## IMPLAN ZIRKONIA TIPE Y-TZP SEBAGAI PIRANTI ALTERNATIF PILIHAN SELAIN IMPLAN TITANIUM
(TYPE Y-TZP ZIRCONIA IMPLANT AS AN ALTERNATIVE CHOICE BESIDES TITANIUM IMPLANT)
Dewi Puspitasari*, Ellyza Herda**
*Peserta Program Magister Ilmu Kedokteran Gigi Dasar Fakultas Kedokteran Gigi, Universitas Indonesia
**Departemen Ilmu Material Kedokteran Gigi
Fakultas Kedokteran Gigi, Universitas Indonesia
Jl. Salemba Raya No.4 Jakarta Pusat 10430 E-mail: dewident@gmail.com

## Abstract
The  used  of  implant  in dental  application  has  long  evolved  since titanium  dental  implants was  firstly  used, since then titanium became the material of choice. Due to the unwanted effects, zirconia as an alternative to titanium dental implant. The  advantage  of  zirconia  as  a  dental  implant  is  biocompatibility  and  mechanical  properties,  the  main  mechanical properties of zirconia are the resistances to fracture through the mechanism of toughening transformation. Mechanism of toughening transformation occurred in zirconia which was stabilized by yttrium oxide,  therefore the stress that is given to zirconia’s  surface  will  result  in  volumetric  changing  on  crystal  structure  from  tetragonal  to  monoclinic  phase.  In conclusion, zirconia mainly Y-TZP (tetragonal zirconia polycrystal) can be used as dental implant which is comparable to titanium dental implant.
Key words: zirconia, dental implant, toughening transformation

## Abstrak
Penggunaan implan dalam bidang kedokteran gigi telah berkembang sejak lama saat pertama kali implan berbahan dasar titanium  digunakan  untuk  menggantikan  gigi  yang  hilang.  Sejak  saat  itu  titanium  menjadi  material  pilihan  untuk penggunaan implan karena biokompatibilitas dan sifat mekaniknya yang baik. Adanya efek yang tidak diinginkan  dari implan titanium, menjadikan material lain yaitu zirkonia sebagai material pilihan alternatif selain titanium. Keuntungan zirkonia sebagai implan antara lain biokompatibilitas dan sifat mekaniknya yang baik terutama resistensi terhadap fraktur melalui  mekanisme “ toughening transformation” .  Mekanisme “ toughening transformation” terjadi pada zirkonia  yang telah distabilisasi dengan oksida yttria (Y-TZP), sehingga stress yang terjadi pada permukaan zirkonia akan menghasilkan perubahan volumetrik pada struktur kristal dari  fasa tetragonal menjadi  fasa monoklinik. Sebagai kesimpulan,  material keramik zirkonia terutama Y-TZP ( tetragonal zirconia polycrystal) dapat digunakan sebagai material implan kedokteran gigi yang sebanding dengan implan titanium.
Kata kunci: zirkonia, implan gigi, toughening transformation.

## PENDAHULUAN
Implan gigi atau dental implant merupakan piranti yang  dapat  menggantikan  gigi  yang  hilang  pada daerah  edentulous  dan  mempunyai  fungsi  serta  pe- nampilan yang hampir sama dengan gigi asli. Peng- gunaan implan di bidang kedokteran gigi telah ber- kembang sejak 4 dekade yang lalu saat pertama kali
implan  berbahan  dasar  titanium  diaplikasikan  oleh Branemark. 1 Sejak saat itu titanium menjadi materi- al pilihan untuk penggunaan implan karena biokom- patibilitasnya  dan  sifat  mekanis  yang  baik. 2 Akhir- akhir ini hasil riset klinis melaporkan bahwa implan titanium  dapat  menyebabkan  alergi  dan  tampilan estetisnya tidak memuaskan, hal ini mendorong para peneliti  untuk  mencari  alternatif  implan  yang  se-
banding  dengan  titanium.  Alternatif  implan  selain berbahan  dasar  titanium  yang  kini  berkembang  di kedokteran  gigi  adalah  implan  berbahan  dasar  zir- konia.  Implan  zirkonia  bersifat  biokompatibel,  se- warna dengan gigi dan memiliki sifat mekanik yang baik. 3,4 Sifat  biokompatibilitas  yang  baik  didapat dengan  adanya  osseointegrasi  dengan  jaringan  se- kitarnya. 4
Material  keramik  zirkonia  memiliki  ketangguhan terhadap  fraktur  ( fracture  toughness) yang  tinggi, ketangguhan ini dihasilkan dari stabilisasi fasa tetra- gonal dengan oksida  yang berbeda  yaitu Yttria  dan disebut  sebagai Yttria-stabilized  tetragonal  zirconia polycrystal (Y-TZP).  Fenomena toughening  trans- formation memberikan  kontribusi  untuk  kekuatan dan  ketangguhan  yang  tinggi  dalam  mencegah  ter- jadinya  retak  pada  material  zirkonia.  Peningkatan pada  kekuatan  dan  ketangguhan  merupakan  alasan utama  zirkonia  digunakan  sebagai  implan  gigi. 5,6 Material  ini  menjadi  pilihan  untuk  “generasi  baru” implan gigi dibandingkan material keramik lainnya. 7 Makalah  ini  merupakan  telaah pustaka  mengenai implan zirkonia sebagai alternatif pilihan untuk im- plan  gigi  yang  sebanding  dengan  implan  titanium, berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah  dipublikasi- kan sebelumnya terutama dalam hal biokompatibil- tas  dan fracture  toughness zirkonia  yang  tinggi melalui mekanisme “ transformation toughening”.

## IMPLAN ZIRKONIA
Zirkonium  adalah  unsur  logam  yang  memiliki simbol  Zr  dan  nomor  atom  40.  Elemen  ini  me- rupakan  elemen  transisi  dan  memiliki  berat  atom 91,224.  Zirkonium  tidak  terjadi  di  alam  dalam  ke- adaan murni tetapi bergabung dengan oksida silikat (ZrO 2 x  SiO 2 ) atau oksida bebas  (ZrO 2 ). 8 Zirkonium dioksida  atau Zirkonia  (ZrO 2 ) dapat dibagi menjadi beberapa  terminologi,  salah  satunya  adalah  Y-TZP ( Yttria-stabilized  tetragonal  zirconia  polycrystal). 9 Keramik  zirkonia  tipe  Y-TZP  terdiri  atas  100% butir-butir halus tetragonal metastabil yang telah di- tambah  sekitar  2  sampai  3  mol  %  Yttrium  oksida (Y 2 O 3 ) sebagai bahan stabilisasi. Fasa-fasa yang ter- dapat dalam  zirkonia  adalah fasa  tetragonal,  mono- klinik  dan  kubik. 10 Fraksi  fasa  tetragonal  diper- tahankan  pada  temperatur  kamar  tergantung  pada temperatur  pemrosesan,  kandungan  yttrium  dan ukuran  butir.  Berdasarkan  ukuran  butir,  sifat  me- kanik  zirkonia  dapat  ditingkatkan  dengan  mikro- struktur  metastabil  yang  berukuran  kecil.  Fasa  zir- konia tetragonal tetap dalam keadaan metastabil, hal ini  berarti  terdapat  beberapa  energi  yang  tertahan pada  material  zirkonia  yang  mampu  kembali  ke keadaan monoklinik jika struktur material  diberikan
stres. 11
Keramik  zirkonia  TIPE  Y-TZP    telah  lama  di- gunakan secara luas dalam bidang ortopedi sebagai hip-joint  ball - heads . 12,13 Dalam  bidang  kedokteran gigi,  zirkonia  tipe  Y-TZP  digunakan  sebagai  ma- terial  untuk  restorasi  gigi  tiruan  tetap,  untuk all ceramic  abutments pada  implan  dan  baru-baru  ini sebagai  implan  gigi. 4 Zirkonia  tipe  Y-TZP  mem- berikan keuntungan yang lebih besar sebagai implan gigi dalam hal sifat fisik dan mekanis dibandingkan dengan material keramik lainnya. 12 Dalam beberapa tahun  terakhir  material  ini  telah  banyak  digunakan sebagai  implan  oleh  karena  adanya  efek  stabilitas, estetis,  sifat  mekanis  dan  biokompatibilitas  yang baik. 10,14

## KELEBIHAN ZIRKONIA SEBAGAI IMPLAN DIBANDINGKAN DENGAN TITANIUM
Implan gigi yang berbahan dasar titanium merupa- kan material implan yang pertama kali dan tetap di- gunakan hingga sekarang. Implan titanium memiliki performa  klinis  dengan  tingkat  keberhasilan  kumu- latif 98,8% selama 15 tahun. 1 Performa ini disebab- kan  oleh  biokompatibilitas  yang  tinggi,  respons  tu- lang  dan  jaringan  lunak  yang  menguntungkan  ter- hadap  implan  serta  kekuatan  dan  ketahanan  korosi yang  memadai. 1,14 Peningkatan  permintaan  dan harapan  pasien  terhadap  perawatan  implan  gigi  se- makin  tinggi  dan  membuat  dokter  gigi  tidak  hanya tertarik pada osseointegrasi dan usia pemakaian kli- nis  implan  pada  jangka  panjang,  tetapi  juga  mem- perhatikan hasil estetika perawatan. 1
Hasil  estetis  restorasi  yang  didukung  oleh  implan titanium dapat terpengaruh jika warna gelap implan terlihat  melalui  peri-implan  mukosa  yang  tipis  atau jika  terjadi  resesi  jaringan  lunak  sehingga  bagian abutment implan terlihat. Selain itu, dinyatakan juga material ini berpengaruh terhadap kesehatan karena adanya  partikel  titanium  yang  lepas  dan  produk korosi. Adanya peningkatan konsentrasi titanium te- lah  terdeteksi  pada  permukaan  yang  dekat  dengan jaringan dan kelenjar getah bening di sekitar implan. Meskipun  relevansi  klinis  dari  temuan  ini  belum jelas, tetapi telah banyak peningkatan jumlah pasien yang  lebih  memilih  perawatan  yang  bebas  dari  lo- gam. 4 Efek  samping  yang mungkin ada pada peng- gunaan  bahan  logam  dan  kecenderungan  untuk membatasi penggunaan logam dalam tubuh manusia telah mendukung untuk mencari material yang lebih biokompatibel,  salah  satunya  adalah  material  kera- mik zirkonia tipe Y-TZP. 15 Sevilla dkk. menyatakan bahwa  kelebihan  (Y-TZP)  dibandingkan  implan titanium murni komersial atau Ti6Al4V adalah hasil estetis yang lebih baik karena warnanya putih meng-
kilap  yang  ditunjukkan  melalui  mukosa  tipis  dan juga biokompatibilitas yang tinggi  karena tidak  ada ion  logam  yang  keluar  ke  jaringan  sekitarnya. 15
Evard dkk. menyatakan bahwa ada peningkatan pre- valensi  alergi  oral  terhadap  logam,  termasuk  emas dan titanium yang digunakan dalam kedokteran gigi terutama pada pasien dengan riwayat alergi terhadap logam.  Implan  titanium  dapat  memicu  toksisitas atau  reaksi  alergi  tipe  I  atau  IV  dan  juga  adanya kekhawatiran  tentang  penglepasan  ion  titanium karena  korosi,  keausan,  alergi  dan  sensitisasi.  Kon- sentrasi  tinggi  ion  titanium  terdeteksi  secara  lokal dan  sistemik,  secara  lokal  yaitu  pada  tulang  di sekitar  implan  dan  secara  sistemik  dalam  kelenjar getah bening regional, organ internal serta mencapai serum  dan  urine  yang  berpotensi  berbahaya  bagi tubuh manusia. Kekhawatiran terus berkembang ter- kait dengan paduan logam dan adanya laporan yang menghubungkan  penyakit  sistemik  dan  mutasi  ge- netik  dengan  adanya  penglepasan  ion  logam  dari restorasi. 1
Sevilla dkk. dalam penelitiannya menyatakan bah- wa implan zirkonia Y-TZP memiliki resistensi yang lebih  tinggi  terhadap  fraktur  bila  dibandingkan  im- plan  titanium  apabila  kemiringan  penanaman  im- plan zirkonia Y-TZP kurang dari 20° terhadap sum- bu  gaya  pengunyahan.  Sudut  inklinasi  yang  lebih besar  dari  20°  menunjukkan  lebih  mudah  terjadi fraktur bila dibandingkan dengan implan titanium. 15
Butz dkk. juga menyatakan bahwa abutment implan dari  bahan  dasar  zirkonia  memiliki  kekuatan  yang sebanding  dengan  implan  titanium  untuk  melawan fraktur  akibat  simulasi  gaya  pengunyahan  yang  di- berikan,  dengan  demikian  implan  zirkonia  sangat baik bila digunakan untuk implan gigi anterior mau- pun posterior (Gambar 1 dan 2). 1,16,17
Gambar 1. (a) Implan zirkonia one piece dengan indikasi yang  berbeda  (insisivus,  kaninus,  premolar dan molar); (b) implan zirkonia two piece 17
Gambar 2. Aplikasi  implan  zirkonia  (A,  B,  C)  dan sementasi mahkota pada gigi insisivus pertama atas kiri (D) 1

## SIFAT MEKANIS ZIRKONIA
Zirkonium  dioksida  (ZrO2)  atau  disebut  Zirkonia merupakan  oksida  logam  bioinert nonresorbable dengan sifat mekanis yang lebih baik dibandingkan dengan biomaterial keramik lainnya. 13 Zirkonia me- rupakan material polimorfis  yang memiliki  struktur kristal  yang  berbeda  yaitu  monoklinik  (M),  kubik (C)  dan  tetragonal  (T).  Pada  temperatur  kamar  zir- konia  murni  berada  pada  fasa  monoklinik.  Fasa  ini stabil sampai temperatur 1.170˚C. Peningkatan tem- peratur  sampai  2.370˚C  zirkonia  mengalami  fasa tetragonal kemudian diatas 2.370˚C zirkonia berada pada  fasa  kubik.  Struktur  zirkonia  yang  dapat  ber- transformasi menjadi monoklinik, kubik dan terago- nal disebut sebagai struktur metastabil. 18 Pada Gam- bar 3 ditunjukkan diagram transformasi fasa struktur kristal zirkonia. 8,18
Gambar 3. Diagram Fasa Y-TZP 8
Sifat mekanis zirkonia tipe Y-TZP dapat dikaitkan dengan struktur butirnya yang halus dan mempunyai mikrostruktur metastabil.  Sifat mekanis  yang  tinggi merupakan hasil mekanisme transformation toughe- ning ,  mekanisme  ini  merupakan  transformasi  ma- terial  antara  fasa  yang  berbeda  dan  bertindak  se- bagai  proses  penguatan  untuk  melawan  retakan yang dapat  menyebabkan  kegagalan material. 1  1 Si- fat  mekanis  yang  tinggi  ditunjukkan  melalui frac- ture toughness yang tinggi yaitu 7 hingga 10 MPam – 1 ,  ketangguhan  yang  tinggi  ini merupakan  ke- mampuan material  untuk melawan penjalaran  retak karena  beban  pengunyahan  yang  besar.  Zirkonia tipe  Y-TZP  juga  menunjukkan  kekuatan  fleksural yang  tinggi  antara 900-1200 MPa,  modulus  Young sebesar 210 GPa yang menunjukkan kekakuan yang sebanding dengan stainless steel, kekuatan kompre- sif  sebesar  4900  MPa  dan  kekuatan  impak  137 MPa. 8,13,16
A
D
C B a b

## PEMBAHASAN
Zirkonia  memiliki  tiga  perubahan  fasa  pada  tem- peratur  tertentu.  Pada  proses  sintering  zirkonia  me- ngalami transformasi kristal dari fasa monoklinik ke tetragonal dan akan mengalami transformasi ke fasa monoklinik  kembali  bila  ada  stres  sehingga  me- nyebabkan  adanya  mekanisme  penguatan  yang  di- sebut transformation toughening . 19 Pada temperatur kamar zirkonia murni berada pada fasa monoklinik. Fasa ini stabil sampai temperatur 1.170˚C. Pada pe- ningkatan  temperatur  sampai  2.370˚C  zirkonia  me- ngalami  fasa  tetragonal  dan  temperatur  diatas 2.370˚C  zirkonia  berada  pada  fasa  kubik.  Sebalik- nya, selama penurunan temperatur, transformasi da- ri  fasa  tetragonal  ke  fasa  monoklinik  terjadi  pada temperatur dibawah 1.070˚C dan diikuti dengan ter- jadinya ekspansi volume sekitar 3-4%. Transformasi fasa ini akan menyebabkan stres yang berlanjut pada pembentukan  retakan.  Untuk  mencegah  pembentu- kkan  keretakan  tersebut    maka  zirkonia  perlu  di- lakukan stabilisasi. 8,19
Dengan  penambahan  sejumlah  kecil  oksida  pen- stabil (yttria), partikel tetragonal bisa tetap bertahan dalam  bentuk  metastabil  pada  temperatur  dibawah temperatur  transformasi  fasa  tetragonal  ke  fasa monoklinik.  Stabilitas  ini  disebabkan  oleh  karena energi permukaan pada fasa tetragonal lebih rendah dibandingkan fasa monoklinik dan juga karena fasa tetragonal melawan untuk bertransformasi ke bentuk monoklinik. 8
Penjalaran retak menyebabkan terjadinya stres ter- hadap  butir-butir  sekitar  retak  sehingga  butir  tetra- gonal  dapat  bertransformasi  menjadi  monoklinik dan  mengalami  ekspansi  volume  sekitar 3-5%.  Ek- spansi  ini  akan  menyebabkan  stres  kompresif  ter- hadap bagian ujung awal retak, sehingga dapat me- nahan  penjalaran  retak  lebih  besar.  Energi  yang  le- bih  besar  dibutuhkan  untuk  meyebabkan  terjadinya penjalaran  retak  lebih  lanjut,  sehingga  cara  ini  be- kerja  dengan  baik  untuk  mencegah  terjadinya  pen- jalaran  retak.  Transformasi  ketangguhan  keramik zirkonia  berasal  dari  pembentukan  lapisan  kom- presif yang terjadi di permukaan. 8,15,16 Setiap transisi antara struktur kristal dari tetragonal ke monoklinik yang  disebabkan  oleh  karena  stres  yang  diberikan pada  permukaan  zirkonia  akan  menghasilkan  pe- rubahan  volumetrik  pada  struktur  kristal  tersebut. Energi retak akan menciptakan transisi tetragonal ke monoklinik,  modifikasi  struktur  kristalin  ini  akan diikuti oleh ekspansi yang menutup  retak. 16 Energi yang seharusnya digunakan untuk perambatan retak habis  untuk  mengatasi  stres  kompresif  yang  di- sebabkan  oleh  ekspansi  volume  pada  transformasi fasa tetragonal ke monoklinik. 15
Transformasi  fasa  ini  menempatkan  retakan  pada tekanan  oleh  karena  ukuran  butir  yang  membesar sehingga  akan  memperlambat  pertumbuhan  retak. Dengan  adanya  transformasi  ini akan diperoleh  pe- ningkatan  dalam  ketangguhan  karena  energi  yang digunakan  untuk  perambatan  retak  dihilangkan dengan  baik  oleh  transformasi  fasa  tetragonal  ke monoklinik.  Mekanisme  ini  dikenal  sebagai trans- formation  toughening dan  dianggap  menjadi  dasar bagi  kekuatan  dan fracture  toughness yang  tinggi pada  zirkonia yttria-tetragonal  zirconia  polycrystal (Y-TZP). 9,10
Sebagai  kesimpulan,  material  keramik  zirkonia tipe  Y-TZP  ( tetragonal  zirconia  polycrystal) di- gunakan  sebagai  material  pilihan  untuk  implan kedokteran  gigi  selain  implan  titanium  karena biokompatibilitasnya  dan  sifat  mekanik  yang  baik. Sifat  mekanik  Y-TZP  yang  tinggi  terutama  di- peroleh dari ketangguhan terhadap fraktur ( fracture toughness) yang  tinggi  melalui  mekanisme trans- formation toughening.

## Daftar Pustaka
1. Jum’ah  AA,  Beekmans  BMN,  Wood  DJ, Maghaireh H. Zirconia implants: The new arrival in the  armoury    of  successful  aesthetic  implant dentistry. Smile Dent J 2012; 7(2): 12-26.
2. Depprich  R,  Zipprich  H,  Ommerborn  M,  Naujoks C,  Wiesmann  H-P,  Kiattavorncharoen  S,  et  al. Osseointegration  of  zirconia  implants  compared with  titanium:  an  in  vivo  study.  Head  &  Face Medicine 2008; 4(30): 1-8.
3. Özkurt Z, Kazazoğlu E. Zirconia dental implants: a literature  review.  J  Oral  Implantol  2011;  37(3): 367-76.
4. Wenz  HJ,  Bartsch  J,  Wolfart  S,  Kern  M. Osseointegration  and  clinical  success  of  zirconia dental  implants:  a  systematic  review.  Int  J Prosthodont 2008; 21(1): 27-36.
5. Denry  I,  Holloway  JA.  Ceramics  for  dental applications: a review. Materials 2010; 3(1): 351-68.
6. Triwatana P, Nagaviroj N, Tulapornchai C. Clinical performance  and  failures  of  zirconia-based  fixed partial  dentures:  a  review  literature.  J  Adv Prosthodont 2012; 4(2): 76-83.
7. Hisbergues  M,  Vendeville  S,  Vendeville  P. Zirconia:  established  facts  and  perspectives  for  a biomaterial in dental implantology. J Biomed Mater Res B Appl Biomater 2009; 88(2): 519-29.
8. Vagkopoulou  T,  Koutayas  SO,  Koidis  P,  Srub  JR. Zirconia in dentistry : Part 1. Discovering the nature of an upcoming bioceramic. Eur J Esthet Dent 2009; 4(2): 1-22.
9. Kelly JR, Denry I. Stabilized zirconia as a structural ceramic: An overview. Dent Mater 2008;24:289-98.
10.  Amat  NF,  Muchtar  A,  Yahaya  N,  Ghazali  MJ.  A review    of     zirconia      as     a  dental   restorative
material.  Aust.  J.  Basic  &  Appl.  Sci  2012;  6(12): 9-13.
11.  Andreiotelli  M,  Kohal  R-J.  Fracture  strength  of zirconia implants after artificial aging. Clin Implant Dent Relat Res 2009; 11(2): 158-66.
12.  Depprich  R,  Zipprich H, Ommerborn  M,  Mahn E, Lammers L, Handschel J, et al. Osseointegration of zirconia implants: an SEM observation of the bone- implant  interface.  Head  &  Face  Medicine  2008; 4(25): 1-7.
13.  Rieger  W,  Köbel  S,  Weber  W.  Processing  and properties  of  zirconia  ceramics  for  dental applications. Spectrum dialogue 2008: 1-12.
14.  Shrestha S, Joshi S. Current concepts in biomaterials in dental implant. Sci Res 2014; 2(1): 7-12.
15.  Sevilla  P,  Sandino  C,  Arciniegas  M,  Martínez- Gomis  J, Peraire  M, Gil FJ. Evaluating mechanical
properties  and  degradation  of  YTZP  dental implants. Mater Sci & Eng : C 2010; 30(1): 14-19.
16.  Manicone  PF,  Iommetti  PR,  Raffaelli  L.  An overview  of  Zirconia  Ceramics:  Basic  Properties and Clinical Applications. J dent 2007; 35: 819-26.
17.  Hochscheidt  CJ,  Alves  EDM,  Bernardes  LAB, Hochscheidt ML,  Hochscheidt RC.  Zirconia dental implants: An alternative for today or for the future? (Part II). Dent Press Implantol 2012; 6(4): 114-24.
18.  Nakamura  K,  Kanno T, Milleding P, Örtengren  U. Zirconia  as  a  dental  implant  abutment  material:  a systematic  review.  Int  J  Prosthodont  2010;  23(4): 299-309.
19.  Hartono  SB.  Pengaruh presureless  sintering terhadap fracture  toughness komposit  kaolin- zirkonia. Traksi 2012; 12(2): 16-27.