Abstrak —Dalam  dunia  kedokteran  jika  terapi  fisik  dan obat-obatan  tidak  dapat  mengatasi  kelainan  atau  kerusakan pada  sendi  rahang  pasien  maka  jalan  satu-satunya  adalah dengan  dilakukan  perawatan  bedah  dengan  mengganti  sendi yang mengalami gangguan dengan prosthesis sebagai pengganti anggota  gerak  yang  hilang.  Dalam  penelitian  ini  digunakan material  hidroksiapatit  dalam  pengujian bending karena memiliki  komposisi  kimia  yang  sama  dengan  jaringan  keras pada manusia seperti gigi dan tulang. Penelitian ini bertujuan mencari nilai tegangan bending maksimum yang bisa diterima oleh  komposit  hidroksiapatit.  Penelitian  ini  dilakukan  dengan mengambil variasi fraksi volume hidroksiapatit 40% HA, 50% HA, 60% HA, dan 70% HA. Setelah itu material di uji bending dengan  menggunakan  standar  ASTM  D790  dengan menggunakan  metode  pengujian three  point  bending .  Dari penelitian ini didapatkan bahwa tegangan bending maksimum sebesar  31.2  Mpa  pada  spesimen  dengan  persentase hidroksiapatit  50%  fraksi volume .  Fraksi  ini  adalah  fraksi yang paling optimal di antara variabel-variabel uji lain.
Kata  Kunci —  ASTM  D790, Bending  test ,  fraksi volume , hidroksiapatit.

## I. PENDAHULUAN
EMPOROMANDIBULAR joint (TMJ)  atau  sendi rahang  memiliki  peran  pada  proses  mengunyah  serta berbicara.  Kelainan  pada  TMJ  dapat  menyebabkan gangguan  pada  kedua  proses  tersebut  selain  itu  dengan bertambahnya  usia  tulang-tulang  tersebut  akan  keropos sehingga bisa retak bahkan patah, tidak hanya pertambahan usia  saja  yang  bisa  merusak  tulang,  jika  tulang  menerima beban  yang  lebih  besar  dari  beban  yang  sanggup  diterima maka tulang tersebut akan patah.
Jika  tulang  sudah  rusak  atau  patah  tentu  saja  kita  tidak bisa  melakukan kegiatan  seperti biasanya, terutama  jika  itu menyangkut tulang-tulang yang digunakan untuk mengkonsumsi  makanan  dan  minuman  tentu  saja  hal tersebut akan berakibat fatal. Tentu kita harus menggantinya dengan  benda  lain  yang  sama  fungsi  dan  sifatnya  dengan tulang tersebut.
Dengan perkembangan ilmu pengetahuan yang berkembang  pesat  saat  ini,  muncul  ilmu-ilmu  baru  yang memadukan beberapa ilmu yang sudah ada. Seperti saat ini yang  banyak  berkembang  adalah  perpaduan  antara  ilmu kedokteran  dengan  ilmu  teknik  yang  disebut  dengan biomechanical . Aplikasi dari bidang ini misalnya persendian buatan  pada  manusia.  Sendi  rahang  atau  sering  disebut
dengan temporomandibular  joint atau  TMJ  adalah  sendi yang  menghubungkan  antara temporal  bone dan  tulang rahang  bagian  bawah  yang  disebut mandible dapat  dilihat pada gambar 1. Salah satu ciri khas dari sendi rahang adalah terdapatnya articular  disc yaitu  sebuah  jaringan  oval  tipis yang  memungkinkan  rahang  untuk  bergerak  secara rotasional dan translasional.
Biomaterial  hidroksiapatit  (HA)  merupakan  biomaterial yang  sangat  sering  dipakai  untuk  aplikasi  medis. Hidroksiapatit memiliki komposisi kimia yang sama dengan
jaringan  keras  pada  manusia  seperti  tulang  dan  gigi. Material  ini  memiliki  beberapa  kelebihan,  diantaranya memiliki  biokompatibilitas  yang  baik  dan  mempunyai kekuatan mekanik yang cukup untuk aplikasi implan tulang. Walaupun  demikian  belum  pernah  ada  kajian  masalah penggunaan  material  hidroksiapatit  untuk  material  sendi rahang buatan.
Irwan Hermawan melakukan penelitian tentang Pengaruh Penyebaran  Hidroksiapatit  (Hap)  Terhadap  Kekuatan Komposit  Matrik  Colophony  (Pine  Resin)  yang  dengan variasi  fraksi  volume  yaitu  1:1,  1:2,  dan  1:3  serta  juga memvariasikan  beban  hidrolik  yang  diberikan  pada spesimen, yaitu 3 ton, 5 ton, dan 20 ton untuk uji tekan [2]. Setelah  melakukan  pengujian  didapatkan  hasil  seperti  pada gambar  2, gambar 3, dan gambar 4  dimana  kekuatan tekan optimal  terdapat  pada  spesimen  dengan  komposisi hidroksiapatit  dan  pine  resin  sebesar  1:1    untuk  semua variasi pembebanan yang diberikan.

## Pengujian Bending Biomaterial Hidroksiapatit dari Tulang Sapi sebagai Prosthesis Sendi Rahang (TMJ) pada Manusia
Hikmah Annur dan Yusuf Kaelani
Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 Indonesia
e-mail : y_kaelani@me.its.ac.id
T
Gambar  1.  Desain  dasar  dari  Groningen prosthesis TMJ,  terdiri  dari bagian fossa , bagian mandibular , dan disc yang bersingungan [1].
Gambar 6. Spesimen uji

## II. METODE PENELITIAN

## A. Sintesis HA dan Pembuatan Komposit
Hidroksiapatit  (HA)  yang  digunakan  pada  penelitian  ini merupakan  hasil  sintesis  dari  tulang  sapi  yang  kemudian digunakan  untuk  pembuatan  spesimen  komposit  yang berpenguat  granular/partikel  [3].  Untuk  mensisntesis  HA, tulang sapi yang didapatkan dari tempat penjualan daging di kota  Surabaya  dibersihkan  terlebih  dahulu  dari  sisa-sisa jaringan lunak berupa otot, ligamen maupun sumsum. Untuk mempermudah pembersihan,  tulang sapi direbus selama  ±2 jam. Proses penghilangan lemak dilakukan dengan merebus
tulang  sapi  yang  telah  dibersihkan  dari  jaringan  lunak selama 30 menit. Proses ini dilakukan berulang-ulang untuk mendapatkan  tulang  sapi  yang  benar-benar  bersih  dari jaringan  lunak  dan  lemak.  Tulang  sapi  yang  benar-benar bersih  kemudian  dikalsinasi  pada  temperatur  900 o C  dan ditahan  pada  temperatur  tersebut  selama  2  jam  untuk menghilangkan  seluruh  unsur  organik  yang  terkandung  di dalam tulang sapi. Hasil dari kalsinasi kemudian dihaluskan untuk  memperoleh  serbuk  HA.  Proses  pembuatan  serbuk hidroksiapatit dapat dilihat pada gambar 5.
Komposit  dibuat  dengan  mencampurkan  HA  serbuk  dan resin unsaturated  polyester berdasarkan  fraksi  volume.
Fraksi volume yang digunakan adalah 40%, 50%, 60% dan 70%  HA.  Untuk  membuat  100  ml  komposit  dengan  40% HA misalnya, maka dibutuhkan 40 ml serbuk HA dan 60 ml resin. Kedua bahan tersebut kemudian dicampur dan diaduk sampai  rata  untuk  memastikan  homogenitas  campuran kemudian  diberi  katalis.  Campuran  tersebut  kemudian dituang  dalam  cetakan  khusus  untuk  membentuk  spesimen dan ditunggu selama ±48 jam sampai komposit benar-benar kering.  Hasil  cetakan  berupa  balok  pejal  dengan  panjang ±96  mm,  lebar  ±19  mm,  dan  tebal  ±5mm.  Spesimen  uji dapat dilihat pada gambar 6.

## B. Pengujian Bending
Pengujian bending pada  penelitian  ini  dilakukan menggunakan  mesin  uji  bending  AUTOGRAPH,  dapat dilihat pada gambar 13 dan menggunakan standar pengujian ASTM  D790  [4],  dimensi  spesimen  uji,  dapat  dilihat  pada gambar 12. untuk mengetahui berapa beban yang maksimal yang  mampu  di  terima  spesimen.  Sebelum  dilakukan pengujian  bending,  dilakukan  pengukuran  pada  panjang, lebar, dan tebal spesimen. Setelah pengujian dilakukan, akan diketahui  berapa  beban  maksimal  yang  mampu  diterima oleh spesimen  yang kemudian akan dihitung nilai kekuatan bendingnya  menggunakan  persamaan  (1).  Keempat  variasi dari  kandungan  HA  (40%,  50%,  60%,  dan  70%)  diuji bending  hingga  patah.  Untuk  masing-masing  persentase,
Gambar 2. Uji kuat tekan spesimen dengan beban 3 ton [2]
Gambar 3. Uji kuat tekan spesimen dengan beban 5 ton [2]
Gambar 4. Uji kuat tekan spesimen dengan beban 20 ton [2]
Gambar 5. Proses pembuatan serbuk HA
tiga  spesimen  diuji  sehingga  total  spesimen  yang  diuji adalah sebanyak 12 spesimen.

## III. HASIL DAN ANALISA
Tegangan  bending  dihitung  berdasarkan  persamaan  (1) dimana σ adalah  tegangan  bending  maksimal  yang  mampu diterima  oleh spesimen  dalam  satuan  Mpa, P adalah  beban maksimal  yang  mapu diterima  oleh spesimen dalam  satuan kgf, L adalah  jarak  dari  penumpu  ( support  span ), b adalah lebar  spesimen  dalam  satuan  mm,  dan d adalah  tebal  dari spesimen dalam satuan mm, dapat dilihat pada gambar 7.
(1)
Gambar  8  menunjukkan  hasil  perhitungan  dari  tegangan bending  maksimal  yang  mampu  diterima  oleh  spesimen. Terlihat bahwa pada spesimen dengan persentase 40%, 50%,
60%,  dan  70%  semuanya  mempunyai  nilai  tegangan bending  yang  fluktuatif  hal  ini  dikarenakan  peletakan spesimen  yang  dilakukan  secara  manual  serta  tidak menggunakan  penjepit  ( chuck )  sehingga  ketika  beban diberikan  ada  kemungkinan  spesimen  bergeser  dan  beban jatuh  tidak  pada  titik  yang  diinginkan.  Selain  itu,  fluktuasi nilai  tegangan  bending  yang  terlihat  pada  gambar  8  juga berkaitan  dengan  proses  pembuatan  spesimen  dimana serbuk  hidroksiapatit  yang  digunakan  tidak  tersebar  merata pada  spesimen  sehingga  mengakibatkan  nilai  tegangan
bending  dari  hasil  pengujian  mempunyai  nilai  yang fluktuatif.
Grafik  perubahan  nilai  tegangan  bending  terhadap kandungan HA dapat dilihat pada gambar 9. Nilai tegangan bending  yang  ditampilkan  pada  gambar  9  merupakan  nilai rata-rata  untuk  masing-masing  variasi  fraksi  volume (persentase  kandungan  HA).  Dapat  disimpulkan  bahwa fraksi  volume  optimal  spesimen  komposit  antara  HA  dan resin unsaturated polyester berada pada 50% fraksi volume.
Untuk  melengkapi  analisa  dan  pembahasan  yang  telah penulis  lakukan  maka  dilakukan  pengambilan  data  foto mikro  pada  spesimen  dengan  mengambil  satu  sampel  dari setiap variasi fraksi volume hidroksiapatit, hasil foto mikro dapat  dilihat  pada  gambar  10  untuk  perbesaran  50x  dan gambar 11 untuk perbesaran 100x.
Gambar 7. Skema dari three point bending test [4].
Gambar 10. Foto mikro perbesaran 50x
Gambar  9.  Hasil  perhitungan  laju  keausan. Dry  sliding adalah  pengujian tanpa lubrikasi dan lubricated adalah pengujian dengan lubrikasi
Dari  gambar  10  dan  gambar  11  dapat  dilihat  semakin besar  persentase  hidroksiapatit  warna  dari  foto  mikro spesimen semakin gelap dan mempunyai jarak ikatan antara serbuk  hidroksiapatit  dan  resin  yang  semakin  rapat,  hal  ini terlihat  pada  perbesaran  50x  maupun  perbesaran  100x. Kemudian  pada  persentase  hidroksiapatit  50%  gambar  foto mikro  terlihat  buram  yang  menunjukkan  serbuk
hidroksiapatit  dan  resin  tercampur  sempurna  sehingga membuat ikatan antara keduanya  semakin kuat dan mampu menghasilkan  tegangan  bending  yang  paling  besar  diantara variabel-variabel lain (40%, 60%, dan 70% hidroksiapatit).

## IV. KESIMPULAN
Nilai tegangan bending maksimum yang mampu diterima material  hidroksiapatit  sebesar  31.2523  Mpa  dan  nilai tegangan  bending  optimal  berada  pada  spesimen  dengan persentase  hidroksiapatit  50%  fraksi  volume.  Hal  ini dikarenakan  hidroksiapatit  dan  resin  tercampur  sempurna sehingga membuat ikatan antara keduanya lebih kuat.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis H. Annur ingin mengucapkan terima kasih kepada Lembaga  Penelitian  dan  Pengabdian  Masyarakat  (LPPM) ITS  yang  telah  membantu  dalam  proses  kalsinasi  untuk pembuatan  serbuk  hidroksiapatit  (HA)  dan  kepada Laboratorium  Dasar  Bersama  Universitas  Airlangga  yang telah  membantu  dalam  pelaksaan  pengujian  bending  untuk pengambilan data.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Louhenapessy,  Jandri.  2010.  Tesis  : Analisa  Statik  dan  Kelelahan Material Condylar Prothesis dari Grongingen Temporomandibular
Joint Prosthesis Menggunakan  Metode  Elemen  Hingga .  Jurusan Teknik Mesin ITS.
[2] Hermawan,  Irwan. Pengaruh  PenyebaranHidroksiapatit  Terhadap Kekuatan  Komposit  Matrik  Colophony  (Pine  Resin) .  19  Desember 2014. http://openstorage.gunadarma.ac.id/PresentasiSidang/irwan%20presen tasi.ppt
[3] Armalia  A.  K.  2008. Analisis  Kristal  dan  Morfologi  Permukaan Komposit  Partikel  Marmer  Kalsit .  Fakultas  Matematika  dan  Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
[4] Annual Book of ASTM Standards, D790. Standard Test Method for Flexural and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials (Metric) . American Society for Testing and Materials (1984).
Gambar 11. Foto Mikro Perbesaran 100x
Gambar. 12. Dimensi Spesimen Uji Bending Gambar 12. Dimensi specimen uji beding
Gambar 13. Mesin uji bending AUTOGRAPH