LEMBAR TUGAS MANDIRI BIOMATERIAL

KLASIFIKASI INTERAKSI TISSUE-IMPLAN DAN DESAIN KRITERIA KOMPOSIT KERAMIK BIOAKTIF

Oleh Yuki Desiandini / 0906518826

Keramik adalah material logam dan non logam yang memiliki ikatan atom

ionik atau ikatan ionik dan ikatan kovalen. Sedangkan pengertian biokeramik adalah

keramik yang digunakan untuk kesehatan tubuh dan gigi pada manusia (Billote,

2003). Sifat biokeramik antara lain tidak beracun, tidak mengandung zat karsinogik,

itdak menyebabkan alergi, tidak menyebabkan radang, memiliki biokompatibel yang

baik, tahan lama.

Kelebihan biokeramik adalah biokeramik memiliki biokompatibilitas yang

baik dengan sel-sel tubuh dibandingkan dengan biomaterial polimer atau logam

(Billote, 2003). Oleh karena itu, biokeramik digunakan untuk tulang, persendian, dan

gigi (Billote, 2003). Biokeramik juga digunakan untuk melapisi biomaterial logam

(Desai et. al, 2008). Selain itu, biokeramik juga digunakan sebagai penguat

komponen komposit, dengan menggabungkan kedua sifat material menjadi material

baru yang memiliki sifat mekanis dan biokompatibel yang baik. Struktur keramik

juga dapat dimodifikasi dengan tulang alami dengan tingkat porosity yang beragam

(Hench dan Wilson, 1993). Biokeramik juga memiliki kelemahan, antara lain sangat

rapuh, kekuatan rendah, dan kerap dipandang material yang lemah.

Berdasarkan interaksinya dengan jaringan tubuh, biokeramik dapat

diklasifikasikan sebagai berikut:

1. Keramik Bioinert

Keramik bioinert adalah material keramik yang interaksi dengan sel-sel

disekitarnya sangat sedikit di dalam tubuh manusia. Reaktifitas kimianya rendah,

pada waktu yang cukup lama ikatan antar muka dengan sel tubuh juga sedikit

(Bhat, 2005). Biokeramik jenis ini memiliki kelebihan yaitu, relatif stabil di

dalam tubuh manusia, tidak berbahaya, tahan korosi dan tahan lama.

Mekanisme keramik bioinert dalam tubuh adalah kapsul serabut terbentuk

disekitar permukaan implant bioinert dan tidak membuat ikatan dengan tulang.

Ketebalan kapsul tergantung dari kompatibeitas sel material bioinert. Semakin

baik kompatibelitas sel maka semakin tipis kapsul serabut yang terbentuk.

Dengan demikian, fungsi biokeramik ini tergantung pada intergrasi sel dengan

implant yang ditanam (Ben – Nissan, 2004).

Contoh keramik jenis ini antara lain keramik single oxide, alumina, zirconia,

karbon termasuk ke dalam jenis keramik bioinert.  Sedangkan aplikasinya adalah

biasa digunakan untuk pelat tulang, sekrup tulang, sendi buatan, katup jantung

buatan, dan komponen bongkol tulang paha (Billote, 2003; Li dan Hastings,

1998)

2. Keramik Porous

Merupakan keramik inert, mekanikal stabilitasnya tinggi ketika tulang tumbuh

di pori-pori keramik. Biasanya digunakan untuk struktur penghubung atau tempat

penggantungan pada formasi tulang. Keramik porous ini hanya digunakan pada

aplikasi yang tidak menopang beban dikarenakan kekuatannya yang rendah.

Contohnya hydrokxyapatite. Aplikasinya adalah untuk rangka pada pertumbuhan

jaringan, pengisi tulang yang rusak atau cacat, dan coating pada implant logam.

3. Keramik Bioaktif

Keramik bioaktif adalah keramik yang dapat menciptakan respon biologi di

permukaan material, yang akan menghasilkan suatu ikatan antara sel dan material.

Pada prosesnya terjadi reaksi kimia tetapi hanya dipermukaan saja (Billote, 2003).

Kelemahan material ini antara lain sifat mekanisnya lebih buruk dibandingkan

dengan keramik bioinert, kecuali A-W glass yang kekuatannya lebih tinggi

daripada cortical bone. Oleh karena itu, keramik bioaktif tidak dapat diaplikasikan

untuk implant yang menahan beban seperti implant sendi. 

Kinerja biokeramik bioaktif di dalam tubuh yaitu saat implantasi, permukaan

keramik bereaksi membentuk ikatan dengan sel-sel terdekat. Permukaan implant

bereaksi terhadap perubahan pH sekitar dengan melepas ion Ca2+, Na+, dan K+ dan

membentu membentuk ikatan permukaan dengan sel-sel sekitar (Hench dan

Wilson, 1993). Reaksi pertukaran antara implant bioaktif dengan cairan tubuh

disekitar implant pada beberapa kasus dapat membentuk lapisan CHA

(Carbonated Hidroxyapatite) yang menyerupai mineral yang terkandung dalam

tulang pada implant (Ben – Nissan, 2004).

Contoh material jenis ini antara lain hidroksi apatit, bioglass, ceravital,

keramik A-W glass. Sedangkan aplikasinya adalah untuk pembedahan tulang dan

pengisi cacat tulang. Material ini digunakan dalam bentuk blok, material berpori,

granula (Hench dan Kokuho, 1998).

4. Keramik Bioresorbable

Keramik bioserorable adalah material yang akan berbaur dan lama-lama

tergantikan oleh sel-sel baru yang tumbuh di dalam tubuh manusia. Atau dengan

kata lain, implant restorable didisain untuk terdegradasi perlahan dan tergantikan

oleh sel-sel tubuh yang baru tumbuh. Kelebihan material jenis ini antara lain

dapat menghilangkan implant dan digantikan oleh tulang yang dapat berfungsi

dengan baik, sehingga dapat mengurangi efek masalah biokompatibilitas. Kinerja

keramik bioresorbable yaitu tingkat peresapan material implant harus sesuai

dengan tingkat pertumbuhan sel tubuh karena adanya kemungkinan kapasitas

penahanan beban implant melemah dan gagal (Hench dan Wilson, 1993).

Contoh material jenis ini antara lain β-trikalsium fosfat, kalsium karbonat,

kalsium sulfat, carbonate apatite. Aplikasi material jenis ini adalah untuk

membantu penyembuhan tulang karena penyakit atau trauma, pengisi cacat

tulang, obat (Billote, 2003).

Hubungan bioaktivitas dari masing-masing empat macam interaksi tissue-

implan dapat ditunjukkan dalam Gambar 1 (Lampiran). Pada awalnya,

biokeramik tidak dibedakan berdasarkan tingkat bioaktivitasnya, walaupun sifat

bioaktif dari hidroksiapatit dan bioactive glasses memang berbeda. Maka dari itu,

material keramik bioaktif kemudian diklasifikasikan lagi menjadi dua kelas yang

berbeda, yakni

Bioaktivitas kelas A, proses dimana permukaan biologis ditumbuhi sel batang

osteogenik bebas di lingkungan yang rusak. Sebagai akibat dari intervensi

pembedahan. Material bioaktif kelas A menimbulkan respon ekstra dan intra

selular pada permukaan batas. Material seperti ini disebut osteoproduktif.

Bioaktivitas kelas B, jalur biokonduktif yang memungkinkan tulang tumbuh

sepanjang jalur itu, sehingga hanya material kelas B yang dapat menunjukkan

respon ekstra selular pada permukaan batas. Material ini disebut

osteokonduktif.

Metode sederhana yang mengurutkan tingkat bioaktivitas suatu material adalah

berdasarkan Indeks Bioaktivitas (IB) yang merupakan waktu yang dibutuhkan 50%

interface antara tulang dan implant untuk berikatan secara kimiawi. Nilai IB didapat

dari 100/(waktu yang dibutuhkan interface untuk berikatan 50%). Nilai ini dapat

dihitung berdasarkan data yang ditunjukkan pada Tabel 1 (Lampiran).

Data-data diatas mengindikasikan bahwa beberapa biokeramik ini tidak hanya

sulit patah namun juga mereka tidak memiliki nilai modulus elastisitas yang mirip

dengan tulang. Maka dari itu, material keramik ini kurang sesuai sebaai material

pengganti tulang.

Bioaktif glass kelas A memiiki indeks bioaktivitas yang tinggi yaitu lebih dari

8, maka ia memiliki kemampuan untuk berikatan dengan jaringan lunak. Nilai-nilai

indeks bioaktivitas dari beberapa biokeramik dapat dilihat pada Tabel 2 (Lampiran).

DAFTAR PUSTAKA

Saputra, Benny Yarlis. Ceramic Biomaterial.

http://martensite67.wordpress.com/2010/05/14/ceramic-biomaterial/ (diakses 8

maret 2011).

Thompson, Ian, Dr. Biomaterials, Artificial Organs and Tissue Engineering Chapter

5: Biocomposites. Imperial Collage London.

LAMPIRAN

Gambar

Gambar 1. Spektrum Bioaktivitas

Sumber: Thompson, Ian. Biomaterials, Artificial Organs and Tissue Engineering. Imperial Collage

London

Tabel

Tabel 1. Sifat-sifat mekanik beberapa biokeramik komersial

Sumber: Thompson, Ian. Biomaterials, Artificial Organs and Tissue Engineering. Imperial Collage London

Tabel 2. Indeks Bioaktivitas beberapa biokeramik komersial

Sumber: Thompson, Ian. Biomaterials, Artificial Organs and Tissue Engineering. Imperial Collage London