1. Sintesis Bubuk Hydroxyapatite Bio-Ceramic menggunakan Metode
Hydrotermal
Mutiara Khairunnisa G74120016
Zudah Simaatul Kubra G74120023
Gita Pratiwi G74120037
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

2. P. Hui , S.L. Meena, G. Sing, R.D. Agarawal, S. Prakash Vol.9,No.8
Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering, Vol. 9, No.8, pp.683-692, 2010
jmmce.org Printed in the USA. All rights reserved
Sintesis Bubuk Hydroxyapatite Bio-Ceramic menggunakan Metode Hydrotermal
P. Hui, S.L. Meena, Gurbhinder Singh*, R.D. Agarawal, Satya Prakash
Metallurgical and Materials Engineering Department, Indian Institute of Technology
Roorkee,
India
*Corrosponding Author:gurbhinder@yahoo.com
ABSTRAK
Bubuk Hydroxyapatite bio-keramik disintesis menggunakan limbah kulit telur sebagai
sumber kalsium dengan metode termal. Proses ini dilakukan padasuhu tinggi. Berbeda
fase pada kalsium fosfat diperoleh dengan mengubah perlakuan panas. Hap adalah satu-satunya
apatite yang ada dalam hasil reaksi, bersama dengan fraksi dari senyawa kalsium
lainnya. Hasil akhir ditandai dengan difraksi sinar-X, Scanning elektron
mikroskop (SEM) dan Spektroskopi Fourier Transform Infrared (FT-IR). Analisis termal
(TG-DTA) dilakukan untuk menyelidiki stabilitas termal HAp.
Kata kunci: Hydroxyapatite, cangkang telur, X-ray difraksi, FT-IR, TG-DTA
1. PENDAHULUAN
Hydroxyapatite (HAp) adalah salah satu bahan paling serbaguna yang digunakan
untuk tujuan implantasi karena kesamaannya dengan bahan tulang alami [1] . HAp memiliki
rumus kimia CA₁ₒ (PO₄)₆(OH)₂ atau Ca₅ (PO₄)₃ (OH), dan merupakan unsur pokok
anorganik tulang pada manusia. HAp sintetik telah berhasil digunakan dalam operasi jaringan
keras, karena mampu menjalani ikatan osteogenesis dan relatif tidak larut in vivo [2]. Ini

3. P. Hui , S.L. Meena, G. Sing, R.D. Agarawal, S. Prakash Vol.9,No.8
adalah bahan yang sangat menarik untuk tulang dan implan gigi karena mirip gigi manusia
dan mineral tulang yang terbukti secara biologis kompatibel dengan jaringan ini [3-5].
Banyak penelitian telah menunjukkan bahwa HAp keramik tidak menunjukkan toksisitas,
respon peradangan, dan respon pirogenetik. HAp Memiliki pembentukan jaringan fibrosa
antara implan dan tulang sangat baik, dan memiliki kemampuan untuk obligasi langsung ke
sekumpulan tulang [3]. Hydroxyapatite (HAp) dan bahan kalsium fosfat (CaP) lainnya
menunjukkan sifat bioaktif dan osteokonduktif yang sangat baik karena kesamaan mereka
dengan bahan tulang alami. Lapisan HA meningkatkan ikatan physiochemical langsung
dengan tulang, yang memudahkan dalam mempercepat fiksasi implan dan pengembangan
kestabilan permukaan biomaterial tulang [6]. Meskipun terbukti kemampuan HAp untuk
meningkatkan tulang tambahan, kinerja jangka panjang dibatasi oleh masalah seperti lapisan
adhesi, cepat terputus (kemudian kehilangan ikatan tulang), gangguan kelelahan dan
terbentuknya puing partikulat [7].
Beberapa metode sintesis kimia telah dikembangkan untuk mempersiapkan HAp
menggunakan berbagai jenis Ca dan P sumber [8-11]. Dalam proses sintesis ini, upaya telah
dilakukan untuk mensintesis murni dan biokompatibel HAp bubuk dengan menggunakan
cangkang telur ayam sebagai sumber kalsium. Cangkang ini merupakan 11% dari total berat
telur dan terdiri dari kalsium karbonat (94%), kalsium fosfat (1%), bahan organik (4%) dan
magnesium karbonat (1%).
2. PROSEDUR EKSPERIMEN
Cangkang telur ayam dikumpulkan dalam jumlah besar. Cangkang dibersihkan secara
mekanis dengan air terionisasi dan direbus dalam air selama 20 menit. Mereka kemudian
ditempatkan dalam tungku untuk tiga tahap perlakuan pemanasan. Laju pemanasan dan
waktu perendaman pada tiga tahap ini diberikan dalam Tabel I.

4. P. Hui , S.L. Meena, G. Sing, R.D. Agarawal, S. Prakash Vol.9,No.8
Eksperimental tahapan untuk sintesis ini ditunjukkan pada Gambar. 1.
Pada tahap pertama cangkang dipanaskan upto 450°C pada tingkat pemanasan 7°C / min.
diikuti dengan perendaman selama dua jam pada 450°C. Demikian pula cangkang telur tahap
kedua dipanaskan dari 450-600°C padai tingkat pemanasan 5°C /menit. dan perendaman di
600°C selama dua Jam. Pada tahap akhir cangkang dipanaskan dari 600°C ke 900°C pada
tingkat pemanasan 4°C /menit diikuti dengan perendaman selama satu jam pada 900°C.
Pada suhu 900°C, cangkang telur berubah menjadi kalsium oksida dengan melepaskan
karbon dioksida (CO₂) sesuai dengan persamaan berikut:
CaCO₃ → CaO + CO₂ ↑
CaO yang diperoleh dari kulit telur itu kemudian diubah menjadi HAp dalam larutan fosfat
mengikuti prosedur yang dilaporkan sebelumnya oleh Roy [12], Eric M. Rivera et.al [8] dan
kemudian digunakan oleh orang lain [13].
Sejumlah stoikiometri dari kulit telur kalsinasi didispersikan dalam air suling. Dalam larutan
tri-kalsium fosfat pengadukan bahan reaksi kelas kuat (Merck) dicampur ke dalam cangkang
dikalsinasi pada kontrol ke dalam suspensi dipertahankan pada suhu 90°C. Pencampuran

5. P. Hui , S.L. Meena, G. Sing, R.D. Agarawal, S. Prakash Vol.9,No.8
dilanjutkan dalam waktu yang lamauntuk mencapai campuran larutan yang tepat. Setelah
selesai pencampuran, larutan mengalami perlakuan penyimpanan selama 24 Jam dan
kemudian disaring. Larutan yang disaring selanjutnya diberi perlakuan panas dari uap panas.
Tingkat pemanasan dari 15°C / menit. sampai 650°C, 8°C / menit dari 650°C ke 900°C
diikuti dengan perendaman selama 1 Jam pada 90°C. Uap yang diberikan untuk
mempertahankan adanya H²O selama reaksi. Reaksi yang terjadi seperti:
3Ca₃ (PO₄) ₂ + CaO + H₂O CA₁ₒ (PO₄) ₆ (OH) ₂
Sebagai bubuk disintesis yang diperoleh dari kulit telur mengandung beberapa bagian
kalsium hidroksida dengan kalsium oksida reaksi kemungkinan menjadi:
3Ca3 (PO₄)₂ + Ca (OH)₂ CA₁ₒ (PO₄)₆ (OH)₂

6. P. Hui , S.L. Meena, G. Sing, R.D. Agarawal, S. Prakash Vol.9,No.8
2.1 Karakterisasi Produk
Hasil analisis difraksi X-ray pada Gambar. 2 menunjukkan bahwa puncak intensitas sesuai
dengan JCPDS 37-1497 untuk CaO, dengan senyawa lain seperti Ca (OH) 2, CaCO3.
Berdasarkan hasil pengamatan, perubahan berat berbanding lurus dengan hilangnya gas CO2.
Analisis XRD pada sampel HAp telah dilakukan (Bruker D-8 Advanced, Jerman) pada mode
refleksi dengan radiasi Cu Kα (λ = 1,5405 Å). Data dianalisis dalam rentang 2Ө dari 10°
sampai 80° dengan langkah pemindaian 2° per menit. Hasil menunjukkan bahwa proses
termal CaO dalam larutan fosfat 950°C menghasilkan bahan padat ber warna putih dengan
struktur yang memiliki pori pori-pori yang mempunyai diameter tidak teratur dan mekanik
yang tinggi kekuatan. Difraksi sinar-X dari sampel yang di ada pada Gambar. 3 menunjukkan
beberapa tahap. Fase kristal diidentifikasi sebagai HAp (JCPDS, 9-0432), dengan beberapa
tahapan kalsium oksida (JCPD, 37-1497) dan kalsium hidroksida (JCPDS, 4-0733). Fase-fase
ini mungkin menunjukkan tidak lengkapnya transformasi kalsit, akibat gangguan dari
atmosfer yakni Suhu yang tinggi selama proses reaksi.
Kelompok-kelompok yang menunjukkan HAp dipastikan oleh FT-IR (Fourier transform
infrared spectroscopy) Thermo Nicolet 5700, FTIR. Spektrum FT-IR diperoleh pada rentang
400-4,000 cm-1 menggunakan teknik pelet KBr dengan resolusi spektral 4 cm-1.
Analisis TG-DTA dilakukan dengan Analyzer Termal Perkin Elmer (Pyris Diamond).
Penurunan berat dan stabilitas termal dari sampel juga dievaluasi dari analisis data pada
panas gravimetri. Tingkat pemanasan suhu di udaranya mualai dari 10°C / min sampai
1400°C .

7. P. Hui , S.L. Meena, G. Sing, R.D. Agarawal, S. Prakash Vol.9,No.8

8. P. Hui , S.L. Meena, G. Sing, R.D. Agarawal, S. Prakash Vol.9,No.8
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Spektrum FT-IR pada HAp yang dihasilkan oleh metode hidrotermal ditunjukkan pada Gbr.4
menunjukkan bahwa semua karakteristik Hydroxyapatite [14, 15]. Peregangan Asimetris (v3)
dan bending (v4) PO4
-3 Ion terdeteksi sekitar 1.047,9, dan masing-masing 604,1 dan 566,7
cm-1,. Pada peregangan simetris (v1 dan v2) dari PO4
-3 Ion juga ditemukan di sekitar 961,4
dan 470,4 cm-1.
Pelepasan dan peregangan OH masing-masing terdeteksi pada sekitar 3571 dan 1637cm-1.
Getaran peregangan, dianggap berasal dari CO3
2- di sekitar 1.425,1, dan 876cm-1 [16]. Pita
pada 3.413,3 dan-1637.5cm 1 berdasarkan pada adsorpsi H2O.
Pola XRD HAp ditampilkan dalam Gbr.3, yang menunjukkan puncak refleksi nilai 2Ө yang
luas yaitu dalam kisaran 31.8- 32.5°, yang sesuai dengan fase karakteristik puncak apatit
(menurut JCPDS card # 9-432).
Analisis mikrograf SEM ditampilkan pada Gambar. 6 menunjukkan bahwa sintesis HAp
terdiri dari aglomerat. Bentuk dan ukuran yang hampir sama selalu antara rentang 3μm dan
5μm, dibangun dari partikel halus berukuran sekitar 400 nm. Sebuah partikel halus dengan
bentuk bulat dan semi-bulat telah diamati seperti terlihat pada Gambar (6a). Aglomerat
(Gambar: 6b dan 6c) mempunyai bentuk yang tidak beraturan seperti oval dan bentuk bulat.
Aglomerat sebesar 10μm juga bisa dilihat, namun, ukuran yang biasa terlihat adalah antara 3
dan 5μm. Ada banyak aglomerasi bola dan kristalit dari ukuran nano yang mempunyai pori-pori.
bentuk pori-pori bermanfaat karena akan mengizinkan sirkulasi cairan tubuh seluruh
lapisan bila digunakan sebagai biomaterial.
analisis DTA-TG (Gbr.5) menunjukkan bahwa ada penurunan berat sekitar 6% sampai suhu
380°C dan 10% pada rentang 380°C ke 420°C. Penurunan besar ini menegaskan bahwa
pembentukan Hap ada di sekitar 9% wt. Penurunan diamati sampai 800°C. Di sekitar 800°C
sampai 1400°C tidak ada penurunan berat yang teramati. Kurva hampir stabil pada kisaran
seuhu ini. Hal ini menunjukkan stabilitas termal bubuk HAp.
Berdasarkan hasil penelitian, menunjukkan bahwa stabilitas termal HAp suhu yang diusulkan
berada di luar 1050°C [17]. Pada Kurva DTA ada indikasi puncak tajam endotermik pada
420°C dengan dua puncak kecil lainnya.

9. P. Hui , S.L. Meena, G. Sing, R.D. Agarawal, S. Prakash Vol.9,No.8

10. P. Hui , S.L. Meena, G. Sing, R.D. Agarawal, S. Prakash Vol.9,No.8
4. KESIMPULAN
HAp telah berhasil disintesis menggunakan limbah cangkang telur dengan tri-kalsium fosfat
pada suhu 900°C dan untuk 24 Jam berikutnya menghasilkan pembentukan disintesis HAp.
Sebagaimana yang ditunjukkan pada analisis FT-IR dan XRD, produk ini berbentuk kristal
& DTA-TG menunjukkan stabilitas termal yang baik. Partikel-partikel sebagian besar
berbentuk bulat dengan ukuran nano. metode ini membutuhkan perlakuan suhu yang rendah
(900°C) dibandingkan dengan metode konvensional, dimana Suhu perawatann adalah
1050°C.
Daftar Pustaka
[1] Dean Mo Liu, 1997, “Fabrication of hydroxyapatite with controlled porosity”, Journal of
Material Science: Materials in Medicine, Vol. 8, pp. 227-232.
[2] V. Jokanovi , B. Jokanovi , 2008, “Kinetics and sintering mechanisms of hydro-thermally
obtained hydroxyapatite,Materials Chemistry and Physics,Vol.111, pp. 180–185.
[3] Hench, L.L., 1991, “Bioceramics: From Concept to Clinic”, Journal of American
Ceramics Society, Vol.74, pp. 1487-1510.
[4] Willmann, G., 1993, “Material properties of hydroxylapatite ceramics”, Interceram, 42,
pp. 206-208
[5] Willmann, G., 1996, “Medical grade hydroxyapatite: State of the art”, British Ceram.
Trans.,Vol. 95, pp. 212-216.
[6] Cleries L, Frenadez-Pradas JM,Morenza JL.,1999, “Bone growth on and resorption of
calcium phosphate coatings by pulsed laser deposition”, J. Bio-med Mat. Research
Vol. 49, pp. 43-45.
[7] Sun L, Binnat CC, Gross KA, Kucuk A. Mat.,2001, “Fundamentals and clinical
performance of plasma sprayed hydroxyapatite coatings:A review”, J. Bio-med Mat.
Research, Vol. 58, pp. 570-592.
[8] Eric M. Rivera, Miguel Araiza, Witold Brostow, 1999, “Synthesis of hydroxyapatite from
eggshells”, Materials Letters, Vol. 41, pp. 128–134
[9] K Prabakaran, A Balamurugan, S Rajeswari, 2005, “Development of calcium phosphate
based apatite from hen’s eggshell”, Bull. Mater. Sci., Vol. 28, No. 2, pp. 115–119.

11. P. Hui , S.L. Meena, G. Sing, R.D. Agarawal, S. Prakash Vol.9,No.8
[10] Koumoulidis G C, Vaimakia T C, Sdoukos A T, Boukos N K and Trapalis
C,2001,Preparation of hydroxyapatite lathlike particles using high-speed dispersing
equipment” J. Am. Ceram. Society, Vol. 84, pp. 1203-1208.
[11] Milev A, Kannangara G S K and Ben-Nissan B, 2003, ”Morphology stability of
hydroxyapayite preccursor”, Material Letter, Vol. 57, pp.1960-1965.
[12] R. Roy, 1974, “Hydroxyapatite formed from coral skeletal carbonate by hydrothermal
exchange”, Nature, Vol. 24, pp.220-222.
[13] H. Monma, T. Kamiya, 1987,”Preparation of hydroxyapatite by the hydrolysis of
brushite”, J. Mater. Science, Vol. 22, pp. 42-47.
[14] V. Jokanovic, D. Izvonar, M.D. Dramicanin, B. Jokanovic, V. Zivojinovic, D. Markovic,
B. Dacic, 2006, “Thin films of SiO2 and hydroxyapatite on titanium deposited by
spray pyrolysis, J. Mater. Sci: Mater. Medical, Vol. 17,pp. 539–546.
[15] V. Jokanovic, D. Uskokovic, 2005, “Calcium hydroxyapatite thin films on titanium
substrates prepared by ultrasonic spray pyrolysis”, Mater Transaction, Vol. 46, pp.
228–235.
[16] S. Koutsopoulos, 2002, “Synthesis and characterization of hydroxyapatite crystals: A
reviewstudy on the analytical methods”, Journal of Biomedical Material Research,
Vol. 62, pp. 600-612.
[17] Dean-Mo Liu, T. Troczynski, Wenjea J. Tseng, 2001, “Water-based sol–gel synthesis of
hydroxyapatite: process development”, Biomaterials, Vol. 22, pp.1721-1730