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
7/25/2019 Tugas Artikel Biomaterial
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.
7/25/2019 Tugas Artikel Biomaterial
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.
7/25/2019 Tugas Artikel Biomaterial
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.
7/25/2019 Tugas Artikel Biomaterial
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
7/25/2019 Tugas Artikel Biomaterial
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
7/25/2019 Tugas Artikel Biomaterial
7/10
denganplasma spraying pada substrat titanium memberikan modulus >oung
7/25/2019 Tugas Artikel Biomaterial
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
7/25/2019 Tugas Artikel Biomaterial
9/10
manusia agar terjadi oseointegrasi. $kan tetapi kesukseksesan terjadinya
osteokonduksi pada bahan implan di dalam tubuh sangat ditentukan oleh kemampuan
osteoinduksi bahan implan terhadap selsel tulang" yaitu kemampuan suatu bahan
implan menginduksi selsel tulang untuk berpoliferasi dan berdiferensiasi di sekitar
bahan imp'an.
Osteokonduksi bahan implan dapat diperoleh melalui perlakuan fisika dan
kimia" yaitu denganmendapatkan struktur permukaan bahan implanyang kasar dan
berporus sebagai retensi selseltulang yang tumbuh dan berkembang di sekitarbahan
implan. erlekatan selsel tulang yang terbentuk di permukaan imp 'an dengan
adanya sifat osteokondusi adalah dengan cara fisika dan kimia. edangkanosteoinduksi bahan implan dapat diperoleh melalui perlakuan kimia dan biokimia
yaitu dapat merangsang selsel tulang untuk tumbuh dan berkembang di sekitar bahan
implan.
%emampuan oseointegrasi bahan implan sangat ditentukan oleh sifat
osteokonduksi dan osteoinduksi bahan implan pada aplikasinya di dalam tubuh.
%edua sifat ini dapat diperoleh melalui perlakuan di permukaan bahan imp 'an di
antaranya perlakuan fisika" kimia dan biokimia.
7/25/2019 Tugas Artikel Biomaterial
10/10
D$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