Hidroksiapatit (HA) dengan rumus kimia [Ca10(PO4)6(OH)2] merupakan salah satu bahan yang paling efektif digunakan dalam bidang orthopedic sebagai bahan bone repair. Yakni, untuk memperbaiki bagian tulang yang rusak, baik karena kecelakaan maupun penyakit.
Dalam fungsinya sebagai bone repair, HA dapat dibuat dalam bentuk serbuk sebagai bone filler, bentuk scalfold berpori, maupun bentuk lapisan yang melapisi logam implan prostesis. HA bersifat osteokonduksi dan osteointegrasi. Sifat osteokonduksi HA ditunjukkan dengan kemampuannya dalam membantu proses kalsifikasi tulang. Sedangkan sifat osteointegrasi ditunjukkan dengan terjadinya pertautan antarmuka material tersebut dengan jaringan tulang.
Mengingat fungsi HA yang beragam tersebut, perlu dibuat HA berukuran nanometer sehingga dapat mempercepat proses osteokonduksi dan osteointegrasi pada jaringan tulang. Partikel berukuran nanometer menyediakan proporsi dari permukaan atomnya menjadi lebih luas dan jika dilakukan kompaksi pada bahan berukuran nano, maka struktur bahan akan lebih kompak dibandingkan dengan bahan berukuran mikro.
Ada dua proses umum untuk mendapatkan suatu material berukuran nanometer. Proses pertama, yaitu dengan memecah bahan yang lebih besar menjadi potongan yang lebih kecil secara mekanik, kimia, ataupun bentuk energi lainnya yang biasa kita sebut sebagai proses top down. Proses kedua, yaitu dengan mensintesis bahan dari bentuk atom atau molekul melalui reaksi kimia yang biasa kita sebut sebagai proses bottom-up. Melalui proses tersebut, kita dapat mengendalikan ukuran partikel, bentuk partikel, distribusi partikel, komposisi partikel, dan tingkat aglomerasi partikel.
Pada proses top down, material yang semula berukuran mikrometer dihaluskan sehingga diperoleh ukuran material yang lebih halus. Proses ini dilakukan dengan beberapa metode di antaranya, yaitu high energy milling (HEM), pengolahan kimia mekanik, etching, ledakan elektro, sonifikasi, sputteringI, dan ablasi laser. Proses ini dilakukan dalam suasana inert atau vakum.
High Energy Milling (HEM) adalah metode yang lebih praktis untuk menghasilkan material berukuran nano yang dapat dikembangkan dalam skala besar. Hampir semua jenis material logam dan keramik dapat dihaluskan dengan metode HEM. Tujuannya, selain untuk memperkecil ukuran partikel juga membuat struktur permukaannya lebih baik, mempercepat proses osteokonduksi dan osteointegrasi serta menstimulasi aktivitas osteoblast untuk pembentukan sel-sel tulang yang baru.
Teknik Milling adalah teknik penghancur melalui sistem pengocokan yang membuat luas permukaan sampel menjadi lebih luas dengan energi tumbukan yang terus-menerus terjadi antar bola-bola dan dinding vial yang berputar sehingga ukuran partikel sampel yang dihasilkan lebih kecil. Teknik inisangat sederhana dan efektif untuk menumbuhkan kristal padat tanpa melalui sintesis kimia seperti yang dilakukan pada umumnya.
Parameter milling yang mempengaruhi proses milling di antaranya adalah tipe alat milling, rasio bola dengan sampel, ukuran dan jenis material bola, waktu milling, kecepatan milling, temperatur milling, jenis sampel, ukuran material awal, jenis material dari vial, dan lain sebagainya. Semakin banyak bola milling yang digunakan, maka akan semakin kecil partikel yang dihasilkan. Semakin sedikit material yang dimilling, maka semakin cepat kita memperoleh material berukuran nano. Semakin lama waktu milling, maka partikel yang dihasilkan semakin kecil. Keuntungan dari menggunakan HEM adalah memungkinkan untuk menghasilkan regangan yang besar dan memproduksi struktur nanokristal.
Penelitian yang telah kami lakukan adalah membuat ukuran HA dari tulang sotong yang awalnya berukuran mikrometer menjadi berukuran nanometer. Prosedurnya adalah sebagai berikut. Serbuk HA ikan sotong berukuran mikrometer diberi perlakuan milling dengan rasio massa serbuk HA: massa ball milling sebesar 1 : 20 serta variasi waktu milling selama 3 jam, 6 jam, dan 9 jam. Serbuk HA dan ball milling yang terbuat dari alumina ditimbang terlebih dahulu sesuai dengan perbandingan di atas, kemudian keduanya dimasukkan ke dalam vial milling. Mesin HEM diatur waktunya dengan pola variasi waktu yang digunakan, yaitu 10 menit mesin ON kemudian 10 menit selanjutnya mesin OFF selama 1 jam tiap running. Waktu milling tersebut berlaku secara berulang hingga dihasilkan waktu akumulasi sesuai yang ditetapkan.
Hasil dari penelitian ini adalah proses millingmenggunakan HEM dengan kecepatan 350 rpm pada waktu milling yang bervariasi, yaitu 3, 6 dan 9 jam mempengaruhi kristalinitas, ukuran partikel serta compressive strength HA. Semakin lama waktu milling semakinmenurunkan kristalinitas dan ukuran partikel HA.
Hasil TEM menunjukkan bahwa pada waktu milling 9 jam dihasilkan ukuran partikel terkecil hingga 65 nm. Hasil uji viabilitas sel menunjukkan bahwa semua sampel tidak toksik dengan nilai viabilitas sel > 80 persen. Waktu milling 9 jam adalah kondisi optimal dengan ukuran partikel 65 nm dan compressive strength 4,356 MPa yang cocok diaplikasikan sebagai bahan implan tulang cancellous. (*)
Penulis: Aminatun (Departemen Fisika-Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga)
Artikel selengkapnya dapat dibaca pada:
Synthesis of Nanohydroxyapatite from Cuttlefish Bone (Sepia Sp.) Used Milling Method as Bone Repair Material. (Aminatun, Adri Supardi, Zulifah Izzatin Nisa, Dyah Hikmawati, Siswanto): International Journal of Biomaterials Volume 2019, Article ID 1831208, 6 pages
