Nanomaterial

APA ITU NANAOMATERIAL ?

Nanomateral adalah material yang berukuran sangat kecil yakni berkisar antara (1-100) nm atau bersekala nano.

Apa itu nanoteknologi ?

Nanoteknologi mempunya banyak pengertian

Nanoteknologi atau teknologi rekayasa zat  adalah pembuatan / penggunaan materi / devais pada ukuran sangat kecil, yakni 1-100 nm . devinisi kedua adalah memahami dan mengontrol sesuatu pada dimensi 1-100 nm, dimana fenomena2 unik menghasilkan aplikasi baru. Teknologi nano meliputi pencitraan , pemodelaan , pengukuran, fabrikasi dan memanipulasi sesuatu pada skala nano. Fenomena2 unik yang dapat diamati pada sifat2 magnetik , mekanik , listrik, termal , optik , kimia dan biologi . ketika ukuran butir bahan magnetik diperkecil hingga skala nano , bahan feromagnetik berubah menjadi bahan superparamagnetik . salah satu sifat mekanik bahan adalah kekuatan luluh yaitu batas maksimum kekuatan suatu bahan sebelum mengalami deformasi plastis (berubah bentuk). Jika ukuran butir suatu logam atau keramik lebih kecil dari ukuran butir kritis (<100 nm) , sifat mekanik bahan berubah dari keras menjadi lunak.efek termoelektrik adalah konversi langsung perbedaan temperatur menjadi beda tegangan atau sebaliknya. Efisiensi efek termoelektrik akan meningkat pada bahan beskala nano. Partikel logam/semikonduktor berukuran nano memiliki warna emisi berbeda dibandingkan partikel tersebut dengan ukuran skla mikro.

Jadi intinya dengan nanoteknolgi maka setiap bahan / material akan memungkinkan pengurangan berat disertai dengan peningkatan stabilitas dan meningkatkan fungsionalitas.

Latar Belakang perkembanganan teknologi Nano

Motif sains :

Diantaranya adalah

1. Nanoteknologi atau teknologi rekayasa zat bersekala nanometer atau sepermiliar meter massa pengembangannya belumlah tergolong lama. Munculnya kesadaran terhadap ilmu dan teknologi nano diinspirasi dan didorong oleh pemikiran futuristik dan juga penemuan peralatan pengujjian dan bahan-bahan .Konsepnya pertama kali diperkenalka oleh Richard Feynman , ahli fisika amerika serikat yang kemudian meraih nobel fisika pada 1965 , tepatnya  Pada tanggal 29 Desember 1959 dalam pertemuan tahunan Masyarakat Fisika Amerika (American Physical Society) di Caltech, Richard Phillips Feynman dalam suatu perbincangan berjudul “ There’s plenty of room at the bottom” atau dalam bahasa indonesia nya “Masih banyak ruang dibagian paling Bawah”, hal ini memunculkan suatu isu yaitu permasalahan unutuk memanipulasi dan mengontrol atom (ukuran 0,001 nm) dan molekul (ukuran 0,1 nm) pada dimensi kecil (nanometer).
2. Namun ternyata  teknologi nano telah diteliti terlebih dahulu oleh Profesor Nario Taniguchi dari Tokyo Science University pada tahun 1940, ia mulai mempelajari mekanisme pembuatan nanomaterial dari kristal kuarts, silikon dan keramik alumina dengan menggunakan mesin ultrasonik . selain itu Norio Taniguchi juga dianggap sebgai orang yang pertamakali menciptakan istilah “nanoteknologi” dalam presentasi konfrensi tahun 1974-nya l “konsep dasar yang berjudul ‘Nano Teknologi’ “ .
3. Tahun 1981 :  2 peneliti IBM , Gerg K Binnig dan Heinrich Rohrer (pemenang hadial Nobel Fisika tahun 1986) menemukan Scanning Tunneling Microscope (STM) yang memungkinkan pengamatan topografi permukaan dengan format atom-demi-atom
4. Tahun 1985 : Robert Curl , Harold Kroto, dan Richard Smalley (pemenang hadiah Nobel Kimia tahun 1996) menemukan buckyball/full erene
5. Tahun 1986 : Gerg Binning , Calfin F Quate , dan Christoph Gerber menemukan Atomic Force Microscope (AFM).
6. Perkembangan transistor terutama field-effect transistor (FET) mendorong lebih lanjut kebutuhan akan memperkecil ukuran produk dan miniaturisasi
7. Pada akhirnya, penemuan bahan C60-buckminsterfullerene oleh H.W. Kroto 4 dan carbon nanotubes (CNT) oleh Sumio Ijima 5 semakin meningkatkan kesadaran masyarakat akademik, industri, dan pemerintahan untuk lebih serius mengembangkan ilmu dan teknologi nano.

Motif industri

1. Sebagian orang berpendapat bahwa mikroelektronika sudah sampai pada tingkat saturasi. Dimana tidak ada lagi kemajuan-kemajuan berarti yang akan dicapai .
2. Miniaturisasi material hingga orde molekuler itu dilakukan , antara lain dipicu oleh tuntutan pengecilan ukuran perangkat elektronik dan komputer. Dengan adanya nano itu, rangkaian terpadu atau IC berukuran 1 sentimeter persegi , misalnya , dapat dijejali miliaran transistor sehingga rangkaian tersebut berkapasitas terabyte, bukan lagi gigabyte.
3. Komersialisasi (potensi penerapan nanoteknologi sesungguhnya tidak hanya pada piranti mikroelektronik saja tetapi juga pada berbagai industri membuka peluang aplikasi bahan dan teknologi nano di berbagai bidang , yakni pada produk makanan ,kemasan, mainan anak , peralaatan rumah / kebun , kesehatan , kebugaran, obat-obatan, tekstil, keramik dan kosmetik (Pada kosmetik, ada pelembab berbahan nanosel. Unsur nano ini dapat menutup keriput lebih baik dan mencerahkan wajah) )
4. Peluang mereduksi ukuran komponen-komponen mikroelektronikan untuk meningkatkan densitas komponen dalam satu chip makin pupus
5. Pangsa pasar (maksudnya banyak orang yang lebih menyukai produk berukuran nano , mengapa ? alasanya karena lebih simpel dan efesien ) Penggunaan nanoteknologi dalam dunia komputer telah mengubah ukuran komputer menjadi semakin kecil, namun disertai dengan peningkatan kemampuan dan kapasitasnya. Seperti halnya komputer, telepon genggam juga disempurnakan dengan nanoteknologi, sehingga harganya menjadi semakin murah, tetapi dengan kemampuan dan kapasitas yang jauh lebih baik. Produk-produk lainnya seperti nano-tekstil, nano-keramik, nano-coating, nano-film, nano-farmasi dan sebagainya telah berkembang dan dipasarkan secara luas.  

Karakteristik material dapat menjadi berbeda setelah menjadi nanomaterial ,

1. nanomaterial memiliki surface area yang besar daripada material awalnya. Hal ini dapat meningkatkan reaktifitas kimia dan meningkatkan kekuatan sifat elektronik,
2. efek kuantum yang mendominasi bahan nanoscale terutama pada pengaruh optikal dan sifat magnetik material. Terdapat berbagai fenomena quantum atraktif yang timbul sebagai akibat pengecilan ukuran material hingga ke dimensi nano. Logam platina meruah yang dikenal sebagai material inert dapat berubah menjadi material katalitik jika ukurannya diperkecil mencapai skala nano. Material stabil, seperti aluminium, menjadi mudah terbakar, bahan-bahan isolator berubah menjadi konduktor.

Pembagian nano

a. Nol dimensi

Nanopartikel (oksida logam, semikonduktor, fullerenes)

b. Satu dimensi

Nanotubes, nanorods, nanowires

c. Dua dimensi

Thin films (multilayer, monolayer, self-assembled, mesoporous)

d. Tiga dimensi

Nanokomposit, nanograined, mikroporous, mesoporous, interkalasi, organi-anorganik hybrids..

Sifat-sifat keunggulan

1. Sifat elektrik : Nanomaterial dapat mempunyai energi lebih besar dari pada material ukuran biasa karena memiliki surface area yang besar. Hal ini berkaitan dengan resistivitas elektrik yang mengalami kenaikan dengan berkurangnya ukuran partikel. Contohnya : material yang bersifat isolator dapat bersifat konduktor ketika berskala nano , sedangkan contoh aplikasinya : Batrai logam nikelhibrida terbuat dari nanokristalin nikel dan logam hibrida yang membutuhkan sedikit recharging dan memiliki masa hidup yang lama
2. Sifat magnetik : tingkat kemagnetan akan meningkat dengan penurunan ukuran butiran partikel dan kenaikan spesifik surface area persatuan volume partikel sehingga nanomaterial memiliki sifat yang bagus dalam peningkatan sifat magnet (ketika ukuran butir bahan magnetik diperkecil hingga skala nano , bahan feromagnetik berubah menjadi bahan superparamagnetik). Contohnya : Magnet nanokristalin yttrium-samarium-cobalt memiliki sifat magnet yang luar biasa dengan luas permukaan yang besar .
3. lebih besar bila dibandingkan dengan material dengan ukuran biasa (salah satu sifat mekanik bahan adalah kekuatan luluh yaitu batas maksimum kekuatan suatu bahan sebelum mengalami deformasi plastis (berubah bentuk). Jika ukuran butir suatu logam atau keramik lebih kecil dari ukuran butir kritis (<100 nm) , sifat mekanik bahan berubah dari keras menjadi lunak.Contoh aplikasinya :Apabila material nano digunakan pada cat, akan berefek antigores, antiluntur, dan memantulkan panas. Cat berpartikel nano akan membuat rumah atau kendaraan tetap sejuk meski terpapar sinar matahari.
4. Sifat optik : Sistem nanomaterial memiliki sifat optik yang menarik, yang mana berbeda dengan sifat kristal konvensional. Kunci penyumbang faktor masuknya quantum tertutup dari pembawa elektrikal pada nanopartikel, energi yang efisien dan memungkinkan terjadinya pertukaran karena jaraknya dalam sekala nano serta memiliki sistem dengan interface yang tinggi. Dengan perkembangan teknologi dan material mendukung perkembangan sifat nanofotonik. Dengan sifat optik linier dan nonlinier material nano dapat dibuat dengan mengontrol dimensi kristal dan surface kimia, teknologi pembuatan menjadi faktor kunci untuk mengaplikasikan.Contoh: Electrochromik untuk liquid crystal display (LCD)
5. Sifat kimia : Merupakan faktor yang penting untuk aplikasi kimia nanomaterial yaitu penumbahan surface area yang mana akan mngningkatkan aktivitas kimia dari material tersebut. Contoh aplikasi : Teknologi fuel cell dimana dalam fuel cell digunuakan logam Pt dan Pt-Ru

Karakteristik Nanomaterial 2

Dalam pembahasan karakteristik nanopartikel awal telah disebutkan beberapa efek kunci yang terjadi pada reduksi ukuran benda sampai ke skala nano yaitu: efek permukaan, efek ukuran dan efek kuantum. Kombinasi dari efek – efek tersebut menimbulkan munculnya sifat fisis yang berbeda dari sifat yang dimiliki oleh bulk materialnya. Beberapa perubahan akan dicontohkan dibawah ini.

1. Perubahan struktur kristal.
Misalkan pada senyawa Tantalum. Pada kondisi bulk Ta memiliki struktur kristal kubik, namun ketika ukuran diperkecil maka struktur kristal beralih ke tetragonal. Hal ini dibuktikan oleh hasil analisa menggunakan XRD seperti pada gambar dibawah ini.

2. Sifat termal
Secara umum nanomaterial memiliki titik lebur yang lebih rendah dan panas spesifik yang lebih tinggi dibanding sifat bulk-nya. Kemudian reduksi ukuran ke skala nano akan menurunkan suhu sintering dan suhu pengkristalan dikarenakan kandungan energi permukaannya yang tinggi.

3. Sifat Mekanik
Kekerasan dan kekuatan dari bahan logam dan aloy berukuran nano dapat meningkat sampai dengan satu order diatas ukuran normalnya. Ketika bahan keramik direduksi sampai skala nano sifat duktilitasnya meningkat sangat signifikan.

4.Sifat Listrik
Sifat konduktivitas cenderung mengalami pembalikan ketika terjadi reduksi ukuran. Nanokeramik dan nanokomposit memiliki kecenderungan menghantarkan listrik, sedangkan nanologam menjadi bersifat isolator. Contohnya Cu nanopartikel bersifat isolator sedangkan SiO2 nanopartikel bersifat penghantar listrik yang baik.

5. Sifat katalisis
Nanomaterial cenderung memiliki aktivitas katalisis yang lebih baik. Hal ini disebabkan luas permukaan yang bertambah dan atom diujung – ujung permukaan semakin banyak mengakibatkan bertambahnya reaktivitas dari bahan. Dibawah ini dicontohkan data aktivitas dari logam emas untuk mengkatalis oksidasi CO dengan semakin mengecilnya ukuran partikel.

Masih beberapa sifat – sifat yang lain yang mengalami perubahan atau peningkatan misalnya sifat kemagnetan, sifat optis dan difusi permukaan.

II.  Sifat-sifat keramik

Secara umum kramik merupakan paduan antara logam dan non logam , senyawa paduan tersebut memiliki ikatan ionik dan ikatan kovalen . untuk lebih jelasnya mengenai sifat-sifat kramik berikut ini akan dijelaskan lebih detail.

a. Sifat Mekanik

Keramik merupakan material yang kuat, keras dan juga tahan korosi. Selain itu keramik memiliki kerapatan yang rendah dan juga titik lelehnya yang tinggi. Keterbatasan utama keramik adalah kerapuhannya, yakni kecenderungan untuk patah tiba-tiba dengan deformasi plastik yang sedikit. Di dalam keramik, karena kombinasi dari ikatan ion dan kovalen, partikel-partikelnya tidak mudah bergeser.

Faktor  rapuh terjadi bila pembentukan dan propagasi keretakan yang cepat.Dalam padatan kristalin, retakan tumbuh melalui butiran (trans granular) dan sepanjang bidang cleavage (keretakan) dalam kristalnya. Permukaan tempat putusyang dihasilkan mungkin memiliki tekstur yang penuh butiran atau kasar. Material yang amorf tidak memiliki butiran dan bidang kristal yang teratur, sehingga permukaan putus kemungkinan besar terjadi. Kekuatan tekan penting untuk keramik yang digunakan untuk struktur seperti bangunan. Kekuatan tekan keramik biasanya lebih besar dari kekuatan tariknya. Untuk memperbaiki sifat ini biasanya keramik di-pretekan dalam keadaan tertekan

b. Sifat Termal

Sifat termal bahan keramik adalah kapasitas panas, koefisien ekspansitermal, dan konduktivitas termal. Kapasitas panas bahan adalah kemampuan bahan untuk mengabsorbsi panas dari lingkungan. Panas yang diserap disimpan olehpadatan antara lain dalam bentuk vibrasi (getaran) atom/ion penyusun padatantersebut.

Keramik biasanya memiliki ikatan yang kuat dan atom-atom yang ringan. Jadigetaran-getaran atom-atomnya akan berfrekuensi tinggi dan karena ikatannya kuat maka getaran yang besar tidak akan menimbulkan gangguan yang terlalu banyak padakisi kristalnya.

Sebagian besar keramik memiliki titik leleh yang tinggi, artinya walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik pecah.

c.  Sifat elektrik

Sifat listrik bahan keramik sangat bervariasi. Keramik dikenal sangat baik sebagai solator. Beberapa isolator keramik (seperti BaTiO 3) dapat dipolarisasi dan digunakan ebagai  kapasitor.  Keramik  lain  menghantarkan  elektron  bila  energi  ambangnya dicapai, dan oleh karena itu disebut semikonduktor. Tahun 1986, keramik jenis baru, yakni superkonduktor temperatur kritis tinggi ditemukan. Bahan jenis ini di bawah suhu  kritisnya  memiliki  hambatan  = 0.  Akhirnya,  keramik  yang  disebut  sebagai piezoelektrik  dapat  menghasilkan  respons  listrik  akibat  tekanan  mekanik  atau sebaliknya.

Elektron valensi dalam keramik tidak berada di pita konduksi,sehingga sebagian besar keramik adalah isolator. Namun, konduktivitas keramik dapat ditingkatkan dengan memberikan ketakmurnian. Energi termal juga akanmempromosikan elektron ke pita konduksi, sehingga dalam keramik, konduktivitasmeningkat (hambatan menurun) dengan kenaikan suhu.

Beberapa keramik memiliki sifat piezoelektrik, atau kelistrikan tekan. Sifat ini merupakan bagian bahan “canggih” yang sering digunakan sebagai sensor. Dalambahan piezoelektrik, penerapan gaya atau tekanan dipermukaannya akan menginduksipolarisasi dan akan terjadi medan listrik, jadi bahan tersebut mengubah tekananmekanis menjadi tegangan listrik. Bahan piezoelektrik digunakan untuk tranduser,yang ditemui pada mikrofon, dan sebagainya.

Dalam bahan keramik, muatan listrik dapat juga dihantarkan oleh ion-ion. Sifat ini dapat diubah-ubah dengan merubah komposisi, dan merupakan dasar banyakaplikasi komersial, dari sensor zat kimia sampai generator daya listrik skala besar.Salah satu teknologi yang paling prominen adalah sel bahan bakar.

d.  Sifat Optik

Bila cahaya mengenai suatu obyek cahaya dapat ditransmisikan, diabsorbsi, ataudipantulkan. Bahan bervariasi dalam kemampuan untuk mentransmisikan cahaya, danbiasanya dideskripsikan sebagai transparan, translusen, atau opaque. Material yang transparan, seperti gelas,mentransmisikan cahaya dengan difus, seperti gelasterfrosted, disebut bahan translusen. Batuan yang opaque tidak mentransmisikan cahaya.Dua mekanisme penting interaksi cahaya dengan partikel dalam padatan adalahpolarisasi elektronik dan transisi elektron antar tingkat energi. Polarisasi adalahdistorsi awan elektron atom oleh medan listrik dari cahaya. Sebagai akibat polarisasi,sebagian energi dikonversikan menjadi deformasi elastik (fonon), dan selanjutnya panas.

e. Sifat kimia

Salah  satu  sifat  khas  dari  keramik  adalah  kestabilan  kimia.  Sifat  kimia  dari permukaan keramik dapat dimanfaatkan secara positif. Karbon aktif, silika gel, zeolit, dsb, mempunyai luas permukaan besar dan dipakai sebagai bahan pengabsorb. Kalau oksida logam dipanaskan pada kira-kira 500 C, permukaannya menjadi bersifat asam atau bersifat basa. Alumina g , zeolit, lempung asam atau S 2O 2 – TiO 2 demikian juga berbagai oksida biner dipakai sebagai katalis, yang memanfaatkan aksi katalitik dari titik bersifat asam dan basa pada permukaan.

f. Sifat fisik

Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen dengan material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan keramik biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan terhadap gesekan. Senyawa keramik yang paling keras adalah berlian, diikuti boron nitrida pada urutan kedua dalam bentuk kristal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa digunakan untuk memotong, menggiling, menghaluskan dan menghaluskan material-material keras lain.

III.     Contoh

Keramik adalah  material  anorganik  dan non-metal.  Umumnya  keramik  adalah senyawa antara logam dan non logam.  Untuk mendapatkan sifat-sifat  keramik biasanya diperoleh dengan pemanasan pada suhu tinggi. Keramik:tradisional , modern .

Keramik tradisional :biasanya dibuat dari tanah liat .
Contoh: porselen, bata ubin, gelas dll.

Keramik modern : mempunyai ruang lingkup lebih luas dari keramik tradisional dan mempunyai  efek  dramatis  pada  kehidupan   manusia  seperti pemakaian  pada  bidang  elektronik,  komputer,  komunikasi, aerospace dll.

Read More

BIOMATERIAL HIDROKSIAPATIT

1.1       Biomaterial

Biomaterial Secara umum biomaterial diartikan sebagai material yang ditanam di dalam tubuh manusia untuk mengganti jaringan organ tubuh yang terserang penyakit, rusak atau cacat (Widyastuti, 2009).

Sedangkan menurut Larsson et al (2007), biomaterial adalah suatu material dengan sifat baru yang digunakan sebagai perangkat medis dan mampu berinteraksi dengan sistem biologis. Biomaterial merupakan bidang dengan berbagai disiplin ilmu yang membutuhkan pengetahuan dan pemahaman mendasar dari sifat-sifat material secara umum dan interaksi material dengan lingkungan biologis. Biomaterial alami yaitu; allograft (tulang manusia), xenograft (tulang sapi), dan autograft (tulang dari pasien yang sama) (Dewi, 2009). Menurut Ylien (2006), biomaterial diklasfikasikan ke dalam 4 kelompok kimia antara lain polimer, komposit, logam, dan keramik. Sementara menurut Lobo and Arinzeh (2010), biomaterial diklasifikasikan ke dalam 3 kelompok dalam penggunaanya antara lain biokompabiliti, bionert, dan bioaktif. Biokompabiliti merupakan material yang dapat bertahan tanpa memberikan efek atau kerusakan pada jaringan tubuh (stainless steel), Bioinert merupakan 7 material yang mempunyai lapisan oksida pada permukaan (alumunium zirkonium, titanium, dan material karbon), dan Bioaktif yaitu ketika terdapat ikatan langsung secara biokimia dan biologi. Biomaterial dengan tulang induk melalui pembentuk suatu lapisan apatit pada permukaan biomaterial (keramik kalsium fosfat dan keramik gelas).

1.2       BioKeramik

            Biokeramik Biokeramik adalah keramik yang secara khusus dimanfaatkan untuk memperbaiki dan merekoinstruksi bagian tubuh yang terkena penyakit atau cacat. Menurut Herliansyah dkk (2010), biokeramik merupakan salah satu jenis bahan keramik yang baik sebagai produk yang digunakan dalam kedokteran dan industri, terutama sebagai implant ataupun organ pengganti. Biokeramik memiliki sifat biokompabilitas, stabilitas kimia, ketahanan aus yang tinggi dan memiliki komposisi yang sama dengan bentuk mineral dari jaringan keras dalam tubuh (tulang dan gigi). Berdasarkan adaptasinya biokeramik dibedakan menjadi empat, yaitu; Biokeramik bionert, biokeramik terserap ulang, biokeramik bioaktif, dan biokeramik berpori. Biokeramik bionert biokeramik yang tebal daerah permukaan yang rendah dan antar permukaan biokeramik dengan tebal daerah permukaan tidak terikat secara kimia maupun biologis sehingga sistem pelekatan biasanya hanya secara mekanis. Pada lapisan permukaan akan terbentuk suatu kapsul berserat yang tidak terikat secara baik pada jaringan keras maupun jaringan lunak (alumina dan zirkonia). Biokeramik terserap ulang dirancang untuk resorbsi secara berlahan dalam jangka waktu tertentu secara 8 bersamaan akan digantikan oleh jaringan alamiah baru dengan lapisan antara permukaan yang sangat tipis menstimulas tulang untuk tumbuh pada bahan keramik dan melalui pori-porinya melanjutkan transformasi secara total dari bahan-bahan yang masuk kedalam tulang yang tinggal (trikalsium fosfat). Biokeramik bioaktif memiliki respon biologis khas pada antar permukaan sehingga terbentuk ikatan antar jaringan dan bahan tersebut. Kehasanya adalah dasar materi yang meyerupai komponen inorganik bagian tulang disertai kempuan melarut yang dapat memberian ikatan secara langsung terhadap implant (hidroksiapatit, bioaktif, dan gelas keramik), dan Biokeramik berpori untuk pertumbuhan dalam jaringan yang dikenal biokeramik inert mikropori pada daerah permukaan memiliki pori-pori dalam ukuran mikro dimana terjadi pertumbuhan dan jaringannya ke pori permukaan atau keseluruhan implanasinya (logam berlapis HA). Biokeramik dapat berupa kristal tunggal seperti saffir, polikristal (alumina atau HA, gelas keramik, komposit seperti baja- stailees-gelas diperkuat serat atau politilen HA).

1.3       Hidroksiapatit

            Hidroksiapatit Hidroksiapatit adalah kalsium fosfat yang mengandung hidroksida, anggota dari kelompok mineral dalam tulang (Berlianty, 2011). Hidroksiapatit memiliki kandungan kalsium dan fosfat yang terdapat pada tulang dan gigi, karena memiliki sifat biokompabilitas yang baik pada jaringan manusia serta komposisi kimianya hampir sama dengan tulang (Mondal et al, 2012).

            Hidroksiapatit juga memiliki rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2 dan mempunyai struktur heksagonal dengan parameter kisi a= 9.443Å dan c= 6.875Å serta nisbah Ca/P sekitar 1.67. Kristal apatit mengandung gugus karbon dalam bentuk karbon (Muntamah, 2011). Hidroksiapatit memiliki dua bagian struktur yaitu heksagonal dan monoklinik. Struktur heksagonal terdiri dari susunan gas PO4 tetrahedral yang diikat oleh ion-ion Ca, sedangkan struktur monoklinik dapat dijumpai apabila HA yang terbentuk benar-benar stoikometri. Rasio Ca/P dari HA adalah 1,67 dan densitasnya 3,19 g/ml (Ferraz et al, 2004). Menurut Darwis dan Warastuti (2008) dengan metode basah sekitar 34-37% (Ca) dan 16-20% (P) akan diperoleh rasio Ca/P berkisar antara 1,68 – 1,73 dengan rata-rata 1,69 dan kandungan Ca berkisar 35% dan Fosfat 20%. Dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Struktur Hidroksiapatit (Rivera-Monozq1, 2011). Struktur monoklinik

terjadi karena susunan OH- membentuk urutan OH-OH-OHOHyang membuat parameter kisi b menjadi 2 kali a (Gambar 2.b). Akan tetapi, struktur heksagonal juga dapat diperoleh pada kondisi stoikiometrik jika susunan OH- tidak teratur (Gambar 2.a) (Suryadi, 2011).

Gambar 2. (a) Struktur HA Heksagonal (b) Struktur HA Monoklinik (Corno et al, 2006).

Hidroksiapatit memiliki struktur heksagonal dan merupakan senyawa yang paling stabil diantara berbagai kalsium. Hidroksiapatit sebagai salah satu biokeramik yang dibuat dari bahan alami sebagai penganti tulang (Balgies dkk, 2011). Hidroksiapatit cukup aman digunakan sebagai bahan implant karena sifatnya yang non toxic, cepat membangun ikatan dengan tulang (bioaktif), memiliki biokompatibilitas dengan jaringan sekitar, tidak korosi, dan dapat mendorong pertumbuhan tulang baru dalam strukturnya yang berpori. Namun HA mempunyai kelemahan yaitu bersifat rapuh, tidak bersifat osteoikonduktif, sifat mekanik rendah dan memiliki ketidakstabilan struktur pada saat bercampur dengan cairan tubuh.

1.4       Sifat Hidroksiapatit

            Hidroksiapatit memiliki sifat biokompatibel dan bioaktif. Biokompatibel adalah kemampuan material untuk menyesuaikan dengan kecocokan tubuh penerima, sedangkan bioaktif adalah kemampuan material bereaksi dengan jaringan dan menghasilkan ikatan kimia yang sangat baik (Purnama dkk, 2006). Hidroksiapatit juga memiliki sifat biokompabilitas ke jaringan tulang sangat baik karena kandungan komposisi kimia yang serupa dengan mineral tulang dan gigi (Purmawargapratala, 2011) hidroksiapatit juga bersifat rapuh (Warsatuti dan Abbas, 2011). Menurut Suryadi (2011) sifat hidroksiapatit adalah biokompatibel, bioaktif dan bioserorable. Biokompatibel material yang banyak diaplikasikan pada proses penyembuhan jaringan keras (tulang) yang mengalami kerusakan, juga sebagai pelapis implant yang dimasukkan ke dalam tubuh manusia untuk meningkatkan sifat biokompabilitas. Bioaktif mampu berintegrasi dengan jaringan hidup melalui proses-proses aktif dalam penolakan kembali tulang yang sehat. Bioserorable material akan melarut sepanjang waktu (tanpa memperhatikan mekanisme yang menyebabkan pemidahan material) dan menginzinkan jaringan yang baru terbentuk dan tumbuh pada sembarang permukaan material. Fungsi bioserorable berperan penting dalam proses dinamis pembentuk dan reabsorbsi yang terjadi didalam jaringan tulang. Material bioserorable digunakan sebagai scaffolds atau pengisi (filler) yang meyebabkan mereka berinfiltrasi dan berganti ke dalam jaringan, sedangkan laju solusi dari hidroksiapatit yang memiliki sifat bioaktif dapat bergantung pada beragam faktor, seperti derajat kristalinitas, kuran kristalit, kondisi proses (temperatur, tekanan, dan tekanan parsial air), dan porositas. Hidroksiapatit yang larut dalam larutan asam dan sedikit pada larutan destilasi. Kelarutan pada destilasi meningkat seiring dengan penambahan elektrolit. Kelarutan hidroksiapatit juga akan berubah jika memiliki asam amino, protein, enzim dan senyawa organik lainnya. Sifat kelarutan yang dimiliki hidroksiapatit berhubungan dengan sifat biokompatibel. Laju kelarutan tergantung pada perbedaan bentuk, porositas, ukuran kristal, kristalinitas, dan ukuran kristalit. Hidroksiapatit bereaksi aktif dengan protein, lemak, dan senyawa organik ataupun non-organik lainnya.

1.5       Metode Pembuatan Hidroksiapatit

            Menurut Thamaraiselvi et al (2006) sintesis hidroksiapatit dapat dilakukan enam metode yaitu metode basah, metode kering, metode hidrotermal, metode alkoksida, metode fluks, dan metode sol-gel.. Metode basah menggunakan reaksi cairan dari larutan menjadi padatan, metode ini digunakan karena sederhana dan menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan sedikit kristal atau amorf. Metode kering, menggunakan reaksi padat dari padatan menjadi padatan dan menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan butiran halus dan derajat kristalinitasnya tinggi. Metode hidrotermal, menggunakan reaksi hidrotermal dari larutan menjadi padatan dan menghasilkan hidroksiapatit dengan kristal tunggal. Metode alkoksida, menggunakan reaksi hidrolisa dari larutan menjadi padatan. Metode ini digunakan untuk membuat lapisan tipis (thin flm) dan hidroksiapatit yang dihasilkan mempunyai derajat kristalinitas tinggi. Metode fluks, menggunakan reaksi peleburan garam dari pelelehan menjadi padatan. Metode ini menghasilkan hidroksiapatit kristal tunggal yang mengandung unsur lain seperti; boron apatit, fluorapatit, dan kloroapatit, dan Metode sol-gel, menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan ukuran butir yang relatif homogen dan derajat kristalinitas. Metode yang digunakan dalam pembuatan hidroksiapatit mempengaruhi karakter-karater kristal hidroksiapatit yang diperoleh.

1.6       Aplikasi Hidroksiapatit

Hidroksiapatit (HA) dapat dimodifikasi menjadi berbagai jenis sediaan radiofarmaka sebagai pembawa unsur radionuklida untuk aplikasi terapi rheumatoid arthritis karena mempunyai kemiripan dengan fasa mineral pada matrik tulang (Setiawan dan Basit, 2011). Hidroksiapatit digunakan sebagai bahan pelapis logam yang diimplatasikan kedalam tubuh (Arifianto dkk, 2006). Penggunaan hidroksiapatit dalam aplikasi biomedik telah banyak digunakan antara lain sebagai pembawa obat, scaffold, tulang pengisi dan tulang pengganti. Hidroksiapatit dapat dimanfaatkan sebagai biomedik karena sifat yang dimiliki hidroksiapatit tidak beracun, biokompabilitas, non inflamasi, dan struktur mesori dari hidroksiapatit (Oner et al, 2011). Hidroksiapatit sintetik dapat diperoleh tidak hanya melalui reaski senyawasenyawa sintetik (Dahlan, 2013), dan dapat juga diperoleh dengan mereaksikan senyawa sintetik tersebut dengan senyawa alami (Amrina, 2008). Keunggulan dari hidroksiapatit sintetik adalah bahan yang  mempunyai karakter komposisi fasa dan struktur mikro yang hampir sama dengan tulang manusia (Purnama dkk, 2006). Hidroksiapatit sangat stabil dalam cairan tubuh serta diudara kering atau lembab hingga 1200°C

1.7       Tulang Sapi

            Tulang Sapi Tulang merupakan bagian tubuh atau organ dari suatu individu yang mulai tumbuh dan berkembang sejak masa embrional. Sistem pertulangan merupakan salah satu hasil perkembangan dari sel-sel mesoderm. Pola bangunan tubuh suatu individu ditentukan oleh kerangka yang disusun dari puluhan atau ratusan tulang. Tulang-tulang tersebut membentuk suatu susunan atau kelompok tulang yang disebut dengan kerangka. Tulang-tulang kerangka disebut juga skeleton dalam melaksanakan fungsinya dilengkapi dengan tulang rawan (cartilago) dan ligment (pita pengikat). Kerangka pada ternak termasuk dalam endoskeleton (Anonim A, 2013). Menurut Septimus (1961) tulang merupakan jaringan yang dinamis yang secara terus-menerus dapat diperbaharui dan direkonstruksi. Tulang mempuyai pembuluh darah, pembuluh limfe, dan syaraf. Tulang panjang seperti tulang paha (femur) memiliki bentuk silinder dengan bagian ujung yang membesar. Bagian yang berbentuk silinder disebut diafisis, sedangkan bagian ujung yang membesar terdiri dari tulang berongga dan disebut epifisis. Tulang kering terdiri dari bahan organik dan bahan anorganik dalam perbandingan 2:1. Zat organik oleh panas tidak menyebabkan perubahan stuktur tulang secara keseluruhan, tetapi akan mengurangi berat tulang. Tulang mempunyai dua fungsi utama yaitu sebagai penopang tubuh dan pendukung gerakan. Keduanya merupakan tempat cadangan mineral dan berkaitan dengan metabolisme tubuh, yang disimpan ataupun dikeluarkan setiap kali diperlukan oleh tubuh. Pada pembentukkan tulang, sel-sel tulang keras membentuk senyawa kalsium fosfat dan senyawa kalsium karbonat. Tulang merupakan jaringan hidup, sekitar 15% beratnya terdiri dari sel. Tulang cortical disusun 22% matrik organik, 90-96% kolagen, 69% mineral dan 9% air seperti pada Gambar 3. Mineral tulang biasanya sebagai senyawa kalsium hidroksiapatit dengan stokiometri sempurna. Bentuk utama mineralnya mengandung kalsium kristal apatit dan fosfat, menirukan struktur kristal hidroksiapatit Ca10(PO4)6(OH)2.

Gambar 3. Distribusi komponen penyusun tulang cortical (Liu, 1996).

 Tulang secara alami umumnya terdiri dari 70% mineral anorganik, 20% bahan organik dan 10% air (Toppe et al, 2007). Rangka tubuh sapi terdiri dari 191 hingga 193 ruas tulang (Suryanto, 2009). Tulang mempunyai mineral yang mengandung 35% senyawa organik dan 65% senyawa anorganik (Fakhrijadi, 2013). Tulang sapi memiliki karakteristik mendekati tulang manusia. Hal ini didukung oleh penelitian Aerssens et al (1998) yang membandingkan komposisi dan kepadatan tulang pada tujuh hewan vertebrata yang biasa digunakan dalam penelitian tulang (manusia, anjing, sapi, babi, domba, ayam dan tikus), diketahui bahwa sapi memiliki struktur komposisi yang paling mendekati tulang manusia. Indriyani (2011) juga melakukan penelitian mengenai karakteristik mekanik dan fisik tulang sapi berdasarkan berat hidup. Tulang yang digunakan adalah tulang belakang (metatarsus) sapi dari jenis sapi induk lokal pesisir yang diinseminasi dengan sapi simmental dengan rentang berat hidup 200 kg sampai 500 kg. Dari penelitian yang dilakukan disimpulkan bahwa berat hidup sapi dengan berat 500 kg memiliki kekuatan tarik rata-rata adalah 177,26 MPa. Pada berat yang sama regangan tarik rata-rata adalah 0,11 MPa, modulus elastisitas rata-rata adalah 1,61 GPa, dan ketangguhan rata-rata adalah 9,89 Mj/m3 . Kandungan tulang sapi terdiri dari 93% HA dan 7% β-TCP dengan perlakuan panas memakai suhu 400oC– 1200oC (Ooi et al, 2007). Hidroksiapatit berasal dari tulang sapi telah banyak digunakan untuk mencangkok, memperbaiki, mengisi, pergantian tulang dan pemulihan jaringan gigi karena biokompabilitas yang sangat baik dengan jaringan keras, bioaktivitas merenkonstruksi ulang jaringan tulang yang telah rusak dan di dalam jaringan lunak (Kusrini and Sontang, 2012). Unsur pokok anorganik tulang memiliki kesamaan dengan yang ada pada komposisi hidroksiapatit sintetik. Kristal hidroksiapatit yang berada pada tulang memiliki bentuk yang menyerupai jarum atau batang dengan panjang 40-60 nm, lebar 10-20 nm, dan ketebalan 1-3 nm (Mollazadeh et al, 2007). Materil pengganti tulang yang umum digunakan adalah autograft (pergantian sutu bagian tubuh dengan bagian tubuh dengan bagian tubuh lainya dalam satu individu), allograft (pergantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari manusia lain), xenograft (pergantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari hewan). Namun, pengganti tulang ini biasanya tersedia dalam jumlah terbatas (Sopyan et al, 2007).

 Referensi :

1.         http://digilib.unila.ac.id/11962/119/BAB%20II.pdf

2.         Suryadi, Sistesis dan Karakterisasi Biomaterial Hidroksiapatit dengan Proses Pengendapan Kimia Basah , Universitas Indonesia ,2011

Read More