Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
DOI: doi.org/10.21009/SPEKTRA.031.05
PEMBUATAN GRAFT TULANG DENGAN PROSES EKSTRAKSI SENYAWA HIDROKSIAPATIT DARI TULANG KORTEKS SAPI
Anisah 1a), Mutia Delina 1 , Nuning Aisah 2 , Dwi Gustiono 2
1 Prodi Fisika FMIPA UNJ, Jl. Rawamangun Muka No.1, Jakarta 13220
2 Pusat Teknologi Material - BPPT, Gedung 224 kawasan Puspitek Serpong, Tanggerang Selatan 15314 .
Email: a) niesah8mei@yahoo.com

## Abstrak
Pembuatan senyawa hidrosiapatit dari tulang kortek paha sapi dengan proses ekstraksi telah dilakukan. Penelitian  ini  bertujuan  untuk  menghilangkan  senyawa  organik  pada  tulang  sehingga  dapat  digunakan sebagai bahan baku graft tulang. Metode yang digunakan adalah metode kimia dengan merendam tulang di  dalam  larutan  Natrium  Hidroksida  (NaOH).  Pengaruh  variasi  konsentrasi  dan  waktu  perendaman NaOH  terhadap  proses  ekstraksi  tulang  dikaji.  Variasi  konsentrasi  larutan  yang  digunakan  adalah  1M, 2M dan 3M dengan waktu perendaman 30 menit, 60 menit, dan 90 menit di dalam autoklaf bertekanan 1,5 atm dan temperatur 121°C. Hasil rendaman dianalisa dengan FTIR dan menunjukan adanya puncak gugus fungsi zat anorganik P-O, CO 3 2- , dan O-H menyerupai kandungan tulang manusia. Sampel yang direndam pada larutan NaOH pada konsentrasi 1M dan 2M dengan waktu perendaman 30 menit masih ditemukan  gugus  fungsi  C-H,  yang  mengindikasikan  bahwa  serbuk  hidroksiapatit  masih  mengandung material  organik  sehingga  beresiko  pada  reaksi  penolakan  oleh  tubuh  manusia  saat  diimplan.  Namun demikian, serbuk hidroksiapatit yang dihasilkan dengan perendaman pada konsentrasi 3M dengan waktu 30  menit  sudah  tidak  mengandung  unsur  organik,  sehingga  dapat  digunakan  sebagai  bahan  baku  graft tulang.
Kata-kata kunci : hidroksiapatit, kortek tulang sapi, Natrium Hidroksida, ekstraksi, graft tulang.

## Abstract
The extraction of hydroxyapatite compounds from thigh bones cortex has been done. This research was aimed to remove the organic substances in the bones, so that it can be maintained as the raw material of a bone graft. The research employed a chemical method, the bone was soaked in the Natrium Hydroxide (NaOH) solution. The effect of various concentration and duration of bone's immersion in NaOH were also  studied.  The  solution's  various  concentrations  were  1M,  2M  and  3M,  therefore  the  various  of immersion duration were 30 minutes, 60 minutes and 90 minutes in a 1.5 atm autoclave at a temperature of  121o  C.  The  immersion  results  were  studied  throughout  FTIR.  The  results  showed  that  there  were some  peaks  of  the  inorganic  P-O,  CO3  2-    and  O-H  substance  function,  correspond  to  a  human  bone characteristic.  Samples which were immersed in the 1M and 2M of NaOH solution with duration of 30 minutes have yet a C-H functional group. It indicated that the hydroxyapatite powders have yet organic substances,  so  there  is  still  a  risk  of  rejection  by  the  human  body  when  it  is  implanted.  However,  the sample which was immersed in 3M of NaOH solution with duration of 30 minutes has no any organic substances, it can be used as the raw material of a bone graft.
Keywords : Hydroxyapatite, cow bone cortex, Natrium Hydroxide, extraction, bone graft
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## PENDAHULUAN
Kebutuhan bahan biomaterial graft tulang terus meningkat di Indonesia. Graft tulang digunakan di bidang  ortopedik,  opthalmologik  dan  periodontal  untuk  proses  implantasi.  Implantasi  merupakan proses  penggantian  tulang  yang  rusak  untuk  membantu  proses  penyembuhan,  penguatan,  dan perbaikan  fungsi  tulang.  Contohnya  mengganti  tulang  yang  rapuh  karena  kanker  dan  penambalan pada gigi berlubang. Graft tulang yang banyak digunakan adalah jenis autograft, allograft, xenograft dan synthetic graft [1]. Autograft dibuat dari tulang pasien itu sendiri. Autograft memiliki kelemahan karena  jumlah  tulang  pada  tubuh  manusia  sangat  terbatas.  Jika  salah  satu  bagian  diambil  untuk imlantasi  pada  bagian  tubuh  yang  lain  melalui  operasi,  maka  akan  beresiko  secara  klinis  dan berakibat pada kematian. Allograft dibuat dari tulang individu lain dari spesies yang sama, misalnya tulang dari donor manusia yang masih hidup maupun dari donor jenazah. Allograft memiliki resiko autoimun,  yaitu  penolakan  karena  sistem  kekebalan  tubuh  manusia.  Xenograft  dibuat  dari  spesies yang berbeda, misalnya dari limbah tulang ikan [2], limbah tulang paha sapi [3] dan limbah kerang hijau [4]. Synthetic graft dibuat dari bahan sintetik.
Bahan  biomaterial  graft  tulang  yang  sering  digunakan  adalah  hidroksiapatit  (Hap)  atau  kalsium hidroksiapatit.  Hidroksiapatit  merupakan  jenis  material  apatit  [M 10 (XO 4 ) 6 Z 2 ]  dengan  rumus  kimia Ca 10 (PO 4 ) 6 OH 2 [5].  Harganya  sangat  mahal  karena  masih  di  impor  dari  Jepang  dan  Korea. Hidroksiapatit  baru  harus  dikembangkan  untuk  mendapatkan  bahan  graft  tulang  yang  berkuwalitas dengan  harga  yang  murah.  Dengan  menggunakan  bahan lokal  Indonesia biaya dapat  ditekan.  Salah satunya adalah dengan memanfaatkan tulang sapi. Tulang sapi sangat mudah ditemukan, karena sapi merupakan  salah  satu  hewan  ternak  yang  banyak  dikonsumsi  oleh  masyarakat  Indonesia.  Hampir seluruh  bagian  tubuh  sapi  dapat  dimanfaatkan;  daging  untuk  dimakan,  susu  untuk  diminum,  kulit untuk bahan baku tas dan lain sebagainya. Namun demikian tulang sapi belum banyak gunakan dan hanya menjadi limbah. Padahal tulang sapi juga mengandung apatit.
Penelitian  ini  menggunakan  limbah  tulang  sapi  khususnya  bagian  paha  untuk  bahan  baku  graft tulang  hidroksiapatit  (xenograft),  sehingga  diperoleh  bahan  biomaterial  graft  tulang  dengan  harga yang  murah.  Hidroksiapatit  yang  dihasilkan  harus  memiliki  sifat  biokompatibel,  osteokonduktif, bioaktif,  tidak  toksik  dan  tidak  menyebabkan  immonologi  [6].  Biokompatibel  artinya  graft  tulang dapat menyesuaikan dengan tubuh manusia dan tidak menyebabkan imunologi atau reaksi penolakan dari  sistem  kekebalan  tubuh  manusia.  Osteokonduktif  artinya  graft  tulang  dapat  menstimulasi pembentukan dan pertumbuhan tulang. Sedangkan bioaktif artinya bahan graft tulang dapat menyatu dengan  tulang  manusia  dengan  membentuk  suatu  lapisan  apatit  biologis  sehingga  terbentuk  ikatan kimia langsung dengan tulang [7].
Hidroksiapatit dapat diekstrak dari tulang paha sapi dengan menggunakan beberapa metode, yaitu metode  hidrotermal  [8],  presipitasi  [5],  sub-critical  water  [9],  dan  hidrolisis  dengan  basa.  Proses ekstraksi bertujuan untuk menghilangkan zat-zat organik di dalam tulang seperti protein dan lemak. Setiap  tulang  mengandung  sekitar  65%  -  70%  hidroksiapatit  dan  30%  -  35%  zat  organik  (pada keadaan  berat  basah)  [9].  Penelitian  tentang  pengekstraksian  hidroksiapatit  dari  tulang  sapi  yang telah  dilakukan,  antara  lain  oleh  Aida  melakukan  ekstraksi  hidroksiapatit  dari  tulang  paha  sapi dengan metode kombinasi ultrasonik dan spray drying [10], Hilmi melakukan ektraksi hidroksiapatit dari  tulang  paha  sapi  dengan  metode  kalsinasi  dan  menghasilkan  hidroksiapatit  kristalin  [11]. Penelitian ini mengekstrak tulang paha sapi bagian korteks menggunakan metode hidrolisis basa kuat dengan variasi konsentrasi dan waktu perendaman tulang.

## METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang dilakukan adalah hidrolisis atau merendam tulang paha sapi pada larutan basa  kuat.  Langkah  yang  dilakukan  adalah  mengambil  bagian  korteks  tulang  paha  sapi,  membuang kanselusnya,  dan  memotong  sampel  dengan  ukuran  1  x  2  cm.  Selanjutnya  tulang  paha  sapi  dicuci
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
bersih  dengan  air  untuk  menghilangkan  sisa  sum-sum  tulang,  daging,  dan  kotoran  yang  masih menempel. Untuk menghilangkan senyawa organik (protein dan lemak), tulang paha sapi diekstraksi sehingga diperoleh senyawa anorganik berupa mineral apatit.
Cara menghilangkan lemak pada tulang sapi adalah dengan mengsonifikasi tulang tersebut selama 1  jam.  Selanjutnya  tulang  direndam  dalam  larutan  metanol-kloroform  (perbandingan  1:1)  selama  6 jam. Tulang kemudian direbus dalam aquades selama 5 jam dan di presto selama 3 jam.
Untuk  menghilangkan  protein  atau  deproteinisasi,  tulang  direndam  pada  larutan  NaOH.  Pada penelitian  ini  10gram  tulang  direndam  dalam  100  ml  larutan  NaOH  dengan  variasi  konsentrasi larutan  yaitu  1M,  2M,  dan  3  M.  Lama  waktu  perendaman  untuk  masing-masing  sampel  adalah  30 menit,  60  menit,  dan  90  menit.  Perendaman  dilakukan  dalam  autoklaf  pada  temperatur  121°C bertekanan  1,5  atm.  Kemudian  sampel  dinetralkan  sebanyak  4  sampai  dengan  7  kali  penetralan menggunakan aquadest hingga mencapai ph 7, dan disaring menggunakan Buchner.
Tulang  paha  sapi  hasil  deproteinasi  dikeringkan  pada  temperatur  80°C  selama  24  jam  di  dalam oven  untuk  menghilangkan  kandungan  air  yang  masih  terdapat  pada  tulang.  Tulang  yang  sudah kering  lalu  digerus  dengan  menggunakan  alu  dan  mortar  hingga  berbentuk  serbuk.  Sampel  ini kemudian  di  uji  dengan  Fourier  Transform  InfraRed  (FTIR)  untuk  mengetahui  karakteristik  gugus fungsi dari hidroksiapatit yang yang telah terbentuk dari ekstraksi tulang paha sapi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah melalui proses ekstraksi dengan variasi konsentrasi Natrium Hidroksida 1M, 2M, dan 3M dengan  lama  waktu  perendaman  masing-masing  30  menit,  60  menit  dan  90  menit,  tulang  korteks paha sapi kehilangan bobotnya. Hasil pengukuran bobot dapat dilihat pada gambar 1. Tulang korteks paha  sapi  kehilangan  bobot  paling  besar  pada  perendaman  dengan  waktu  30  menit,  yaitu  rata-rata 54,02978%.  Sedangkan  pada  perendaman  dengan  waktu  60  menit  dan  90  menit,  persentase kehilangan  bobot  tulang  rata-rata  sebesar  43,70607%  dan  31,61263%.  Hasil  menunjukan  bahwa semakin lama waktu perendaman tulang maka akan semakin sedikit bobot yang hilang.
GAMBAR 1 . Persentase kehilangan bobot tulang setelah perendaman.
Gambar  2  menunjukkan  hasil  pengujian  FTIR  dari  gugus  fungsi  serbuk  tulang  paha  sapi  yang telah  direndam  dalam  NaOH  konsentrasi  1M,  2M,  dan  3M  dengan  variasi  waktu  perendaman  30 menit, 60 menit, dan 90 menit. Semua sampel memiliki gugus fungsi yang relatif sama yaitu gugus hidroksida (OH), gugus fosfat (PO 4 ), dan gugus karbonat (CO 3 ) yang merupakan zat anorganik dari serbuk tulang sapi. Wave number dari puncak gugus hidroksida (OH), gugus fosfat (PO 4 ), dan gugus karbonat (CO 3 ) dapat dilihat pada tabel 1.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## TABEL 1. Tabel bilangan gelombang  hasil uji FTIR
Dari  hasil  uji  FTIR  terlihat  bahwa  serbuk  tulang  sapi  yang  telah  melalui  proses  perendam  pada larutan  NaOH  dengan  konsentrasi  1M  dan  2M  selama  30  menit  memiliki  spektrum  yang  sedikit berbeda,  yaitu  munculnya wave  number 2980,06 cm -1 dan  2360,44 cm -1 .  Hal  ini  mengindikasikan masih  adanya  zat  organik  pada  serbuk  tulang  yang  dapat  menyebabkan  reaksi  penolakan  pada  saat diimplan dalam tubuh manusia.
GAMBAR 2 . Spektrum hasil uji FTIR serbuk tulang sapi gabungan
Pada hasil uji FTIR juga terdapat serapan khas dari karbonat (CO 3 ) 2- yaitu vibrasi bending/tekuk C-O  pada wave  number 873,29;  873,21;  873,35;  873,48;  873,23;  873,34;  873,49  cm -1 .  Kemudian terdapat  pula  serapan  fosfat  PO 4 3- yaitu  vibrasi  tekuk  asimetris  P-O  pada wave  number 558,23; 558,48;  560,32;  558,46;  559,22;  558,98;  559,51  cm -1 .  Jenis  hidroksiapatit  yang  terbentuk  yaitu hidroksiapatit karbonat. Unsur karbonat biasa terbentuk pada hidroksiapatit yang berasal dari sumber biologi.  Unsur  karbonat  yang  terdapat  pada  hidroksiapatit  menunjukan  bahwa  senyawa  tersebut memiliki sifat bioaktif yang baik [12].
Identifikasi gugus fungsi Daerah wave number (cm -1 ) Wave Number (cm -1 ) 30 menit (1M) 30 menit (2M) 30 menit (3M) 60 menit (1M) 60 menit (2M) 60 menit (3M) 90 menit (1M) 90 menit (2M) 90 menit (3M) Gugus Hidroksil 3600 – 3200 3373,67  3366,52 3363,13  3379,97  3392,69  3361,11  3379,81  3360,67  3376,54 Gugus Fosfat 1100 - 950 1013,52 961,43 1012,58 961,51 1011,88 961,46 1012,73 961,45 1018,66 961,69 1012,83 961,68 1013,32 961,55 1013,05 961,56 1015,10 961,58 Gugus Karbonat 1450 - 1400 1452,52 1413,25 1452,74 1413,56 1452,85 1413,01 1452,52 1412,98 1452,20 1412,73 1452,83 1413,19 1413,41  1413,35  1413,18
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA
GAMBAR 3. Spektrum hasil uji FTIR serbuk tulang sapi konsentrasi NaOH waktu 30 menit (a) 1M dan (b) 2M.

## SIMPULAN
Senyawa  hidroksiapatit  berhasil  diekstraksi  dari  tulang  korteks  paha  sapi.  Tulang  korteks diekstraksi  dengan  perlakuan  perendaman  pada  larutan  NaOH  selama  30,  60  dan  90  menit  dengan variasi  konsentrasi  1M,  2M  dan  3M.  Hasil  pengujian  FTIR  menunjukkan  gugus-gugus  fungsi  zat anorganik yang terbentuk serupa dengan penyusun tulang manusia. Pada ekstraksi dengan perlakuan perendaman larutan NaOH 1M dan 2M selama 30 menit masih terdapat zat organik sehingga belum dapat  digunakan  sebagai  bahan  graft  tulang  karena  beresiko  pada  penolakan  tubuh  manusia  saat diimplan. Sedangkan perendaman tulang korteks pada larutan NaOH dengan konsentrasi 3M selama 30 menit sudah tidak mengandung unsur organik, sehingga dapat digunakan sebagai bahan baku graft tulang.
Spektra: Jurnal Fisika dan Aplikasinya http://doi.org/10.21009/SPEKTRA

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis  menyampaikan  ucapan  terimakasih  kepada  Pusat  Teknologi  Material  BPPT,  Universitas Negeri Jakarta, dan BATAN atas fasilitas dan dukungannya selama proses penelitian.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]   Wirata, I. W, “Bahan Cangkok Demineralized Freeze-Dried Bovine Bone Xenograft (DFDBBX) Dan  Hydroxyapatite  Bovine  Bone  Xenograft”,  Denpasar,  Indonesia:  Skripsi,  Universitas Udayana, 2016.
[2]   M. Boutinguiza, J. R, “Biological hydroxyapatite obtained from fish bones”. Elsevier Material Science and Engineering, 2011.
[3]   Hardja, W. K, “Karakterisasi Sifat Fisika dan Kimia Tulang Korteks Sapi (Bos sondaicus) Hasil Pemanasan  yang  akan  Digunakan  untuk  Transplantasi  Graft  Tulang”,  Jakarta,  Indoneisa: Skripsi, Universitas Pancasila, 2012.
[4]   Sugandi, Siregar, H. A., & Darsini, E, “Pemanfaatan Cangkang Kerang Hijau (Pernia viridis L.) sebagai  Bone  Subtitute  Berporogen  Selulosa  Nata  De  Coco”,  Bogor,  Indonesia:  Institut Pertanian Bogor, 2014.
[5]    Purwasasmita,  B.  S  &  Gultom,  R.  S,  “Sintesis  dan  Karakterisasi  Serbuk  Hidroksiapatit  Skala Sub-Mikron Menggunakan Metode Presipitasi”. Jurnal Bionatura, 2008.
[6]   Sobczak, A, Kowalski, Z & Wzorek, Z. “Preparation of Hydroxyapatite from Animal Bones”. Acta of Bioengineering and Biomechanics, 2009.
[8]   Baco, S. Bambang, L., Joseph, N., Yassin, M. F., & Basri, N. F. “Structural and Composition of Natural  Hydroxyapatite  (HA)  at  Different  Sintering  Temperatures”.  Malaysian  Journal  of Fundamental and Applied Sciences. Malaysia, 2013.
[9]   Barakat, N. A., Khil, M. S., Omran, A., Sheikh, F. A., & Kim, Y. H. “Extraction of Pure Natural Hydroxyapatite  from  the  Bovine  Bones  Bio  Waste  by  Three  Different  Methods”.  Journal  of Materials Processing Technology. 2008.
[10] P., A. R. “Preparasi Hidroksiapatit dari Tulang Sapi dengan Metode Kombinasi Ultrasonik dan Spray Drying”. Skripsi. Depok, Indonesia: Universitas Indonesia, 2012.
[11]  Hilmi,  R.,  &  M,  H.  “Synthesis  of  HYdroxyapatite  from  Local  Bovine  Bones  for  Biomedical Application,”  International  Conference  on  Instrumentation,  Communication,  Information Technology and Biomedical Engineering, 2011.
[12] Sokowati, W. “Isolasi dan Karakterisasi Senyawa Hidroksiapatit dari Tulang Korteks Sapi (Bos taurus),”. Jakarta, Indonesia: Skripsi. Universitas Pancasila, 2014.