PENUMBUHAN KRISTAL APATIT DARI CANGKANG TELUR AYAM DAN BEBEK PADA KITOSAN DENGAN METODE PRESIPITASI

AI NURLAELA

SEKOLAH PASCA SARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN SUMBER INFORMASIDengan ini saya menyatakan bahwa tesis Penumbuhan Kristal Apatit dari Cankang Telur Ayam dan Bebek pada Kitosan dengan Metode Presipitasi adalah 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.

Bogor, Agustus 2009

Ai Nurlaela G751070121

ABSTRACTAi Nurlaela. Grown of Apatite Crystal from Hens and Ducks Eggshell on Chitosan by Precipitation Method. Under direction of KIAGUS DAHLAN and DJARWANI SOEHARSO SOEDJOKO. Eggshell is a potential source of calcium because it contains CaCO3 as high as 94-97%. In the present work, a precipitation method of apatite-chitosan composite synthesis has been used by applying hens and ducks eggshell as calcium source and synthetic KH2PO4 as phosphate source. The eggshell and KH2PO4 act as the inorganic mineral, whereas the organic matrix was a commercial chitosan originated from shrimp shell. The eggshell was firstly calcinated to decompose all the carbonate (CO3) phases. To produce the composite, calcium phosphates were grown on organic matrix of chitosan using ex situ method. The result samples were further dried at 50oC. Characteristic of the samples were performed using X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy. The XRD profile illustrated specific diffraction angles at peaks of apatite crystals. This data were supported by FTIR spectra that showed transmittance peak of chitosan, phosphates and carbonates from apatites. The SEM micrograph also showed granules of apatite. Key words: eggshell, composite, apatite, precipitation, calcination, chitosan.

RINGKASANAI NURLAELA. Penumbuhan kristal apatit dari cangkang telur ayam dan bebek pada kitosan dengan metode presipitasi. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan DJARWANI SOEHARSO SOEJOKO. Salah satu aspek penelitian biomaterial yang banyak berkembang saat ini adalah biomaterial substitusi tulang. Kasus kerusakan tulang di Indonesia cukup tinggi, namun Indonesia sendiri belum tercatat sebagai negara industri biomaterial. Menghadapi permasalahan tersebut berbagai riset mulai dikembangkan. Salah satu teknik substitusi tulang yang banyak diaplikasikan saat ini adalah teknik substitusi tulang dengan memanfaatkan biomaterial sintetis. Secara komersial bahan pengganti tulang yang biasa digunakan selama ini adalah senyawa kalsium fosfat hidroksiapatit (HA) dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. Senyawa kalsium fosfat HA dapat disintesa dari berbagai sumber kalsium (Ca) dan fosfat (PO4). Beberapa bahan alam telah dimanfaatkan sebagai sumber Ca antara lain koral, ganggang dan cangkang telur. Di antara bahan alam yang berpotensi dikembangkan di Indonesia adalah cangkang telur. Cangkang telur memiliki kandungan CaCO3 cukup tinggi, yaitu 94-97%. Cangkang telur ayam dan bebek banyak dijumpai sebagai limbah, karena dianggap tidak lagi bermanfaat. Beberapa metode dapat digunakan dalam sintesa HA, antara lain hydrothermal, solid state reaction, presipitasi dan sol gel. Metode presipitasi merupakan metode paling sederhana dan murah untuk diaplikasikan di bidang industri. Pada perkembangannya, pembuatan material untuk substitusi tulang didasarkan pada konsep bahwa material paling baik untuk mengganti tulang adalah material yang memiliki kesamaan, paling tidak identik dengan tulang sebenarnya. Untuk memenuhi syarat sebagai material substitusi tulang, serbuk HA perlu dikompositkan dengan matriks polimer. Penambahan matriks dapat memperbaiki sifat HA yang brittle, sehingga komposit diharapkan dapat diaplikasikan sebagai substitusi tulang dengan beban tinggi. Beberapa material polimer yang telah digunakan pada pembuatan komposit material substitusi tulang antara lain high density polyethylene (HDPE), asam polylactic, polymethylmethacrylate (PMMA) dan kitosan. Pada penelitian ini telah berhasil dibuat komposit apatit-kitosan dengan memanfaatkan cangkang telur ayam dan bebek sebagai sumber Ca dan kitosan dari kulit udang sebagai matriks organik. Sebagai sumber fosfat digunakan KH2PO4 proanalis. Pembuatan komposit diawali dengan proses kalsinasi cangkang telur ayam dan bebek pada suhu 1000oC selama 5 jam. Proses kalsinasi dilakukan agar terjadi konversi senyawa CaCO3 menjadi CaO dengan melepaskan CO2. Dari cangkang telur ayam hasil kalsinasi selain diperoleh senyawa CaO, senyawa CaCO3 juga masih teridentifikasi. Sementara itu, untuk cangkang telur bebek hasil kalsinasi senyawa CaCO3 tidak lagi teridentifikasi. Larutan senyawa Ca diperoleh dengan melarutkan serbuk cangkang telur hasil kalsinasi dengan aquabidest, sehingga diperoleh larutan senyawa Ca dengan molaritas 0,5 M. Sementara itu, larutan KH2PO4 dibuat dengan molaritas 0,3 M. Masing-masing larutan senyawa Ca dan KH2PO4 direaksikan melalui proses

presipitasi pada suhu 37oC. Untuk mempercepat reaksi, larutan dikondisikan basa dengan pH 10 melalui penambahan larutan KOH. Pembuatan komposit dilakukan dengan menambahkan kitosan secara ex-situ pada larutan senyawa kalsium fosfat. Variasi penambahan kitosan adalah 10%, 20%, 35%, 40% dan 50% (b/b). Selanjutnya larutan didiamkan selama 12 jam. Kondisi optimum komposit pertama kali diidentifikasi melalui pengamatan secara visual. Pada kondisi optimum larutan tercampur secara merata dan presipitan terpisah secara sempurna dari larutannya pada saat didiamkan. Berdasarkan pengamatan tersebut, presipitan terpisah dengan sempurna dari larutannya pada sampel dengan penambahan kitosan sampai 20%. Sampel komposit dari cangkang telur ayam dan kitosan 20% memiliki rasio massa presipitan paling tinggi yaitu 66,2%. Demikian pula untuk sampel komposit dari cangkang telur bebek, rasio massa presipitan paling tinggi terjadi pada penambahan kitosan 20% yaitu 57,7%. Hasil analisa XRD memperlihatkan bahwa semua sampel memiliki puncak difraksi hidroksiapatit dan apatit karbonat tipe B (AKB). AKB terbentuk akibat adanya substitusi ion karbonat pada gugus fosfat (PO4) senyawa HA. Keberadaan ion karbonat pada sampel diperkuat oleh spektra hasil analisa FTIR yang memperlihatkan adanya pita serapan infra merah untuk ion karbonat. Adanya ikatan antara apatit dengan kitosan diperlihatkan dengan adanya pita serapan infra merah untuk vibrasi NH pada sampel komposit. Morfologi sampel hasil analisa SEM memperlihatkan sedikit perbedaan antara sampel kristal apatit dengan sampel komposit. Pada sampel komposit, granula-granula apatit tampak lebih rapat dari kristal apatit tanpa kitosan. Penambahan kitosan mengakibatkan nilai derajat kristalin sampel menurun. Penurunan nilai derajat kristalin sampel diperlihatkan pula oleh penurunan derajat belah pita serapan PO4 (4) terhadap penambahan kitosan. Sementara itu, nilai parameter kisi stiap sampel nilainya bervariasi karena sampel merupakan campuran HA dan AKB. Nilai parameter kisi komposit apatit-kitosan 20% mendekati nilai parameter kisi HA dengan nilai a = 9,42 dan nilai c = 6,87 . Ukuran kristal setiap sampel diukur pada bidang 002 dan 300, masing-masing merupakan refleksi panjang kristal sepanjang arah unit sel c dan a. Berdasarkan perhitungan dengan menggunakan persamaan Debye Scherrer, ukuran kristal semua sampel pada bidang 002 berkisar pada nilai 12 sampai dengan 15 nm dengan ukuran kristal paling tinggi terjadi pada sampel tanpa kitosan. Sementara itu, ukuran kristal pada bidang 300 berkisar pada nilai 9 sampai dengan 13 nm. Berdasarkan rasio massa presipitan serta ditunjang oleh data hasil analisa XRD, FTIR dan SEM komposit apatit-kitosan dengan kondisi optimum diperoleh dengan penambahan kitosan 20%. Namun demikian, berdasarkan pengamatan secara visual terhadap warna sampel, komposit dengan sumber Ca dari cangkang telur bebek dengan penambahan kitosan 20% mengalami perubahan warna menjadi kuning setelah penyimpanan 1 minggu. Sementara pada penambahan kitosan 20% untuk sampel apatit dari cangkang telur ayam, perubahan warna tidak teramati secara visual sampai penyimpanan 3 bulan. Untuk sampel dengan penambahan kitosan lebih tinggi dari 20%, perubahan warna terjadi pada semua sampel dengan sumber Ca dari cangkang telur ayam dan bebek. Dengan demikian, komposit apatit-kitosan 20% dengan sumber Ca dari cangkang telur ayam lebih disarankan untuk dikembangkan lebih jauh sebagai biomaterial substitusi tulang.

Untuk tujuan tersebut, perlu dilakukan uji in vitro dan in vivo, agar diketahui kemampuan adaptasi komposit dengan jaringan tubuh.

Hak Cipta milik IPB, tahun 2009 Hak Cipta dilindungi Undang-UndangDilarang 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 masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan yang wajar IPB. Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh Karya tulis dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB.

PENUMBUHAN KRISTAL APATIT DARI CANGKANG TELUR AYAM DAN BEBEK PADA KITOSAN DENGAN METODE PRESIPITASI

AI NURLAELA

Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Program Studi Biofisika

SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2009

Judul Tesis

: Penumbuhan Kristal Apatit dari Cangkang Telur Ayam dan Bebek pada Kitosan dengan Metode Presipitasi : Ai Nurlaela : G751070121 Disetujui Komisi Pembimbing

Nama NIM

Dr. Kiagus Dahlan Ketua

Prof. Dr. Djarwani Soeharso Soejoko Anggota

Diketahui Ketua Program Studi Biofisika Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr. Akhiruddin Maddu

Prof. Dr. Ir. Khairil A. Notodiputro, MS

Tanggal Ujian : 07 Agustus 2009

Tanggal Lulus : 19 Agustus 2009

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Akhiruddin Maddu