STRUKTUR DAN SIFAT DENTAL MATERIAL

Dr. Haris Budi Widodo

Dental Material: harus memenuhi sifat mekanis, fisik, dan biologis

Biomaterial:1.Sebagai materi biologis yaitu: jaringan

dan kayu2.Bahan yang dicangkokkan untuk

menggantikan fungsi material biologis.Definisi (Clemson Advisory Board for

Biomaterials):Merupakan materi yang secara sistemis

dan farmakologis dirancang untuk ditanam dalam atau bersama dengan sistem hidup.

BiomaterialAdalah suatu material yang ditanam,

meskipun penggunaan secara konvensional istilah awalan bio (dalam biokimia, biofisika, dan bioassay) berbeda.

Agar tidak membingungkan penggunaan istilah “biomaterial” berarti material yang ditanam sebagai pengganti material biologis.

Dalam definisi ini, biomaterial yang dapat ditanam termasuk beberapa yang seringkali atau secara terus menerus terpapar cairan tubuh dan dapat berada di luar atau dalam tubuh.

Tujuan penggunaan biomaterial: untuk memperbaiki fungsi jaringan atau organ asli tubuh, sehingga sangat penting diketahui hubungan diantara sifat-sifat, fungsi dan struktur dari biomaterial.

3 area yang dipelajari dalam biomaterial yaitu: materi biologis, material implan, dan interaksi di antara keduanya.

Area penting lainnya dari studi biomaterial adalah mekanika dan dinamika dari jaringan dan interaksi diantara bahan-bahan ini.

Umumnya studi ini dinamakan biomekanika, dimana ini berhubungan dengan disain dan pemasangan implan.

Kondisi dari implan setelah digunakan dikenal dengan istilah reliabilitas.

Empat faktor utama yang dapat menyebabkan kegagalan dari bahan implan adalah: fraktur, daya tahan, kelonggaran implan dan infeksi.

Jika diasumsikan kemungkinan kegagalan dari sistem adalah f, selanjutnya reliabilitas adalah r maka dapat dinyatakan bahwa: r = 1-f

Reliabilitas total r dapat dinyatakan dalam istilah reliabilitas dari tidak adanya masing-masing faktor untuk kegagalan:

rt = r1.r2 ……… rx. (2)

Dimana r1 = 1-f1, r2 = 1-f2 dan seterusnya.

Persamaan (2) tersebut digunakan jika implan dlm kondisi sempurna (r =1), jika suatu infeksi terjadi setelah pemasangan maka reliabilitas totalnya menjadi 0.

Studi mengenai hubungan struktur dan sifat materi biologis merupakan hal yang penting dalam biomaterial; meskipun berdasarkan tradisi subjek ini tidak pernah diperlakukan sepenuhnya dalam disiplin yang berorientasi secara biologis karena kebanyakan dari materi ini dipentingkan berfungsi biologi dari pada materi yang hidup atau materi yang tidak hidup.

Pada beberapa kasus, materi ini dapat digunakan karena materi ini dibuat dari sel hidup.

Pada kasus lainnya fungsi dari jaringan atau organ sedemikian vital sehingga tidak bisa diganti dengan biomaterial, sebagai contoh: corda spinalis

Keberhasilan dari biomaterial atau implan tergantung sepenuhnya pada tiga faktor: sifat-sifat dan biokompatibilitas implan, kondisi penerima (resipien), dan kompetensi dari ahli bedah yang mengerjakan implan dan memonitoring keberhasilan implan.

Contoh penggunaan plate tulang untuk menstabilisasi femur yang fraktur setelah mengalami kecelakaan, harus memenuhi kriteria:

Tersedianya plat untuk permukaan jaringan; biokompatibilitas

Non toksik dan nonkarsinogenik Secara kimiawi inert dan stabil (tidak

terdegradasinya oleh waktu) Strength mekanis yang cukup adekuat Life fatique cukup adekuat Desain yang kuat Berat dan densitas yang sesuai Relatif tidak mahal, dan mudah diproduksi dan

dihasilkan pabrik serta diproses dalam skala besar.

http://www.osseonews.com/drosseo/content/78768-link-revolutionary-orthodontic-anchor-screw-system

Tabel 1. menunjukkan beberapa keuntungan, kerugian dan penggunaan dari empat kelompok material sintetik yang digunakan untuk implan.

Bahan-bahan alami antara lain: kolagen, telah dicoba dalam penelitian namun hasilnya kurang memuaskan antara lain sebagai dinding arteri, katub jantung atau kulit.

Alternalif lain untuk implan buatan adalah transplantasi alami antara lain: ginjal, dan hati, namun upaya-upaya ini menghadapi kendala sosial, etika dan masalah imunologik.

Namun pada kasus gagal ginjal, harapan pasien hanya pada transplantasi karena ginjal tiruan punya banyak kerugian antara lain mahal, immobility, perlu perawatan yg terus menerus dan perlu dialyzer.

Biomaterial yg digunakan Biomaterial yg digunakan pada bedahpada bedah

1. Implan permanena. Sistem otot kerangkab. Sistem kardiovaskulerc. Sistem respirasid. Sistem digestife. Sistem genitourinf. Sistem sarafg. Special sences: protesa cornea dan

lensa, daun telinga, carotid pace maker.

h. jaringan lunak lainnya: tendon i. Implan kosmetik maksilofasial: (telinga,

hidung, mandibula, gigi), payudara, mata, testis, penis.

2. Implan sementaraa. Extracorporeal assumption of organ

functions: heart, lung, kidney, liverb. External dressing and partial implant:

temporary artificial skin, immersion fluidc. Aid to diagnosis: chateter d. Orthopedic fixation devices-general

(screw, hips pins, traction); bone platese. Sutures and surgical adhesives

Biokompatibilitas: interaksi yang baik antara biomaterial dengan jaringan, atau kemampuan dari biomaterial untuk menghilangkan respons yang tidak diinginkan saat biomaterial diaplikasikan.

Material yang ditempatkan pada tubuh tidak akan stabil dan akan berinteraksi dengan jaringan melalui beberapa cara merubah material dan jaringan sekitarnya.

Respons biologik terhadap material tergantung tiga faktor yaitu:

a.Struktur komposisi materialb.Karakteristik dari hostc.Kebutuhan fungsi terhadap material

Interaksi antara biomaterial dengan host berpengaruh terhadap kejadian sakit beserta perawatannya.

Umumnya difokuskan pada material mendukung atau mengganti jaringan manusia contohnya di Kedokteran gigi (filling material/implant/material pendukung gigi), orthopedik (implan femur), pembuluh darah.

Biomaterial juga digunakan untuk penggunaan bidang estetik antara lain: protesa maksilofasial untuk perbaikan kontur wajah setelah perawatan kanker atau di KG untuk memperbaiki estetik gigi setelah terkena trauma atau penyakit gigi.

Yang lebih baru lagi interaksi jaringan dengan biomaterial yang disebut dengan tissue engineering/ bioengineering.

Tissue engineering adalah: manipulasi pengembangan proses penyembuhan luka dengan memperbaiki atau mengganti jaringan yang hilang.

Di KG antara lain adalah pengembangan PDGF untuk mengganti jaringan pendukung gigi yang rusak (Setiowati et al, 2006).

Sifat MaterialSifat MaterialA. Sifat mekanis1. Strain (regangan)=

Strain dapat dilihat pada benda dengan adanya perubahan ukuran panjang

∆ l x 100% = elongated length-original length =

m lo original length m Ada 2 jenis strain:a. Elastis : jika beban dilepas, benda kembali

ke bentuk semula.b. Plastis : jika beban dilepas, benda tidak

kembali ke bentuk semula.

2. Stress (Tegangan) = Stress adalah gaya reaksi dari

bahan yang mempunyai arah vektor yang berlawanan dengan arah beban, namun besarnya sebanding dengan besar beban.

force = N cross sectional area m2

OP : Garis lurus (berlaku Hukum Hooke). Pada saat ini, stress dan strain bersifat proporsional, merupakan daerah elastisPX: Bentuk kurva, merupakan daerah plastis.P: titik batas proporsional

I: Rigiditas besarII: lebih fleksibel

3. Modulus elastisitasAdalah ukuran rigidity (ketegangan) suatu benda

5. Compresive strength (kekuatan tekan) dan Tensile strength (Kekuatan tarik)

Benda, dikenai compresion Stress max. tidak patah Compresive strength

Benda dikenai Tension Stress max. tidak patah Tensile Strength.

Pengukurannya dengan:a.Diametral Compresion Testb.Tensile Test

6. Resiliente (kekenyalan) den Toughness (keliatan)

Kenyal: absorpsi energi max. tanpa deformasi permanen.

Liat: absorpsi energi max. tanpa putus/patah; sudah terjadi deformasi permanen

7. Impact Strength (kekuatan benturan) pengukuran dengan:

Charphy Tester (sering digunakan).Rod instrument.

8. Fatigue StrengthBahan yang dikenai beban kecil

secara berulang-ulang akan menyebabkan adanya kelelahan pada bahan, sehingga kekuatan bahan makin lama makin menurun.

9. KekerasanKekerasan bahan diketahui dengan

adanya ketahanan terhadap adanya:a.Indentasi luas/areab.Abrasi kedalaman

Tes Indentor Yang diukur Satuan

Brinel Bola baja Area Brinel Hardnes Number (BHN)

Knoop Intan Area Knoop Hardnes Number (K HN)

Rockwell Bola baja/intan Depth Rockwell (M 105 Rockwel)

Vickers Intan Area Vickers Hardness Number (VHN)

KHN = 14,2 P/L2

Where:P = the loadL = the length of indentation

B. Sifat-sifat Fisik1.Densitas = kerapatan massa (massa

jenis)2.Thermal Expansi: perubahan panjang

persatuan panjang akibat kenaikan atau penurunan suhu per-oC.

3.Konduktivitas Thermal. 4.Index Refraksi (pembiasan)5.Capacity Tranlucency (tembus cahaya)6.Diffusion thermal (penyebaran panas)

C. Sifat-sifat lain:1. Sifat rheologisSifat daya alirSifat deformasi Arti penting :Bahan KG fluid paste padat (regiditas lentur)

Contoh : bahan cetak untuk membuat model.Campuran pasta diadaptasi dalam bentuk.Proses Setting viskoelastisitas dengan waktuWorking Time = waktu kerja = waktu memadatnya

bahan Setting Time = waktu mencampur keras

Rigiditas tertentu.Flow dan deformation (bahan padat), pada

amalgam terdapat sifat yang tergantung pada waktu.

Semua hal di atas dipelajari dalam Rheologis.

1.1. Viskositas (perilaku Newtonia)Merupakan ketahanan aliran terhadap daya

alirSatuan viskositas = dyne/cm2 (poise).Biasanya viskositas dinyatakan dalam bentuk

centipoise (1 poise = 100 CP). Viskositas cairan tergantung:a.Sifat alami substansib.Temperatur temperatur tinggi

menyebabkan viskositas menurun (makin cair)

c.Tekanand.Shear Raree.Shear History

Newtonian fluidsNewtonian fluids

1.2. Aliran Non Newtonian (tidak mengikuti Hukum Newton)

Tipe: a.Bingham Flowb.Plastic Flowc.Pseodoplastic Flowd.Dilatant Flow

Bingham Flow

Liquid behaves like solid under static conditions. A certain amount of force must be applied to the fluid before any flow is induced. This force is called yield value. Tomato catsup is an example of such fluid. Once the yield value is exceeded and flow begins, plastic fluids may display Newtonian, pseudoplastic or dilatant flow characteristics.

Bingham Flow: a.Suspensi tanah liat dalam airb.Bahan tumpatan komposit (polimer yg

sudah dicampur dengan mineral)Pseudoplastic Flow:a.Polimer, resin alamib.Darah, salivac.Minyak (kental)d.Bahan cetake.Fluorial gellsDilatant Flow: pasir basah (kadar air

rendah)

Dilatant flowDilatant flow

Is characterized by an increasing viscosity with an increase in shear rate, some examples include clay slurries, candy compounds, corn starch in water, and sand/water mixtures. Dilatancy is also reffered to as shear-thickening liquids.

PseudoplasticPseudoplastic

Fluid displayes a decreasing viscosity with an increasing shear rate, some examples include paints and emulsions. This type of behavior is called shear-thinning.

Peran biomaterial dalam Peran biomaterial dalam rekayasa jaringanrekayasa jaringan

KeramikKegunaan utamanya adalah sebagai

biomaterial untuk mereparasi jaringan tulang.

Keramik yang terdapat dalam tubuh manusia dikenal dengan nama hidroksi apatit.

Polimer sintetikBanyak digunakan sebagai

biomaterial adalah Poly lactic acid (PLA), Poly glycolic acid (PGA) atau kombinasi keduanya yaitu Poly glycolic lactic acid (PGLA).

Bahan polimer PLA, PGA dan kopolimernya sama baiknya dengan bahan poly caprolactone dan dapat digunakan sebagai material scaffold dalam rekayasa jaringan.

Material alamiBiomaterial dari alam yang telah

digunakan adalah collagen, chitosan dan alginate.

Bahan collagen dan gelatin dapat berfungsi sebagai drug reservoir pada permukaan scaffold.

Chitosan menarik perhatian akhir-akhir ini karena berbagai kelebihan yang dimilikinya seperti sifat biodegradibilitas, biokompatibilitas dan bioresorbilitas.

MetalBahan metal terutama digunakan sebagai dental implan, dan metal yang banyak digunakan adalah titanium murni (CpTi = Commercial pure titanium) dan paduannya (Ti6Al-4V)