CORRELATION OF SURFACE ROUGHNESS AND FRICTION RESISTANCE IN ORTHODONTICS
Grahita Aditya* , **, Reeza Maulana Nugraha**, Oedijani Santoso *** , Lisyani Soeromo ****

## ABSTRACT
Background: The orthodontic bracket transmit significant force from orthodontic wire to the teeth. Metal ions from the bracket may undergo biodegradation due to  corrosion  and  create  micro  pit  on  the  surface  which  increase  friction resistance. Friction resistance between the archwire and the bracket may effect tooth  movement  and  cause  loss  of  anchorage.  This  study  determine  the correlation  between  surface  roughness  and  friction  resistance  in  orthodontic Roth brackets.
Method: Seventeen  brackets  were  prepared  from  previous  study  and  were analyzed  using  SEM-EDX  (Phenom  Pro  X)  to  measure  surface  roughness. Friction resistance were measured using universal testing machine. Data were analyzed using Spearman correlation.
Result: Significant  correlation  were  found  between  surface  roughness  and friction resistance on orthodontic brackets (p<0.05). The relationship is strongly correlated and directly proportional, with a positive coefficient value of 0.587. Conclusion: The conclusion of the research showed that there was a significant correlation  between  surface  roughness  and  friction  resistance  of  orthodontic brackets.

## PENDAHULUAN
Alat ortodonti cekat merupakan alat yang banyak digunakan  oleh  praktisi  untuk  mencegah  dan merawat  maloklusi  yang  disebabkan  karena  faktor genetik,  lingkungan,  tumbuh  kembang,  etnik, fungsional,  dan  patologi (Chapman  et  al.,  2010).
Perawatan  ortodonti  cekat  memiliki  beberapa  risiko dan komplikasi karena komponen logam yang dapat menimbulkan reaksi hipersensitivitas, seperti braket dan  kawat  yang  dilekatkan  pada  gigi  untuk menimbulkan  pergerakan  gigi  sesuai  dengan  yang diinginkan.  Sebagian  besar  alat  ortodonti  tersebut dibuat  menggunakan  material stainless  steel ,  dan nikel titanium (Tsichlaki et al., 2016) .
Stainless  steel memiliki  sifat  yang  tahan  korosi, namun  beberapa  jenis  zat  yang  masuk  ke  dalam mulut baik berupa makanan maupun minuman dapat menghasilkan senyawa-senyawa yang dapat
menyebabkan pH saliva yang asam pada pasien dan mengakibatkan  terjadinya  korosi  atau  degradasi logam (Rosdayanti et al., 2018).
Korosi adalah suatu reaksi kimiawi antara logam dengan lingkungan yang membentuk oksida logam. Korosi dapat terjadi pada kawat ortodonti berbahan stainless steel (SS) dalam lingkungan rongga mulut akibat  pelepasan  ion  Ni  dan  Cr.  Ion –  ion  tersebut merugikan untuk tubuh dan sifat mekanis braket atau kawat itu sendiri. (Siswanto et al., 2013)
Korosi basah merupakan termasuk jenis korosi di dalam  rongga  mulut  atau  bisa  juga  disebut  dengan korosi  elektrokimia..  Rendaman  kawat  NiTi  dan  SS dalam saliva buatan menyebabkan pelepasan ion Ni pada hari ke-7, dan ion Cr dan Fe terlepas pada hari ke-14. Rusaknya lapisan atau selaput pelindung aloi logam  mengakibatkan  micro  pit  pada  permukaan kawat dan  braket . Korosi yang  terus menerus akan

## Keywords:
metal bracket surface roughness, friction resistance
*Program Doktor Ilmu Kedokteran dan Kesehatan, Fakultas Kedokteran, Universitas Diponegoro **Fakultas Kedokteran Gigi, Universitas Islam Sultan Agung Semarang
***Program studi Kedokteran Gigi, Fakultas Kedokteran, Universitas Diponegoro ****Departemen Patologi Klinik, Fakultas Kedokteran, Universitas Diponegoro
Correspondence: aditghozali@gmail.com
merusak kontinuitas bahan hingga dapat menyebabkan  patahnya  tersebut.  Gaya  friksi merupakan resistensi dari dua objek ketika bergerak dan  bersinggungan  satu  dengan  yang  lain. Kecepatan  gerak  gigi  dapat  dipengaruhi  oleh  gaya friksi.  Selain  itu,  adanya  friksi  berdampak  kepada rasio  momen  dengan  gaya,  dan  pusat  rotasi  gigi dipengaruhi  oleh  friksi,  sehingga loss  anchorage akan terjadi (Devi, 2010; Siswanto et al., 2013).
Salah  satu  tehnik  memperkuat  penjangkaran ortodontik  adalah  dengan  mengatasi  gaya  friksi antara  kawat  dan  braket,  selain  itu  gaya  aktif  yang diperlukan  untuk  menggerakkan  gigi  akan  semakin kecil  sehingga  waktu  perawatan  ortodontik  secara umum  akan  berkurang.  Gaya  yang  hilang  akibat friction resistance adalah sekitar 12%-60% (Iwasaki et al., 2003).
Berdasarkan  uraian  di  atas,  peneliti  tertarik melakukan  penelitian  mengenai  korelasi surface roughness akibat micro  pit pada  permukaan  braket terhadap friction resistance .

## METODE PENELITIAN
Jenis penelitian yang dipakai ialah jenis analitik. Penelitian  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah penelitian laboratoris posttest only , dengan objek penelitian berupa braket ortodonti yang telah dilakukan  berbagai  perlakuan  dari  penelitian sebelumnya Aditya et al., 2019 sebanyak 17 buah. (Aditya et al., 2019)
Pengajuan  permohonan  ijin  penelitian  telah diajukan  kepada  Komite  Tim  Etik  Penelitian   FKG Universitas  Islam  Sultan  Agung  Semarang. Pengujian spesimen dilaksanakan di Laboratorium Bahan  Teknik  Departemen  Teknik  Mesin  Sekolah
Vokasi UGM.
Braket  diambil,  diberi  penomeran  lalu  disatukan dengan  plat  logam  dengan  panjang  10  cm. Tujuannya adalah unutk memudahkan saat pengujian f riction resistance .
Pengambilan gambar sampel dilakukan dengan cara menggunakan SEM-EDX (Phenom Pro X).
Pengambilan gambar sampel dilakukan oleh operator laboratorium  sesuai  dengan  instruksi  dari  penulis. Pengambilan gambar dalam satu bracket menggunakan alat SEM membutuhkan waktu kurang lebih  10  menit.  Dalam  satu bracket ,  didapatkan  4 sampai 5 gambar.
Pengujian friction  resistance pada  17  braket dilakukan pada Universal Testing Machine .
Pengaturan  alat  dilakukan  pengukuran  dengan kawat stainless steel upper 0,017x0,025 Inch yang diikat  pada  braket  lalu  diukur  friksi  yang  terbentuk antara  braket  dengan arch  wire. Luaran  hasil pengujian berupa satuan gaya Newton (N).
Analisis  data  menggunakan  uji  normalitas dengan Shapiro Wilk & berlanjut ke analisis korelasi menggunakan korelasi Pearson atau Spearman.

## HASIL PENELITIAN
Hasil  yang diperoleh berupa  data  dari perhitungan jumlah pit pada 17 braket menggunakan alat SEM dengan perbesaran 5000 kali.  Data  kedua  diperoleh  dari  pengujian  friksi pada  17  braket  pada  alat Universal  Testing Machine .  Didapati  data  yang  ditampilkan  pada paparan tabel berikut:
Tabel 1. Rata – Rata Friksi dan Jumlah Pit No Mean SD Shapiro-Wilk Spearman 1 Friksi 0.18 N 0.08 N 0.00* 0.013* 2 Jumlah Pit 212.25 44.40 0.12
Pada  tabel  1  ditemukan  rata-rata  dari  hasil pengujian friksi dengan menggunakan alat Universal Testing Machine dengan satuan Newton (N) sebesar 0.18 N. Sedangkan rata-rata dari jumlah pit yang diuji menggunakan  alat Scanning  Electron  Microscope (SEM) sebanyak 212.25 buah.
Uji Saphiro Wilk  mendapatkan hasil uji rata-rata Friksi tidak terdistribusi normal dengan nilai sig 0.00, dimana nilai sig lebih kecil dari pada nilai batas kritis yaitu  0.05.  Hal  tersebut  bisa  diakibatkan  karena terdapat adanya data yang ekstrem pada salah satu atau beberapa sampel. Pada pengujian uji rata-rata jumlah micro  pit didapatkan  data  normal.  Nilai  sig 0.12 dimana lebih  besar  dari pada batas nilai kritis yaitu 0.05. Pengujian dilanjutkan dengan menggunakan uji non parametrik Spearman.
Hasil  dari  uji  Spearman  menunjukan  nilai  0.587 dengan  signifikansi  0.013  (p<0.05)  yang  memiliki makna  terdapat  hubungan  yang  signifikan  antara micro pit pada permukaan braket terhadap besarnya gaya friksi.

## DISKUSI
Perawatan ortodonti dapat menyebabkan perubahan  biologis  rongga  mulut  seperti  pH, temperatur dan juga trauma baik terhadap jaringan lunak  maupun  dengan  gigi  geligi.  Saliva  dalam rongga  mulut  berpengaruh  terhadap  kecepatan biodegradasi  logam  dan  juga  berperan  sebagai salah  satu  pemicu  terjadinya  korosi.  Korosi  pada braket  logam  dapat  menyebabkan  bentuk  mikro permukaan  hingga  menjadi  kasar,  bergelombang, dan  tidak  rata  (Regis  et  al.,  2011).  Pelepasan  ion yang  terjadi  mengurangi  kekuatan  kawat  gigi  & menyebabkan kekasaran  permukaan (surface
roughness) (Ardhy et al., 2015).
Kekasaran permukaan berupa micro pit corrosion dapat  mempengaruhi sliding  mechanism dan biokompabilitas  perawatan  ortodontik,  selain  itu micro pit corrosion merupakan penyebab terjadinya peningkatan besar friction resistance pada ortodontik. Friction resistance memberikan pengaruh  terhadap  kecepatan  pergerakan  gigi, ratio:moment gaya  terhadap  gigi  geligi  serta  pusat dari  rotasi  gigi,  sehingga  memungkinkan  hilangnya anchorage . Friction  resistance juga mempengaruhi efisiensi alat & menyebabkan kurangnya kecepatan pergerakan  gig  sehingga  memperlama  durasi perawatan  ortodonti  (Eliades  et  al.,  2002;  Nur Alamsyah et al., 2015).
Penelitian  tingkat  kekasaran  permukaan  pada beberapa jenis braket menunjukan hubungan yang signifikan  pada  jenis  braket  keramik  dengan  friksi yang ditimbulkan. Bahan braket keramik menunjukan gaya gesek tertinggi terkait kekasaran permukaan,  kekerasan  dan  kekakuan  braket keramik.  Gaya  gesekan  merupakan  faktor  yang merugikan yang  mempengaruhi kelancaran gerakan  gigi  selama sliding  mechanism pada
perawatan
ortodonti. Gaya gesek perlu diminimalisir  seoptimal  mungkin  walaupun  tidak mungkin  untuk  dihilangkan  sepenuhnya  (Doshi  & Bhad-Patil, 2011).
Besaran friksi setelah perendaman braket dalam Acidified  Phosphate  Fluoride (APF)  0,2%    juga menunjukkan  peningkatan  friksi  pada  pengujain menggunakan load  cell (Kao  et  al.,  2006).  Gaya yang hilang karena gaya friksi berkisar antara 12 – 60%.  Hilangnya  gaya  tersebut  mengakibatkan
bertambahnya tarikan pada penjangkaran dan juga berkurangnya  kecepatan  pergerakan  gigi  (Iwasaki et al., 2003).
Besaran  friksi  merupakan  kombinasi  banyak faktor, dan tidak selalu bergantung pada kekasaran permukaan  Besarnya friction  resistance bisa diakibatkan oleh  dua  aspek:  aspek  mekanis  dan aspek  biologis.  Karakteristik  kawat dan  braket seperti  bahan,  tekstur,  dimensi penampang  kawat serta  kekasaran  permukaan  kawat dan  braket merupakan  beberapa  contoh  aspek  mekanis tersebut, sedangkan aspek biologis yang berperan antara  lain  saliva  dan  debris  (Vijayalakshmi  et al., 2009).
Komponen  ortodonti  selama  digunakan  akan terdegradasi dan menyebabkan perubahan morfologi secara  mikro.  Ion  yang  terlepas  dari  perubahan tersebut  berdampak  pada  biokompabilitas,  hingga mampu  menyebabkan  hipersensitivitas  tipe  IV (Eliades et al., 2002). Friction resistance bergantung pada  besaran  gaya yang  bergerak  pada  bidang kontak antara braket & kawat busur yang mendorong kedua permukaan itu secara  bersamaan,  dan  bahan yang  digunakan (Rahardjo  et  al.,  2013). Dari penelitian  ini  didapatkan  korelasi  yang  kuat  dan berbanding  lurus  antara  jumlah  pit dan friction resistance pada braket ortodonti.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  tersebut,  dapat disimpulkan bahwa terdapat korelasi yang signifikan antara surface characterization dan friction resistance pada braket ortodonti logam.

## Daftar Pustaka
1. How  long  does  treatment  with  fixed orthodontic  appliance  last?  A  systemic review. Tsichlaki,  Aliki.  2016,  American Journal  of  Orthodontics  and  Dentofacial Orthopedics, pp. 308-318.
2. Perbandingan  Gaya  Friksi  Kawat  Stainless Steel  Sebelum  dan  Setelah  Perendaman
dalam  Saliva  Buatan  pada  Periode  Waktu yang  Berbeda  (Studi  Laboratoris  In  Vitro). Siswanto. April 2013, Jurnal Kedokteran Gigi, Vol. 4, pp. 136 - 141.
3. Clinical  ligation  force  and  intraoral  friction during  sliding  on  a  stainless  steel  archwire. Iwasaki L R., Beatty M W, Randall, J Nickel J, C.  2013,  Am  J  Orthod  Dentofacial  Orthop, Vol. 123(4), p. 408.
4.  Pengaruh  material  konservasi  kolostrum terhadap pelepasan ion Ni, Aditya G, Nuraini H, Sekarini W, 2019, Jurnal Teknosains, Vol 9(1), pp. 12
5. Risk factor for Incidence and severity of white spot  lesions  during  treatment  with  fixed orthondontic appliance. Chapman, Joshua A. 2010,  American  Journal  of  Ortodhontic  and Dentofacial Orthopedics, pp. 188-194.
6. Corrosion  rate  of  titanium  orthodontic  wire after  immersion  in  artificial  saliva. Leliana  S, Devi AP. 2010, J.K.G. Unej, pp. 56-61.
7. Perbandingan  besar  friksi  antara  empat macam  braket. Alamsyah,  Taufik  Nur.  2015, Vol. 6(1), pp. 49-54.
8. Faktor  Alergi  pada  Alat  Orthodontik  Cekat (Fixed  Appliance). Sianita,  Pricillian  Priska. 2011, Jurnal Kedokteran Gigi, pp. 55-59.
9. Analisis  Laju  Korosi  Kawat  Ortodontik Lepasan  Stainless  Steel  pada  Media  Air Kelapa. Reysa  Rosdayanti,  Diana  Wibowo, Fajar Kusuma D.K. 2018, Jurnal Kedokteran Gigi, Vol. II, pp. 58-62.
10. Jumlah  Kromium  (Cr)  dan  Nikel  (Ni)  Kawat Ortodontik  Stainless  Steel  yang  Terlepas pada  Perendaman  Saliva. Jura,  Cieny  O. 2017, Jurnal Kedokteran Gigi Sam Ratulangi, pp. 1-4.
11. Biogarden of orthodontic metallic bracket and associated implications for friction. Regis S, et al. 2011, Am. J. Orthod Dentofac Orthop, Vol. 140, pp. 501-509.
12. Perilaku  Korosi  Titanium  dalam  Larutan Modifikasi  Saliva  Buatan  untuk  Aplikasi Ortodontik. Ardhy S, Gunawan & Affi J. 2015, J. Mek, Vol. 6, pp. 585-593.
13. Nickel  content  of  as-received,  retrieved,  and recycled  stainless  steel  bracket. Eliades  T, Zinelis  S,  Eliades  G,  &  Athanasious  A  E. 2002,  Am.  J.  Orthod  Dentofac  Orthop,  Vol. 122, pp. 217-220.
14. Comparative  evaluation  of  metallurgical properties  of  stainless  steel  and  TMA archwires with timolium and titanium niobium archwires - an in vitro study. Vijayalakshmi R D,  Nagachandran  K  S,  Kummi  P,  & Jayakumar P A. 2009, Indian J. Dent, Vol. 20, pp. 448-452.
15. Comparison  of  frictional  resistance  after immersion  of  metal  bracket  and  orthodontic wires  in  a  fluoride-containing  prophylactic agent. Kao, C. T.  et al.  2006,  Am. J. Orthod Dentofac  Orthop,  Vols.  568.e1-268.e9,  p.
130.
16. Static  frictional  force  and  surface  roughness of  various  bracket  and  wire  combinations. Doshi, U. H. & Bhad-Patil, W. A. 2011, Am. J.
Orthod Dentofac Orthop, Vol. 139, pp. 74-79.
17. Perbandingan  Besar  Friksi  Antara  Braket Begg dan Braket Self Ligating Menggunakan
Arch  Wire  Stainless  Steel  0.016. Rahardjo, E., Pinandi & Wayan. 2013, J. Ked Gi, Vol. 4, pp. 57-66.