Fabrikasi dan Karakterisasi Scaffold CHA/Honeycomb/PEO/Minyak Cengkeh dengan Metode Freeze Drying Untuk Aplikasi Rekayasa Jaringan Tulang

Nilam Cahyati, Prof. Dr. Eng. Yusril Yusuf, M.Si., M.Eng

2023 | Tesis | S2 Ilmu Fisika

Pada penelitian ini dilakukan fabrikasi scaffold karbonat hidroksiapatit/Honeycomb/Polyethylene Oxide (CHA/HCB/PEO) dan scaffold dengan penambahan minyak cengkeh (CHA/HCB/PEO/Cengkeh) menggunakan metode freeze drying. Biokeramik CHA yang digunakan disintesis dari cangkang kerang tiram menggunakan metode presipitasi. HCB, PEO, cengkeh berperan sebagai material penguat yang mempengaruhi sifat physicho-chemical dari scaffold dan sebagai agen antibakteri pada scaffold. Analisis Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX) menunjukkan rasio Ca/P dari CHA kerang tiram yang disintesis adalah 1.71, yang artinya sama dengan rasio molar Ca/P pada tulang alami. Analisis spektra Fourier Transform Infra-Red (FTIR) dan X-Ray Diffractometer (XRD) dari CHA menunjukkan bahwa CHA yang dihasilkan merupakan CHA tipe B. Analisis FTIR dari kedua scaffold menunjukkan adanya vibrasi gugus fungsi dari PEO, HCB, dan cengkeh yang menunjukkan bahwa metode freeze drying yang dilakukan berhasil tanpa menghilangkan kandungan polimer dari scaffold saat proses penguapan yang menyebabkan terbentuknya pori pada scaffold. Hasil XRD menunjukkan bahwa semakin rendah konsentrasi CHA yang digunakan semakin kecil ukuran kristalit scaffold, sehingga dapat menimbulkan dislokasi yang membuat sel semakin mudah untuk berpoliferasi. Porositas yang terbentuk pada scaffold berada pada rentang ideal > 60?ngan konsentrasi CHA sebesar 5 dan 10 wt%. Ukuran pori yang terbentuk pada scaffold berada pada rentang 3-69 ?m yang termasuk ke dalam kategori mikropori. Penambahan minyak cengkeh pada scaffold juga mempengaruhi sifat physicho-chemical dari scaffold yang menyebabkan ukuran kristalit, ukuran pori, dan persentase porositas yang cenderung menurun dibandingkan scaffold tanpa minyak cengkeh. Hasil uji in vitro berupa uji anti bakteri menunjukkan bahwa kedua scaffold memiliki kemampuan daya hambat bakteri yang baik terhadap bakteri S. aureus dan E. coli. Scaffold CHA/HCB/PEO/Cengkeh menunjukkan daya hambat bakteri yang lebih besar daripada scaffold CHA/HCB/PEO dengan diameter zona hambat > 10 mm. Hasil viabilitas sel dan morfologi sel MC3T3E1 pada kedua scaffold menunjukkan bahwa scaffold CHA/HCB/PEO dan scaffold CHA/HCB/PEO/Cengkeh bersifat sitokompatibel dan mampu memfasilitasi sel untuk melekat dan berproliferasi. Oleh karena itu, komposit CHA/HCB/PEO dan atau CHA/HCB/PEO/Cengkeh dapat menjadi bahan alternatif dalam fabrikasi scaffold untuk rekayasa jaringan tulang.

In this study, a carbonated hydroxyapatite/honeycomb/Polyethylene Oxide (CHA/ HCB/PEO) and CHA/HCB/PEO/Clove oil scaffold was fabricated using the freeze drying method. The CHA bioceramic component was synthesized from oyster shells using the precipitation method. HCB, PEO, cloves act as reinforcing materials that influence the physicho-chemical properties of the scaffold and as antibacterial agents on the scaffold. Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX) analysis shows the Ca/P ratio of CHA of synthesized oyster mussels is 1.71, which is the same as the molar Ca/P ratio in natural bone. Analysis of Fourier Transform Infra-Red (FTIR) spectra and X-Ray Diffractometer (XRD) from CHA showed that the CHA produced was CHA type B. FTIR analysis of both scaffolds demonstrated the presence of functional group vibrations originating from PEO, HCB, and cloves, affirming the successful application of the freeze-drying method, which preserved the polymer content within the scaffold during the evaporation process, thus facilitating pore formation. XRD results show that the lower the concentration of CHA used, the smaller the size of the scaffold crystallite, which can cause dislocations that make it easier for cells to proliferate. Porosity formed in scaffolds is in the ideal range of >60% with CHA concentrations of 5 and 10 wt%. The pore size formed in the scaffold is in the range of 3-69 ?m which is included in the micropore category. The addition of clove oil to the scaffold also affects the physicho-chemical properties of the scaffold which causes crystallite size, pore size, and porosity percentage that tend to decrease compared to scaffolds without clove oil. The results of in vitro tests in the form of anti-bacterial tests show that both scaffolds have good bacterial inhibitory abilities against S. aureus and E. coli bacteria. CHA/HCB/PEO/Clove scaffolds show greater bacterial inhibition than CHA/HCB/PEO scaffolds with an inhibitory zone diameter of > 10 mm. The results of cell viability and cell morphology MC3T3E1 in both scaffolds show that CHA/HCB/PEO scaffolds and CHA/HCB/PEO/Clove scaffolds are cytocompatibility and able to facilitate cells to attach and proliferate. Therefore, CHA/HCB/PEO and/or CHA/HCB/PEO/Clove composites can be alternative materials in scaffold fabrication for bone tissue engineering,

Kata Kunci : Scaffolds, CHA, cengkeh, honeycomb, uji in vitro.