Teknologi Pembuatan Hidroksiapatit

Seorang pembaca memberikan komentar berikut dalam tulisan saya tentang hidroksiapatit. “Terima kasih info yang diberikan. Ada yang ingin saya ketahui, adakah cara dengan teknologi sederhana dapat membentuk hidroksiapatit untuk implan ortopedi?”

Pada dasarnya, dalam prarancangan pabrik, kita tentu perlu mencari proses yang paling sederhana. Namun berhubung produk yang dikehendaki ditujukan sebagai bahan implan, maka pengolahan dengan teknologi yang mungkin dipandang tidak sederhana akan perlu juga dilakukan. Proses dengan teknologi yang demikian utamanya dilakukan untuk memenuhi spesifikasi produk yang diinginkan. Menurut salah satu sumber, hidroksiapatit yang dipakai untuk kepentingan medis mengikuti standar ASTM F1185-03, sedangkan beta-trikalsium fosfat mengikuti standar ASTM F1088-04a.

Dalam penerapan medis, diketahui bahwa respons tubuh terhadap bahan implan yang berupa kelompok senyawa kalsium fosfat berhubungan dengan nisbah (rasio) Ca-P dan kristalinitas senyawanya. Oleh karena itu, pemilihan teknologi pembuatan hidroksiapatit perlu mempertimbangkan apakah produk yang dihasilkan dari teknologi itu paling mendekati spesifikasi yang dibutuhkan. Untuk bahan implan, spesifikasi hidroksiapatit yang dikehendaki adalah yang memiliki nisbah Ca-P sebesar 1,67 dan memiliki susunan kristal yang sama dengan yang hidroksiapatit pada tulang hewan/manusia.

George D. Winter (1982) dalam bukunya Biomaterials 1980 mengklasifikasikan bahan implan dan biomaterial berdasarkan interaksi bahan tersebut terhadap lingkungan biologisnya. Ia membaginya menjadi tiga golongan, yaitu biotoleran, bioinert, dan bioaktif. Bahan yang digolongkan bioaktif adalah bahan yang paling memiliki kecocokan dengan sifat-sifat biologis hewan/manusia, sedangkan bahan bioinert dan biotoleran berturut-turut adalah bahan yang semakin menunjukkan kekurangcocokkan. Namun yang menarik, jika yang menjadi pertimbangan pemilihan bahan adalah sifat-sifat mekaniknya, maka keunggulan pertama akan diduduki oleh bahan-bahan yang berada dalam kelompok biotoleran, kemudian diikuti berturut-turut oleh bahan-bahan yang berada dalam kelompok bioinert dan bioaktif.

Contoh bahan yang termasuk biotoleran antara lain adalah baja stainless dan paduan logam Cr-Co, bahan bioinert contohnya titanium dan keramik oksid (CaO·Al2O3, CaO·TiO2, dan CaO·ZrO2), sedangkan bahan bioaktif contohnya adalah hidroksiapatit, tetrakalsium fosfat, dan trikalsium fosfat.

Kandungan tulang pada vertebrata yang telah tumbuh dewasa sebagian besar memang tersusun atas hidroksiapatit. Senyawa ini memiliki susunan molekul teratur (kristal) dan menempati fibril-fibril kolagen. Keberadaan kolagen dapat diseumpamakan dengan cetakan yang menjadi wadah atau tempat tumbuhnya kristal hidroksiapatit. Menurut hasil difraksi sinar-x, teramati bahwa kandungan terbesar tulang vertebrata muda dan vertebrata dewasa ternyata berbeda. Pada tulang muda struktur kristal hidroksiapatit itu belum dijumpai. Artinya, tulang vertebrata yang masih belia sebagian besar terdiri atas bahan amorf (bahan yang molekulnya tidak dalam susunan kristal). Perubahan kemudian terjadi seiring dengan pertumbuhan vertebrata itu. Kandungan tulangnya berubah dari yang sebagian besar berupa bahan amorf ketika muda, menjadi sebagian besar berupa kristal hidroksiapatit ketika dewasa.

Dalam hal pembuatan hidroksiapatit sintetis, J. Czernuszka dari University of Oxford menyebutkan sejumlah cara. Metode-metode yang disampaikannya pada dasarnya dapat memperoleh hidroksiapatit dalam bentuk padat, kristalin, atau senyawa lain dengan nisbah Ca-P tertentu. Cara-cara itu dikenal sebagai metode basah (yakni reaksi kimia untuk mengendapkan padatan dari larutannya), metode kering (yakni dengan memanfaatkan perubahan fase senyawa padatan), dan reaksi hidrotermal untuk memperoleh kristal-kristal tunggal. Namun, dari berbagai metode itu, yang paling umum adalah pemerolehan padatan hidroksiapatit melalui pengendapan larutan bersuasana basa menurut reaksi kimia 10Ca2++6H2PO4+14OH→Ca10(PO4)6(OH)2.

Dalam proses basah, seperti diperlihatkan dengan persamaan reaksi kimia di atas, ion kalsium dapat diperoleh dari senyawa garam klorida atau nitrat, sedangkan ion fosfatnya dari garam potasium fosfat atau amonium fosfat. Secara umum, hidroksiapatit biasanya tidak serta merta langsung terbentuk, melainkan akan diawali dengan terbentuk serangkaian senyawa pendahulu seperti dikalsium fosfat dihidrat dan oktakalsium fosfat, atau mungkin senyawa kalsium fosfat amorf. Perubahan senyawa-senyawa itu untuk bisa menjadi hidroksiapatit “disetel” berdasarkan jumlah total konsentrasi ion kalsium dan ion fosfat, pH, dan suhu.

Sebagai contoh, pada konsentrasi ion kalsium dan fosfat sebesar 2,4 mM dan pH 7,4, fase awal yang terbentuk adalah dikalsium fosfat dihidrat (DKFD), kemudian menjadi oktakalsium fosfat (OKF), dan akhirnya hidroksiapatit. Perubahan DKFD ke OKF berlangsung selama 60 detik, sedangkan OKF ke hidroksiapatit dapat menghabiskan waktu 100 jam!

Contoh di atas memang tidak dipakai untuk skala komersial karena waktu tinggal (waktu pemeraman) yang cukup lama (hingga 100 jam). Czernuszka hanya ingin menunjukkan bahwa waktu pemeraman itu sebetulnya dapat diminimalkan. Caranya adalah dengan meningkatkan konsentrasi total ion kalsium dan fosfat serta meningkatkan pH-nya. Ia menyarankan pembuatan hidroksiapatit pada proses basah ini  menggunakan pH larutan pada kisaran 11-12 (bersifat basa) dan konsentrasi awal yang tinggi (0,1 M atau lebih besar). Dalam melakukan pengontakan bahan baku, proses pencampuran bahan baku diatur dengan menaruh larutan garam kalsium dalam bejana reaktor berpengaduk, sedangkan larutan garam fosfat ditambahkan sedikit demi sedikit. Selama penambahan tersebut, pengadukan perlu dijalankan untuk membantu meratakan konsentrasi di semua titik. Proses yang demikian dapat dikatakan semacam sistem reaktor semikontinu.

Nah, dari kontak kedua bahan baku itu terjadilah reaksi kimia yang membentuk hasil semacam gelatin atau slurry. Oleh karena itu, untuk memperoleh fase padat yang dikehendaki, maka setelah tahap reaksi kimia selesai, pengolahan produk biasanya masih harus dilakukan. Proses pengolahan lanjutan itu misalnya mengeringkan produk yang keluar dari reaktor, menyaring, mencuci ulang, dan mengeringkannya lagi. Mungkin bisa juga ada tambahan proses lanjutan lainnya jika produk hidroksiapatit harus memenuhi spesifikasi tertentu.

(Pada proses basah, keluaran produknya masih berupa bubuk. Oleh karena itu, jika ingin memanfaatkan produknya sebagai implan, partikel-partikel bubuk tersebut masih harus “disatukan” sehingga menjadi solid melalui proses sintering, yaitu pembakaran dengan suhu 1000-1300 derajat celsius. Sayangnya, proses sintering ini bisa menyebabkan tingkat kristalinitas hidroksiapatit menjadi semakin tinggi dan pori-pori yang terbentuk juga dapat semakin kecil. Dua hal ini kadang tidak diharapkan karena pertimbangan pentingnya biodegradasi implan di dalam tulang. Oleh karena itu, dalam teknik pembakaran ada yang mencampurkan batu kapur CaCO3 ke dalam hidroksiapatit dengan tujuan  memperoleh solid hidroksiapatit yang lebih berpori.)

Semoga tulisan ini menjawab pertanyaan Anda.

 

Joko Widiyatmoko

Tag: , ,

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s


%d blogger menyukai ini: