuk HAp dan fasa kristal melalui teknik

pengadukan (a). magnetik, (b) ultrasonik, (c) magnetik-ultrasonik

(Binnaz dan Koca 2009)

Difraktogram sinar-x hasil sintesis dengan teknik pengadukan secara

magnetik dan ultrasonikasi yang dilakukan oleh Binnaz dan Koca (2009) pada

kecepatan 300 rpm selama 1 jam menunjukkan partikel endapan memiliki struktur

kristal yang terdiri dari fasa Ca(OH)2, CaHPO4 dan fasa HAp. HAp yang

dihasilkan dari teknik pengadukan magnetik masih terdapat senyawa kalsium

fosfat dan kalsium hidroksida (Gambar 3a), demikian pula HAp yang disintesis

dengan teknik pengadukan ultrasonik masih mengandung kalsium hidroksida

(Gambar 3b). HAp yang murni dihasilkan dari pengadukan yang menggunakan

teknik magnetik-ultrasonik atau pengadukan ganda (Gambar. 3c). Kehadiran

puncak Ca(OH)2 disebabkan lemahnya efek pengadukan sehingga menunjukkan

kristalinitas HAp rendah dan banyak fase amorf pada HAp yang disintesis dengan

teknik pengadukan magnetik dan ultrasonik. Berdasarkan mikrograf SEM ukuran

partikel yang dihasilkan melalui pengadukan magnetik dan ultrasonik diatas 100

nm sedangkan dengan teknik pengadukan ganda sekitar 50 nm. Partikel berukuran

mikro terjadi akibat aglomerasi yang kuat dari partikel berukuran nano (Binnaz

dan Koca 2009).

Metode Hidrotermal

Hidrotermal merupakan proses yang menggunakan panas dan air yang

sifatnya merubah larutan menjadi padatan. Sintesis hidrotermal merupakan teknik

atau cara kristalisasi suatu bahan atau material dari suatu larutan dengan kondisi

suhu dan tekanan tinggi. Sintesis metode hidrotermal umumnya dilakukan pada

temperatur maksimum 400 oC dan bertekanan tinggi (tekanan maksimum pada

alat 400 Bar). Proses pelarutan dan pertumbuhan kristalnya dilakukan dalam

bejana tertentu yang disebut otoklaf (autoclave), yaitu berupa suatu wadah terbuat

dari baja yang tahan pada suhu dan tekanan tinggi. Pertumbuhan kristal terjadi

karena adanya gradien temperatur yang diatur sedemikian rupa sehingga pada

bagian yang lebih panas akan terjadi reaksi larutan, sedangkan pada bagian yang

12

lebih dingin terjadi proses supersaturasi dan pengendapan kristal (Agustinus

2009).

Metode hidrotermal mempunyai beberapa kelebihan, yaitu (Lee et

al. 2000) :

1. Temperatur relatif rendah untuk reaksi.

2. Peningkatan temperatur dan tekanan dapat menstabilkan preparasi senyawa

dalam keadaan oksidasi yang tidak biasanya.

3. Pada kondisi super-heated water, oksida logam yang tidak larut dalam air

dapat menjadi larut atau bila temperatur dan tekanan tersebut belum mampu,

maka dapat ditambahkan garam alkali atau logam yang anionnnya dapat

membentu kompleks dengan padatan sehingga padatan menjadi larut.

4. Menghasilkan partikel dengan kristalinitas tinggi.

5. Kemurnian tinggi.

6. Distribusi ukuran partikel yang homogen.

Sintesis HAp melalui proses hidrotermal dilakukan untuk mendapatkan

kristal tunggal hidroksiapatit berukuran nanometer dengan partikel HAp

berukuran halus dengan kristalinitas tinggi. Kristal tunggal HAp dan morfologi

yang berbentuk batang dapat di sintesis dari campuran Ca(NO3)2.4H2O,

(NH4)2HPO4 dan H2O pada suhu 200 0C selama 24 jam (Earl et al. 2006). Manafi

et al. (2010) juga telah melakukan sintesis HAp melalui pengadukan ultrasonik

dalam water bath selama 30–40 menit dan sintesis metoda hidrotermal ini

dilakukan pada suhu 150–180 oC selama 18 jam dalam oven, diperoleh kristal

HAp murni dengan diameter 25–50 nm.

METODE

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan antara bulan Januari 2013 sampai Agustus 2013

di Laboratorium Material PTBIN BATAN Serpong, Laboratorium Terpadu IPB,

Laboratorium Kimia Analitik Departemen Kimia IPB, Laboratorium Kimia

Anorganik Departemen Kimia IPB dan Laboratorium Kimia Balai Penelitian

Tanah Bogor.

Bahan dan Alat

Bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah contoh cangkang

tutut (Bellamya javanica) yang diperoleh dari pasar Anyar di Bogor, HNO3 pa

65%, HClO4 pa 70%, larutan standar induk ( titrisol Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn)

masing-masing 1000 ppm, LaCl3 25000 ppm, Cetyltrimethylammonium bromide

(CTAB), HCl, H3PO4 85%, NH4OH 1N, NaOH 1N, air bebas ion

13

Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini terbagi menjadi dua bagian,

yaitu peralatan sintesis dan karakterisasi. Peralatan sintesis di antaranya adalah:

alat-alat gelas, milling, ayakan, oven, ultrasonic, tanur listrik, instrumen, teflon

autoclave. Sedangkan peralatan karakterisasi diantaranya adalah Difraksi Sinar-X

(XRD Shimadzu tipe XD-7000), Mikroskop Pemayar Elektron (SEM Zeiss tipe

evo 50), Spektroskopi Infra Merah Transformasi Fourier (FTIR Shimadzu tipe IR

Prestige 21), Penganalisa ukuran butir (PSA tipe Vasco PSA 114102), Mikroskop

Transmisi Elektron (TEM tipe JEM-1400), Spektroskopi Serapan Atom (AAS

Hitachi tipe Z-8230), Spektroskopi sinar tampak (UV-Vis Hitachi tipe U-2001).

Peralatan sintesis dapat di lihat pada Lampiran 10.

Metodologi Penelitian

Penelitian ini terdiri atas 4 tahap yang dikelompokkan dalam tahap sintesis

dan tahap pencirian. Diagram alir penelitian tahap sintesis disajikan pada

Lampiran 1 dan pencirian pada Lampiran 2. Tahap sintesis di awali preparasi

cangkang tutut dan analisis komposisi :

1. Preparasi cangkang tutut : pada tahap ini daging tutut dipisahkan dari

cangkangnya, dibersihkan, dikeringkan, dihaluskan lalu diayak menggunakan

ayakan 100 mesh.

2. Analisis komposisi : contoh halus didestruksi dan ditentukan kadar unsur yang

meliputi parameter Ca, Mg, Na, P, Fe, Mn, Cu dan Zn.

3. Sintesis HAp : pada tahap ini diawali dengan kalsinasi cangkang tutut yang

dilakukan pada suhu 1000 oC selama 3 jam lalu dihidrasi menggunakan air.

Sintesis dengan cara presipitasi dilakukan melalui proses sonikasi dengan

penambahan asam fosfat sebagai sumber P. Sedangkan sintesis dengan cara

hidrotermal dilakukan dengan menambahkan cetyltrimethylammonium

bromide (CTAB) dalam suspensi Ca(OH)2 dan H3PO4. Hasil sintesis pada ke

dua metode tersebut kemudian di sintering pada suhu 1000 oC.

4. Pencirian kristal HAp : serbuk HAp hasil sintering dikarakterisasi dengan

menganalisa fasa yang terbentuk, penentuan gugus fungsi, morfologi, ukuran

partikel serta ukuran pori yang dihasilkan menggunakan alat XRD, FTIR, SEM

PSA dan TEM.

Preparasi Cangkang Tutut

Tutut dicuci dengan air kran lalu direbus pada suhu 100 °C selama 1 jam.

Cangkang kemudian dipisahkan dari daging tutut. Cangkang yang telah

dipisahkan dagingnya kemudian dicuci sampai bersih menggunakan air keran.

Selanjutnya dimasukkan ke dalam oven dengan suhu 70 oC hingga kering.

Cangkang yang telah dikeringkan selanjutnya digiling dan diayak menggunakan

ayakan 100 mesh, sehingga dihasilkan serbuk halus cangkang tutut. Kemudian

dilakukan karakterisasi awal yang meliputi penetapan kadar abu, komposisi (P,

Ca, Mg, Na, Fe, Mn, Cu, Zn) dan pengukuran dengan XRD, SEM-EDX.

14

Analisis komposisi (Eviati dan Sulaeman 2012)

Cangkang yang telah dihaluskan ditimbang sebanyak 0.25 gram kemudian

ditambahkan 5 mL HNO3 pa dan 0.5 mL HClO4 pa kemudian dibiarkan satu

malam. Campuran tersebut dipanaskan dalam destruktor dengan suhu 100 °C

selama satu jam sampai terbentuk uap kuning, kemudian suhu ditingkatkan

menjadi 150 °C. Setelah uap kuning habis, suhu destruktor ditingkatkan menjadi

200 °C. Destruksi selesai setelah dihasilkan asap putih dan sisa ekstrak kurang

lebih tinggal 0.5 mL. Tabung diangkat dan dibiarkan hingga dingin pada suhu

kamar. Kemudian ekstrak diencerkan dengan air bebas ion hingga volume tepat

25 mL dan dikocok dengan vortex hingga homogen. Ekstrak ini kemudian

digunakan untuk pengukuran P, Ca, Mg, Na, Fe, Mn, Cu, Zn.

Analisis Kadar Abu (AOAC 2002)

Cawan abu porselen dikeringkan di dalam oven selama 30 menit dengan

suhu 105 0C, lalu didinginkan dalam desikator kemudian ditimbang. Sampel

cangkang tutut yang telah dihomomogenkan ditimbang sebanyak ±5 gram ke

dalam cawan abu porselen. Cawan abu porselen dipijarkan dalam oven bersuhu

sekitar 105 0C sampai tidak berasap. Selanjutnya cawan tersebut dimasukkan ke

dalam tanur mula-mula pada suhu 300 0C selama 1.5 jam selanjutnya pada suhu

600 0C selama 2.5 jam. Proses pengabuan dilakukan sampai abu berwarna putih.

Setelah itu cawan abu porselen didinginkan dalam desikator selama 30 menit,

kemudian ditimbang beratnya.

Perhitungan kadar abu:

Keterangan:

A = Berat cawan abu porselen kosong (gram)

B = Berat cawan abu porselen dengan sampel (gram)

C = Berat cawan abu porselen dengan sampel setelah dikeringkan (gram)

Pengukuran P

Sebanyak 1 mL ekstrak contoh atau deret standar PO4 (Titrisol 0–20 ppm)

masing-masing dipipet ke dalam sebuah tabung reaksi. Kemudian, setiap tabung

reaksi ditambahkan 9 mL air bebas ion dan dikocok (pengenceran 10 kali).

Setelah itu, Dipipet masing-masing 2 ml ekstrak encer contoh dan deret standar ke

dalam tabung reaksi. Ditambahkan 10 ml pereaksi pewarna P (1.06 g asam

askorbat dan 100 ml pereaksi P pekat ((NH4)6Mo7O24.4H2O, H2SO4, dan

K(SbO)C4H4O60,5H2O)). Tabung dikocok dengan vorteks sampai homogen dan

biarkan 30 menit. P dalam larutan diukur dengan alat spektrofotometer sinar

tampak pada panjang gelombang 889 nm.

Pengukuran, Ca, Mg dan Na

Dipipet 1 ml ekstrak dan deret standar Na (Titrisol 0–50 ppm), Ca (Titrisol

0–250 ppm) dan Mg (Titrisol 0–50 ppm) masing-masing ke dalam tabung kimia

15

dan ditambahkan 9 ml larutan La 0.25 %. Tabung dikocok dengan menggunakan

vorteks sampai homogeny dan diukur dengan alat spektrofotometer serapan atom

menggunakan deret standar Na, Ca dan Mg sebagai pembanding.

Pengukuran Fe, Mn, Cu dan Zn

Fe, Mn, Cu dan Zn diukur langsung dari ekstrak contoh menggunakan AAS

dengan deret standar Fe, Mn (Titrisol 0–10 ppm), Cu (Titrisol 0–5 ppm), (Titrisol

Zn 0–2.5 ppm) sebagai pembanding.

Sintesis Hidroksiapatit

Kalsinasi Cangkang Tutut dan Hidrasi CaO menjadi Ca(OH)2 (Soido et al.

2009)

50 gram serbuk cangkang tutut dimasukkan ke dalam cawan porselen yang

sebelumnya telah dibilas dengan HNO3 pekat. Serbuk cangkang kemudian

dipanaskan di dalam tungku (tanur) pada suhu 1000 °C selama 3 jam. Serbuk

cangkang yang telah dikalsinasi dihidrasi dengan cara dibiarkan kontak dengan

udara (yang mengandung uap air) selama satu malam di suhu kamar. Untuk

memastikan terbentuknya Ca(OH)2, abu yang telah dibiarkan kontak dengan udara

dilakukan pencirian dengan menggunakan XRD dan EDS

Metode Presipitasi (Binnaz dan Koca 2009)

Suspensi Ca(OH)2 0.5 M disiapkan dari serbuk Ca(OH)2. Sebanyak 7.3743

gram serbuk dari proses kalsinasi ditambahkan air bebas ion (dengan jumlah yang

stoikhiometrik dengan CaO). Perhitungan stoikhiometri pereaksi dan konsentrasi

bahan sintesis disajikan dalam Lampiran 3. Larutan asam ortofosfat (H3PO4) 0.3M

diteteskan pada suspensi Ca(OH)2. Suspensi tersebut diaduk menggunakan

pengaduk ultrasonik pada kecepatan 300 rpm, 35 KHz selama satu jam. pH diatur

pada kondisi pH 10 dengan menambahkan NH4OH 1 M di akhir proses

pengendapan. Endapan di saring, lalu dipanaskan dalam tanur pada suhu 1000 oC

selama 5 jam. Kemudian sampel hasil sintesis dilakukan pencirian dengan XRD,

SEM, FTIR, PSA dan TEM

Metode Hidrotermal (Manafi et al. 2010)

Ditimbang 2 gram cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) dilarutkan

dalam campuran Ca(OH)2 dan H3PO4 sebanyak 100 ml, lalu diaduk dengan

pengaduk magnetik selama 30 menit. Kemudian tambahkan 2 ml NaOH 1M dan

10 ml air dan diaduk lagi selama 30 menit kemudian dimasukkan dalam ultrasonik

water bath selama 30 menit. Setelah itu larutan dimasukkan dalam stainless

Teflon autoclave dan dipanaskan pada 150 °C selama 18 jam. Suspensi yang

dihasilkan didinginkan pada suhu kamar dan dicuci beberapa kali dengan air

bebas ion. Endapan di keringkan dalam oven selama 20 jam dengan suhu 90 oC.

Kemudian dipanaskan dalam tanur pada suhu 1000 oC selama 5 jam. Kemudian

sampel hasil sintesis dilakukan pencirian dengan XRD, SEM, FTIR, PSA dan

TEM.

16

Pencirian Kristal Hidroksiapatit (Robinson 1994)

Difraksi Sinar-X (XRD)

Difraktometer sinar-x adalah sebuah peralatan ukur untuk mendapatkan

karakteristik fasa dan struktur kristal suatu material kristalit dan non-kristalit.

Unsur utama yang ada pada peralatan XRD tersebut antara lain : sumber sinar-x

(beam source), kolimator (sole slit) ), divergent slit, sampel holder (goniometer),

filter, monokromator, dan detektor. Defraktometer XRD yang digunakan adalah

Shimadzu XD 610, sumber target CuKα (λ = 1.54056Ǻ ). Sampel disiapkan

sebanyak 2 gram, kemudian dimasukkan dalam holder yang berukuran (2 x 2) cm2

pada difraktometer. Sudut awal diambil pada 20o dan sudut akhir pada 80

o dengan

kecepatan baca 2o per menit.

Mikroskop Pemayar Elektron - Spektroskopi Energi Dispersi (SEM-EDS)

SEM adalah sebuah instrumen berkekuatan besar dan sangat handal yang

dipadukan dengan EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) sehingga dapat

digunakan untuk memeriksa, observasi, dan karakterisasai struktur terkecil

benda-benda padat dari material organik maupun anorganik yang heterogen serta

permukaan bahan dengan skala micrometer bahkan sampai sub-mikrometer yang

menggunakan sumber medan emisi dan mempunyai resolusi gambar 1,5 nm,

sehingga kita dapat menentukan sifat dari bahan yang diuji baik sifat fisis, kimia

maupun mekanis yang dapat mempengaruhi mutu dan kualitas dari suatu produk,

dengan demikian kita dapat mengembangkan produk tersebut melalui informasi

ukuran partikel dari mikrostruktur yang terbentuk dan komposisi unsurnya.

Sampel diletakkan pada plat alumunium yang memiliki dua sisi kemudian dilapis

dengan lapisan emas setebal 48 nm. Sampel yang telah dilapisi diamati dengan

menggunakan SEM dengan tegangan 15 kV dan perbesaran 2500 kali.

Spektroskopi Infra Merah Transformasi Fourier (FTIR)

Daerah Inframerah meliputi radiasi dengan bilangan gelombang yang

berkisar dari 12.800 cm-1

hingga 10 cm-1

. Daerah ini dibagi menjadi 3 daerah

spektrum yaitu Inframerah dekat (12.800–4000 cm-1

), Inframerah tengah (4000–

200 cm-1

) dan Inframerah jauh (200–10 cm-1

). Radiasi Inframerah tidak memiliki

cukup energi untuk menyebabkan terjadinya transisi elektronik seperti pada

radiasi UV, sinar tampak dan sinar-x. Karenanya absorpsi radiasi Inframerah

hanya terjadi pada spesi yang memiliki perbedaan energi yang kecil antara

berbagai tingkat vibrasi dan rotasi. Agar molekul dapat mengabsorpsi radiasi infra

merah, molekul tersebut harus mengalami perubahan momen dipol sebagai

konsekwensi dari gerakan vibrasi dan rotasinya. FTIR dalam pengukurannya

dibagi menjadi tiga daerah, yaitu : near-, mid- dan far-. Frekuensi resonan ini

ditentukan oleh bentuk energi potensial permukaan material, massa atom dan

dihubungkan juga dengan kopling vibronik. Modus vibrasi sebuah molekul aktif

terhadap IR. Dua milligram sampel dicampur dengan 100 mg KBR dibuat pellet

kemudian dianalisis dengan IR dengan jangkauan bilangan gelombang 4000–400

cm-1

.

17

Penganalisa Ukuran Partikel (PSA) (Malvern 2012)

Analisis ukuran partikel, pengukuran ukuran partikel, atau hanya ukuran

partikel adalah nama kolektif prosedur teknis, atau teknik laboratorium yang

menentukan berbagai ukuran atau rata-rata ukuran partikel dalam sampel bubuk.

Ukuran distribusi partikel ditetapkan dengan menggunakan hamburan cahaya

dinamis. Hamburan cahaya dinamis (juga dikenal sebagai spektroskopi korelasi

foton atau hamburan cahaya kuasi-elastis) adalah teknik dalam fisika yang dapat

digunakan untuk menentukan profil distribusi ukuran partikel kecil dalam

suspensi atau larutan. Pengukuran ukuran partikel sampel serbuk dilakukan

dengan PSA dari Malvern Instrumen di kisaran 0.1–10.000 nm.

Mikroskop Transmisi Elektron (TEM) (Williams dan Carter 1996)

Mikroskop elektron transmisi merupakan difraksi elektron dan mikroskop

yang sering digunakan untuk mengamati struktur non-periodik seperti cacat kristal

dan dapat mengungkapkan informasi berharga tentang fase intergrowth dan

superstruktur. Elektron memiliki muatan karena sinar elektron akan berinteraksi

dengan kerapatan elektron dan potensi coulombic dari inti atom yang di atasnya.

Elektron berinteraksi sangat kuat dengan bahan maka hamburan elektron dari alat

TEM ini jauh lebih kuat dibandingkan dengan hamburan sinar-x. Elektron yang

digunakan dalam transmisi mikroskop elektron ini dihasilkan oleh filamen yang

dipanaskan dalam elektron gun termionik kemudian dipercepat melalui beda

potensial. Elektron ini difokuskan oleh serangkaian medan elektromagnetik yang

disebut sebagai lensa dan digunakan untuk mengendalikan faktor-faktor seperti

balok aperture resolusi, pembesaran final dan dapat beralih menjadi gambar

langsung dan mode difraksi.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Cangkang tutut kering yang sudah terpisah dari dagingnya, dihaluskan dan

dikalsinasi pada suhu 1000 °C selama 5 jam dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4 (a) Cangkang tutut kering, (b) serbuk halus dan

(c) serbuk hasil kalsinasi

a b c

18

Hasil ball-mill cangkang tutut kering berupa serbuk halus berwarna putih

kekuningan yang digunakan untuk analisis komposisi. Setelah kalsinasi serbuk

berwarna putih yang digunakan sebagai bahan dasar dalam proses sintesis.

Analisis Komposisi Cangkang Tutut Sebelum Kalsinasi

Analisis sampel kadar air dan kadar abu dalam cangkang tutut belamya

javanica kering sebelum kalsinasi menggunakan metode gravimetri, sedangkan

analisis komposisi unsur-unsurnya menggunakan spektroskopi serapan atom

(AAS) dan UV-Vis yang dapat dilihat pada Lampiran 4. Kadar abu merupakan

campuran dari komponen anorganik atau mineral yang terdapat dalam suatu

bahan. Hasil pengujian kadar abu menunjukkan bahwa cangkang tutut memiliki

kadar abu 54.57% . Dalam proses pembakaran, bahan bahan organik akan

terbakar menjadi CO2 dan logam menjadi oksida logamnya. Bobot yang hilang

merupakan bahan organik yang dapat dikonversi menjadi kadar C-Organik setelah

dikalikan 0.58, maka hasil perhitungan diperoleh kadar C-Organik sebesar

31.65% (Eviati dan Sulaeman 2012).

Cangkang tutut mengandung mengandung senyawa CaCO3. Hasil analisis

sampel serbuk cangkang tutut menunjukkan bahwa kandungan kalsium yang

terdapat dalam cangkang tutut adalah 64.73%. Kadar kalsium cangkang keong

sawah dalam penelitian Winata (2012) sebesar 52% dan kadar kalsium cangkang

keong dari penelitian Lugina (2013) sebesar 68.41% sehingga cangkang tutut

yang kaya akan mineral kalsium ini cocok digunakan sebagai sumber kalsium

untuk sintesis hidroksiapatit.

Tutut hidup di tanah sawah berlumpur, oleh karena selain kalsium yang

terdapat dalam cangkang diduga terdapat unsur lain yang terkandung dalam

cangkang tutut yaitu magnesium, fosfor, natrium, besi, mangan, tembaga dan

seng. Hasil analisis menunjukkan bahwa seluruh komposisinya memiliki kadar

dibawah 0.05%, sedangkan kadar tertinggi sebesar 0.08% berasal dari unsur besi

(Lampiran 4). Kadar ini masih dibawah syarat mutu yaitu 2.00% berdasarkan

persyaratan dalam SNI 19-7030-2004 yang mengindikasikan bahwa cangkang

tutut ini tidak termasuk limbah organik domestik yang membahayakan.

Hasil Analisis XRD dan EDS Cangkang Tutut Sebelum Kalsinasi

Kalsium dalam cangkang tutut memiliki satu komposisi fasa yaitu kalsium

karbonat (CaCO3). Hasil analisis difraksi sinar-x (XRD) menunjukkan bahwa

serbuk cangkang tutut sebelum kalsinasi memiliki fasa utama adalah fasa aragonit

(CaCO3) dan fasa calcite (CaCO3), Gambar 5.

19

Gambar 5 (a) Difraktogram sinar-x contoh cangkang tutut sebelum kalsinasi,

(b) difraktogram sinar-x CaCO3 dari basis data instrumen

Pola difraksi sinar-x fasa utama CaCO3 (Aragonite) dicirikan oleh puncak

difraksi di sekitar sudut 2 26–53° berstruktur orthorhombic dengan parameter

kisi a = 4.9617 Å, b = 7.9692 Å, dan c = 5.7427 Å. Fasa minor yaitu fasa calcite

ditemukan pada sudut 2 29.342° berstruktur heksagonal dan parameter kisi a =

4.9910 Å, b = 4.9910 Å, dan c = 17.0680 Å. Analisis difraksi sinar-x terhadap

serbuk cangkang tutut menunjukkan bahwa CaCO3 merupakan komponen utama.

Data hasil analisis XRD cangkang tutut sebelum kalsinasi dapat dilihat pada

Lampiran 5a dan Gambar sistem kristal dapat dilihat pada Lampiran 6.

Analisis unsur menggunakan EDS pada sampel cangkang tutut dilakukan

sebelum kalsinasi. Hasil analisis ditunjukkan pada Tabel 4.

Tabel 4 Hasil analisis EDS cangkang tutut sebelum kalsinasi

No. Unsur Kandungan % (b/b)

1. Kalsium (Ca) 62.96 ± 2.5

2. Oksigen (O) 36.15 ± 5.8

3. Karbon (C) 0.89 ± 0.3

Kandungan unsur cangkang tutut sebelum kalsinasi yang diukur menggunakan

EDS menunjukkan kandungan tertinggi didominasi unsur kalsium (Ca) sebesar

62.96% lalu oksigen (O) 36.15 % kemudian karbon (C) 0.89%. Pengujian EDS

pada suatu titik/spot hanya menghasilkan keluaran dalam bentuk persentase unsur

saja (bukan senyawa). Pengujian ini dilakukan untik memastikan bahwa

kandungan unsur utama cangkang tutut adalah kalsium, oksigen dan karbon

sehingga dapat diindikasikan bahwa terdapat unsur penyusun fasa dari CaCO3.

Hasil Analisis XRD dan EDS Cangkang Tutut Setelah Kalsinasi

Proses kalsinasi diperlukan sebelum sintesis hidroksiapatit untuk

mengubah kandungan CaCO3 cangkang tutut menjadi CaO lalu terhidrasi pada

suhu ruang menjadi Ca(OH)2. Hasil pengukuran pola difraksi sinar-x cangkang

tutut setelah kalsinasi dapat dilihat pada Gambar 6.

20

Gambar 6 Difraktogram sinar-x sampel cangkang tutut kering setelah kalsinasi

Hasil analisis difraksi sinar-x (XRD) menunjukkan bahwa fasa utama cangkang

tutut serbuk setelah kalsinasi adalah porlandite (Ca(OH)2) yang dicirikan oleh

puncak difraksi pada sudut 2 17.8–64.1° dengan struktur heksagonal dan

parameter kisi a = 3.5890 Å, b = 3.5890 Å, dan c = 4.9110 Å. Identifikasi fasa ini

merujuk pada literatur Swanson dan Tatge (1953) bahwa pola difraksi sinar-x

porlandite atau Ca(OH)2 berada di sekitar sudut 18.0–64.2° (Lampiran 5b).

Dengan demikian cangkang tutut ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk

pembuatan HAp.

Analisis unsur menggunakan EDS pada sampel cangkang tutut dilakukan

sesudah kalsinasi. Hasil analisis ditunjukkan pada Tabel 5.

Tabel 5 Hasil analisis EDS cangkang tutut setelah kalsinasi

No. Unsur Kandungan % (b/b)

1. Kalsium (Ca) 58.60 ± 2.1

2. Oksigen (O) 40.53 ± 5.8

3. Karbon (C) 0.87 ± 0.2

Kandungan unsur cangkang tutut setelah kalsinasi menunjukkan kandungan

penurunan kadar Ca menjadi 58.60%, O 40.53% dan C menjadi 0.87%. Tahap

kalsinasi cangkang tutut berlangsung ada suhu 1000 °C dan waktu selama 5 jam.

Kondisi ini menyebabkan seluruh komponen organik cangkang tutut terbakar

habis menjadi CO2 dan H2O (Adak dan Purohit 2011). Langkah ini juga dapat

membebaskan gas CO2 dari fasa kalsium karbonat. Dengan demikian di akhir

proses kalsinasi, seluruh cangkang tutut diharapkan dapat berubah menjadi CaO.

Serbuk CaO yang terbentuk kemudian dibiarkan kontak dengan atmosfer pada

suhu kamar selama 12 jam agar terjadi hidrasi sehingga menghasilkan Ca(OH)2.

Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Presipitasi dan Hidrotermal

Sintesis nanopartikel HAp yang paling banyak dilakukan adalah metode

presipitasi basah atau presipitasi kimia. Metode ini sering digunakan karena

jumlah produk HAp yang dihasilkan relatif lebih banyak dan tanpa menggunakan

21

pelarut organik (Cunniffe et al. 2010). Larutan H3PO4 sebagai sumber fosfat

bersifat asam, maka diperlukan pemantauan dan penyesuaian pH yang baik agar

dapat menghasilkan senyawa hidroksiapatit. Apabila pH larutan turun hingga di

bawah 9 atau 7 akan menyebabkan terbentuknya kalsium monofosfat dan kalsium

dehidrat yang mudah larut dalam air (Afshar et al. 2003). Oleh karena itu proses

ini harus menggunakan pH meter sebagai pemantau pH dan larutan NH4OH 1 M

digunakan sebagai penyesuai pH sehingga larutan tetap pada pH 10.0.

Proses sintesis HAp menggunakan metode hidrotermal dilakukan melalui

reaksi anion PO4-3

yang mengendap perlahan dalam suspensi kation Ca2+

pada pH

rendah (Santos et al. 2004). H3PO4 diteteskan pada suspensi Ca(OH)2, agar ion

hidroksil pada suspensi Ca(OH)2 habis bereaksi dengan larutan H3PO4.

Hasil Analisis Menggunakan XRD

Pengukuran pola difraksi sinar-x dan identifikasi fasa sampel HAp hasil

sintesis dengan metode presipitasi (Gambar 7) dicirikan oleh puncak difraksi di

antara sudut 2 22–80°.

Gambar 7 Difraktogram sinar-x HAp hasil sintesis metode presipitasi

Gambar 7 memperlihatkan pola difraksi sinar-x yang dicirikan oleh

munculnya puncak difraksi intensitas sedang pada sudut 2 25.86° dan 39–53°,

dua puncak agak lemah di 28–29° dan 64–72°, tiga puncak yang melebar di

antara sudut 31–34°. Hasil analisis dari pola difraksi sinar-x dengan cara

pencocokan terhadap data Joint Cristal Powder Diffraction Standard (JCPDS) no

09-0432 (Lampiran 7d) menunjukkan bahwa sampel merupakan fasa tunggal

yaitu fasa hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2. Hasil analisis yang dilakukan Lee

(2009) menggunakan program general structure analysis system (GSAS)

menunjukkan struktur HAp adalah struktur heksagonal.

Hasil pengukuran pola difrakasi sinar-x metode hidrotermal dan

identifikasi fasa HAp dapat dilihat pada Gambar 8.

22

Gambar 8 Difraktogram sinar-x HAp hasil sintesis metode hidrotermal

Hasil identifikasi pada Gambar 8 menunjukkan HAp hasil sintesis menggunakan

metode hidrotermal terdiri dari dua fasa, yaitu fasa hidroksiapatit

(Ca10(PO4)6(OH)2 dan fasa lime (CaO). Pembentukan HAp yang dicirikan oleh

puncak dengan intensitas sedang di sekitar sudut 2 25–27° dan sekumpulan

puncak di sudut 46–54° dua puncak agak lemah di 28–29° empat puncak yang

berdekatan di 31-35° dengan rasio intensitas umumnya 3:2:2:1, dan dua puncak

lemah yang saling berdekatan di sudut 39–40°. Fasa CaO teramati pada sudut

37.40° dan 53.83°. Menurut Afshar et al. 2003 dan Santos et al. 2004, fasa yang

teramati pada sudut 36-38° adalah pengotor yang merupakan indikator terhadap

kemurnian produk HAp. Hasil analisis menggunakan program GSAS

menunjukkan fasa hidroksiapatit memiliki struktur heksagonal dan fasa lime

dengan struktur kubik. Sintering perlu dilakukan untuk mendapatkan HAp murni.

Selain hidroksiapatit, dapat terbentuk fasa apatit karbonat tipe A (AKA), bahkan

masih ada sisa asam fosfat yang belum bereaksi dengan kalsium karbonat. Fase

AKA dapat muncul karena adanya gugus hidroksil pada struktur HAp yang

ditempati oleh gugus karbonat (Dahlan 2013).

Berdasarkan pola difraksi yang dihasilkan pada kedua metode terlihat

perbedaan pada lebar FWHM (Full Weight Half Maximum) yang mengindikasikan

adanya perbedaan ukuran kristal dan derajat kristalin (Dahlan 2013). Banyaknya

kandungan kristal dalam suatu material diperoleh dengan membadingkankan

luasan kurva kristal dengan luasan kurva amorf dan kristal. Derajat kristalinitas

yang diperoleh dari metode presipitasi adalah 79.83% sedangkan metode

hidrotermal 85.99%. Metode presipitasi memiliki kurva FWHM yang relatif lebih

lebar sehingga derajat kristalinnya lebih rendah dibandingkan metode hidrotermal.

Derajat kristalinitas yang diperoleh dari hasil penelitian Winata (2012)

menggunakan bahan cangkang keong dengan metode presipitasi sedikit lebih

rendah yaitu 78.19%.

Hasil Analisis Menggunakan EDS

Hasil sintesis pada metode presipitasi dan hidrotermal diaanalisis unsurnya

menggunakan EDS. Spektrum energi yang dihasilkan menunjukkan unsur

mayoritas yang terkandung di dalam sampel HAp hasil sintesis dengan metode

hidrotermal dan presipitasi adalah kalsium (Ca), phospor (P), oksigen (O).

Kandungan unsur yang ada di dalam sampel cangkang tutut setelah proses sintesis

ditunjukkan pada Tabel 6.

23

Tabel 6 Hasil analisis unsur cangkang tutut metode presipitasi dan hidrotermal

menggunakan EDS

No. Unsur Kandungan (wt.%)

Presipitasi Hidrotermal

1. Kalsium (Ca) 36,18 ± 1.4 41.03 ± 1.6

2. Phospor (P) 16.35 ± 0.7 15.63 ± 0.7

3. Oksigen (O) 47.47 ± 5.7 43.34 ± 5.6

Berdasarkan hasil pengukuran dengan menggunakan EDS menunjukkan

bahwa rasio molar Ca/P pada sampel hasil sintesis metode presipitasi

menghasilkan rasio molar Ca/P sebesar 1.71. Hal ini menunjukkan bahwa HAp

hasil sintesis menggunakan metode presipitasi mengandung unsur kalsium sedikit

berlebih dan mendekati stoikhiometri fasa HAp standar. Dengan demikian sampel

HAp yang dihasilkan diduga memiliki satu komposisi fasa. Serbuk HAp yang

memiliki stoikiometri yang tepat yaitu rasio molar Ca/P sebesar 1.67 dapat

menghasilkan sifat mekanis HAp yang unggul (Chow 2009). Sedangkan hasil

sintesis menggunakan metode hidrotermal menghasilkan rasio molar Ca/P sebesar

2.03. Kondisi ini menunjukkan bahwa pada sampel mengandung unsur kalsium

yang berlebih sehingga memungkinkan sekali akan terbentuk fasa lain selain fasa

HAp. Hal yang sama pernah terjadi pada hasil penelitian Santos et al (2004),

bahwa ion hidroksil pada suspensi Ca(OH)2 diharapakan habis bereaksi dengan

larutan H3PO4, namun ternyata ada sejumlah kandungan Ca terperangkap dalam

HAp yang mengendap dan membentuk fasa CaO.

Hasil Analisis Menggunakan FTIR

Analisis spektrum FTIR dilakukan untuk mengetahui gugug fungsi yang

terdapat pada senyawa hasil sintesis. Gugus fungsi pada HAp ditandai dengan

munculnya serapan pada bilangan gelombang 400–4000 cm-1

. Spektrum infra

merah HAp hasil sintesis metode presipitasi dan hidrotermal disajikan pada

Gambar 9 dan analisis terhadap puncak-puncak serapannya disajikan pada Tabel

7.

Gambar 9 Spektra gugus fungsi HAp hasil sintesis metode

(a) presipitasi dan (b) hidrotermal.

24

Rasio intensitas sebagai fungsi frekuensi cahaya memberikan spektrum

dalam bentuk transmisi, refleksi, dan absorbansi. Banyaknya getaran yang terjadi

secara bersamaan menghasilkan spektrum penyerapan yang sangat kompleks dan

memberikan karakteristik unik dari kelompok fungsional berupa molekul dan

konfigurasi atom. Secara rinci puncak-puncak absorbansi dari spektra FTIR

diperlihatkan pada Tabel 7.

Tabel 7 Puncak-puncak absorbansi dari spektrum FTIR

Bilangan gelombang (cm–1

) Interpretasi Gugus

Fungsi Presipiasi Hidrotermal

405.05, 3641.60 Gugus kalsium oksida

(CaO) (Ji et al.2009)

470.63, 567.07, 601.79,

875.68, 960.55, 1041.56

470.63, 570.93, 601.79,

875.68, 964.41,1053.13,

1091.71

Gugus fosfat (PO43-

)

(Destainville et al. 2003)

1454.33 1442.75 Gugus karbonat (CO32-

)

(Meejoo et al. 2006)

1415.75 1411.89 Gugus karbon dioksida

(CO2) (Siva Rama

Krishna et al. 2007)

3421.72, 3568.31 3572.17 Gugus hidroksil (OH-)

(Raynaud et al. 2002)

Puncak-puncak absorbansi gugus fosfat (PO4

3-) dicirikan adanya serapan

pada bilangan gelombang sekitar 470, 640–550, 963, 1120–1000 cm-1

. Spektrum

HAp yang dihasilkan dari metode presipitasi dan hidrotermal menunjukkan

serapan pada rentang bilangan gelombang 470.63–1091.71 cm-1

yang

mengindikasikan adanya vibrasi P–O dari gugus PO4. Metode presipitasi dan

hidrotermal menghasilkan spektrum pada bilangan gelombang sekitar 1400–1600

cm-1

hal ini sesuai dengan serapan bilangan gelombang untuk gugus fungsi CO32-

(Meejoo et al. 2006). Gugus karbonat (CO32-

) yang muncul pada bilangan

gelombang 1415.75 cm-1

mengindikasi adanya vibrasi C–O dari gugus CO3.

Adanya gugus OH pada HAp hasil sintesis metode presipitasi dan

hidrotermal ditunjukkan dengan munculnya serapan pada bilangan gelombang

sekitar 3421.72–3572.17 cm-1

. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilaporkan

Raynaud et al. 2002 bahwa gugus OH muncul pada bilangan gelombang 3572–

3570 cm-1

. Adanya gugus –OH, –PO4, mengindikasikan telah terbentuk fasa

hidroksiapatit dengan baik sedangkan keberadaan gugus –CO3 dalam campuran

senyawa berada pada intensitas yang kecil sehingga kemungkinan terbentuk fase

amorf.

Hasil Analisis menggunakan SEM

Pengamatan morfologi menggunakan SEM untuk partikel HAp yang di

sintesis mengalami sedikit kendala karena partikel tersebut mengalami aglomerasi

sehingga menyulitkan untuk benar-benar mengatahui morfologi dari partikel

tunggal HAp. Kristal HAp cenderung aglomerat (Dedourkova et al. 2012) dengan

25

rentang ukur 210–410 dan rata-rata ukuran kristalnya sekitar 50 nm (Binnaz dan

Koca 2009). Untuk lebih memastikan morfologi dari partikel HAp maka

dilakukan preparasi sampel untuk uji SEM dengan teknik pelapisan menggunakan

emas. Gambar 10 memperlihatkan hasil pengamatan morfologi sampel HAp hasil

sintesis metode presipitasi dan hidrotermal menggunakan SEM dengan perbesaran

2500 kali.

(a) (b)

Gambar 10 Citra SEM HAp hasil sintesis metode (a) presipitasi dan

(b) hidrotermal

Morfologi pada kedua produk HAp menunjukkan aglomerasi dengan

karakteristik partikel tunggalnya cenderung bulat-bulat. Morfologi HAp hasil

sintesis metode presipitasi membentuk gumpalan-gumpalan yang lebih kecil

dibandingkan dengan yang dihasilkan dengan metode hidrotermal. Hal ini

menunjukkan HAp hasil sintesis metode hidrotermal mengalami aglomerasi

partikel, sehingga sangat sulit untuk mendispersikan partikel-partikel tersebut

tanpa harus disonikasi terlebih dahulu (Binnaz dan Koca, 2009).

Hasil Analisis menggunakan PSA

Pengukuran distribusi ukuran partikel menggunakan PSA pada metode

presipitasi dan hidrotermal dapat dilhat pada Gambar 11 yang memperlihatkan

hubungan antara ukuran partikel tunggal dengan jumlah partikel yang terdistribusi

dalam sistem koloid. Secara rinci distribusi ukuran partikel pada sampel HAp

hasil sintesis menggunakan metode presipitasi dan hidrotermal diperlihatkan pada

Lampiran 8.

26

(a)

(b)

Gambar 11 Distribusi ukuran partikel metode statistik HAp hasil sintesis

metode (a) presipitasil dan (b) hidrotermal menggunakan PSA

HAp hasil sintesis metode presipitasi memiliki ukuran partikel antara

89.15 nm sampai 223.93 nm, sedangkan metode hidrotermal antara 128.86 nm

sampai 186.26 nm. Suatu partikel dikategorikan sebagai partikel nano jika

memiliki ukuran 0.1–100 nm (Winarno, 2009). Metode presipitasi

menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil dibandingkan metode

hidrotermal, dihasilkan HAp dengan ukuran <100 nm sebanyak 50%,

sedangkan metode hidrotermal tidak dapat mencapai ukuran tersebut. Namun

demikian hasil yang diperoleh ini masih lebih besar dari hasil penelitian

Binnaz & Koca (2009) yang melaporkan HAp hasil sintesisnya mencapai

ukuran 50 nm Analisis PSA menunjukkan adanya ukuran partikel dan

distribusi ukuran partikel, tidak semua partikel. Hal ini disebabkan oleh

ketidakseimbangan tumbukan yang terjadi antara partikel yang berukuran

27

kecil dengan partikel yang berukuran besar. Resultan tumbukan yang

berlangsung dari segala arah ini menyebabkan perubahan arah gerak partikel

sehingga terjadi gerak zig-zag atau gerak Brown yang diinterpretasikan dalam

bentuk distribusi ukuran partikel (Maorters dan Peres 2010).

Hasil Analisis menggunakan TEM

Hasil pengamatan ukuran partikel HAp hasil sintesis diamati

menggunakan TEM dapat dilihat pada Gambar 12. Nampak bahwa HAp hasil

metode presipitasi telah memiliki ukuran partikel nano dengan diameter 10–20 nm

dan rata-rata diameter agregat sekitar 50–100 nm.

(a)

(b)

Gambar 12 Pengamatan partikel HAp hasil sintesis metode (a) presipitasi

dan (b) hidrotermal menggunakan TEM

HAp hasil sintesis metode presipitasi ini memiliki ukuran partikel lebih kecil

dibandingkan dengan ukuran partikel HAp dengan metode yang sama hasil

penelitian Cunniffe et al. (2010) dan Dedourkova et al. (2012). Cunniffe et al.

(2010) telah melakukan sintesis nanopartikel HAp dengan metode presipitasi yaitu

H3PO4 ditambahkan pada Ca(OH)2 pada suhu kamar dengan pengadukan sonikasi

selama10 menit dan pH larutan 9.5 diperoleh ukuran partikel kurang dari 100 nm.

28

Sintesis nanopartikel HAp yang dilakukan oleh Dedourkova et al. (2012)

menggunakan kalsium nitrat tetrahidrat dan diamonium fosfat sebagai prekusor

dengan teknik pengadukan magnetik pada suhu 40 oC selama 1.5 jam memperoleh

partikel HAp berdiameter sekitar 30–50 nm beragregasi dan ukuran rata-rata

agregat berdiameter sekitar 210–410 nm.

Hasil pengamatan TEM pada HAp hasil sintesis metode hidrotermal

memiliki ukuran partikel berdiameter sekitar 20–50 nm dan beragregasi. Ukuran

agregat rata-rata berdiameter sekitar 100–200 nm. HAp hasil sisntesis

menggunakan hidrotermal ini memiliki ukuran partikel lebih kecil dibandingkan

dengan ukuran partikel HAp dengan metode yang sama hasil penelitian Manafi

dan Joughehdoust (2009) yang berdiameter sebesar 30–50 nm.

Hasil pengamatan TEM pada HAp hasil sintesis menggunakan metode

presipitasi dan hidrotermal menunjukkan perbedaan bentuk partikel yang

diperoleh dari kedua sintesis tersebut. Bentuk partikel hasil sintesis dengan

metode presipitasi berbentuk spherical-poligonal dengan ukuran rata-rata

diameter partikel sekitar 10–20 nm sedangkan hasil sintesis menggunakan metode

hidrotermal telah terbentuk nanorod dengan ukuran diameter rod sebesar 15–20

nm dengan panjang rod sebesar 40–60 nm.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Nano hidroksiapatit berbahan baku cangkang tutut dengan telah berhasil di

sintesis menggunakan metode presipitasi dan hidrotermal. Hasil sintesis

menggunakan metode pesipitasi menunjukkan satu fasa HAp, sedangkan metode

hidotermal dua fasa yaitu HAp dan CaO. Hal ini menunjukkan bahwa dengan

metode presipitasi menghasilkan produk HAp yang murni. Ukuran partikel pada

hasil presipitasi dan hidrotermal berkisar 20–50 nm dan rasio molar Ca/P 1.71

pada metode presipitasi sedangkan dengan metode hidrotermal 2.03. Produk HAp

yang di sintesis dengan metode presipitasi bentuk partikelnya spherical-poligonal,

sedangkan metode hidrotermal menunjukkan bentuk nanorod.

Saran

Berdasarkan produk hidroksiapatit yang dihasilkan dari metode presipitasi

dan hidrotermal dengan bahan dasar cangkang tutut maka perlu dilakukan

penelitian lanjutan untuk menguji kekuatan mekanik HAp yang disintesis agar

dapat diaplikasikan pada rekayasa tulang.

DAFTAR PUSTAKA

Abdullah M, Virgus Y, Nirmin, Khairurrijal. 2008. Sintesis nanomaterial FMIPA. ITB. Bandung. J Nanosci T 1(2). ISSN 1979-0880 .

Adak MD, Purohit KM. 2011. Synthesis of nano crystalline hydroxyapatite from dead snail shells for biological implantation. Trends Biomater. Artif. Organs. 25(3):101-106 .

Afshar A, Ghorbani M, Ehsani N, Saeri MR, Sorrell CC. 2003. Some important factors in the wet precipitation process of hydroxyapatite. Materials and design. 24:197–202.

Agustinus TS. 2009. Sintesis hidrotermal atapulgit berbasis batuan gelas volkanik (perlit) : Perbedaan perlakuan statis dan dinamis pengaruhnya terhadap kuantitas dan kualitas kristal. Puslit Geoteknologi LIPI. J-indo blogspot.com. Bandung.

Aoki, H. 1991. Science and Medical Applications of Hydroksiapatite. the University of Michigan Tokyo (JP): Japanese Association of Apatite Science.

[AOAC] Association of Official Agriculture Chemist. 2002. Official methods of analysis of AOAC international. Agricultural chemicals, contaminants, Drugs. Maryland USA. 1(17):2-37.

Baby RL, Hasan I, Kabir KA, Naser MN. 2010. Nutrient analysis of some commercially important molluscs of Bangladesh. J Sci Res. 2(2):390–396.

Bigi A,. Fini M, Bracci B, Boanini E, Torricelli P, Giavaresi G,. Aldini N, Facchini A, Sbaiz F, Giardin R. 2008. The response of bone to nanocrystalline hydroxyapatite-coated Ti13Nb11Zr alloy in an animal model. Biomaterials. 29(11):1730-1736.

Binnaz A, Koca Y. 2009. Double step stirring a novel method for precipitation of nano-sized hydroxyapatite powder. Department of metallurgical and materials engineering, chemistry-metallurgy faculty. Istanbul Turkey. J Nanomat Biostruc. 4(1):73-81.

Cahyanto A. 2009. Biomaterial. [makalah]. Departemen Ilmu dan Teknologi Material Kedokteran Gigi. Fakultas Kedokteran Gigi. Bandung. Padjadjaran Univ.

Chen QZ, Wong CT, Lu WW, Cheung KMC, Leong JCY, Luk KDK. 2004. Strengthening mechanisms of bone-bonding to crystalline hydroxyapatite invivo. Biomaterials. 25: 4243-4254.

Chow LC. 2009. Next generation calcium phosphate-based biomaterials. Dent Mater. J Nat Institute of Health. USA. 28(1):1–10.

Cunniffe GM, O’Brian FJ, Partap S, Levingstone TJ, Stanton KT, Dickson GR. 2010. The synthesis and characterization of nanophase hydroxyapatite using a novel dispersant-aided precipitation method. J Biomed Mat Resch. RCSI .95(4):1142-1149.

Dahlan K, Prasetyanti F, Sari YW. 2009. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur menggunakan dry metode. J. Biofis 5(2):71-78.

Dahlan K. 2013. Potensi Kerang Ranga sebagai Sumber Kalsium dalam Sintesis Biomaterial Substitusi Tulang. Prosiding Semirata. FMIPA Unila Lampung. 147-151.

30

Dedourkova T, Zelenka J, Zelenkova M, Bene L, Svoboda L. 2012. Synthesis of sphere-like nanoparticles of hydroxyapatite. Prague. Czech Republic. J Procedia Engineering. 42:1816–1821.doi: 10.1016/j.proeng.2012.07.576.

Destainville A, Champion E, Bernache-Assollante D, Laborde E. 2003. Synthesis,characterization and thermal behaviour of apatitic tricalcium phosphate. Materials Chemistry and Physics. 80(1): 269 – 277.

Earl JS, Wood DJ and Milne SJ. 2006. Hydrothermal synthesis of hydroxyapatite. Institute for Materials Research, University of Leeds. UK J of Physics: Conference (26):268–271 doi:10.1088/1742-6596/26/1/064

Eviati, Sulaeman. 2012. Petujuk Teknis Analisis Kimia Tanah, Tanaman, Air dan Pupuk. Edke-2. Badan Litbang Pertanian.

Ferraz MP, Monteiro FJ, Manuel CM. 2004. Hydroxyapatite nanoparticles: A review of preparation methodologies, J Appl Biomat Biomech. 74-80. Fernandez RB. 2011. Sintesis Nanopartikel. [Makalah]. Padang. Andalas Univ. Hsiung JC, Kung HK, Chen HS, Chang KY. 2012. Applications of thermal spray

coating in artificial knee. Life Sci J. Taiwan. 9(1):457-463. Ji G, Zhu H, Jiang X, Qi C, Zhang XMl. 2009. Mechanical strenght of epoxy resin

composites reinforced by calcined pearl shell powders. J. Appl. Polym. Sci..114(5): 3168-3176. DOI: 10.1002/app.30908.

Jutting B. 1956. Systematic Studies on the Non-Marine Molusca of the Indo-Australian Archipelago. Critical Revision of the Javanese Freshwater Gastropods. Amsterdam (AM): Treubia.23(2):259-477.

Khoerunnisa. 2011. Isolasi dan karakterisasi nano kalsium dari cangkang kijing lokal (Pilisbryoconcha exilis) dengan metode presipitasi [tesis]. Departemen Teknologi Hasil Perairan. FPIK. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Lee YJ, Stephens P , Tang Y, Li W, Phillips BL, Parise J B, Reeder RJ. 2009. Arsenate substitution in hydroxylapatite: structural characterization of the Ca5(PxAs1-xO4)3OH solid solution. American Mineralogist 94(5-6): 666-675. doi: 10.2138/am.3120.

Lugina M. 2013. Sintesis scaffolds hidroksiapatit (HAp) dengan metode presipitasi modifikasi sonikasi berbasis cangkang keong tutut (Filopaludina javanica). [skripsi]. Sukabumi (ID): Universitas Muhammadiyah.

[Malvern]. 2012. A Basic Guide to Particle Characterization. Worcestershire (UK): Malvern intruments limited.

Manafi SA, Rahimipour RM, Yazdani B, Sadrnezhaad KS, Amin HM. 2008. Hydrothermal synthesis of aligned hydroxyapatite nanorods with ultra-high crystallinity. Materials and Energy Research Center. IJE Iran. 21(2):109-116.

Manafi SA, Joughehdoust S. 2009. Synthesis of hydroxyapatite nanostructure by hydrothermal condition for biomedical application. Iranian J Pharm Sci. 5(2): 89-94.

Meejoo S, Maneeprakorn W, Winotai P. 2006. Phase and thermal stability of nanocrystalline hydroxyapatite prepared via microwave heating. Thermochimica Acta. 447(1): 115–120.

Miranda ZI, Siswanto, Hikmawati D. 2013. Sintesis Komposit Kolagen-Hidroksiapatit Sebagai Kandidat Bone Graft. Media Jurnal Fisika dan Terapan. Fakultas Sains & Teknologi. Unair. 1(1).

31

Maorters P, Peres Y. 2010. Brownian Motion. United States of America by Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-76018-8.

Nayak AK. 2010. Hydroxyapatite synthesis methodologies: an overview. Int J Chem Tech Res 2(2): 903-907.

Pirrumg MC. 2007. The Synthetic organic chemist’s companion. Univ of California Riverside. John Wiley & Sons. P:86.ISBN 978-0-470-10707-2.

Purnama EF, Nikmatin S, Langenati R. 2006. Pengaruh suhu reaksi terhadap derajat kristalinitas dan komposisi hidroksiapatit dibuat dengan media air dan cairan tubuh buatan (Syntheticd Body Fluid). Indones J Mat Sci. 154-162 ISSN:1411-1098.

Poinern GE, Brundavanam RK, Mondinos N, Jiang ZT. 2009. Synthesis and characterisation of nanohydroxyapatite using an ultrasound assisted method. Department of Physics, Energy Studies and Nanoscience. Murdoch Univ. Murdoch. Ultrasonics Sonochemistry. 16 (4): 469-474.

Raynaud S, Champion E, Bernache-Assollant D, Thomas P. 2002. Calcium phosphate apatite with variable Ca/P atomic ratio I. synthesis characterisation and thermal stability of powders. Biomaterials. 23(4): 1065–1072.

Robinson JW. 1994. Undergraduate Instrumental Analysis. 5th ed. Departement of chemistry Louisiana State Univ Louisiana. New York (NY): Marcel Dekker Inc.

Santos MH, Oliveira M, Souza LPF, Mansur HS, Vasconcelos WL. 2004. Synthesis control and characterization of hydroxyapatite prepared by wet precipitation process. J Mater Resch. 7(4): 625-630.

Siva Rama KD, Siddharthan A, Seshadri SK, Sampath Kumar TS. 2007. A novel route for synthesis of nanocrystalline hydroxyapatite from eggshell waste. J. Mater. Sci. - Mater. Med.18(9): 1735-1743.

Soído C, Vasconcellos MC, Diniz AG, Pinheiro J. 2009. An improvement of calcium determination technique in the shell of molluscs. Brazilian archives of Bio Tech 52(1): 93-98.

Swanson, Tatge. 1953. Natl. Bur. Stand. (US). Circa. 1(58):539. Vijayalakshmi U, Rajeswari S. 2006. Preparation and characterization of

microcrystalline hydroxyapatite using sol gel method. Trends Biomaterial Artificial Organs. 19(2):57-62.

Wahl DA, Czernuszka JT. 2006. Collagen hydroxyapatite composites for hard tissue repair. Department of Materials, University of Oxford. J European Cells and Materials.11:43-56. ISSN 1473-2262.

Williams DB, Carter CB. 1996. Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. New York (NY): Plenum Pr.

Winarno FG. 2010 Nanoteknologi Bagi Industri Pangan dan Kemasan. Ed ke-1. Bogor (ID): M-Brio Pr.

Winata CB. 2012. Sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit dari cangkang keong sawah. [skripsi]. Departemen Fisika. FMIPA. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Young S, Kwan S, Young HK, Jong HL, Young C, Hyoun K. 2011. Fabrication and compressive strength of porous hydroxyapatite scaffolds with a functionally ggraded core/shell structure. J Europ Ceramic Soc. 31:13-18. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2010.09.008.

32

Lampiran 1 Diagram alir sintesis HAp dari cangkang tutut

Cangkang Tutut

Cangkang dikalsinasi pada T: 1000oC; t:5 jam

Cangkang Halus (lolos 100 mesh)

Praperlakuan (dicuci, direbus), dioven 70 oC, digiling, diayak (100 mesh)

Ditimbang+ HNO3,HClO4, didestruksi;T:200 oC

Proses Presipitasi (pengadukan ultrasonik)

Penyaringan

Sintering, T 1000oC, t:5 jam

Suspensi

Proses Hidrotermal (penambahan CTAB)

Pengadukan, 30 menit + NaOH, aduk 30 menit ultrasonik water bath 30 menit

Dipanaskan dalam Teflon Autoclaf T;150 oC t:18 jam

Suspensi

Endapan

Dikeringkan pada T: 90oC t: 20 jam

Endapan

Sintering, T:1000oC t:5 jam

Serbuk HAp sintetik

Kontrol pH 10 (NH4OH)

Ageing, 50oC,18 jam, didinginkan, dicuci dengan air bebas ion

Larutan ekstrak jernih, Spektrofotometer-UV

Cangkang Halus (hasil kalsinasi) Data

Analisis awal XRD, SEM-EDS

Hidrasi dengan H2O + larutan H3PO4 85 %

Data

Serbuk HAp sintetik

33

Lampiran 2 Diagram alir Pencirian HAp

Lampiran 3 Hasil perhitungan stoikiometri pereaksi dan konsentrasi

bahan sintesis

Pereaksi Ca(OH)2 H3PO4 Ca10(PO4)6(OH)2 Bobot molekul (g/mol) 74.0780 97.9730 1004.5440 Bobot teoritis (g) 7.3743 5.8418 10.0 Mol teoritis (mol) 9.9548 × 10-2 5.9729 × 10-2 9.9548 × 10-3

Konsentrasi (M) 0.5 0.3 - Volume (mL) 199.10 199.10 -

Serbuk HAp sintetik

Pencirian dengan XRD, FTIR, SEM, PSA, TEM

Data

Hasil

34

Lampiran 4 Hasil analisis komposisi cangkang tutut

Parameter Kadar (%) Kadar Air 1.60 Kadar Abu 54.57 Kadar C-Organik 31.65 P 0.007 Ca (CaCO3) 64.73 Mg 0.04 Na 0.01 Fe 0.077 Mn 0.018 Cu 0.0007 Zn 0.0018

Lampiran 5 Data hasil analisis XRD cangkang tutut

a. Serbuk cangkang tutut sebelum kalsinasi 2 Ө Intensitas Fasa

26.1885 100 CaCO3 - (Aragonite) 27.2706 45.16 CaCO3 - (Aragonite) 29.3420 8.12 CaCO3 - (Calcite) 33.2148 47.43 CaCO3 - (Aragonite) 36.1733 21.55 CaCO3 - (Aragonite) 37.9262 45.91 CaCO3 - (Aragonite) 38.4867 34.79 CaCO3 - (Aragonite) 41.339 6.08 CaCO3 - (Aragonite) 42.9378 22.48 CaCO3 - (Aragonite) 45.8592 61.09 CaCO3 - (Aragonite) 48.4639 35.53 CaCO3 - (Aragonite) 50.3433 14.68 CaCO3 - (Aragonite) 52.4769 28.17 CaCO3 - (Aragonite)

b. Serbuk cangkang tutut setelah kalsinasi

2 Ө Intensitas Fasa 17.8944 63.66 Ca(OH)2- (Porlandite) 28.5036 25.55 Ca(OH)2- (Porlandite) 34.0293 100 Ca(OH)2- (Porlandite) 47.0619 31.19 Ca(OH)2- (Porlandite) 50.7277 42.07 Ca(OH)2- (Porlandite) 54.287 18.37 Ca(OH)2- (Porlandite) 62.4912 11.12 Ca(OH)2- (Porlandite)

35

c. Hasil sintesis cangkang tutut metode hidrotermal

d. Hasil sintesis cangkang tutut metode presipitasi

2 Ө Intensitas Fasa 2 Ө Intensitas Fasa 21.7032 4.09 HAp 50.4473 11.41 HAp 22.8216 5.45 HAp 51.2273 7.74 HAp 25.8592 34.99 HAp 52.0494 11.52 HAp 28.0678 7.9 HAp 53.1225 10.93 HAp 28.8871 14.97 HAp 53.8273 9.43 CaO 31.7517 100 HAp 55.8332 6.71 HAp 32.1555 51.72 HAp 60.3776 4.21 HAp 32.8703 61.8 HAp 61.6395 4.69 HAp 34.0400 19.08 HAp 62.9805 9.63 HAp 37.4028 13.54 CaO 64.0678 9.04 HAp 39.7619 26.36 HAp 64.9924 5.87 HAp 41.9571 6.73 HAp 71.5894 5.49 HAp 46.6620 21.88 HAp 74.0587 3.13 HAp 48.0329 11.38 HAp 77.0680 4.49 HAp 49.4516 26.1 HAp 78.1619 5.38 HAp

2 Ө Intensitas Fasa 25.8609 59.5 HAp 28.4941 10.69 HAp 31.9892 100 HAp 32.9690 44.29 HAp 34.0275 24.04 HAp 39.7792 20.53 HAp 46.5665 23.67 HAp 48.1541 13.98 HAp 49.4241 24.63 HAp 53.1651 19.16 HAp 55.8236 5.03 HAp 62.9772 7.21 HAp 64.1944 10.22 HAp

36

Lampiran 6 Fasa kristal serbuk cangkang tutut dan gambar sistem kristal Fasa-Parameter kisi Sistem kristal Gambar aragonit (CaCO3)- a = 4.9617 Å, b = 7.9692 Å, c = 5.7427 Å

Orthorhombik

Calcite a = 4.9910 Å b = 4.9910 Å c= 17.0680 Å

Heksagonal

Lampiran 7 Data Joint Cristal Powder Difraction Standard (JCPDS)

a. Porlandite: Ca(OH)2

37

b. Aragonite : CaCO3

c. Calcite : CaCO3

38

d. Hidroksiapatit (HAp) : Ca10(PO4)6(OH)2

39

e. Kalsium Oksida : CaO

Lampiran 8 Distribusi ukuran partikel HAp hasil sintesis dengan metode

presipitasi dan hidrotermal

No Presipitasi No Hidrotermal Ukuran

(nm) Jumlah (%)

Ukuran (nm)

Jumlah (%)

1 89.15 31 1 128.86 12 2 97.75 19 2 134.93 10 3 107.18 12 3 141.29 8 4 112.23 10 4 147.95 21 5 134.93 4 5 154.92 12 6 141.29 7 6 162.22 16 7 147.95 6 7 169.87 15 8 9 10 11

154.92 204.23 213.85 223.93

5 2 3 2

8 186.26 4

40

Lampiran 9 : Contoh Perhitungan : Kadar P : Ditimbang 0.25 g contoh cangkang tutut lalu didestruksi, diencerkan dalam 25 ml kemudian diukur. Aborbansi contoh : 1. 60 x 10-3 2. 58 x 10-3 Deret standar PO4 :

Konsentrasi (ppm) Absorbansi 0 0.002 2 0.048 4 0.101 8 0.210 12 0.317 16 0.434 20 0.541

Faktor koreksi kadar air = 1.016 Kurva Standar :

Kadar PO4 (ppm) : (60 + 4.7457)/27.197 = 2.3806 ppm Dalam 100 ml ektrak = 2.3806 x 100 = 237.06 Kadar P (%) = (237.06 x 31/95) x 0.0001 x 1.016 = 0.0073 (58 + 4.7457)/27.197 =2.3071 ppm Dalam 100 ml ektrak = 2.3071 x 100 = 230.71 Kadar P (%) = (230.71 x 31/95) x 0.0001 x 1,016 = 0.0071 Rata –rata =( 0.0073 + 0.0071)/2 = 0.0072 %

41

Lampiran 10 Peralatan Sintesis dan Pencirian HAp

Ultrasonik pH meter

Teflon autoclave Oven Tanur listrik

XRD SEM-EDS FTIR PSA

42

RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 23 Desember 1969 dari pasangan

Ir Kurnainsyah Hadering dan Noorhasanah, SPrg. Penulis merupakan anak kedua dari lima bersaudara.

Pendidikan sarjana ditempuh di Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Sekolah Tinggi Kimia Bogor, lulus pada tahun 2010. Pada tahun 2011, penulis diterima di Program Studi Kimia pada Program Pascasarjana IPB dan menamatkannya pada tahun 2014. Beasiswa pendidikan pascasarjana diperoleh dari Badan Litbang Pertanian.

Penulis bekerja sebagai staf Laboratorium Kimia Balai Penelitian Tanah Bogor sejak tahun 1992. Selama mengikuti program S-2, penulis telah mengikuti seminar internasional pada International Conference on Advanced Materials Science and Technology (ICAMST 2013) yang dilaksakan di Universitas Gajah Mada dan mempublikasikan jurnal berjudul Synthesis of Hydroxyapatite Nanoparticle from Tutut (Bellamya javanica) Shells by using Precipitation Method for Artificial Bone Engineering dan sudah diterbitkan di Advanced Materials Research Switzerland. Jurnal tersebut merupakan sebagian dari hasil penelitian tesis di bawah bimbingan Ibu Dr Eti Rohaeti MS, Ibu Dr Charlena Msi dan Bapak Drs Sulistioso Giat Sukaryo MT.