Makalah Biomaterial
MAKALAH
KIMIA
Tugas
untuk memenuhi mata kuliah Kimia
Disusun
oleh:
Nama
: Kumalasari
NPM
: 0410088912
Prodi
: Agroteknologi
UNIVERSITAS
PEKALONGAN
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah
hirobbil’alamin, puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah
melimpahkan rahmat, taufiq dan hidayah-Nya kepada penyusun, sehingga penyusun
dapat menyelesaikan makalah ini dengan baik dan pada waktu yang telah
ditentukan. Makalah ini
disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Kimia tentang "Biomaterial dalam
Kimia”.
Tim penyusun tidak lupa mengucapkan
terima kasih kepada Dosen Pembimbing dan teman-teman fakultas
pertanian serta semua
pihak yang terlibat dalam penyusunan makalah ini. Akhirnya tim penyusun
menyadari bahwa makalah ini jauh dari sempurna. Untuk itu tim penyusun
mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari para pembaca, sehingga
makalah ini bisa bermanfaat untuk pembaca.
Pekalongan,
30 Nopember 2014
Penyusun
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR.................................................................................................... i
DAFTAR ISI.................................................................................................................. ii
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah.............................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah........................................................................................ 1
1.3 Tujuan ......................................................................................................... 1
BAB 2. PEMBAHASAN
2.1 Biomaterial
2.1.1 Pengartian Biomaterial............................................................................... 2
2.1.2 Jenis Biomaterial
2.1.2.1 Biomaterial Sintetik....................................................................... 2
2.1.2.2 Biomaterial Alam........................................................................... 4
2.2 Biomaterial Berbasis Logam
2.2.1 Syarat Utama Biomaterial............................................................................ 5
BAB III PENUTUP
Kesimpulan..................................................................................................................... 7
Daftar Pustaka................................................................................................................ 8
BAB I
Pendahuluan
1.1 Latar Belakang Masalah
Permintaan
dan penggunaan biomaterial berbasis logam meningkat tajam akhir-akhir ini.
Perubahan piramida umur penduduk dunia dengan meningkatnya jumlah penduduk
dunia yang lanjut usia serta tingginya angka kecelakaan baik darat, laut dan
udara merupakan sebab utama peningkatan tersebut. Sebagai gambaran, permintaan
dan penggunaan biomaterial dari logam mencapai US$ 212,8 juta pada tahun 2008,
bahkan penggunaan biomaterial dari logam sebagai pengganti tulang pangkal paha
akan mencapai jumlah 272.000 buah pada tahun 2030. Kebanyakan dari biomaterial
yang digunakan untuk gigi dan pengganti tulang atau ortopedik.
Biomaterial sebagai pengganti tulang atau gigi ini bersifat permanen sehingga
logam dan alloy yang mempunyai ketahanan korosi yang tinggi yang bisa digunakan.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah
penulisan makalah ini adalah:
1.
Apa yang dimaksud
dengan Biomaterial?
2.
Apakah yang
dimaksud dengan biomaterial berbasis logam ?
1.3 Tujuan
Tujuan penulisan makalah ini
adalah untuk mengetahui:
1.
Pengertian Biomaterial
2.
Pengertian
Biomaterial berbasis logam
BAB II
Pembahasan
2.1
Biomaterial
2.1.1 Pengartian Biomaterial
Biomaterial
adalah bidang yang menggunakan ilmu dari berbagai disiplin ilmu yang
membutuhkan pengetahuan dan pemahaman mendasar dari sifat-sifat material pada
umumnya, dan interaksi dari material dengan lingkungan biologis.
Bidang biomaterial didesain
untuk memberikan pemahaman dan pengajaran di bidang fisika, kimia dan biologi
dari material, dan juga dengan berbagai bidang dari teknik secara umum seperti
matematika, kemasyarakatan, dan ilmu sosial. Sebagai tambahan, mahasiswa yang
berurusan dengan bidang ini harus mencapai pemahaman yang mendalam dan berusaha
untuk memperoleh pengalaman pada penelitian biomaterial. Ketika pemahaman
mahasiswa mengenai prinsip dasar dari ilmu material teraplikasikan, pemahaman
penuh dari biomaterial dan aplikasinya dengan lingkungan biologis juga
membutuhkan derajat yang lebih tinggi dari
spesialisasi ilmu yang ada.
Bidang biomaterial mengarah
pada ilmu material dan bidang ilmu biologi serta kimia. Material buatan manusia
meningkat sesuai dengan penggunaan aplikasinya seperti pada drug-delivery dan
terapi gen (gene therapy), perancah untuk rekayasa jaringan (tissue
engineering), penggantian bagian tubuh (body replacement), serta alat biomedis
dan bedah. Peningkatan ini sejalan dengan
meningkatnya kebutuhan
manusia akan tingkat kehidupan yang lebih baik.
2.1.2
Jenis Biomaterial
2.1.2.1
Biomaterian
Sintetik
Kebanyakan biomaterial
sintetik yang digunakan untuk implantasi adalah material umum yang sudah lazim
digunakan oleh para insiyur dan ahli material. Pada umumnya, material ini dapat
dibagi menjadi beberapa kategori, yaitu : logam, keramik, polimer dan komposit.
Tabel 2.1.2.1 Material yang
digunakan untuk aplikasi ortopedi.
MATERIAL
|
APLIKASI
|
LOGAM DAN PADUANNYA
316L stainless steel
CP-Ti, Ti-Al-V, Ti-Al-
Nb, Ti-13Nb-13Zr, Ti-
Mo-Zr-Fe
Co-Cr-Mo, Cr-Ni-Cr- Mo
Ni-Ti
|
Fiksasi retak (fracture
fixation), stents, instrument Bedah
Pengganti tulang dan sendi,
fiksasi retak, implantasi
denta Pengganti tulang dan
sendi, implantasi dental,
perbaikan protesa dental,
pompa jantungl, pacemaker encapsulation
Pelat tulang, stents, kawat
orthodonti
|
POLIMER
Polietilen
Polipropilen, Poliamida
PET
PVC
PMMA
|
Pengganti tulang sendi
Benang jahit
Benang jahit, pembuluh
darah buatan
Tubing
Pengganti tulang sendi
(bone cements)
|
KERAMIK DAN GELAS
Alumina, Zirconia
Calcium phosphates
Bioactive glasses
|
Pengganti tulang sendi
Perbaikan dan penambah
tulang, pelapisan permukaan pada logam
Pengganti tulang
|
KOMPOSIT
BIS-GMA-quartz/silica
filler
PMMA-glass fillers
|
Restorasi dental composite
Dental cements
|
a.
Logam
Sebagai bagian dari material,
logam merupakan material yang sangat banyak digunakan untuk implantasi
load-bearing. Misalnya, beberapa dari kebanyakan pembedahan ortopedi pada
umumnya melibatkan implantasi dari material logam. Mulai dari hal sederhana
seperti kawat dan sekrup untuk pelat yang bebas dari patah sampai pada total
joint prostheses (tulang sendi buatan) untuk pangkal paha, lutut, bahu,
pergelangan kaki dan banyak lagi. Dalam ortopedi, implantasi bahan logam
digunakan pada pembedahan maxillofacial, cardiovascular, dan sebagai material
dental. Walaupun banyak logam dan paduannya digunakan untuk aplikasi peralatan
medis, tetapi yang paling sering digunakan adalah baja tahan karat, titanium
murni dan titanium paduan, serta
paduan cobalt-base (tabel 2.1.2.1)
b.
Polimer
Berbagai jenis polimer banyak
digunakan untuk obat-obatan sebagai biomaterial. Aplikasinya mulai dari
wajah/muka buatan sampai pada pipa tenggorokan, dari ginjal dan bagian hati
sampai pada komponen-komponen dari jantung, serta material untuk gigi buatan
sampai pada material untuk pangkal paha dan tulang sendi lutut (tabel 2.1.2.1).
Material polimer untuk biomaterial ini juga digunakan untuk bahan perekat medis
dan penutup, serta pelapis yang digunakan
untuk berbagai tujuan.
c.
Keramik
Keramik juga telah banyak digunakan sebagai material pengganti dalam ilmu
kedokteran gigi. Hal ini meliputi material untuk Mahkota gigi, tambalan dan gigi
tiruan. Tetapi, kegunaannya dalam bidang lain dari pengobatan medis tidak terlihat
begitu banyak bila dibandingkan dengan logam dan polimer. Hal ini dikarenakan
ketangguhan retak yang buruk dari keramik yang akan sangat membatasi
penggunaannya untuk aplikasi pembebanan. Seperti yang terlihat pada tabel 2.1.2.1
diatas, material keramik sedikit digunakan untuk pengganti tulang sendi (joint
replacement), perbaikan tulang (bone repair) dan penambahan tulang (augmentation).
d.
Komposit
Seperti yang terlihat pada
tabel 2.1.2.1, biomaterial komposit yang sangat cocok dan baik digunakan di
bidang kedokteran gigi adalah sebagai material pengganti atau tambalan gigi.
Walaupun masih terdapat material komposit lain seperti komposit karbon-karbon
dan komposit polimer berpenguat karbon yang dapat digunakan pada perbaikan
tulang dan penggantian tulang sendi karena memiliki nilai modulus elastis yang
rendah, tetapi material ini tidak menampakkan
adanya kombinasi dari sifat
mekanik dan biologis yang sesuai untuk aplikasinya. Tetapi juga, material
komposit sangat banyak digunakan untuk prosthetic limbs (tungkai buatan),
dimana terdapat kombinasi dari densitas/berat yang rendah dan kekuatan yang
tinggi sehingga membuat material ini cocok untuk aplikasinya.
2.1.2.2
Biomaterial Alam
Beberapa material yang
diperoleh dari binatang atau tumbuhan ada pula yang penggunaannya sebagai
biomaterial yang layak digunakan secara luas. Keuntungan pada penggunaan
material alam untuk implantasi adalah material ini hampir sama dengan material
yang ada pada tubuh. Menyikapi hal ini, maka terdapat bidang lain yang cukup
berkembang dan baik untuk dipahami yaitu bidang biomimetics. Material alam
biasanya tidak memberikan adanya bahaya racun yang
sering dijumpai pada material
sintetik. Dan juga, material ini dapat membawa protein spesifik yang terikat
didalamnya dan sinyal biokimia lainnya yang mungkin dapat membantu proses
penyembuhan, pemulihan dan integrasi dari jaringan (tissue). Selain itu, material
alam dapat juga digunakan untuk mengatasi masalah immunogenicity.
Masalah lain yang berkaitan
dengan material ini adalah kecenderungannya untuk berubah sifat atau
terdekomposisi pada temperatur dibawah titik lelehnya. Hal ini tentu akan
membatasi proses fabrikasinya menjadi material implantasi menjadi beragam
bentuk dan ukuran. Contoh dari material alam adalah kolagen, yang hanya
terdapat dalam bentuk serat, mempunyai struktur triple-helix, dan merupakan
protein yang sangat banyak terdapat pada binatang diseluruh dunia.
Sebagai contoh, hampir 50 %
protein pada kulit sapi adalah kolagen. Hal tersebut membentuk komponen yang
signifikan dari jaringan penghubung seperti tulang, tendon, ligament dan kulit.
Terdapat kurang lebih sepuluh jenis berbeda dari
kolagen dalam tubuh, yaitu :
Tipe I ditemukan terutama
pada kulit, tulang dan tendon
Tipe II ditemukan pada
tulang rawan arteri pada tulang sendi dan
Tipe III merupakan unsur
utama dari pembuluh darah.
Kolagen sudah banyak
dipelajari untuk digunakan sebagai biomaterial. Material implantasi ini
biasanya dalam bentuk sponge yang tidak memiliki kekuatan mekanik atau kekakuan
yang signifikan. Material ini sangat menjanjikan sebagai perancah untuk
pertumbuhan jaringan-baru (neotissue growth) dan tersedia juga sebagai produk
untuk penyembuh luka. Injectable collagen (kolagen yang disuntikkan atau
dimasukkan ke dalam tubuh) sangat banyak digunakan untuk proses augmentasi
(penambah) atau pembangun dari jaringan dermal (dermal tissue) untuk bahan
kosmetik. Material alam lain yang ditinjau masih dalam tahap pertimbangan,
termasuk karang, chitin (dari serangga dan binatang berkulit keras seperti
udang, kepiting dan lain-lain), keratin (dari rambut), dan selulosa (dari tumbuhan).
2.2 Biomaterial berbasis Logam
2.2.1 Syarat utama biomaterial
Syarat yang
paling dasar adalah sifat anti karat yang tinggi. Tapi, bukan itu yang paling
utama. Sifat yang utama yang harus dipunyai oleh biomaterial berbasis logam
adalah kesuaian dengan sel hidup (excellent biocompatibility), karena
biomaterial ditanam dalam tubuh atau mulut serta berhubungan langsung dengan
sel hidup tubuh. Logam tersebut tidak boleh melepaskan ion-ion yang bersifat
racun atau karsinogen bagi sel dan tubuh manusia. Bahkan akhir-akhir ini
penggunaan baja tahan karat jenis 304 (campuran logam Fe-18%Cr-8%Ni) berkurang
untuk penduduk berkulit putih karena ion nikel yang lepas dari baja
tersebut dapat menyebabkan alergi.
Pengembangan
jenis logam baru untuk kegunaan biomaterial harus melalui uji biocompatibility
yang sangat ketat. Uji In-Vitro dan In-Vivo harus dilaksanakan
dan memang ada data sah yang menyatakan bahwa bahan tersebut tidak berbahaya
untuk sel dan tubuh manusia. Oleh karena syarat serta ujian yang sangat ketat,
jenis-jenis biomaterial yang sudah layak untuk komersialisasi sangat terbatas seperti
biomaterial dari besi, cobalt atau titanium.
Baja Tahan Karat
Contoh
penggunaan biomaterial
Baja tahan
karat merupakan biomaterial generasi awal karena sifat ketahanan karat, mudah
diproduksi dan harganya yang murah. Tidak semua jenis baja tahan karat dapat
digunakan sebagai biomaterial, biasanya baja tahan karat yang mempunyai matrik austenite
saja yang digunakan seperti baja tahan karat 304 dan 316. Baja tahan karat 316
merupakan derivasi baja tahan karat 304 (Fe-18%Cr-8%Ni) dengan penambahan
maksimal 2% Mo. Bahan ini tidak terlalu baik untuk biomaterial karena mudah
terserang korosi yang sifatnya lokal seperti korosi batas butir atau pelubangan
(pitting). Ditambah lagi, adanya keluhan dari pasien dari bangsa kulit
putih yang merupakan efek samping akibat pelepasan ion nikel dari baja
tersebut. Dalam dekade terakhir, ada penemuan yang berusaha untuk memperbaiki
sifat baja tahan karat jenis austenit. Penggunaan unsur nitrogen (N) menunjukan
bahwa jumlah nikel dapat dikurangi bahkan dihilangkan tanpa mengurangi
kestabilan fasa austenit. Penggunaan nitrogen ini ternyata meningkatkan
ketahanan korosi baja tersebut. Tapi, baja tahan karat ini masih dalam proses
pengembangan.
Alloy Co-Cr
Komposisi
campuran ini adalah Co-(26~30)%Cr-(5~7)%Mo. Ada dua jenis campuran logam ini
yang digunakan sebagai biomaterial yaitu campuran logam Co-Cr cor dan campuran
logam Co-Cr tempaan. Ciri utama campuran logam Co-Cr cor adalah mempunyai
kandungan karbon yang tinggi. Kandungan ini menyebabkan pembentukan karbida (M23C6)
yang besar sehingga campuran logam ini mempunyai ketahanan haus yang lebih baik
daripada campuran logam Co-Cr tempaan. Campuran logam ini banyak digunakan
untuk aplikasi gigi palsu.
Sebaliknya,
campuran logam Co-Cr tempaan mempunyai kandungan karbon yang rendah. Tetapi,
ini bukan berarti biomaterial ini mempunyai sifat fisika atau sifat mekanik
yang rendah. Campuran logam ini melalui proses pemanasan serta deformasi baik
suhu tinggi dan suhu kamar maka mikrostrukturnya lebih kecil dan seragam. Sifat
mekanik bahan ini lebih baik seperti kekuatan tarikan, pemanjangan kecuali
sifat ketahanan haus.
Titanium
Mungkin
biomaterial ini yang penggunaannya meningkat tajam. Bahan ini mempunyai
kekuatan yang tinggi, ringan dan ketahanan korosi yang baik. Bahkan, sifat
ketahanan korosi ini lebih baik bila dibandingkan dengan campuran logam Co-Cr
apalagi dengan baja tahan karat. Lapisan titanium oksida tipis yang melapisi
bahan ini membuat korosi pada bahan ini tidak dapat berlanjut lagi. Pada awal,
titanium murni (CP Ti; commercially pure Ti) dan campuran logam Ti-6%Al-4%V
banyak digunakan. Tetapi, kedua bahan ini mempunyai kelemahan untuk digunakan
sebagai biomaterial. Titanium murni mempunyai struktur Kristal HCP (Hexagonal
Close-Packed) sehingga mempunyai modulus Young yang tinggi (120GPa) padahal
modulus Young tulang hanya 30GPa. Ini akan mengakibatkan stress shielding
dan tulang akan rusak serta kerusakan pada tulang pangkal paha yang palsu.
Selain itu, campuran logam Ti-6%Al-4%V juga masih mempunyai struktur HCP
sehingga tulang akan mendapatkan masalah. Di tambah lagi, ion Al dan ion V
ditemukan berbahaya untuk sel dan sistem syaraf manusia. Untuk mengatasi
masalah di atas, banyak campuran logam baru dibuat meskipun menggunakan
unsur-unsur yang susah didapat. Campuran logam yang telah dikembangkan serta
digunakan adalah campuran logam Ti–29Nb–13Ta–4.6Zr, campuran logam
Ti–12Mo–6Zr–2Fe (TMZF), campuran logam Ti–35Nb–7Zr–5Ta(TiOsteum). Campuran
logam ini telah dikembangkan secara bersamaan di Amerika Serikat dan Jepang.
Konsep pengembangan campuran logam in adalah peningkatan stabilitas fasa BCC
(Body Centered Cubic) pada campuran logam tersebut baik suhu tinggi dan suhu
kamar. Dengan stabilnya fasa BCC maka modulus Young biomaterial dari titanium
akan mendekati modulus Young tulang.
BAB III
Penutup
Kesimpulan
Biomaterial berasal dari alam dan sintetik. Tujuan
penggunaan biomaterial ini adalah untuk meningkatkan kualitas hidup seseorang
sehingga mencapai taraf kesehatan yang lebih baik. Penggunaan
biomaterial berbasis logam akan terus meningkat karena keadaan penduduk di
dunia. Hal yang paling penting adalah proses pengembangan dan riset terhadap
campuran logam-campuran logam baru berdasarkan kebutuhan dan sifat yang
diperlukan. Kemudian, pengawasan serta uji coba terutama biocompatibility
sangat perlu diperhatikan karena biomaterial tersebut akan ditanam dan
digunakan dalam tubuh manusia yang sangat rentan terhadap racun dan ion-ion
yang dikeluarkan oleh logam tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
www.pustaka.unpad.ac.id/…/makalah_...
Diambil pada hari kamis 27
Nopember 2014 pada pukul 13.00
Amizamroni-3.blogspot.com/2010/06/biomaterial-berbasis-logam.html?m=1
Diambil pada hari sabtu 29
Nopember 2014 pada pukul 17.00
http:www.infometrik.com/2009/08/biomaterial-berbasis-logam/
diambil pada hari jumat 28
Nopember 2014 pada pukul 10.00
May 23, 2017 at 1:01 AM
Thx u..artikelnya membantu sekali
December 28, 2017 at 9:06 AM
December 28, 2017 at 9:08 AM
hai kaa
tampilan blognya menarik
isinya juga bermanfaat
bisakah aku belajar bikin tampilan blog semenarik ini sama kaka??