Tugas Artikel Biomaterial

7/25/2019 Tugas Artikel Biomaterial

1/10

TUGAS ARTIKEL BIOMATERIAL

PERLAKUAN PADA PERMUKAAN TITANIUM IMPLAN

UNTUK MENDAPATKAN OSSEOINTEGRASI

Disusun Oleh:

Fathoni Ahmad 33341225

!URUSAN TEKNIK METALURGI

FAKULTAS TEKNIK

UNI"ERSITAS SULTAN AGENG TIRTA#ASA

2$15


2/10

Titanium murni maupun paduannya merniliki sifat biokompatibilitas dan

biomekanis (sifat mekanis yang sesuai dengan jaringan tubuh) yang lebih baik dari

logam lain serta secara biologi bersifat inert, dan memiliki ketahanan korosi yang

sangat tinggi yaitu dengan spontan dapat membentuk lapisan titanium oksida (Ti02)

di permukaannya. embentukan lapisan ini dapat terjadi baik di lingkungan udara

maupun elektrolit. !apisan ini mempunyai biokompatibilitas yang baik di dalam

tubuh manusia" dan mencegah lepasnya (leaching) material di ba#ahnya ke dalam

tubuh pasien. $pabila lapisan ini terkelupas akibat gaya mekanis atau penyebab lain

di permukaan titanium maka segera material titanium membentuk lapisan titanium

oksida yang baru dalam orde nano-second(seljhealing) sehingga dapat menghambat

korosi. %eunggulan yang dimiliki oleh titanium seperti yang dijelaskan di atas

menyebabkan titanium lebih terpilih dikembangkan sebagai bahan implant daripada

jenis logam lainnya.

erforma implan ditunjukkan oleh mekanisme interaksi antara bahan irnplan

dengan jaringan sekitamya. &ekanisrne interaksi ini terjadi di interface imp'an

dengan jaringan hidup di dalam tubuh. eberapa hasil penelitian yang meneliti

interaksi interface antara implan dengan jaringan hidup di sekitamya

menginformasikan bah#a komposisi" energi permukaan" dan kekasaran permukaan

(topografi) bahan implan sangat menentukan perforrna implan di dalarn jaringan

tubuh agar terjadi oseointegrasi" atau dengan kata lain perrnukaan bahan irnplan harus

bersifat bioaktif.

ahan yang bersifat biokompatibilitas belum tentu bersifat biaoktif untuk

memberikan kemampuan jaringan hidup beregenerasi di sekitar permukaan implant.

uatu bahan dikatakan bersifat bioaktif tidak hanya memberikan osteoconductive

tetapi juga mampu memberikan osteoinductive. &eskipun titanium memiliki sifat

biokompatibilitas sehingga memenuhi syarat untuk digunakan di dalam tubuh atau

implantasi" namun lapisan ini terbukti kurang bersifat bioaktif untuk menginduksi

pengendapan calcium phosphate (*a) pada saat implantasi di dalam tubuh" sehingga

dapat mengurangi oseointegrasi tulang dengan bahan implan.


3/10

+ntuk mengatasi perrnasalahan tersebut" berbagai modifikasi permukaan

implan titanium dan paduan titanium telah dilakukan agar bersifat osteocottductive

dan osteoinductive sehingga terjadi oseointegrasi" di antaranya adalah membuat

permukaan titanium menjadi bioaktif melalui modifikasi komposisi kimia dan

topografi permukaan imp'an yang bersesuaian sebagai retensi sel tulang pada

permukaan implan titanium. Dalam makalah ini akan dibahas berbagai modifikasi

permukaan bahan implan titanium agar menjadi bioaktif untuk mendapatkan

osseointegrasi yang lebih baik"

A% LOGAM TITANIUM UNTUK IMPLAN

erkembangan pemakaian logam dan paduannya dalam bidang medis selama

tujuh puluh tahun terakhir ini mengarah pada titanium dan paduannya dibandingkan

dengan logam lain. Titanium mumi memiliki densitas rendah sekitar ,"- glem3,

biokompatibilitas yang baik" tahan korosi" dan sifat mekanis yang sesuai dengan

tulang yaitu ringan" modulus elastic rendah" high strength, dan high resilient.

Titanium dan paduannya secara 'uas digunakan pada aplikasi biomedis yaitu untuk

hipcup shells, dental crowns dan bridge, orthopedic,endosseous dental implant dan

pelat untuk oralmaxillofacial surgery. iokompatibilitas yang baik dan kemampuan

oseointegrasi titanium sangat berhubungan dengan bentuk dan sifatnya yang

menguntungkan" ' untuk menghasilkan intimatecontact dengan jaringan tulang yang

baru terbentuk sehingga memberikan stabilitas dan keberhasilan implantasi

perrnanen.

iokompatibilitas titanium dan paduannya terutama diberikan oleh kemampuan

terbentuknya lapisan pasif (passive layer) sangat tipis (TiO2) yang memiliki kelarntan

rendah (electrochemical degradation). !apisan ini memberikan perlindungan pada

logam di ba#ahnya dari oksidasi dan korosi akibat interaksi dengan lingkungan luar"

elain itu" titanium dan paduannya mampu membentuk kembali lapisan pasif (self-

healing) dalarn orde nanosekon ketika pengaruh gaya mekanis dari luar maupun

lingkungan yang mernsak lapisan pasif ini.


4/10

ebagai bahan implan temyata dalam aplikasinya paduan titanium memiliki

perforrna yang lebih baik dibandingkan dengan titanium murni. aduan titanium

memiliki sifat mekanis lebih baik dari titanium murni karena terbentuknya solid

solutiono'eh logamlogam paduannya. elain itu dalam pabrikasi paduan titanium

'ebih mudah dibandingkan titanium murni. Titanium murni memiliki titik leleh

/001* sehingga sangat sukar untuk dileburkan karena pada temperatur tinggi

menyebabkan titanium mudah berinteraksi dengan oksigen" hidrogen dan nitrogen.

emaduan dengan logam'ogam lain dapat menurunkan temperatur lebumya menjadi

temperatur lebur paduan" aduan titanium yang umum digunakan sebagai bahan

implan adalah Ti$',3" 4iTi" Ti$',3 extralow interstitial (5!')" Ti/64b/67r

dan Ti/-&o2"84b.//.

ecara umum performa bahanbahan implan diberikan oleh mekanisme

interaksi alami antara bahan implan dengan selsel hidup di dalam tubuh pasien"

sehingga akan terjadi oseointegrasi jaringan hidup dengan bahan implan. eperti yang

telah disebutkan sebelumnya perkembangan bahan implan telah mengaeu pada logam

titanium dan paduannya. 9al ini didukung oleh sifatsifat istime#a yang dimiliki oleh

titanium dan paduannya sebagai bahan implan. $kan tetapi permukaan titanium

implan memiliki sifat oseointegrasi yang rendah sehingga kurang memberikan

kehidupan sel tulang disekitarnya. enelitianpenelitian lebih lanjut terhadap titanium

dan paduannya untuk aplikasi implan mengarah pada modifikasi permukaan titanium

dan paduannya agar lebih bersifat bioaktif. &odifikasi yang dilakukan antara lain

modifikasi komposisi dan topografi permukaan bahan implan melalui perlakuan

permukaan secara fisika" kimia dan biokimia.

B% PERLAKUAN FISIKA

erlakuan fisika yang umum dilakukan adalah perlakuan mekanis di permukaan

imp'an melalui cutting, turning, smoothing dan blasting. Tujuannya adalah untuk

mendapatkan retensi selsel tulang ketika mengalarni proliferasi disekitar bahan.

implan.


5/10

elain perlakuan mekanis langsung di permukaan bahan implan untuk

mendapatkan topografi yang kasar sebagai retensi selsel tulang" topografi yang kasar

dapat juga diperoleh melalui sintering seperti yang dilaporkan oleh %utty dkk. 9asil

penelitiannya menyatakan bah#a suksesnya sebuah implan diantaranya harus bersifat

biokompatibel" kuat dan mengandung porusporus untuk terjadinya oseointegrasi.

orusporus ini pada penelitiannya dihasilkan dari suatu proses sintering microwave

(a one-step microwave sintering) serbuk titanium tanpa perlakuan mekanis lainnya.

9asil sintering dengan microwave memberikan gradien porositas pada permukaan

implan. agian dalam implan lebih padat (dense) daripada di permukaan sehingga

dengan sendirinya di permukaan implan akan terbentuk porusporus sebagai retensi

selsel tulang ketika implantasi" !amanya #aktu sintering akan

mempengaruhikepadatan dan ukuran porositas yang terbentuk di permukaan implan"

!apisan oksida (Ti02) di permukaan titanium dan paduannya disebutkan

sebelumnya memberikan sifat biokompatibel dengan melindungi bagian di ba#ahnya

dari korosi dan leachingnamun kurang bersifat bioaktif untuk terjadi pengendapan

calsium phosphate (*a) di dalam tubuh" ei dkk melaporkan bah#a secara in vitro

nukleasi apatite efektif diinduksi oleh struktur anatase dari kelompok TiO9"' Total

area permukaan" ukuran dan ;olume porus merupakan parameter terpenting untuk

menentukan kinetik nukleasi apatite. 9asil penelitian 9#ang dkk" yang melakukan

annealing pada titanium mendapatkan bah#a struktur rutile mulai terbentuk di

permukaan pada temperature 001* untuk ambien udara" dan -01* untuk ambien

argon./2truktur kristalin titanium oksida terbukti kurang mengkonduksi

pengendapan kalsium fosfat dibandingkan dengan struktur amorfus. Oleh karena itu

annealing yang efektif untuk titanium imp'an yaitu pada temperatur dimana rutile

belum terbentuk.

&% PERLAKUAN KIMIA

etiap metode pelapisan yang bertujuan untuk mendapatkan ikatan dan

topografi yang baik pada bahan implan memiliki kelebihan dan kekurangannya


6/10

masingmasing. erbagai metode pelapisan material aktif pada implan dapat

dilakukan untuk menghasilkan ikatan yang lebih baik di antaranya dengan plasma

spray, laser, electrophoretic, sputtering, chemical deposition, slurry dipping, dan

flame spraying. &aterial bioaktif yang digunakan untuk pelapis implan kedokteran

gigi dapat dibuat melalui ikatan kimia antara bahan implan dengan tulang" kadang

kadang juga diikuti dengan proses blasting, atau tidak melalui perlakuan kimia untuk

menghasilkan topografi yang cocok untuk memungkinkan terjadinya ikatan mekanis

yang baik antara irnplantulang.

erendaman di dalam larutan asam setelah perlakuan mekanis (cutting, turning,

smoothingdan blasting) akan menghasilkan defect yang merata dipermukaan substrat

yang dihasilkan oleh reaksi redoks antara asam dengan permukaan substrat. ubstrat

akan melarut dan gas hidrogen melekat di permukaan substrat. elanjutnya

perendaman dengan larutan alkaline akan membentuk kelompok O9 di atas TiO2di

permukaan" sehingga terbentuk titanate salt yang menutupi permukaan titanium"

%elompok O9 dapat berfungsi sebagai pengikat molekulmolekul lain di dalam

tubuh.< &etode lain yaitu elektrokirnia dan deposisi. &etode elektrokimia dapat

dibagi atas electro-erosion, electro-polishing dan anodisation.

enambahan komposisi lain (deposisi) di permukaan substrat implan agar

membentuk sistem implan yang lebih bersifat bioaktif merupakan modifikasi

permukaan imp'an yang sering dilakukan. enambahan komposisi baru ini yang lebih

bersifat bioaktif sebelumnya memerlukan perlakuan mekanis di permukaan implan"

tujuannya adalah sebagai retensi agar komposisi baru ini tidak terkelupas dan dapat

berikatan secara fisika maupun kimia dengan substrat titanium =enis pelapis senya#a

logam oksida dan keramik sering diaplikasikan dalam bentuk uap ke permukaan

substrat implan untuk mendapatkan sifat bioaktif pada bahan implan. elanjutnya

dengan pertimbangan substrat berinteraksi dengan jaringan tulang" akhirakhir ini

substrat dilapisi dengan hidroksiapatit (9$) untuk memperbaiki integrasi implan

dengan lingkungan biologi sekitamya. Oh dkk menyatakan pelapisan hidroksiapatit


7/10

denganplasma spraying pada substrat titanium memberikan modulus >oung


8/10

biokimia pada piranti implan sangat tergantung terhadap sifat perrnukaannya

diantaranya komposisi kimia dan kekasaran.

emberian biomolekul spesifik di perrnukaan implan dilakukan untuk

memperoleh perrnukaan yang bersifat bioaktif. &olekulmolekul ini berperan sebagai

faktor penumbuh dan protein pelekat secara normal terdapat pada membran sel dan

matrik ekstra seluler. erdasarkan hasil penelitian diantaranya adalah famili T@Ap

(transforming gro#th factors beta) dan &s (bone morpho genetic proteins).

tabilitas kimia dan kelarutan dalam lingkungan biologi protein merupakan hal

terpenting. $khirakhir ini telah diperkenalkan suatu "bioactive peptide" yang

memberikan stabilitas dan kelarutan yang lebih baik" serta dapat diproduksi dengan

cara sintesa kimia dan harganya relatif lebih murah. alah satu peptida aktif yang

dapat dipakai adalah asam amino #rg-$ly-#sp (B@D). ecara umum terdapat tiga

metode perlakuan biokimia di permukaan logam implan diantaranya adalah: adsorpsi

fisika kimia molekul aktif di permukaan" berikatan ko;alen (secara langsung atau

terdapat jarak)" meningkatkan pemba#a biokompatibel dan bioresorbarble melalui

molekul aktif.

9asil penelitian ubhaini dan 5llyCa menyatakan bah#a beberapa faktor yang

harus diperhatikan pada bahan implan di antaranya adalah harus bersifat

biokompatibel" biomekanis dan yang terakhir adalah harus dapat memberikan

oseointegrasi di dalam tubuh. iokompatibilitas dan biomekanis merupakan sifat

dasar yang harus dimiliki oleh bahan implan. edangkan oseointegrasi merupakan

sifat yang dapat diperoleh dari material dasar implan maupun dari hasil perlakuan

pada bahan implan untuk dapat memberikan interaksi yang baik antara bahan implan

dan selsel tulang setelah implantasi. Tujuan perlakuan di permukaan implan adalah

untuk menambah sifat osseointegrasi yang ditunjukkan oleh osteokonduksi dan

osteoinduksi bahan implan" yang dapat diperoleh melalui perlakuan permukaan di

antaranya perlakuan fisika" kimia dan biokimia.

Osteokonduksi suatu bahan implan merupakan kemampuan membentuk ikatan

antara bahan implan dengan selsel jaringan tulang di sekitarnya dalam tubuh


9/10

manusia agar terjadi oseointegrasi. $kan tetapi kesukseksesan terjadinya

osteokonduksi pada bahan implan di dalam tubuh sangat ditentukan oleh kemampuan

osteoinduksi bahan implan terhadap selsel tulang" yaitu kemampuan suatu bahan

implan menginduksi selsel tulang untuk berpoliferasi dan berdiferensiasi di sekitar

bahan imp'an.

Osteokonduksi bahan implan dapat diperoleh melalui perlakuan fisika dan

kimia" yaitu denganmendapatkan struktur permukaan bahan implanyang kasar dan

berporus sebagai retensi selseltulang yang tumbuh dan berkembang di sekitarbahan

implan. erlekatan selsel tulang yang terbentuk di permukaan imp 'an dengan

adanya sifat osteokondusi adalah dengan cara fisika dan kimia. edangkanosteoinduksi bahan implan dapat diperoleh melalui perlakuan kimia dan biokimia

yaitu dapat merangsang selsel tulang untuk tumbuh dan berkembang di sekitar bahan

implan.

%emampuan oseointegrasi bahan implan sangat ditentukan oleh sifat

osteokonduksi dan osteoinduksi bahan implan pada aplikasinya di dalam tubuh.

%edua sifat ini dapat diperoleh melalui perlakuan di permukaan bahan imp 'an di

antaranya perlakuan fisika" kimia dan biokimia.


10/10

D$AT$B +T$%$

9#ang %" !ee >B" %ang $" %im .%ffect of annealling titanium on in vitro

bioactivity. =&aterial in &ed 2006 /,: -2/2E.

%utty &@" haduri " haduri . $radientsurfaceporosity in titanium dental

implants&relation betweenprocessing parameters and microstructure.

= &aterial in &ed 200, /-: /,-/-0.

&a =" !iang *9" %ong !" ang *. 'olloidal characteriation and electrophoretic

deposition ofhydroxyapatite on titaniumsubstrate"

= &aterial in&ed 2006 /,:E80/.

Oh '9"4omura 4" *hiba $" &urayama >"&asahashi 4" !ee T" et. al.

icrostructure andbondstrengths ofplasma-sprayed hydroxyl-apatite

coatings on porous titanium substrates. = &aterial in&ed 200- /: 6-,0.

priano " ronConi &" 3erne 5" &aina @" ergo3. indler &. 'haracteriation of

surface modified *i-+#-b alloy. = &aterial in &ed 200- /:60//2.

priano " ronConi &" Bosalbino A" 3erne 5.ewchemical treatmentfor bioactive

titanium alloy with high corrosion resistance.

= &aterial in &ed 200- /: 206//.

ei &" +chida &" %im 9&" %okubo T.#patiteforming ability of 'a/-containing

titania. = iomaterials 2002 26: /2

Tugas Artikel Biomaterial

Documents

Transcript of Tugas Artikel Biomaterial