## PERANCAH TULANG BERBASIS KOMPOSIT HIDROKSIAPATIT/SILIKA MELALUI METODE 3D-PRINTING : SEBUAH KAJIAN NARATIF
Evi.J 1* , Siska Oktaviyani 1 , Mahjur 2 dan Fitri Afriani 1
1 Jurusan Fisika, Fakultas Teknik, Universitas Bangka Belitung, Kampus Terpadu UBB, Bangka, 33172, Indonesia
2 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Bangka Belitung, Kampus Terpadu UBB, Bangka, 33172, Indonesia
* e-mail: evi.junaidi0025@gmail.com

## ABSTRAK
Perancah tulang merupakan solusi alternatif yang dikembangkan untuk membantu proses terapi tulang. Salah satu material yang memiliki biokompatibilitas baik dan dapat diaplikasikan sebagai perancah adalah hidroksiapatit (HA). Pengembangan komposit HA/silika bertujuan untuk memperbaiki berbagai karakteristik dari perancah berbasis HA murni. Di dalam artikel ini, dilakukan suatu kajian naratif terkait pemanfaatan cangkang kerang sebagai sumber kalsium dalam sintesis HA dan pasir tailing timah sebagai sumber silika. Berbagai metode sintesis  HA  dan  pemurnian  silika  dikomparasikan  agar  diperoleh  metode  paling  optimal  untuk  menghasilkan  komposit  HA/silika. Selanjutnya,  di  dalam  artikel  ini  juga  dipaparkan  potensi  pemanfaatan  teknologi  3D-printing  dalam  fabrikasi  perancah.  Hal  ini dikarenakan  teknologi  3D-printing  memiliki  prospek  yang  menjanjikan  untuk  dapat  menghasilkan  perancah  dengan  struktur  kompleks secara presisi, mudah dan cepat sehingga dapat memenuhi kebutuhan pasien. Selain itu, dipaparkan pula tantangan dari aplikasi teknologi 3D-printing sehingga dapat memberikan masukan bagi penelitian terkait di masa yang akan datang .
Kata Kunci: Perancah; Hidroksiapatit; Silika, 3D-printing; Material alam

## ABSTRACT
[Title: Hydroxyapatite/Silica  Composite-Based  Bone  Scaffolding  Through  3D-Printing  Method:  A  Narrative Review ] Bone  scaffolding  is  an  alternative  solution  developed  to  assist  the  bone  therapy  process.  One  of  the  materials  with  good biocompatibility and can be applied as a scaffold is hydroxyapatite (HA). The development of HA/silica composites aims to improve various characteristics of pure HA-based scaffolding. In this article, a narrative review is conducted regarding the use of cockle shells as a source of calcium in the synthesis of HA and tin tailings sand as a silica source. Various HA synthesis and silica purification methods were compared to obtain  the  optimal  HA/silica  composites  method.  Furthermore,  this  article  also  describes  the  potential  use  of  3D-printing  technology  in scaffolding  fabrication.  It  is  because  3D-printing  technology  has  a  promising  prospect  for  producing  scaffolding  with  complex  structures precisely, efficiently, and quickly to meet patient needs. Also, we explained the challenges of applying 3D-printing technology to provide input for related research in the future .
Keywords: Scaffold; Hydroxyapatite; Silica; 3D-printing; Natural sources

## PENDAHULUAN
Patah tulang merupakan peristiwa yang kerap ditemui ketika terjadi kecelakaan lalu lintas, bencana alam,  penyakit,  kecelakaan  olahraga  dan  lain sebagainya  (Sya’ban, et  al. ,  2017;  Sagaran, et  al. , 2017). Berdasarkan data Riset Kesehatan Dasar oleh Badan  Penelitian  dan  Pengembangan  Departemen Kesehatan  Republik  Indonesia  (2013),  di  Indonesia tercatat  lebih  dari  20.829  kasus  kecelakaan  dan sebanyak 1.775 orang diantaranya mengalami patah tulang (Kementerian Kesehatan RI, 2013).
Berbagai alternatif penyembuhan tulang telah diaplikasikan seperti autograft , allograft , dan xenograf. Namun ketiga alternatif tersebut dapat menyebabkan komplikasi dalam penyembuhan luka, infeksi,  inflamasi,  penolakan  serta  kelangkaan donor. Selain itu, allograft juga beresiko menularkan
penyakit  seperti  AIDS  dan  hepatitis  (Venkatesan  & Kim,  2010).  Keterbatasan  tersebut  memicu perkembangan  riset  pada  bidang  rekayasa  jaringan dan  menawarkan  perancah  tulang  sebagai  solusi alternatif yang aman (Amin & Ulfah, 2017).
Salah  satu  material  yang  menjanjikan  sebagai bahan  dasar  pembuatan  perancah  tulang  adalah hidroksiapatit (HA) karena memiliki biokompatibilitas  yang  baik  dan  komposisinya menyerupai  mineral  penyusun  tulang  manusia (Ardhiyanto, 2011). Selain itu, hidroksiapatit dapat dikembangkan  menjadi  perancah  berpori  sehingga dapat  mempercepat  proses  terapi  tulang  karena pori-pori  dalam  perancah  akan  menjadi  jalan  bagi proses  penetrasi  sel  dan  distribusi  nutrisi  agar pertumbuhan  tulang  dapat  berjalan  dengan  baik (Ichsan,  2018).  Namun  demikian,    hidroksiapatit
memiliki  kekuatan  mekanik  yang  buruk  (Afriani, et al. ,  2019).  Oleh  karena  itu,  pengembangan perancah  berpori  berbasis  komposit  hidroksiapatit saat  ini  lebih  menarik  dibandingkan  perancah hidroksiapatit murni.
Dalam  beberapa  tahun  terakhir,  telah dilakukan  berbagai  upaya  sintesis  hidroksiapatit berbasis bahan alam (Afriani, et al. , 2019; Afriani, et al. ,  2020).  Sebagai  negara  maritim,  Indonesia memiliki berbagai sumber bahan baku hidroksiapatit yang melimpah salah satunya adalah limbah cangkang kerang  dengan  kandungan  kalsium  yang  tinggi (Balgies, et  al. ,  2011).  Selain  melimpah,  cangkang kerang  memiliki  kandungan  CaCO 3 yang  tinggi, yang  bertransformasi  menjadi  CaO  ketika dikalsinasi.  CaO  merupakan  bahan  utama  dalam pembuatan  hidroksiapatit  (Saryati, et  al. ,  2012).
Kandungan  kalsium  dalam  cangkang  kerang  relatif lebih tinggi dibandingkan berbagai kandidat sumber kalsium lain seperti tulang sapi dan tulang ikan. Kandidat yang dapat digunakan sebagai bahan tambahan dalam HA adalah silika. Silika telah banyak dipelajari  sebagai  bahan  yang  dapat  diterima  oleh tubuh  karena  memiliki  sifat  biokompatibilitas  yang baik (Wang, et al. , 2015).  Hal yang menarik adalah silika dapat diperoleh di lahan tailing pasca-tambang timah,  mengingat  Indonesia,  khususnya  Kepulauan Bangka  Belitung  tergolong  ke  dalam  tiga  besar penghasil  timah  terbesar  di  dunia  (Riogilang  & Masloman,  2009;  Evi.J, et  al. ,  2019;).  Berbagai penelitian juga telah dilakukan untuk meningkatkan kemurnian  timah  seperti  melalui  metode  pelindian asam  (Afriani, et  al. ,  2018)  dan  melalui  metode padatan (Evi.J, et al. , 2019). Kedua metode tersebut dapat menghasilkan silika dengan kemurnian >90%.
Beberapa  metode  yang  lazim  digunakan dalam  fabrikasi  perancah  berpori  adalah  replikasi porogen  (Tripathi  &  Basu,  2012), foaming (Montufar, et al. , 2010), freeze-drying (Afriani, et al. , 2015) dan 3D Printing (Serra, et al. , 2013) . Namun, diantara  metode-metode  tersebut,  metode  3D printing  merupakan  metode  yang  mendapat perhatian  besar  saat  ini  karena  dapat  menyediakan desain  spesifik,  kompleksitas  struktural  tinggi, fabrikasi  yang  cepat  serta  biaya  yang  rendah (Guvendiren, et  al. ,  2016).  Namun  demikian, pemanfaatan metode 3D-printing dalam pengembangan  material  perancah  tulang  berbasis komposit  hidroksiapatit  masih  tergolong  baru sehingga  dibutuhkan  suatu  kajian  yang  dapat merangkum  berbagai  penelitian  yang  telah dilakukan.  Oleh  karena  itu,  di  dalam  artikel  ini dilakukan  kajian  naratif  terkait  pengembangan perancah  berbasis  hidroksiapatit  menggunakan
metode  3D-printing.  Adapun  untuk  memperbaiki karakteristik  hidroksiapatit  dalam  perancah  berpori maka  pada  kajian  ini  juga  dilakukan  pembahasan terutama  untuk  material  perancah  berbasis komposist  hidroksiapatit/silika  dari  tailing  timah. Beberapa  aspek  penting  yang  dibahas  dalam  artikel ini  meliputi:  pengembangan  hidroksiapatit  dari bahan  alam  berupa  cangkang  kerang,  pemurnian silika  dari  tailing  timah,  dan  aplikasi  3D-printing untuk pengembangan perancah.

## KANDUNGAN  DAN  METODE  SINTESIS HIDROKSIAPATIT CANGKANG KERANG a. Kandungan Cangkang Kerang
Beberapa  jenis  kerang  yang  telah  digunakan dalam sintesis HA diantaranya adalah: kerang ale-ale ( Meretrix meretrix ), kerang hijau ( Perna viridis ), kerang darah  ( Anadara  granosa ),  dan  kerang  remis  ( Meretrix casta ).  Pada  dasarnya,  pemilihan  jenis  kerang tersebut,  selain  berdasarkan  pada  kelimpahannya, juga  didasarkan  pada  kandungan  kalsiumnya. Berdasarkan  data  kandungan  cangkang  kerang  pada Tabel  1  tampak  bahwa  cangkang  kerang mengandung  kalsium  lebih  dari  35%  dan  cangkang kerang  darah  ( Anadara  granosa )  memiliki  kalsium tertinggi yakni sebesar 90%.
Tabel 1 . Data kandungan beberapa cangkang kerang
Jenis Kerang Kandungan Kalsium (Ca) Kerang Ale-Ale (Hairunisa, et al. , 2019) 89,887 % Kerang Hijau (Akbar, et al. , 2019) 84 % Kerang Darah (Akbar, et al. , 2019) 90 % Kerang Remis (Kumar & Rangaiyan, 2016) 38,95 %
Melalui  hasil  analisis  difraksi  sinar-x  (XRD) pada  Gambar  1  dapat  diketahui  bahwa  senyawa kalsium  yang  terkandung  pada  cangkang  kerang adalah  CaCO 3 dengan  fasa  aragonite  berstruktur rhombohedral.  Fasa  tersebut  sesuai  dengan  data JCPDS  No.  020179.  Untuk  mendekomposisi karbonat  dalam  senyawa  tersebut  dapat  dilakukan dengan  kalsinasi  pada  temperatur  1000ºC  sehingga tercapai reaksi seperti pada persamaan 1:
CaCO 3 → CaO + CO 2 (1) Fenomena  dekomposisi  tersebut  telah  dikonfimasi melalui penelitian yang dilakukan oleh Singhasiri dan Tantemsapya  (2016)  dengan  pola  XRD  cangkang kerang terkalsinasi seperti ditunjukkan pada Gambar 1.  Adapun  CaO  yang  terbentuk  melalui  proses
kalsinasi tersebut memiliki struktur kubik dan sesuai dengan data JCPDS file no. 061550.
Gambar  1. Pola  XRD  cangkang  kerang  sebelum  dan setelah  kalsinasi  1000ºC  (Singhasiri  &  Tantemsapya, 2016).
Pada  Gambar  2  disajikan  morfologi permukaan  cangkang  kerang  darah  sebelum  dan setelah  kalsinasi  pada  1100ºC.  Citra  SEM  tersebut menunjukkan  bahwa  setelah  dilakukan  kalsinasi partikel-partikel  yang  berkaitan  dengan  CaO memiliki  luas  permukaan  yang  lebih  besar dibandingkan  CaCO 3 .  Selain  itu,  proses  pemanasan pada  temperatur  tinggi  akan  membuat  CaCO 3 bertransfromasi  menjadi  CaO microsphere berpori (Boro, et al. , 2011). Melalui analisis BET diketahui bahwa  cangkang  kerang  setelah  dikalsinasi  memiliki luas permukaan sekitar 4.1 m 2 /g, ukuran pori rata- rata  12  nm  dengan  total  volume  pori  sebesar  0,01 cm 3 /g (Singhasiri & Tantemsapya, 2016).
Gambar 2 . SEM morfologi permukaan cangkang kerang darah: (a) kerang mentah dan (b) kerang setelah kalsinasi 1.100 °C (Saryati, et al. , 2012).
b. Metode  Sintesis  Hidroksiapatit  (HA)
Cangkang Kerang Dan Karakteristiknya Terdapat  beberapa  metode  sintesis  HA  dari cangkang  kerang  seperti:  hidrotermal  suhu  rendah (Muhara, et al. , 2015), presipitasi kimia (Ali, et al. , 2014),  dan  kopresipitasi  (Afriani, et  al. ,  2019).
Namun  demikian,  inti  dari  pemanfaatan  cangkang kerang dalam proses sintesis HA terletak pada aspek
penggunaan serbuk cangkang kerang sebagai sumber kalsium.  Adapun  untuk  mentransformasikan senyawa kalsium oksida menjadi kalsium fosfat dapat dilakukan  melalui  penambahan  senyawa  berbasis fosfat sesuai dengan rasio Ca/P dari HA yaitu: 1,67.
Pada metode hidrotermal yang dilakukan oleh (Azis, et  al. ,  2015)  dapat  disintesis  HA  dengan struktur  kristal  heksagonal  melalui  pemanasan  pada temperatur  140°C.  Adapun  konfirmasi  kesesuaian tersebut  diindikasikan  oleh  pola  XRD  yang  sesuai dengan  pola  XRD  HA  standar (ICDD  01-074- 9780).  Adapun  pada metode  presipitasi  kimia  yang dilakukan  oleh  (Ali, et  al. ,  2014),  HA  dapat disintesis  dengan  cara  mentitrasi  cangkang  kerang yang  telah  dikalsinasi  pada  temperatur  900°C dengan H 3 PO 4 . Hasil pentitrasian tersebut kemudian dipanaskan  pada  temperatur  850 o C.  Hal  ini dikarenakan  pada  suhu  tersebut  HA  sintesis  dengan metode presipitasi kimia menghasilkan puncak yang identik  dengan  HA  komersial  seperti  ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Hasil analisis XRD HA dari cangkang kerang dengan metode presipitasi kimia (Ali, et al. , 2014)
Metode  kopresipitasi  yang  diawali  dengan menghaluskan  kerang  kemudian  dikalsinasi  pada temperatur  1000°C  untuk  menghasilkan  CaO. Serbuk  cangkang  kerang  hasil  kalsinasi  tersebut selanjutnya  ditambahkan  (NH 4 ).2HPO 4 dengan perbandingan  Ca/P=1,67.  Melalui  metode  ini berhasil  disintesis  HA  dengan  kemurnian  tinggi seperti ditunjukkan oleh pola XRD pada Gambar 4 (Afriani, et al. , 2019).
Gambar 4 . Hasil analsis XRD HA dari cangkang kerang dengan metode kopresipitasi (Afriani, et al. , 2020)
Puncak-puncak  pola  XRD  yang  dihasilkan sesuai  dengan  data  standar  HA  dengan  referensi: PDF2-01-084-1998.  Tiga  puncak  tertinggi  yang terkait dengan HA terletak pada sudut 2 θ : 31,99°, 33,09°,  dan  32,39°.  Berdasarkan  kajian  beberapa metode sintesis HA berbasis limbah cangkang kerang yang dipaparkan maka metode yang paling menarik untuk  dikembangkan  lebih  lanjut  adalah  metode kopresipitasi.  Hal  ini  dikarenakan  metode kopresipitasi  dapat  menghasilkan  HA  dengan kemurnian  tinggi  serta  relatif  mudah  untuk diaplikasikan.

## KANDUNGAN  DAN  METODE  PEMURNIAN SILIKA TAILING TIMAH

## a. Potensi  Kandungan  Silika  Tailing Timah
Saat  ini  telah  terdapat  beberapa  jenis  pasir yang  dapat  digunakan  dalam  sintesis  silika  seperti:
Pasir  Sungai  Noeltoko,  Pasir  Pantai  Koka,  Pasir Pantai  Tablolong,  Pasir  Tailing  Pasca  Tambang Timah  dan  Pasir  Pantai  Purus.  Selain  berdasarkan pada  kelimpahannya,  pemilihan  pasir  tersebut  juga didasarkan  pada  kandungan  silika  yang  terdapat dalam  pasir.  Umumnya,  pasir  mengandung  silika dalam  jumlah  yang  relatif  tinggi  seperti  dipaparkan pada  Tabel  2.  Berdasarkan  Tabel  tersebut  tampak bahwa  pasir-pasir  yang  telah  diteliti  memiliki kandungan silika lebih dari 35%. Namun demikian, tampak bahwa pasir tailing timah mengandung kadar silika  tertinggi  dibandingkan  dengan  pasir  jenis lainnya yaitu mencapai 89%.

## Tabel 2. Data kandungan beberapa pasir
Jenis Kerang Kandungan Silika (SiO 2 ) Pasir Sungai Noeltoko
(Sutal, et al. , 2019) 56,12 % Pasir Pantai Koka (Pingak, et al. , 2018) 38,91 % Pasir Pantai Tablolong (Pingak, et al. , 2019) 36,47 % Pasir Tailing Timah (Evi.J, et al. , 2019) 89,35 %
Pasir Pantai Purus (Hayati & Astuti, 2015) 71,701 %

## b. Metode  Pemurnian  Pasir  Silika  dan Karakteristiknya
Terdapat  beberapa  metode  pemurnian  silika dari  pasir  tailing  seperti  metode:  pelindian  asam (Afriani, et al. , 2018), solid-state (Evi.J, et al. , 2019), dan  kopresipitasi  (Hayati  &  Astuti,  2015).  Pada metode pelindian asam yang dilakukan oleh (Afriani,
et  al. ,  2018)  dilakukan  variasi  larutan  asam  yaitu: H 2 SO 4 ,  HNO 3 ,  dan  H 3 PO 4 untuk  mengetahui  jenis asam yang paling optimal untuk meningkatkan kadar silika. Berdasarkan analisis XRF seperti ditunjukkan pada  Gambar  5  tampak  bahwa  HNO 3 merupakan asam  yang  dapat  meningkatkan  kemurnian  silika dalam pasir tailing hingga mencapai >90%. Metode pelindian asam tidak mengubah fasa kristal dari silika tailing  timah  yaitu  tipe  alpha-silica  (PDF2-  01-078- 1253).  Meskipun  metode  pelindian  asam  dapat meningkatkan  kadar  silika  dalam  pasir  tailing  timah namun  metode  ini  menghasilkan  limbah  buangan yang  bersifat  asam  dan  tidak  ramah  lingkungan. Oleh  karena  itu  apabila  metode  ini  ingin diaplikasikan  lebih  lanjut  maka  dibutuhkan  suatu teknologi pengolahan limbah yang baik.
Gambar  5 .  Hasil  analisis    XRF  silika  dari  pasir  tailing timah setelah pelindian asam (Afriani, et al. , 2018).
Pada metode solid-state , pemurnian dilakukan dengan  menggiling  pasir  tailing  bersama  dengan NaOH lalu dipanaskan pada suhu 1000 ᵒ C kemudian ditetesi asam agar terbentuk gel. Metode ini berhasil meningkatkan  kadar  silika  dalam  pasir  tailing  timah menjadi 90,53% dengan data XRD seperti disajikan pada Gambar 6 (Evi.J, et al. , 2019).
Gambar  6 .  Hasil  analisis  XRD  silika  tailing  timah metode solid-state (Evi.J, et al. , 2019).
Adapun  fasa  silika  yang  dihasilkan  dari metode  ini  tidak  mengalami  perubahan  yaitu  tetap memiliki  struktur  tetragonal.  Dibandingkan  dengan metode  pelindian  asam,  metode solid-state dapat menghasilkan  silika  dengan  kemurnian  yang  lebih
tinggi  namun  dengan  penggunaan  bahan  yang  lebih ramah  lingkungan  dan  lebih  ekonomis.  Selain  itu, pengotor dalam bentuk NaCl yang dihasilkan dalam penelitian  ini  relatif  mudah  untuk  dibuang  melalui taHAan pencucian dengan akuades. Oleh karena itu, metode solid-state lebih menarik untuk diaplikasikan pada sintesis komposit HA/silika.

## KARAKTERISTIK  PERANCAH HA/SILIKA
Kelompok bahan individu termasuk polimer, keramik  dan  hidrogel  tidak  dapat  sepenuhnya mereplikasi  sifat  tulang  bila  digunakan  sendiri. Kekurangan  ini  dapat  diatasi  dengan  menambahkan material  yang  mampu  meningkatkan  kekuatan  bagi perancah.  Sebagai  perancah,  material  yang digunakan harus bersifat biokompatibel, osteokonduktif,    osteointegratif,  dan  memiliki kekuatan  mekanis  yang  cukup  untuk  memberikan dukungan struktural selama pertumbuhan tulang dan renovasi (Burg, et al. , 2000).
HA  memiliki  sifat  yang  hampir  sama  dengan karakteristik  tulang  dan  memiliki  biokompatibilitas yang  baik.  Namun  dibalik  kelebihan  tersebut  HA memiliki  beberapa  kelemahan  seperti  sifat  mekanik yang  buruk  (Rapacz-Kmita, et  al. ,  2006).  Oleh karena  itu  diperlukan  material  yang  cocok  untuk mengkompositkan  HA  sehingga  bisa  dijadikan perancah  dengan  karakteristik  yang  lebih  baik dibandingkan  dengan  penggunaan  HA  murni  tanpa dikompositkan.  Silika  (SiO 2 )  merupakan  material yang  kerap  digunakan  untuk  meningkatkan  sifat mekanik suatu komposit. Selain itu, silika diketahui memiliki  sifat  biokompatibilitas  yang  cukup  baik sehingga dapat digunakan sebagai material perancah pada rekayasa jaringan.
Pembuatan  komposit  HA/silika  dapat dilakukan  melalui  pencampuran  secara  langsung dengan m ediasi  air  (Afriani, et  al. ,  2019)  maupun melalui metode sol-gel (Latifi, et al. , 2011). Kedua metode  tersebut  dapat  menghasilkan  campuran  HA dan  silika  yang  tidak  bereaksi  secara  kimia berdasarkan  konfirmasi  dari  pola  XRD  maupun FTIR seperti ditunjukkan pada Gambar 7.
HA yang dikompositkan memiliki keunggulan dengan  sifat  mekanik  yang  lebih  baik  dibandingkan dengan HA murni karena silika dapat meningkatkan kepadatan mineral tulang pada hewan dan manusia. Selain  itu,  komposit  HA/silika  memiliki  sifat bioaktivitas lebih baik bila dibandingkan dengan HA murni (Anitha, et al. , 2017). Kehadiran silika dalam komposit HA/silika juga dapat membantu HA lebih cepat  terdegradasi  karena  silika  secara  efektif  dapat menurunkan  ukuran  kristalit  dari  komposit HA/silika (Latifi, et al. , 2011).
(a)
(b)
Gambar 7 .  (a)  Pola  XRD  komposit  HA/silika (Afriani, et  al. ,  2019)  dan  (b)  hasil  FTIR  komposit  HA/silika (Latifi, et al. , 2011).

## APLIKASI 3D-PRINTING PADA  FABRIKASI
PERANCAH HA/SILIKA a. Cara Kerja 3D-Printing dan Parameter Kunci yang Mempengaruhi
Berbeda dengan metode pemrosesan material konvensional  yang  cenderung  bersifat  substraktif, metode rekayasa material melalui 3D-printing lebih sering  disebut  dengan  metode  aditif.  Hal  ini dikarenakan  dalam  metode  3D-printing,  struktur suatu  material,  dalam  hal  ini  perancah,  dibangun secara  lapis  demi  lapis  atau  bahkan  piksel  demi piksel. Pada awal mula teknologi ini dikembangkan pada  tahun  1993  oleh  MIT,  teknik  3D-printing dilakukan  dengan  memodifikasi  printer  inkjet standar.  Saat  ini  teknologi  3D-printing  dapat dikategorikan  menjadi  tiga  kelompok  yaitu:  3D-
printing berbasis serbuk, 3D-printing berbasis tinta, dan  pencetakan  berbasis  polimer.  Karena  mampu menghasilkan  struktur  yang  kompleks  dengan resolusi tinggi dan dapat menghasilkan produk medis yang  dapat  disesuaikan  dengan  kebutuhan  melalui kombinasi  dengan  teknik  rekonstruksi  citra  maka teknologi 3D-printing memiliki prospek yang sangat menjanjikan  dalam  rekayasa  jaringan  (Liu  &  Yan, 2018).
Teknologi  3D-printing  berbasis  serbuk  pada prinsipnya  bekerja  menggunakan  butiran  serbuk sebagai bahan baku dan perekat serbuk yang biasanya berupa  polimer  atau  dengan  metode  penggabungan termal lainnya. Cara kerja metode ini mirip dengan printer  komersial  yang  dapat  disesuaikan  tingginya (terdapat tambahan sumbu-z) sehingga memungkinkan  untuk  mencetak  struktur  3D.  Pada cartridge  printer  tersimpan  larutan  perekat  sebagai pengganti  pigmen  asli.  Ketika  perekat  tersebut dideposisikan pada butiran serbuk maka hal tersebut akan  merekatkan  dan  membentuk  struktur  yang diinginkan.  Seiring  perkembangannya,  metode  ini terbagi  menjadi  dua  yaitu: selective  laser  sintering (SLS)  dan binder  jetting (BJ).  Namun,  seluruh metode  tersebut  bekerja  pada  prinsip  dasar  yang sama seperti ditunjukkan oleh Gambar 8 (Liu & Yan, 2018).
Gambar 8. Skema cara kerja 3D-printing berbasis serbuk (Limmahakhun, et al. , 2017).
Pada  teknologi  3D-printing  berbasis  tinta metode  pencetakan  dilakukan  dengan  cara mendepositkan  material  yang  bersifat  cair  secara terus  menerus  atau  secara  diskrit  keluar  dari  nozel ke  platform  3D  lapis  demi  lapis.  Metode  ini  secara sederhana ditunjukkan oleh Gambar 9. Berdasarkan karakteristik  tersebut  maka  teknologi  3D-printing berbasis  tinta  lebih  cocok  diterapkan  untuk menghasilkan  material  jaringan  yang  lunak  karena dapat mencetak bio-tinta yang dicampur dengan sel hidup atau berbagai bahan pendukung pertumbuhan sel yang bersifat cair.
Adapun  untuk  metode  3D-printing  berbasis polimerisasi  dilakukan  dengan  cara  pemaparan fotopolimer  cair  dengan  laser  dan  area  pemaparan tersebut dipadatkan melalui reaksi berantai polimer. Proses  pemaparan  tersebut  dilakukan  secara  terus menerus untuk setiap lapisan sehingga struktur 3D- kompleks  dapat  dibangun.  Metode  ini  paling  cocok untuk  menghasilkan  suatu  material  dengan  struktur 3D berbasis bahan polimer (Zheng, et al. , 2016).
Gambar  9. Skema  cara  kerja  3D-printing  berbasis  tinta (Truby & Lewis, 2016).
Gambar  10  merupakan  contoh  perancah  3D yang dilakukan oleh (Leukers, et al. , 2005). Gambar 10(a)  merupakan  struktur  perancah  3D  sedangkan Gambar  10(b)  merupakan  tampilan  detail  struktur saluran interkoneksi dengan diamater 500 μ m.
Gambar  10 .  (a)  Struktur  perancah  3D  dan  (b)  detail struktur  saluran  interkoneksi  dengan  diamater  500 μ m (Leukers, et al. , 2005).
Material  berbasis  3D printing memiliki berbagai  keuntungan  signifikan  dalam  bidang biomedis. Hal ini dikarenakan kemampuannya untuk memproduksi  komponen  dengan  volume  rendah serta  bisa  meyesuaikan  bentuk  dengan  kebutuhan pengguna/pasien  dengan  biaya  murah  dan memberikan  fleksibilitas  yang  cukup  baik (Bandyopadhyay, et  al. ,  2015).  Dengan  demikian, sangat menarik untuk menyiapkan perancah berpori 3D  dengan  permukaan  berstruktur  nano  untuk membantu proses terapi tulang.
b. Potensi Pengembangan Perancah Berbasis  HA/Silika  Menggunakan  3D- Printing
Berdasarkan  cara  kerja  ketiga  jenis  teknologi 3D-printing  yang  telah  dipaparkan  maka  metode yang  paling  memungkinkan  dan  sederhana  untuk dapat  menghasilkan  perancah  tiga  dimensi  berbasis komposit  HA/silika  adalah  metode  3D-printing berbasis  serbuk.  Metode  tersebut  memberikan kemungkinan  untuk  menghasilkan  struktur  3D menggunakan  bahan  berupa  serbuk  yang  dapat terdiri  dari  gabungan  serbuk  HA  dan  serbuk  silika. Adapun  untuk  material  perekat  dapat  dipilih  dari material berbasis PVA atau PLA. Hal ini dikarenakan material  tersebut  tergolong  dalam  polimer  dengan biokompatibilitas  baik  dan  bersifat biodegradable sehingga tidak bersifat toxic apabila tertinggal dalam jumlah  yang  tidak  signifikan  (Gendviliene, et  al. , 2020).  Hal  ini  didukung  oleh  penelitian  yang  telah dilakukan oleh Saijo, et al. (2009) yang memodifikasi printer  inkjet  menjadi  printer  3D  untuk menghasilkan  perancah  berbasis  HA  seperti ditunjukkan oleh Gambar 11.
Gambar  11 .  Tata  letak  proses  3DP  inkjet  ( Shirazi, et al. , 2015).
Untuk dapat menghasilkan paduan serbuk HA dan  silika  dapat  dilakukan  dengan  metode homogenisasi  serbuk  baik  melalui  pencampuran padatan atau dimediasi oleh air. Serbuk HA dengan karakteristik  baik  dapat  dihasilkan  dari  cangkang kerang  dengan  kopresipitasi  dan  serbuk  silika  dapat diperoleh  dari  pasir  tailing  timah  yang  dimurnikan dengan metode solid-state .
Dalam pembuatan desain 3D printing, proses dimulai  dengan  mendesain  bentuk  3D  yang diinginkan.  Perekat dicetak  melalui  cetakan  3D sehingga menghasilkan cetakan sesuai dengan desain dan dilanjutkan dengan mekanisme pelapisan serbuk HA/silika  dari  reservoir  ke  platform.  Perekat diaplikasikan  pada  lapisan  material  serbuk menggunakan microdispensing  valve sesuai  dengan bentuk penampang. Saat pelapisan selesai, bangunan kotak  piston  bergerak  ke  bawah  dengan  ketebalan lapisan  dan  lapisan  baru  material  serbuk  disimpan.
Langkah  ini  diulang  hingga  seluruh  desain  3D terlapisi  oleh  material  serbuk  seperti  ditunjukkan oleh Gambar 12 (Seitz, et al. , 2005).
Proses  desain  struktur  3D-printing  dapat dilakukan  dengan software berbasis  CAD  seperti Sketchup.  Proses  pendesainan  struktur  dapat dilakukan sesuai dengan kebutuhan pasien dan saran dari  para  dokter.  Sebagai  contoh,  pada  Gambar  13 disajikan skema pembentukan struktur 3D perancah yang  telah  penulis  buat.  TaHAan  pertama  dapat dilakukan  dengan  membuat  lapisan  PLA  sebagai material  perekat  dan  sebagai template pembentukan struktur  3D.  Selanjutnya  selapis  demi  selapis dilakukan  pendesaian  lapisan  HA/silika  dan dilanjutkan  kembali  dengan  PLA  secara  terus menerus.  Hasil  dari  proses  pendesainan  ini  dalam bentuk  3D  disajikan  pada  Gambar  14.  Tampak bahwa,  desain  struktur  3D  dapat  dilakukan  secara mudah  sesuai  dengan  kebutuhan  pasien  dan  dapat memenuhi  persyaratan  berpori  yaitu  memiliki  pori dengan  ukuran  100  -  400 μ m  untuk  memastikan vaskularisasi  yang  baik,  nutrisi  pengiriman  dan  sel lampiran / pertumbuhan (Park, et al. , 2011).
Gambar  12 .  Rantai  proses    mulai  dari  persiapan  data, kontrol proses hingga pencetakan 3D (Seitz, et al. , 2005)
Gambar 13 . Pola perancah Ha/silika dan komposisi PLA
(a) (b)
Gambar  14 .  Desain  perancah  3D  HA/silika:  (a)
penampang luar dan (b) penampang dalam

## TANTANGAN DAN PENGEMBANGAN SELANJUTNYA
Meskipun  fabrikasi  perancah  komposit hidroksiapatit  berbasis  cangkang  kerang/silika  pasir tailing timah dengan teknologi 3D-printing memiliki prospek  menjanjikan,  tetapi  terdapat  beberapa tantangan  yang  harus  diselesaikan  agar  metode tersebut  dapat  diaplikasikan  secara  luas.  Beberapa tantangan utama adalah terkait dengan perekat yang digunakan  dan  karakteristik  serbuk  HA/silika  yang digunakan.  Umumnya  perekat  yang  digunakan dalam  proses  fabrikasi  adalah  polimer.  Pada kenyataannya,  tidak  semua  bahan  perekat  polimer dapat  diterima  oleh  tubuh.  Oleh  karena  itu, dikembangkan  suatu  metode  lanjutan  yang  dapat mendekomposisi  dengan  sempurnya  bahan  perekat dalam  suatu  perancah  misalkan  dengan  sintering pada temperatur di atas titik uap/titik leleh material perekat.  Selain  itu,  konsentrasi  perekat  perlu diperhatikan  pada  proses  3D-printing  karena berkaitan dengan tingkat sebaran pada mulut nozel. Terkait karakteristik serbuk HA/silika juga memiliki peranan  yang  sangat  penting  dalam  3D-printing. Serbuk  yang  digunakan  harus  memiliki  ukuran  dan kondisi  yang  sesuai  dengan  kebutuhan  dan kemampuan printer. Apabila ukuran partikel terlalu besar  maka  printer  akan  kesulitan  untuk  mengikuti pola  dengan  presisi  namun  jika  ukuran  partikel terlalu halus maka proses pelapisan dapat memakan waktu  yang  lama.  Begitu  pula  dengan  tingkat kebasahan partikel/serbuk yang harus sesuai dengan kondisi  printer  (Shirazi, et  al. ,  2015).  Selain berkaitan  dengan  kualitas  bentuk  perancah  yang dihasilkan, ukuran partikel serbuk juga mempengaruhi  kekuatan  mekanik  perancah.  Oleh karena  itu,  dibutuhkan  kajian  lanjutan  terkait karakteristik mekanik perancah yang dihasilkan serta berbagai  uji in-vivo dan in-vitro agar  perancah  yang dihasilkan dapat memenuhi seluruh persyaratan yang
telah  ditetapkan  (Hagood, et  al. ,  2002; Bandyopadhyay, et al. , 2015).

## KESIMPULAN DAN SARAN
Perancah  tulang  3D  dapat  disintesis menggunakan  bahan  utama  berupa  komposit HA/silika. HA dapat diperoleh dari serbuk cangkang kerang  melalui  beberapa  metode  seperti  presipitasi kimia,  hidrotermal,  dan  kopresipitasi.  Namun diantara metode-metode tersebut, metode kopresipitasi  dari  cangkang  kerang  darah  memiliki prospek  paling  menjanjikan  mengingat  kadar kalsiumnya  yang  tinggi  dan  metode  tersebut  dapat menghasilkan HA dengan kemurnian tinggi. Adapun sumber  silika  dapat  diperoleh  dari  pasir  tailing setelah  sebelumnya  dimurnikan  dengan  metode solid-state .  Komposit  HA/silika  memiliki  sifat  lebih unggul  dibandingkan  HA  murni  baik  dari  segi bioaktivitas,  kekuatan  mekanik,  serta  sifat biodegradasinya.  Metode  3D-printing  berbasis serbuk merupakan metode yang sangat memungkinkan  untuk  memfabrikasi  perancah  3D dari  komposit  HA/silika.  Dengan  menggunakan software CAD  seperti  Sketchup  dapat  dilakukan pendesaianan  struktur  perancah  3D  sesuai  dengan kebutuhan  pasien  serta  persyaratan  yang  telah ditetapkan.  Namun  demikian,  agar  dapat diaplikasikan  secara  luas  diperlukan  beberapa penelitian  lanjutan  terutama  yang  berkaitan  dengan material  perekat  dan  karakteristik  partikel  serbuk HA/silika.  Hal  tersebut  sangat  penting  untuk menjamin  bahwa  perancah  yang  dihasilkan  tidak hanya sesuai secara struktur namun juga memenuhi persyaratan  sifat  mekanik  dan  biologis/medis melalui pengujian secara in-vivo maupun in-vitro .

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penelitian  ini  didanai  oleh  Kementerian Pendidikan  dan  Kebudayaan  –  Direktorat  Jenderal Pendidikan Tinggi melalui skema PKM-PE 2020

## DAFTAR PUSTAKA
Afriani,  F.,  Dahlan,  K.,  Nikmatin,  S.  &  Zuas,  O., 2015. Alginate affecting the characteristics of porous beta-TCP/alginate composite scaffolds. Journal  of  Optoelectronics  and Biomedical Materials, 7(3), pp. 67-76. Afriani,  F. et  al. ,  2018. Purification  of  silica  from  tin tailing by acid leaching methods. Pangkalpinang, Atlantis Press.
Afriani,  F. et  al. ,  2019.  Synthesis  and characterization  of  hydroxyapatite/silica composites based on cockle shells waste and tin  tailings. IOP  Conference  Series:  Earth  and
Environmental  Science, Volume  353,  p. 012032.
Afriani,  F. et  al. ,  2020.  Synthesis  of  porous hydroxyapatite  scaffolds  from  waste  cockle shells  by  polyurethane  sponge  replication method. Gravity:  Jurnal  Ilmiah  Penelitian  dan Pembelajaran Fisika, 6(1), pp. 28-33. Akbar,  F. et  al. ,  2019.  Sintesis  Ca2P2O7  dari limbah kerang dengan metode solvothermal. Jurnal  Fisika  dan  Aplikasinya, 15(3),  pp.  110- 113.
Ali,  N.  H.  M.,  Subuki,  I.  &  Ismail,  M.  H.,  2014.
Synthesized  Hydroxyapatite  Powder  from Clamshell  via  Chemical  Precipitation Method. Advanced Materials Research , Volume 911, pp. 72-76.
Amin,  A.  &  Ulfah,  M.,  2017.  Sintesis  dan Karakterisasi  komposit  hidroksiapatit  dari tulang  ikan  lamuru  (Sardilnella  longiceps)  - kitosan sebagai bone filler. Jurnal Farmasi UIN
Alauddin Makasar, Volume 5, pp. 9-15. Anitha,  A. et  al. ,  2017.  Bioinspired  Composite Matrix  Containing  Hydroxyapatite − Silica Core − Shell  Nanorods  for  Bone  Tissue Engineering. ACS Applied Materials & Interfaces, 9(32), pp. 26707-26718.
Ardhiyanto,  H.,  2011.  Peran  hidroksiapatit  sebagai bone  graft  dalam  proses  penyembuhan tulang. Stomatognatic  (J.K.G.  Unej), 8(2),  pp. 118-121.
Azis, Y., Jamarun, N., Arief, S. & Nur, H., 2015.
Facile  Synthesis  of  Hydroxyapatite  Particles from  Cockle  Shells  (Anadaragranosa)  by Hydrothermal  Method. Oriental  Journal  of Chemistry, 31(2), pp. 1099-1105.
Balgies,  Dewi,  S.  &  Dahlan,  K.,  2011. Sintesis  dan
Karakterisasi Hidroksiapatit Menggunakan Analisis X-Ray Diffraction. s.l., Balgies. Bandyopadhyay,  A.,  Bose,  S.  &  Das,  S.,  2015.  3D Printing of Biomaterials. MRS bulletin, 40(2), pp. 108-115.
Boro, J., Deka, D. & Thakur, A. J., 2011. A review on  solid  oxide  from  waste  shells  as  catalyst for  biodiesel  production. Renewable  and Sustainable  Energy  Reviews, 16(1),  pp.  904- 910.
Burg,  K.,  Porter,  S.  &  Kellam,  J.,  2000. Biomaterial  developments  for  bone  tissue engineering. Biomaterials, 21(23),  pp.  2347- 2359.
Evi.J, Tiandho, Y., Rafsanjani, R. A. & Afriani, F., 2019.  Purification  of  silica  from  tin  tailings through  solid-state  method. IOP  Conference
Series: Earth and Environmental Science, 353(1), p. 012025.
Gendviliene,  I. et  al. ,  2020.  Assessment  of  the morphology and dimensional accuracy of 3D printed  PLA  and  PLA/HA  scaffolds. Journal of  the  Mechanical  Behavior  of  Biomedical Materials, Volume 104, pp. 1-7.
Guvendiren, M., Molde, J., Soares, R. M. & Kohn, J.,  2016.  Designing  Biomaterials  for  3D Printing. ACS  Biomaterials  Science  &
Engineering, 2(10), pp. 1679-1693. Hairunisa,  Shofiyani,  A.  &  Syahbanu,  I.,  2019. Sintesis kalsium oksida dari cangkang kerang ale-ale  (Meretrix  meretrix)  pada  suhu kalsinasi  700  C. Jurnal  Kimia  Khatulistiwa,
8(1), pp. 36-40.
Hagood,  K.  P.,  Litster,  J.  D.,  Biggs,  S.  R.  & Howes,  T.,  2002.  Drop  Penetration  into Porous  Powder  Beds. Journal  of  Colloid  and Interface Science, Volume 253, p. 353–366. Hayati,  R.  &  Astuti,  2015.  Sintesis  nanopartikel silika dari pasir pantai purus padang sumatera barat  dengan  metode  kopresipitasi. Jurnal Fisika Unand, 4(3), pp. 282-287. Ichsan,  A.  R.,  2018. Simulasi  Prediksi  Pengaruh Degradasi  Implan  Perancah  Tulang  Berpori Terhadap Sifat Mekanis Besi Murni pada Tulang Trabekular, Sumatera  Selatan:  Universitas Sriwijaya. Kementerian  Kesehatan  RI,  2013. Riset  Kesehatan Dasar  (Riskesdas). Jakarta:  Badan  Penelitian dan Pengembangan Kesehatan.
Kumar,  G.  &  Rangaiyan,  V.,  2016.  Chemical  and mineralogical  measurements  on  estuarine clam  meretrix  casta  shells  of  yadayanthittu estuary,  southeast  coast  of  India. The Pharmaceutical and Chemical Journal, 3(1), pp.
142-148.
Latifi,  S.,  Fathi,  M.  &  Golozar,  M.,  2011. Preparation and characterisation of bioactive hydroxyapatite–silica composite
nanopowders via sol–gel method for medical applications. Advances  in  Applied  Ceramics, 110(1), pp. 8-14. Leukers,  B. et  al. ,  2005.  Hydroxyapatite  scaffolds for  bone  tissue  engineering  made  by  3D printing. Journal of Materials Science: Materials in Medicine, 16(12), pp. 1121-1124. Limmahakhun, S. et al. , 2017. Stiffness and strength tailoring of cobalt chromium graded cellular structures  for  stress-shielding  reduction. Materials  &  Design, Volume  114,  pp.  633- 641.
Liu,  J.  &  Yan,  C.,  2018. 3D  printing  of  scaffolds  for tissue engineering. s.l.:Intech Open.
Montufar,  E. et  al. ,  2010.  Foamed  surfactant solution  as  a  template  for  self-setting injectable  hydroxyapatite  scaffolds  for  bone regeneration. Acta  Biomaterialia, Volume  6, p. 876–885.
Muhara,  I.,  Fadli,  A.  &  Akbar,  F.,  2015.  Sintesis
Hidroksiapatit  Dari  Kulit  Kerang  Darah Dengan  Metode  Hidrotermal  Suhu  Rendah.
Jom FTEKNIK, 2(1), pp. 1-5.
Park,  S.  A.,  Lee,  S.  H.  &  Kim,  W.  D.,  2011.
Fabrication of porous
polycaprolactone/hydroxyapatite (PCL/HA) blend scaffolds using a 3D plotting system for bone tissue engineering. Bioprocess Biosyst Eng, Volume 34, p. 505–513.
Pingak,  R.,  Johannes,  A.  &  Lapono,  L.,  2018. Analisis  Potensi  Pasir  Tablolong  Dan  Pasir Koka  Sebagai  Sumber  Silika  Menggunakan Uji XRF Dan XRD. Jurnal Fisika: Fisika Sains dan Aplikasinya, 3(2), pp. 132-136. Pingak,  R.,  Ahab,  A.  &  Baunsele,  S.,  2019. Pemurnian  silika  dari  pasir  tablolong menggunakan  metode  ekstraksi  sederhana.
SAINSTEK, 4(1), pp. 123-136. Rapacz-Kmita,  A., Ś lósarczyk,  A.  &  Paszkiewicz,
Z.,  2006.  Mechanical  properties  of  HA– ZrO2  composites. Journal  of  the  European Ceramic Society, 26(8), pp. 1481-1488. Riogilang, H. & Masloman, H., 2009. Pemanfaatan
Limbah  Tambang  Untuk  Bahan  Kontruksi Bangunan. EKOTON, Volume 9, pp. 96-73. Sagaran,  V.,  Manjas,  M.  &  Rasyid,  R.,  2017. Distribusi  Fraktur  Femur  yang  Dirawat  di Rumah Sakit Dr. M. Djamil, Padang (2010- 2012). J  Kesehatan  Andalas, Volume  6,  p. 586–589.
Saijo,  H. et  al. ,  2009.  Maxillofacial  reconstruction using custom-made artificial bones fabricated by  inkjet  printing  technology. Journal  of Artificial Organs, 12(3), pp. 200-205.
Saryati,  S. et  al. ,  2012.  Hidroksiapatit  berpori  dari kulit  kerang. Jurnal  Sains  Materi  Indonesia, 13(4), pp. 31- 35.
Seitz,  H. et  al. ,  2005.  Three-Dimensional  Printing of Porous Ceramic Scaffolds for Bone Tissue Engineering. Wiley InterScience, pp. 782-78.
Serra,  T.,  Planell,  J.  &  Navarro,  M.,  2013.  High- resolution PLA-based composite scaffolds via 3-D  printing  technology. Acta  Biomaterialia, Volume 9, p. 5521–5530. Shirazi, S. et al. , 2015. A review on powder-based additive manufacturing for tissue engineering:  selective  laser  sintering  and inkjet  3D  printing. Science  and  Technology  of Advanced Materials, Volume 16, pp. 1-20. Singhasiri,  T.  &  Tantemsapya,  N.,  2016.  The utilization  of  waste  egg  and  cockle  shell  as catalysts  for  biodiesel  production  from  food processing  waste  oil  using  stirring  and ultrasonic  agitation. Energy  Sources,  Part  A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 38(21), pp. 3125-3131.
Sutal,  Y.,  Pingak,  R.  K.,  Ahab,  A.  S.  &  Baunsele,
S.,  2019.  Kajian  awal  ekstraksi  silika  dari pasir  Noeltoko  menggunakan  X-Ray Fluoresence. SAINSTEK, 4(1), pp. 75-78. Sya’ban, S., Fatmaningrum, W. & Bayusentono, S., 2017.  The  Profile  of  Fracture  in  Patients Under  17  Years  of  Age  at  RSUD  Dr. Soetomo  in  the  Period  of  2013-2014. J  of Orthopaedic  and  Traumatology  Surabaya,
Volume 6, p. 21–32.
Tripathi,  G.  &  Basu,  B.,  2012.  A  porous hydroxyapatite  scaffold  for  bone  tissue engineering: Physico-mechanical and biological  evaluations. Ceramics  International,
Volume 38, p. 341–349.
Truby,  R.  L.  &  Lewis,  J.  A.,  2016.  Printing  soft matter  in  three  dimensions. Nature, 540(7633), pp. 371-378.
Venkatesan,  J.  &  Kim,  S.,  2010.  Chitosan Composites for Bone Tissue Engineering-An Overview. Marine  Drugs, Volume  8,  pp. 2252-2266.
Wang,  Y. et  al. ,  2015.  Mesoporous  silica nanoparticles in drug delivery and biomedical applications. Nanomedicine:  Nanotechnology, Biology and Medicine, 11(2), pp. 313-327. Zheng,  X. et  al. ,  2016.  Multiscale  metallic metamaterials. Nature  materials, 15(10),  pp.
1100-1106.