OPTIMASI PENUMBUHAN APATIT PADA MUCOZA AMPELA AYAM : HAMBURAN DIFRAKSI SINAR-X DAN SCANNING ELECTRON MICROSCOPY SRI RAHAYU SULISTIYANI

Transkripsi

1 OPTIMASI PENUMBUHAN APATIT PADA MUCOZA AMPELA AYAM : HAMBURAN DIFRAKSI SINAR-X DAN SCANNING ELECTRON MICROSCOPY SRI RAHAYU SULISTIYANI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007

2 ABSTRAK SRI RAHAYU SULISTIYANI. Optimasi Penumbuhan Apatit pada Mucoza Ampela Ayam : Hamburan Difraksi Sinar-X dan Scanning Electron Microscopy. Dibimbing oleh MERSI KURNIATI DAN YESSIE WIDYA SARI. Senyawa kalsium fosfat karbonat sebagai mineral tulang sintesis yang ditumbuhkan diatas permukaan mucoza ampela ayam sebagai matriks, dibuat dari campuran (NH 4 ) 2 HPO 4 dan 2-3- (NH 4 ) 2 CO 3 dengan rasio molar CO 3 : PO 4 yang bervariasi (0.15:0.3, 0.5:1.02, 0.9:1.8) dan larutan Ca(NO 3 ) 2 dengan rasio molar Ca/P sebesar Hamburan Difraksi Sinar-X dilakukan untuk mengidentifikasi fase serta ukuran kristal sedangkan SEM (Scanning Electron Microscopy) untuk melihat morfologi apatit karbonat yang ditumbuhkan diatas mucoza ampela ayam. Hasil 2-3- presipitasi menunjukkan larutan dengan rasio molar CO 3 dan PO 4 = 0.15: 0.3 merupakan konsentrasi optimal untuk pertumbuhan apatit pada mucoza, dibuktikan dengan hadirnya puncak mucoza pada sampel ini. Penambahan mucoza pada konsentrasi ini juga mengakibatkan penurunan ukuran kristal. Foto SEM memperlihatkan apatit karbonat yang ditumbuhkan di mucoza ampela ayam secara umum memiliki morfologi yang menyerupai kelompok partikel tidak teratur dan gumpalan bulat-bulat kecil. Kata kunci : kalsium fosfat karbonat, mucoza ampela ayam, X-Ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy.

3 OPTIMASI PENUMBUHAN APATIT PADA MUCOZA AMPELA AYAM: HAMBURAN DIFRAKSI SINAR-X DAN SCANNING ELECTRON MICROSCOPY Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika SRI RAHAYU SULISTIYANI G DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007

4 Judul Skripsi Nama NIM : Optimasi Penumbuhan Apatit pada Mucoza Ampela Ayam : Hamburan Difraksi Sinar-X dan Scanning Electron Microscopy : Sri Rahayu Sulistiyani : G Menyetujui : Pembimbing I Pembimbing II Mersi Kurniati, M.Si NIP Yessie Widya Sari, M.Si Mengetahui Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS NIP Tanggal Lulus :

5 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Depok pada tanggal 16 April 1984 sebagai anak keempat dari empat bersaudara, putri pasangan Suparno, BA dan Ny. Siti Amsiah. Tahun 2002, penulis lulus dari SMUN 4 Depok dan tahun 2003 masuk IPB melalui jalur SPMB (Seleksi Penerimaan Mahasiswa Baru). Penulis memilih Program Studi Fisika, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikukum Fisika Dasar dan asisten responsi Pendidikan Agama Islam pada tahun ajaran 2005/2006. Pada tahun 2004 sampai 2006 penulis aktif berorganisasi di Departemen Kerohanian Badan Eksekutif Mahasiswa (BEM) FMIPA IPB, Departemen Syi ar SERUM-G. Awal tahun 2007 sampai sekarang penulis menjadi staf pengajar Bimbingan belajar semi privat Alfa Beta Depok.

6 PRAKATA Subhanallah, Alhamdulillahirobbilaalamin, Puji Syukur kepada Allah SWT atas segala nikmat yang selalu diberikan-nya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Sholawat dan salam semoga tercurah kepada uswatun hasanah Nabi Muhammad SAW beserta keluarga,sahabat dan para pengikutnya. Skripsi ini berjudul Optimasi Penumbuhan Apatit pada Mucoza Ampela Ayam : Hamburan Difraksi Sinar-X dan Scanning Electron Microscopy. Penulis menyadari bahwa karya ini masih terdapat banyak kekurangan, sehingga penulis sangat mengharapkan krtik dan saran yang membangun, sehingga karya ini dapat bermanfaat di masa mendatang. Terimakasih sedalam-dalamnya penulis ucapkan kepada pihak-pihak yang telah membantu penyelesaian karya ilmiah ini, antara lain : Ibu Mersi Kurniati, M.Si selaku pembimbing I dan Ibu Yessie Widya Sari, M.Si selaku pembimbing II yang telah membimbing penulis dengan keluasan ilmu, kesabaran, motivasi dan semangatnya. Semoga setiap kata dan ilmu yang telah diberikan menjadi sebuah amal kebaikan yang harum dan kekal dimata Allah SWT. Bapak Dr.Ir. Irzaman, M.Si dan Bapak Jajang Juansah, M.Si, selaku dosen penguji untuk masukan yang berarti bagi penulis. Bapak Drs. Nur Indro selaku Komisi Pendidikan Departemen Fisika Bapak Setyanto, seluruh dosen dan staf Departemen Fisika FMIPA IPB atas ilmu, perhatian dan bantuan yang diberikan. Program Hibah Penelitian A2 Departemen Fisika, FMIPA IPB tahun 2007 Pak Bambang Sugiono dari Ilmu Material UI atas bantuan ilmu XRD-nya. Matur nuwun sanget untuk Ibu Ari dari Puspiptek-BATAN, Serpong atas SEM-nya. Mas Adhi-Teknik Metalurgi UI atas SOP XRD-nya. Bapak dan Mama tersayang, yang selalu mendoakan penulis di setiap waktu, perhatian dan kasih sayangnya yang tidak terbatas. Hanya Allah SWT yang bisa membalas semuanya. Mas Benk, Mba Esti dan dr.setiyo, kaka terbaik yang ulis punya. Terimakasih atas perhatian, keceriaan dan kasih sayang, dukungan baik materi atau yang lain. Maaf ademu sering merepotkan. Mba Wiet, Mba Zami dan Mas Aan, Mas Dony, thanks for everything. Keponakan yang bandel-bandel tapi lucu, Dian Nafi, Tiara Nafi, Rizki Muhammad Raydi, mudahmudahan menjadi anak yang pintar, sholeh dan sholehah. Mba Esti Riyani, S.Si, Te-O-Pe Be-Ge-Te, makasih mba ilmu&wejangannya. Ukhuwah sejati di PEMANIS ( Ka Ucup, Konde, Ria, Elpi, Nungki, Nopit), TPA Nuris (Lina, Mba Im, Mba Atun,Nuri, Uni, Mba Em, Lia, Elin, rita), syukron jiddan tuk perhatian setiap harinya. My Brothers n My Sisters di SERRUM-G... Dont Give Up!! Tim HAP : Adi-Irma-Setia-Atiq-Mba Melly-Opik-Priyo-Mba Arsy My lovely friends ( Sarma, Yudha, Rina, Vita, Jowie, Yuli, Susu, Bodor, Mba Arum, Ica,, Sriti, Naniq ). Mba Vera, Mba Ima, Mba Risna, Mba Ina dan Mba Helvy Tiana Rosa atas cuti yang diberikan. Thank s to my partners : Irma Nurmala n Adi Purwa atas perjuangan penelitian kita, rekan-rekan fisika 40 (Rika, Ai, Ziah, Asih, Set, Atik, Lira, Mami Euis, Euis Tasik, Ica, Gita, Mba yul, Ita, Nenden, Adiyanto, Opik, Priyo, Awit, Marwan, Tahyudi, Izal, Hudar, Dicky, Azis, Alwi, Subhi, Kusnadi, Mardani, Mada, Eki, Ucup, Bambang) atas kenangan yang telah terukir bersama. Fisika atas semangatnya. Bogor, September 2007 Sri Rahayu Sulistiyani

7 Ya Rahman..Ya Rahim. Ya Latif Jadikanlah segala apa yang hamba lihat, segala apa yang hamba sentuh, segala apa yang hamba dengar menjadi sesuatu yang bisa mendekatkan hamba kepada-mu Bersungguh-sungguhlah dengan kehinaanmu, niscaya Ia menolongmu dengan kemuliaan-nya, Bersungguh-sungguhlah dengan ketidakberdayaanmu, niscaya Ia menolongmu dengan kekuasaan-nya. Bersungguh-sungguhlah dengan kelemahanmu, niscaya Ia menolongmu dengan kekuatan-nya (Ibnu Athaillah)

8 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... vii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR LAMPIRAN... viii PENDAHULUAN... 1 Latar Belakang... 1 Perumusan Masalah... 1 Tujuan Penelitian... 1 Tempat dan Waktu Penelitian... 1 TINJAUAN PUSTAKA... 2 Tulang... 2 Mineral Tulang... 2 Mineral Apatit... 3 Struktur Apatit... 3 Pengaruh Ion CO 2-3 dalam kristal Apatit... 4 Matriks Kolagen... 4 Sintesis Hidroksiapatit... 5 Hamburan Difraksi Sinar-X... 5 Scanning Electron Microscopy (SEM)... 6 BAHAN DAN METODA... 6 Bahan dan Alat....6 Persiapan Sampel... 6 Persiapan Presipitasi... 6 Penyaringan dan Pengeringan Endapan... 6 Karakterisasi sampel dengan XRD... 6 Karakterisasi sampel dengan SEM... 7 HASIL DAN PEMBAHASAN... 8 Analisis Hasil Difraksi Sinar-X... 8 Analisis Mikrograf SEM SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 14

9 DAFTAR TABEL Halaman 1 Kandungan unsur inorganik dalam Tulang Variasi Ca/P kalsium fosfat Ukuran kristal tanpa penambahan mucoza variasi konsentrasi CO 3 :PO 4 bidang Ukuran kristal pada sampel dengan dan tanpa penambahan mucoza variasi konsentrasi CO 3 : PO DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Tulang belakang manusia Struktur kristal hidroksiapatit yang di proyeksikan sepanjang sumbu-c dan sepanjang sumbu-a Struktur hidroksiapatit (a) Unit sel hidroksiapatit (b) Tampak atas unit sel hidroksiapatit Struktur kolagen Difraksi Sinar-X oleh kristal Skema Difraktometer Sinar-X Skema Scanning Electron Microscope (SEM) Diagram alir penelitian Pola difraksi sinar-x sampel 1a, 2a dan 3a Pola difraksi sinar-x sampel 1b, 2b dan 3b Mikrograf SEM mucoza ampela ayam perbesaran 10000x Mikrograf SEM perbesaran 10000x. (a) Sampel 1a. (b) Sampel 2a. (c) Sampel 3a. (d) Sampel 1b. (e) Sampel 2b. (f) Sampel 3b DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Skematik proses presipitasi Bahan dan alat penelitian Lokasi maksima profil difraksi sinar-x kalsium fosfat karbonat sampel 1,2 dan 3 untuk tanpa dan dengan penambahan mucoza ampela ayam Presentase fase AKB, AKA, HAP,OKF dan mucoza terhadap lokasi maksima Data JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards) Pola XRD mucoza ampela ayam Pola XRD sampel 1a (tanpa mucoza) dengan konsentrasi CO 3 2- : PO 4 3- = 0.15 : Pola XRD sampel 2a (tanpa mucoza) dengan konsentrasi CO 3 2- : PO 4 3- = 0.5 : Pola XRD sampel 3a (tanpa mucoza) dengan konsentrasi CO 3 2- : PO 4 3- = 0.9 : Pola XRD sampel 1b (penambahan mucoza) dengan konsentrasi CO 3 2- : PO 4 3- = 0.15 : XRD sampel 2b (penambahan mucoza) dengan konsentrasi CO 3 2- : PO 4 3- = 0.5 : Pola XRD sampel 3b (penambahan mucoza) dengan konsentrasi CO 3 2- : PO 4 3- = 0.9 :

10 PENDAHULUAN Latar Belakang Kejadian patah tulang atau kelainan metabolik pada tulang dapat menimpa setiap orang kapan saja. Kelainan metabolik tulang biasanya ditandai dengan menurunnya massa tulang (osteoporosis) dan menurunnya mineralisasi tulang (osteomalasia) 1. Jika kelainan metabolik tulang ini terjadi pada usia anak-anak sampai remaja, dapat segera pulih karena hormon-hormon tubuhnya masih sangat mencukupi untuk proses perbaikan tulang. Pada usia lanjut, hal ini relatif sulit, karena ketidakseimbangan sistem hormon tubuh. Untuk itu di perlukan adanya suatu material subsitusi tulang yang diharapkan menjadi alternatif untuk mengatasi kelainan metabolik tulang pada usia lanjut. Material subsitusi tulang yang digunakan juga harus bersifat dapat diterima oleh tubuh (biokompatibel) dan dapat berintegrasi dengan cepat. Fungsi tulang selain sebagai pembentuk rangka badan, juga sebagai tempat deposit kalsium, fosfor, magnesium dan garam 2. Adapun fungsi kalsium dalam tubuh sangat penting dan berhubungan erat dengan fosfor. Kedua unsur itu sebagian besar terdapat bersamaan dalam bentuk senyawa kalsium fosfat. Senyawa kalsium fosfat dalam tulang hadir dalam dua fase, yaitu, fase amorf dan fase kristal. Fase stabil kristal kalsium fosfat mempunyai rumus kimia Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 atau yang lebih dikenal dengan nama hidroksiapatit (HAP). Kristal kalsium fosfat dalam jaringan keras dikenal dengan kristal apatit, yang mempunyai formula kimia berbeda dengan hidroksiapatit, namun memiliki struktur kristal yang sama 2. Tulang terdiri dari substansi organik yaitu matriks kolagen dan substansi inorganik yaitu kalsium dan fosfor sedangkan sisanya adalah magnesium, sodium, hidroksil, karbonat dan fluorida 1. Kehadiran ion karbonat dapat menghambat pertumbuhan kristal kalsium fosfat. Selain itu ion karbonat juga mudah masuk dalam struktur kristal HAP 3. Partikel berbentuk sperules sesuai dengan foto SEM fase amorf kalsium fosfat 2. Campuran amorf dan kristal tampak dalam foto SEM sebagai gumpalan dengan tepi tidak teratur 4. Matriks berfungsi sebagai media pertumbuhan bagi mineral tulang. Pembuatan kalsium fosfat sintesis yang ditumbuhkan pada matriks organik diharapkan mampu menghasilkan biokompatibel biomaterial subsitusi tulang yang bersifat ekonomis, sekaligus dapat mempercepat proses penyembuhan kelainan metabolik tulang. Perumusan Masalah 2- Keberadaan ion asing seperti CO 3 dalam kalsium fosfat sintesis dapat mempengaruhi fase yang terbentuk dan ukuran kristal dari apatit. Fase amorf dan ukuran kristal yang kecil memungkinkan bagi biomaterial sintesis masuk dan tumbuh dalam tulang. Penambahan matriks organik sintesis berfungsi sebagai wadah tumbuh bagi apatit Variasi konsentrasi CO 3 : PO 4 serta penambahan matriks organik sintesis merupakan optimasi yang dilakukan untuk mendapatkan hasil yang sesuai dengan kondisi fisiologis tulang. Tujuan Penelitian 1. Membuat senyawa kalsium fosfat karbonat sintesis variasi konsentrasi hasil presipitasi dari larutan jenuh ion kalsium dan fosfat yang ditumbuhkan pada permukaan mucoza ampela ayam sebagai matriks. 2. Melakukan identifikasi fase dan ukuran kristal serta morfologi kristal apatit karbonat dengan alat XRD (X-Ray Diffraction) dan SEM (Scanning Electron Microscope). Tempat dan Waktu penelitian Penelitian dilakukan di Laboratorium Biofisika Departemen Fisika FMIPA IPB. Karakterisasi XRD dilakukan di Departemen Fisika, Program Studi Ilmu Material, FMIPA UI, Salemba dan SEM dilakukan di Puspiptek-BATAN Serpong. Penelitian dimulai bulan April 2006 sampai Juni 2007.