BAB 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Seiring dengan perkembangan teknologi memungkinkan adanya materialmaterial baru yang berkaitan dengan dunia medis. Salah satu material yang selalu dikembangkan dalam dunia medis sejak tahun 1800an adalah biomaterial. Biomaterial yang sedang dikembangkan adalah biokomposit. Penelitian mengenai pencampuran beberapa material menjadi suatu biokomposit telah banyak dilakukan. Pada rekonstruksi medis suatu bahan komposit harus memenuhi sifat fisik dan sifat mekanik yang telah ditentukan. Salah satu campuran komposit yang telah memenuhi persyaratan adalah campuran komposit Hidroksiapatit-kolagen dengan penambahan PMMA sebesar 11-14%w/w (Wulandari, 2014). Hidroksiapatit, starch bioplastic, dan serisin juga merupakan campuran biomaterial yang dapat diaplikasikan untuk rekayasa jaringan yang mampu meningkatkan viabilitas dan perlekatan fibrolas (Mahulauw, 2015). Hidroksiapatit (HA) dalam bentuk serbuk memiliki potensi untuk menjadi bone tissue engineering, karena memiliki sifat osteokonduktif (Mondal dkk, 2012). Penambahan 2,5%w/w HA terhadap bone cement yang berbasis PMMA akan menghasilkan nilai maksimum pada ultimate compressive strength, elastic modulus of compression, dan compression yield strength (Zebarjad dkk, 2011). Menurut penelitian dari Wulandari (2014) menunjukkan bahwa semakin besar penambahan PMMA pada komposit berbahan dasar hidroksiapatit-kolagen dapat meningkatkan densitas dan kuat mekanik (beban tekan), namun porositasnya semakin kecil. PMMA merupakan suatu bahan yang cukup baik untuk menahan beban compression (Zebarjad dkk, 2011). Sedangkan HA merupakan material bioaktif yang memiliki sifat osseointegrasi (Tin-Oo dkk,2007). Osseointegrasi

2 2 adalah kemampuan bahan untuk menyatu dengan tulang, merupakan syarat utama untuk bahan biomaterial yang akan diaplikasikan untuk tulang (Anusavice, 2009). Serisin merupakan bahan biopolimer yang ramah lingkungan yang telah banyak digunakan pada banyak industri, serta dalam produksi biomaterial fungsional (Rangi dkk, 2015). Penelitian yang dilakukan Mahulauw (2015) menunjukkan bahwa penambahan konsentrasi serisin sebesar 0,32% dapat meningkatkan interaksi sel dengan material tanpa menimbulkan toksisitas. Setiap material memiliki kelebihan dan kelemahan, diharapkan dengan pencampuran komposisi dengan konsentrasi tertentu dapat membuat kelebihan suatu material dapat menutupi kelemahan material yang lain. Salah satu biomaterial yang dikembangkan adalah biokomposit (PMMA/HA/serisin). Pembuatan material biokomposit ini bertujuan untuk membuat implan tulang. Kombinasi dari ketiga bahan diharapkan dapat saling melengkapi sebagai bahan implant tulang. PMMA sebagai semen tulang (matriks) untuk memberi kekuatan, hidroksiapatit sebagai bahan yang memiliki karakteristik mirip dengan tulang, dan serisin berfungsi untuk meningkatkan viabilitas sel. Kombinasi dari ketiga material tersebut diharapkan memiliki kekuatan mekanik yang baik. Material pada penelitian ini akan digunakan pada mesin printer tiga dimensi yang telah dimodifikasi untuk mengalirkan pasta dengan sistem pengumpatanan ulir tunggal untuk menghasilkan material dengan kualitas dimensi yang sesuai. Diasumsikan pasta material harus mampu melewati selang dan mengalir membentuk material sebelum mengalami solidifikasi. Sehingga diperlukan suatu material yang memiliki waktu solidifikasi terlama untuk mengisi mesin printer tiga dimensi. Dalam melakukan proses mencari titik optimal atau melakukan optimasi terhadap komposisi bahan tersebut terdapat beberapa metode yang dapat digunakan. Beberapa metode yang dapat digunakan adalah 2 k Factorial Design, Taguchi Method, dan Response Surface Method. Ketiga metode tersebut memiliki perbedaan ketika digunakan untuk melakukan optimasi. Tabel 1.1 menunjukkan

3 3 perbandingan penggunan 2 k Factorial Design, Taguchi Method, dan Response Surface Method. Tabel 1.1 Perbandingan Metode Design of Experiment Parameter 2 k Factorial Design Taguchi Method Responce Surface Method Tujuan Melihat interaksi antar faktor yang sedang diuji Menentukan nilainilai variabel yang independen dari percobaan yang dilakukan Menentukan level dan nilai faktor yang optimal Membentuk fungsi prediksi dalam sistem Kelebihan Dapat mengetahui faktor-faktor yang memberi pengaruh pada respon Dapat mengetahui daerah optimal Dapat mengurangi jumlah percobaan yang dilakukan Dapat menghasilkan optimasi yang lebih akurat, apabila model matematis memenuhi seluruh asumsi statistik Kelemahan Jumlah faktor yang semakin banyak mengakibatkan meningkatnya jumlah percobaan secara drastis Tidak dapat mengetahui interaksi lebih dari 2 faktor Terdapat asumsi statistika dan matematis yang digunakan, sehingga lebih komplek dan rumit Salah satu metode yang dapat digunakan untuk melakukan optimasi adalah 2 k factorial design. Sekain itu penggunaan 2 k Factorial Design juga dapat digunakan untuk mengembangkan komposisi komposit dan penggunaan ANOVA untuk mengevaluasi secara statistik (Tontowi dan Putra, 2015). Selain itu dengan menggunakan metode ini juga dapat mengetahui interaksi antar faktor pada percobaan, serta dapat menentukan efek utama dan efek interaksi pada percobaan

4 4 yang dilakukan. Dalam penggunaan metode ini diharapkan dapat mengetahui faktor apa saja yang dapat memberi pengaruh secara signifikan terhadap respon yang berkaitan. Rancangan eksperimen yang akan digunakan untuk optimasi campuran biokomposit (PMMA, HA, dan serisin) adalah desain faktorial 2 k. Penggunaan metode 2 k factorial design pada penelitian ini tidak akan menimbulkan banyak percobaan, karena hanya terdapat 3 faktor, dimana masing-masing faktor memiliki 2 level, sehingga akan dibutuhkan kombinasi sebanyak 8 (2 3 ). Penelitian ini merupakan kelanjutan dari penelitian Tontowi dkk (2015) untuk mendapatkan komposisi campuran biokomposit yang akan diaplikasikan dalam mesin printer tiga dimensi. Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan komposisi yang optimal dalam hal waktu solidifikasi dan kuat mekanik dari campuran PMMA, HA, dan serisin dengan menggunakan metode 2 k factorial design. 1.2 Rumusan Masalah Banyak material yang dapat digunakan sebagai campuran pembentuk suatu biokomposit, yang diharapkan dapat memenuhi spesifikasi fisik dan mekanik yang terbaik untuk dapat diaplikasikan dalam mesin printer tiga dimensi. Beberapa material yang diharapkan dapat membentuk biokomposit yang sesuai dengan spesifikasi adalah PMMA, HA, dan Serisin, diharapkan dari campuran biokomposit tersebut dapat memaksimalkan kelebihan dari masing-masing material penyusun dan meminimalisasi kelemahan dari setiap material. Maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah optimasi komposisi dari PMMA, HA, dan serisin untuk mendapatkan waktu solidifikasi terlama dan kuat mekanik tertinggi. Dalam melakukan optimasi akan menggunakan metode 2 k factorial design, yang diharapkan akan memberikan kombinasi yang optimal untuk meminimalkan jumlah eksperimen.

5 5 1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini antara lain: 1. Objek Penelitian yang diteliti adalah komposisi campuran biokomposit (PMMA/HA/Serisin). 2. Parameter yang digunakan adalah kuantitas dari PMMA (g), HA (g), dan serisin (g). 3. Penelitian yang dilakukan berbasis eksperimen dengan menggunakan alatalat yang terdapat pada Laboratorium Bioceramics, Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada. 4. Penelitian hanya dilakukan untuk pegujian waktu solidifikasi dan kuat mekanik berupa Diametral Tensile Strength (DTS). 5. Eksperimen dan pengolahan data dilakukan dengan menggunakan metode desain factorial 2 k. 1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini memiliki beberapa tujuan antara lain: 1. Mengetahui komposisi optimal campuran material biokomposit (PMMA/hidroksiapatit/serisin) yang memiliki waktu solidifikasi terlama. 2. Mendapatkan model matematis komposisi optimal campuran biokomposit (PMMA/hidroksiapatit/serisin) yang memiliki waktu solidifikasi. 3. Mengetahui komposisi optimal campuran material biokomposit (PMMA/hidroksiapatit/serisin) yang memiliki kuat mekanik tertinggi dalam hal ini adalah Diametral Tensile Strength (DTS). 4. Mendapatkan model matematis komposisi optimal campuran material biokomposit (PMMA/hidroksiapatit/serisin) yang memiliki kuat mekanik tertinggi. 5. Mengetahui faktor-faktor yang memberi pengaruh secara signifikan terhadap waktu solidifikasi dan kuat mekanik.

6 6 6. Mengetahui kombinasi faktor yang menghasilkan respon waktu solidifikasi terlama dan kuat mekanik tertinggi. 1.5 Manfaat Penelitian Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1. Menjadi acuan dalam pengujian selanjutnya seperti pengujian biodegradasi, ketahanan aus, dan uji toxicity. 2. Menjadi bahan pertimbangan untuk membuat bahan implant tulang menggunakan material biokomposit (PMMA/HA/Serisin). 3. Memberikan pengetahuan mengenai metode factorial desain dalam melakukan optimasi untuk campuran komposisi material biokomposit (PMMA/HA/Serisin)