Modifikasi Mineral Trioksida Agregat Dari Silika Abu Sekam Padi Dan Kalsium Karbonat Cangkang Telur Dengan ZnO Dan Kitosan Sebagai Kandidat Material Endodontik

MARIYAM, Prof. Dr.rer.nat. Nuryono, M.S.; Prof. Dr. drg. Siti Sunarintyas, M.Kes.

2024 | Disertasi | S3 Ilmu Kimia

Mineral trioksida agregat (MTA) adalah serbuk hidrofilik yang terdiri dari trikalsium silikat (Ca₃SiO₅), dikalsium silikat (Ca₂SiO₄), dan trikalsium aluminat (Ca₃Al₂O₆). Walaupun biokompatibel, MTA memiliki beberapa kelemahan seperti harga jual yang tinggi, kemampuan penutupan (sealing) dan antibakteri yang rendah serta pembentukan pori saat hidrasi yang menurunkan kekerasan semen. Dalam penelitian ini telah disintesis MTA yang dimodifikasi dengan ZnO dan dihidrasi menggunakan larutan kitosan. MTA disintesis menggunakan prekursor murni/komersial dan dari bahan alam yaitu cangkang telur (CT) sebagai sumber kalsium karbonat terendap (precipitated calcium carbonate, PCC) dan silika (SiO₂) dari abu sekam padi (ASP). Modifikasi MTA dengan ZnO dilakukan dengan memvariasikan komposisi (b/b) ZnO (x=5%, 10%, dan 15%) dan Bi₂O₃ (18-x%), sedangkan persentase komponen lain konstan (CaO 60%, SiO₂ 20%, dan Al₂O₃ 2%). ZnO ditambahkan bersamaan dengan pembuatan MTA diawali dengan metode sol-gel dan dilanjutkan dengan kalsinasi pada suhu 1000 °C selama 3 jam. Fasa cair yang digunakan untuk hidrasi MTA adalah larutan kitosan 2%, 4?n 6%. MTA terhidrasi diuji karakteristiknya melalui dilakukan uji sifat adhesi (kerekatan antarmuka dentin-MTA), kuat tekan, radiopasitas, waktu ikat semen, pelepasan Ca²⁺ dan Zn²⁺, pH, % pengurangan massa, antibakteri dan sitotoksisitas.

Keberhasilan sintesis MTA ditunjukkan oleh keberadaan mineral trikalsium silikat (Ca₃SiO₅), dikalsium silikat (Ca₂SiO₄), dan trikalsium aluminat (Ca₃Al₂O₆) oleh data FTIR, XRD, dan SEM-EDX. Keberhasilan modifikasi MTA dengan ZnO diketahui dari kemunculan karakteristik puncak ZnO dan seng silikat (Zn₂SiO₄) pada data XRD. MTA dari bahan komersial (kMTA) dan MTA dari bahan alam (nMTA) yang dimodifikasi dengan ZnO 10?n dihidrasi dengan larutan kitosan 4% meningkatkan nilai kuat tekan masing-masing menjadi 28,29 MPa (naik 61,4%) dan 35,75 MPa (naik 103%) setelah 14 hari hidrasi. Penggunaan larutan kitosan 4% untuk hidrasi memperkecil celah antarmuka dentin-MTA. Hasil uji radiopasitas, pH, pelepasan Ca²⁺ dan persentase pengurangan massa menunjukkan nMTA yang dimodifikasi ZnO 10?n kitosan 4% (nMTA-Zn10/Ch4) memenuhi standard ISO sebagai material endodontik. Uji antibakteri nMTA-Zn10/Ch4 menunjukkan zona hambat sebesar 11,19 ±0,43 mm (kategori kuat) dan 8,89 ± 0,92 mm (kategori sedang) masing-masing terhadap P. aeruginosa dan E. faecalis. Berdasarkan nilai IC₅₀ (1170 µg/mL), nMTA-Zn10/Ch4 tergolong pada material yang bersifat nontoksik. 

Mineral trioxide aggregate (MTA) is a hydrophilic powder consisting of tricalcium silicate (Ca₃SiO₅), dicalcium silicate (Ca₂SiO₄), and tricalcium aluminate (Ca₃Al₂O₆). While MTA exhibits biocompatibility, it is associated with certain limitations, including high cost, low sealing and antibacterial properties, and the formation of pores during the hydration process, which can adversely affect the cement's hardness. This research investigated the synthesis of MTA and its modification with ZnO and chitosan. MTA was synthesized using pure commercial precursors as well as natural materials, specifically eggshells as a source of precipitated calcium carbonate and silica derived from rice husk ash. The modification of MTA with zinc oxide (ZnO) was carried out by varying the weight-to-weight (w/w) composition of ZnO (x = 5%, 10%, and 15%) and Bi₂O₃? (18-x%). The proportions of the other components were maintained constant with 60?O, 20% SiO₂, and 2% Al₂O₃. The modification was conducted simultaneously with the synthesis of MTA via the sol-gel method, followed by calcination at 1000 °C for 3 hours. The liquid phase used for MTA hydration was a chitosan solution with concentrations of 2%, 4%, and 6%. The properties of hydrated materials were evaluated, including the dentin-MTA interface, mechanical strength, radiopacity, setting time, Ca²⁺ and Zn²⁺ ion release, pH, weight loss, antibacterial properties, and cytotoxicity.

The successful synthesis of MTA was confirmed by the formation of Ca₃SiO₅, Ca₂SiO₄, and Ca₃Al₂O₆ phases confirmed by FTIR, XRD, XRF dan SEM-EDX data. The effective modification of MTA with ZnO was verified by the appearance of ZnO and zinc silicate (Zn₂SiO₄) in the XRD data. MTA synthesized from commercial precursors (kMTA) and natural materials (nMTA) modified with 10% ZnO and hydrated with 4% chitosan exhibited increased compressive strength values of 28.29 MPa (a 61.4% increase) and 35.75 MPa (a 103% increase), respectively, after 14 days of hydration. Hydration with a 4% chitosan solution reduced dentin-MTA gap formation. The radiopacity test results of nMTA modified with 10% ZnO and 4% chitosan (nMTA-Zn10/Ch4) complied with ISO standards for an endodontic material. The antibacterial activity of nMTA-Zn10/Ch4 showed an inhibition zone of 11.19±0.43 mm (strong) and 8.89±0.92 mm (medium) against P. aeruginosa and E. faecalis, respectively. Based on the IC₅₀ value (1169.77 µg/mL), nMTA-Zn10/Ch4 is a non-toxic material.

Kata Kunci : mineral trioksida agregat, silika, CaCO3, kitosan, ZnO, antibakteri