INSOLOGI: Jurnal Sains dan Teknologi ISSN 2828-4984 (Media Online) | ISSN 2828-4992 (Media Cetak) Vol. 1 No. 5 (Oktober 2022) 635-646 DOI: 10.55123/insologi.v1i5.1037 Submitted: 11-10-2022 | Accepted: 20-10-2022 | Published: 29-10-2022 Perkembangan dan Aplikasi Biomaterial dalam Bidang Kedokteran Modern: A Review Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 `1,2,3,4Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Lampung, Gedung A, Lt 2 FT, Jl. Prof. Soemantri Brojonegoro, Bandar Lampung, 35145 Email: Abstract The medical device market in Indonesia experiences growth every year, Indonesia implements imports of medical devices. Indonesia has many experts in the field of medical devices and their production processes, at university, research institutions and other government institutions. The government provides multi-year grants for research on biomaterials and medical devices. Materials to make medical devices are called biomaterials. Biomaterials can be defined as synthetic materials that interact directly with living bodies in the form of implants or as medical devices. Biomaterials can function to repair, replace, support and or restore parts of the human body. Biomaterials have undergone many developments, types of biomaterials, advanced biomaterials adapted to applications in the medical field. Biomaterials can be in the form of metals, ceramics, polymers or composites with research that continues to advance and be developed. This paper aims to highlight types and application of biomaterials in the medical field as well as the potential application of advanced biomaterials in the future. Keywords: medical devices, biomaterials, biocompatibility, advanced biomaterials. Abstrak Pasar alat kesehatan diindonesia mengalami laju pertumbuhan yang tinggi setiap tahunnya, sampai Indonesia menerapkan impor untuk alat kesehatan. Indonesia memiliki banyak tenaga ahli dibidang alat kesehatan dan proses produksinya, di universitas, lembaga riset dan institusi pemerintah lainnya. Sehingga pemerintah memberikan hibah multi tahun untuk penelitian biomaterial dan alat kesehatan. Bahan atau material untuk membuat alat kesehatan disebut dengan biomaterial. Biomaterial dapat didefinisikan sebagai material sintetik yang berinteraksi langsung dengan tubuh makhluk hidup berupa implant atau sebagai alat kesehatan (medical devices). Biomaterial dapat berfungsi untuk memperbaiki (to repair), mengganti (to replace), mendukung (to support) dan atau mengembalikan (to restore) bagian tubuh manusia. Biomaterial mengalami banyak perkembangan, jenis-jenis biomaterial, biomaterial maju yang disesuaikan dengan aplikasi dibidang kedokteran. Biomaterial dapat berupa logam, keramik, polimer maupun komposit dengan penelitian yang terus maju dan dikembangkan. Artikel ini bertujuan untuk mereview berbagai aplikasi biomaterial yang telah diimplementasikan dan peluang berbagai aplikasi biomaterial maju di masa yang akan datang. Kata Kunci: alat kesehatan, biomaterial, biokompatibilitas, biomaterial maju. 1. PENDAHULUAN Aplikasi material untuk keperluan kedokteran modern terus meningkat, baik pada tingkat nasional, regional dan global. Indonesia sendiri merupakan negara dengan pasar alat kesehatan dengan pertumbuhan yang sangat pesat. Perkembangan industri alat kesehatan pada awal tahun 2018 mengalami peningkatan sebesar 25.3% pada tahun 2018 [1]. Dari angka pertumbuhan tersebut, hanya 6% produk lokal alat kesehatan yang beredar. Kandungan produk lokal tersebut lebih rendah jika dibandingkan dengan Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 635
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 Malaysia (10%), Vietnam (13%) dan Thailand (33%). Hal ini menyebabkan indonesia menerapkan impor alat kesehatan sebanyak 94% dari kebutuhan [2]. Indonesia memiliki banyak tenaga ahli dibidang alat kesehatan dan proses produksinya, yang berkembang di universitas, lembaga riset dan institusi pemerintah lainnya [3]. Pemerintah juga memfasilitasi investasi, memberi insentif dan prioritas kepada industri lokal, dan memperketat regulasi impor untuk meningkatkan produk lokal alat kesehatan. Kemenristekdikti telah memberikan hibah multi tahun untuk penelitian biomaterial dan alat Kesehatan ditingkat universitas dan perguruan tinggi. Bahan atau material untuk membuat alat kesehatan disebut dengan biomaterial disiplin ilmu dari Teknik Material dan Metalurgi. Biomaterial merupakan cabang ilmu yang luas cakupannya dan merupakan salah satu topik penelitian yang menarik dalam beberapa tahun terakhir ini, dimana meliputi: aspek kedokteran,ilmu dasar (biologi, kimia dan fisika) dan ilmu teknik (mesin, elektro dan material). Artikel ini bertujuan memberikan pengenalan biomaterial terutama pada material logam sebagai material yang paling banyak dipakai untuk pembuatan alat kesehatan dan aplikasi di bidang kedokteran modern [4]. Biomaterial dapat didefinisikan sebagai material sintetik untuk membuat alat kesehatan dan dalam pemakaiannya berinteraksi dengan sistim biologi [5]. Biomaterial dipakai untuk membuat implan dan devices (surgical implants and devices) yang menggantikan bagian atau fungsi organ tubuh secara aman dan ekonomis [6] Biomaterial merupakan suatu bahan murni atau paduan dan campuran yang berasal dari alam atau sintetis yang bertujuan untuk aplikasi adanya kontak dengan tubuh manusia dan berfungsi untuk memperbaiki (to repair), mengganti (to replace), mendukung (to support) dan atau mengembalikan (to restore) fungsi organ dan atau bagian tubuh manusia. Dalam aplikasinya, biomaterial dapat berupa bahan dengan spesifikasi teknis yang khusus atau boleh jadi dalam berbentuk alat kesehatan lengkap (medical devices) [4].Biomaterial dapat dijelaskan sebagai ilmu kimia-fisik yang mempelajari interaksi dengan lingkungan biologi. Sebelum digunakan biomaterial harus memiliki sifat biokompatibiulitas. Biokompatibilitas dapat artikan sebagai parameter kemampuan material untuk bisa digunakan sebagai implan pada tubuh makhluk hidup, sehingga daerah implant tersebut dapat memberikan respon tertentu/spesifik, yang sesuai dengan tujuan implantasinya. Ide untuk menggantikan bagian tubuh dan organ manusia dengan material telah ada sejak lebih dari dua ribu (2000) tahun yang lalu, dimana bangsa Mesir dan China di dataran Asia dan Afrika, serta Aztec di dataran Amerika) telah memiliki peradaban kuno dengan menggunakan emas untuk perawatan gigi. Pada masa itu sehingga dapat diketahui potensi aplikasi biomaterial hanya diuji secara coba-coba (trial and error) terhadap tubuh manusia, sehingga banyak ditemukan kasus-kasus kegagalan implan. Setelah diketahui ilmu dan teknologi biomaterial, kemudian dunia kedokteran dan sains modern mulai menerapkan teknik pengujian biokompatitas material sebelum digunakan untuk aplikasi dibidang kedokteran. Kemudian prinsip aplikasi biomaterial dipeluas konsepnya melalui pendekatan yang sering disebut dengan rekayasa jaringan dan organ buatan atau tissue engineering and artificial organ, dimana biomaterial tersebut diaplikasikan dalam bentuk kombinasi material dengan dimensi dan sifat khsusus untuk menjadi matriks di lingkungan sekitar sel (extracellular matrix atau ECM) untuk menghasilkan suatu metabolisme dan kondisi biomekanik agar terjadinya pertumbuhan jaringan fungsional tubuh [4]. Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 636
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 2. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian untuk penulisan review artikel ini merujuk pada literatur terbaru yang berhubungan dengan klasisfikasi biomaterial secara umum, dan biomaterial berbasis logam. Data dari literatur tersebut kemudian dikatagorikan dalam table untuk menjelaskan berbagai aplikasi nyata di bidang kedokteran modern sebagaimana pada bagian hasil dan diskusi. 2.1 Klasifikasi Biomaterial Untuk digunakan sebagai aplikasi biomaterial dapat menggunakan berbagai jenis bahan Teknik, namun tidak semua bahan Teknik bisa digunakan untuk biomaterial. Material Teknik yang dapat digunakan sebagai biomaterial harus memiliki sifat fisik dan mekanik yang sesuai dengan bagian tubuh (implant) yang digantikan. Sebelum digunakan biomaterial diuji dengan beberapa pengujian biologis agar saat digunakan aman tidak membahayakan bagi tubuh. Beberapa jenis material Teknik yang dapat digunakan sebagai biomaterial yaitu pada tabel 1 sebagai berikut. Tabel 1. Jenis biomaterial dibidang kedokteran No. 1 Biomaterial Logam: Stainless steel, titanium, paduan kobalt-khrom Kelebihan Kuat, tangguh, dan ulet Kekuranga n Non bioaktif Aplikasi Implan ortopedik, gigi, sendi buatan, ring jantung (stent) Referensi [7] 2 Keramik: zirconia, alumina, bioglass, hidroksiapatit Bioaktif, inert, Getas, hydrophilic Implan ortopedik, gigi, pengisi tulang [8] 3 Polimer: nilon, polilaktid, polietilen, polyester, poli-asam laktat Bioaktif, elastis, ulet, Kekuatan tarik rendah Graft pembuluh darah, benang jahit (suture), soket sendi buatan [9] 4 Komposit: nilon/TKKS, PLA/enaf, PLA/HA, LA/epoxy, dsb Sifat paduan, ulet, getas, elastis Sulit dibuat Semen tulang, resin gigi, scaffold kulit, hearth valve [10] 2.2 Biomaterial Logam Logam banyak digunakan untuk aplikasi biomaterial dibidang ortopedik dan gigi, karena memiliki sifat mekanik yang baik daripada jenis material lainnya. Logam memiliki keunggulan dibandingkan dengan jenis material lain yaitu seperti kekuatan tariknya, modulus young, ketangguhan, tahan korosi, mudah ditempa, mudah direkayasa, sehingga logam banyak digunakan sebagai implant ortopedik dan gigi. Beberapa logam untuk digunakan sebagai biomaterial harus memiliki sifat mekanik yang sesuai, seperti pada tabel 2 dan tabel 3. Tabel. 2 Properties logam sebagai biomaterial No. Logam, metalurgi dan komposisinya (wt%) Massa Jenis Strength (MPa) Tensile Strength (MPa) Modulus young (IPK) Keuletan (%) (g/cm3) 1 SS316L, Plat anil Fe, 16- 18,5 Cr, 10-14 Ni, 2-3 8.00 190 490 193 40 Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 637
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 Bulan,\2 Mn,\1 Si, \0,03C (Hermawan, et al., 2011) 2 Fe, Plat anil 99,8 Fe Paduan Fe-Mn-Pd, 7.87 150 210 200 40 3 Fe, 10,2 Mn, 0,92 Pd, 0,12 C T/A 850 1450 T/A 11 (Schinhammer, et al., 2010) 4 Mg, lembaran anil 99,98 Mg (Hermawan, et al., 2010) 1.74 90 160 45 3 5 Paduan WE43 Mg, temper T6 Mg, 3,7-4,3 Y, 2,4-4,4 Nd, 0,4-1 Zr 1.84 170 220 44 2 (Hermawan, et al., 2011) 6 Paduan Mg-Ca, diekstrusi Mg, 1 Ca T/A 140 240 T/A 11 (Li, et al., 2008) Tabel 3. Logam untuk aplikasi biomaterial No. Bagian tubuh Implant Jenis logam Referensi 1 SS316L; Ti; Ti-6Al- 4V SS316L; Ti; Ti- 6Al-4V; Ti-6Al-7Nb Co-Cr-Mo; T-6Al-4V; Ti-6Al-7Nb Fiksasi tulang (pelat, skrup, pin, join) Fiksasi tulang belakang Ortopedik [11] Sendi buatan 2 SS316L; Co-Cr-Mo; Ti; Ti-6Al-4V Pelat dan skrup Kraniofasial [12] 3 Ti-6Al-4V SS316L; Co-Cr-Mo; Ti Ti; Ti- 6Al-4V SS316L Katup buatan Ring (stent) Kardiovaskuler [12] Pembungkus pacu jantung Stent graft 4 SS316L Pt Gendang telinga buatan Otorinologi [13] Elektroda telinga dalam [14] 5 Ag-Sn(-Cu), Au Au- Tambal gigi Gigi [4] Cu-Ag; Au-Cu-Ag-Pt- Pd; Ti; Co-CrSS316L; Co-Cr-Mo; Ti-Ni; Ti- Mo Ti; Ti-6Al-4V;Ti- 6Al-7Nb; Au Inlay, crown, bridge Kawat ortodontik Implan gigi Gigi palsu Sanggah gigi Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 638
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Stainless Steel Stainless steel 316L (SS316L) merupakan logam yang paling banyak dipakai untuk berbagai jenis implan dari ortopedik sampai kedokteran gigi. Jenis stainless steel yang dipakai untuk implan mengandung ~18% Cr dan ~8% Ni yang membuatnya tahan korosi dan lebih kuat dari baja karbon. Penambahan molibdenum (Mo) meningkatkan lebih lanjut ketahanan korosinya terhadap larutan yang mengandung ion khlorida (Cl-), kemudian disebut dengan tipe 316. Selanjutnya, penurunan kadar karbon (C) dari 0,08% ke 0,03% meningkatkan ketahanannya terhadap sensitisasi dan korosi intergranular, kemudian disebut dengan tipe 316L. ASTM telah menstandarkan stainless steel untuk telah implan dalam standar ASTM F138, F899 dan F2181. Stainless steel dikembangkan untuk bebas dari kandungan Ni untuk mengurangi kemungkinan toksik, kemudian diganti dengan paduan lain dengan tetap mempertahankan kestabilan fasa austenite, dapat menggunakan nitrogen (N) untuk menciptakan paduan Fe-Cr-N, Fe-Cr- Mo-N dan Fe-Cr-MnMo- N [11]. 3.2. Paduan Cobalt-Chrome (Co-Cr) Paduan Co-Cr dikenal dengan ketahanan ausnya, sehingga banyak dipakai untuk implant pada bagian tubuh yang dinamis, seperti pada gigi dan sendi. Misalnya paduan tempa Co-Ni-Cr-Mo banyak dipakai untuk membuat implan panggul dan lutut. Seperti stainless steel, paduan ini menjadi tahan korosi karena terbentuknya lapisan oksida pelindung Cr2O3 di permukaan [15]. Standar ASTM paduan Co-Cr yaitu menggunakan standar ASTM F75, F90, F562, dan F1537. 3.3. Titanium (Ti) dan Paduannya Ti memiliki densitas 4,5 g/cm3, Ti merupakan logam yang ringan dibanding dengan SS316L (7,9 g/cm3) dan paduan Co-Cr-Mo (8,3 g/cm3) (Brandes and Brook, 1992). Paduan Ti-6Al-4V memiliki kekuatan tarik dan ketahanan korosi yang tinggi karena terdapat lapisan pelindung oksida TiO2. Ti dapat dipadukan dengan Ni dikenal sebagai Nitinol, memiliki sifat ingat bentuk (shape memory effect) yang sangat menarik untuk aplikasi khusus seperti kawat restorasi gigi [15]. Titanium dan paduannya menggunakan standar ASTM F67, F136, dan F2063. 3.4. Logam Mulia dan Paduan Tantalum (Ta) Logam mulia seperti emas (Au), perak (Ag), platinum (Pt) dan paduannya lebih banyak dikenal dalam kedokteran gigi karena mampu cornya yang baik, juga keuletan dan ketahanan korosinya. Termasuk kedalam paduan ini adalah Au-Ag-Cu, yang jika ditambahkan seng (Zn) dan timah (Sn) dikenal sebagai solder gigi, juga Au-Pt-Pd yang dipakai untuk reparasi gigi (porcelain-fused-to-metal) [16]. Untuk aplikasi logam biodegradabel. Tantalum memiliki ketajaman citra X-ray dan kerentanan magnetiknya yang rendah, Ta sering dipakai sebagai penanda X-ray untuk stent. Logam amorf memiliki ketahanan korosi, ketahanan aus, kekuatan tarik dan kekuatan lelah yang lebih tinggi dibanding logam kristalin. Paduan amorf berbasis zirkonium (Zr) bermodulus elastisitas rendah dapat dipakai untuk implan tulang mini [17]. Paduan amorf magnesium (Mg) juga menunjukkan perilaku degradasi dengan evolusi hidrogen tidak teramati [18]. implant dapat menggunakan logam paduan amorf dan 3.5. Biomaterial Berbasis Keramik Biomaterial keramik (biokeramik) dapat dibagi kedalam tiga kelompok: 1) biokeramik inert, seperti zirconia, alumina, aluminium nitrid dan karbon; 2) biokeramik aktif, Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 639
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 seperti hidroksiapatit, bioglas, dsb.; 3) keramik biodegradable, seperti kalsium aluminat, kalsium fosfat, dsb. Keramik memiliki sifat keinertan, kekuatan tekan yang tinggi dan estetika banyak diaplikasikan untuk gigi buatan. Karbon memiliki sifat kekuatan spesifiknya yang tinggi dan hemokompatibilitasnya sehingga digunakan untuk daun katup jantung. Biokeramik dapat dipakai untuk pelapis pada permukaan implan logam, termasuk nitride, diamond like carbon dan yang terbaru bioglas dan hidroksiapatit [8]. 3.6. Biomaterial Berbasis Polimer Keunggulan utama biomaterial polimer (biopolimer) dibanding logam dan keramik adalah kemudahan proses pembuatan produknya dalam berbagai bentuk. Biopolimer dapat dibagi menjadi dua kelompok: 1) non-absorbabel, seperti akrilik, nylon, polietilen, dll.; dan 2) absorbabel, seperti poliglikolik asid dan polilaktik asid, dll [9]. Polimer dapat berbentuk padat atau jeli, atau lapisan tipis di permukaan implan logam dengan sifat mekanik dan fisik yang dapat diatur. Polimer absorbabel telah digunakan sebagai lapisan pembawa obat (drug delivery carrier) pada ring jantung (drug eluting stent) [19]. 3.7. Biomaterial Berbasis Komposit Penggunaan komposit untuk pengisi tulang menggunakan matrik organik bermodulus elastis rendah dengan penguat fiber mineral dengan modulus elastis tinggi, berstruktur pori yang diisi cairan tubuh. Komposit dapat mengontrol sifat material yang memiliki sifat kombinasi yaitu kaku, kuat, tangguh dan ringan. Biomaterial komposit seperti pada implan ortopedik berstruktur pori, tambalan gigi, dan semen tulang (resin polietilen diperkuat akrilik) [20]. 3.8. Aplikasi Biomaterial Biomaterial umunya digunakan sebagai material yang kontak langsung dengan system biologi seperti implant, alat Kesehatan, dll. Implant biomaterial merupakan material yang digunakan sebagai pengganti bagian system tubuh yang mengalami kerusakan atau masalah untuk sementara (scaffold) atau selamanya. Biomaterial implant scaffold berfungsi sebagai material penunjang yang berfungsi untuk merangsang jaringan baru untuk tumbuh seperti, implant tulang logam berpori. Biomaterial sebagai implant selamanya seperti penunjang pembantu detak jantung, valve, alat bantu pernapasan dan lain sebagainya. Biomaterial untuk kebutuhan implantasi (implantable biomaterials) sudah sejak lama digunakan sejak lebih dari dua ribu (2000) tahun yang lalu, dimana bangsa- bangsa Mesir dan China di dataran Asia dan Afrika, serta Aztec di dataran Amerika, telah memiliki peradaban kuno dengan menggunakan emas untuk perawatan gigi. Logam untuk alat kesehatan telah mengalami perkembangan sejak penemuan baja tahan karat (stainless steel) di tahun 1920an dan pembentukan komite F04 dari ASTM (American Society for Testing and Materials) tahun 1962. Logam digunakan sebagai implan untuk intervensi trauma, penyakit atau malfungsi organ tubuh yang mengutamakan sifat mekanik yang tinggi. Logam implant umumnya memiliki sifat mekanik yang rendah dan mudah korosi [21]. Kemudian pada rekayasa material ditemukan baja tahan karat 18Cr-8Ni yang dapat digunakan sebagai biomaterial. Beberpa jenis logam implant yang sering digunakan yaitu, paduan stainless steel, paduan Co-Cr, Ti dan paduannya, dan logam mulia. Bagian tubuh yang dapat menggunakan biomaterial yaitu pada tabel 4 sebagai berikut. Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 640
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 Tabel 4. Bagian tubuh yang dapat menggunakan bioamterial No. Bagian Tubuh Tipe/Jenis Biomaterial Referensi 1. Sistem Rangka Tubuh • Pengganti Sendi tulang lutut dan Titanium, Ti-Al-V, Baja tahan karat Titanium, Ti-Al-V, Baja tahan karat [7] Pelat dan baut tulang (bone plates) Titanium, Platina, Paduan Cobalt- Chrom, Baja tahan karat, dan Mg [22] Retak tulang (bone defect) • Urat dan jaringan ikat (tendon and ligament) Hidroksiapatit (HA) Polimer Teflon, Dacron [8] [23] 2. Rongga Mulut Titanium dan paduan Ti- Al-V, Implan gigi palsu Baja tahan karat, Kalsium [24] Fosfat, Alumina, 3. Sistem Jantung dan Pembuluh Darah Alat bantu pembuluh darah Polimer Teflon, Dacron, (stent) Poliuretan [9] Katup jantung buatan Jaringan yang di Proses Ulang, Alat penstabil detak jantung Sistem Organ Tubuh Alat penstabil detak jantung Sistem Organ Tubuh Besi Tahan Karat, Karbon Perbaikan kulit Silikon-Kolagen Komposit [20] 5. Sistem Ginjal Catheter (saluran urinari luar) Karet silikon, Teflon, poli- uritan [14] 6. Sistem Otot Urat dan jaringan ikat (tendon Polimer Teflon dan Cacron [23] and ligament) 7 Sistem Indra Pengganti Koklea Elektroda platinum [14] Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 641
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 Lensa Intraokular Metil metakrilat, karet silikon, Lensa kontak hidrogel Perban kornea Silikon akrilat,hidrogel Kolagen, hidrogel Dalam aplikasi medis, biomaterial dapat diintegrasikan membentuk seperangkat alat yang ditanam (implanted) pada tubuh, sehingga secara biologis tubuh akan lebih cepat memberikan respon terhadap implant tersebut berupa penolakan atau penerimaan terhadap implant material yang di pasangkan. Oleh karena itu, sebelum ditanam, biomaterial harus sudah memiliki izin (approval) dari lembaga khusus, sebagaimana Food and Drug Administration (FDA) di Amerika Serikat dan Balai Pengawasan Obat dan Makanan (BP-POM) di Indonesia. Contoh implant logam yang digunakan dibidang kedokteran yaitu pada gambar 1, gambar 2, dan gambar 3 berikut. (a) (b) Gambar 1. a). Implant hip joint replacement [25], b). Beberapa aplikasi implan logam [3] Gambar 2. Biomaterial di bidang kedokteran modern [24] 3.9. Biomaterial Maju (Advanced Biomaterials) Biomaterial telah mengalami kemajuan dengan berbagai riset di perguruan tinggi, instansi, balai penelitian, balai Kesehatan dll. Pada biomaterial maju telah menggunakan material paduan, yang disesuaikan dengan kebutuhan sehingga sesuai dengan implant atau bagian tubuh yang digantikan. Pada biomaterial maju terdapat implant biomaterial yang tidak memerlukan pengangkatan kembali setelah ditanam karena aman terdegradasi didalam tubuh makhluk hidup. Beberapa penelitian biomaterial yang sedang dilakukan seperti biomaterial dengan paduan modulus elastisitas rendah, paduan Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 642
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 bebas nikel, glass metallic, Beberapa perkembangan biomaterial yang terakhir yaitu seperti logam berpori, logam amorf dan biomaterial drug delivery. Prinsip aplikasi biomaterial juga telah diperluas konsepnya melalui pendekatan yang sering disebut dengan rekayasa jaringan dan organ buatan atau tissue engineering and artificial organ, dimana biomaterial tersebut diaplikasikan dalam bentuk kombinasi material dengan dimensi dan sifat khusus untuk menjadi matriks di lingkungan sekitar sel (extracellular matrix atau ECM) untuk menghasilkan suatu 18 metabolisme dan kondisi biomekanik agar terjadinya pertumbuhan jaringan fungsional [4]. Dalam perkembangan bioteknologi terkini muncul konsep biomaterial aktif. Bioaktifitas mendorong interaksi positif antara implan dan jaringan sekitarnya. Tingkat aktivitas biologi tertentu diperlukan untuk area tertentu seperti rekayasa jaringan dimana interaksi langsung antara biomaterial dan komponen jaringan sangat esensial. Dalam kasus tertentu, fungsi biomaterial hanya diperlukan sementara waktu selama proses penyembuhan dan diharapkan terdegradasi setelahnya [25]. Polimer biodegradable (absorbabel) adalah biomaterial yang pertama yang diteliti dan dipakai untuk biomaterial [26]. Logam biodegradabel baru ini digunakan pada aplikasi klinis pada skrup dan pin tulang yang terbuat dari paduan magnesium [25]. Biomaterial logam diharapkan untuk memiliki modulus elastisitas rendah demi mengurangi efek pelindung beban (stress shielding effect), memiliki ketahanan aus dan kemampubentukan yang tinggi. Modulus elastisitas paduan Ti-Nb seperti Ti-29Nb13Ta- 4.6Zr [27] dan Ti-35Nb-4Sn [28] dapat turun serendah 50-60 GPa, nilai yang mendekati modulus elastisitas tulang kortikal (10-30 GPa). Ketahanan aus paduan cor Co-Cr dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kandungan C dan penambahan Zr dan N dimana pengerasan presipitat yang optimal memungkinkan formasi dan distribusi partikel halus karbida serta mencegah munculnya fasa sigma [29]. Peningkatan mampu bentuk dari paduan Co-Cr didapat dari penambahan N yang mencegah formasi karbida dan fasa intermetalik [30]. Berikut dijelaskan beberapa jenis biomaterial maju seperti logam berpori, logam amorf, biomaterial with drug delivery system yang dapat diaplikasikan di masa kini dan yang akan datang. 3.10. Logam berpori Logam berpori pada logam dapat menurunkan modulus elastisitas untuk mendekati sifat asli tulang cancellous bone. Struktur ini dapat dibuat melalui proses metalurgi serbuk, metoda space holder, dekomposisi foaming agent, rapid prototyping dan additive manufacturing [31]. Logam berpori dapat menggunanakan metode kombinasi rapid prototyping dengan pengecoran [32], atau metalurgi serbuk [33], atau dekomposisi fiber 3D [34] dan selective laser melting [35]. Fabrikasi solid free form, sebuah teknik manufaktur rapid prototyping, telah berhasil membuat struktur kompleks dari perancah tulang (bone scaffold). Semua teknologi ini memungkinkan pembuatan konstruksi rekayasa jaringan (tissue engineering) dengan kontrol distribusi spasial untuk pertumbuhan sel optimal [36]. 3.11. Logam amorf Logam amorf (metallic glasses) telah diteliti untuk aplikasi biomaterial [37], Logam amorf bebas Ni berbasis Zr menunjukkan kekuatan tarik, modulus elastisitas, dan ketahanan korosinya lebih baik dibandingkan dengan paduan kristalinnya [38]. Logam amorf memiliki resitensi tinggi terhadap kristalisasi ketika proses pendinginan sehingga memungkinkan formasi struktur amorf secara masif [39]. Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 643
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 3.12. Biomaterial with drug delivery system Biomaterial drug delivery merupakan biomaterial yang memiliki fungsi sebagai penghantaran obat yang dirancang untuk melepaskan obat secara kontinu dan terkontrol dalam waktu yang panjang pada sirkulasi darah [40]. Enkaptulasi obat merupakan NDDS (Novel drug delivery system) dimana zat aditif terikat dengan biomaterial, membuat pelepasan obat menjadi selektif dan perlahan [41]. Biopolymer banyak berperan dalam system NDDS ini seperti polimer LA, PLA, PDLA, PLLA [9]. Polimer absorbabel telah banyak digunakan sebagai lapisan pembawa obat (drug delivery carrier) pada ring jantung (drug eluting stent) [19]. Biomaterial yang telah mengalami riset lebih lanjut, penjelasannya yaitu seperti pada gambar 4 di bawah ini. Gambar 3. Biomaterial maju dengan drug delivery system [25] 4. KESIMPULAN Bahan atau material untuk membuat alat kesehatan disebut dengan biomaterial. Biomaterial dapat didefinisikan sebagai material sintetik yang berinteraksi langsung dengan tubuh makhluk hidup berupa implant atau sebagai alat kesehatan. Biomaterial mengalami banyak perkembangan, jenis-jenis biomaterial, biomaterial maju yang disesuaikan dengan aplikasi dibidang kedokteran. Biomaterial dapat berupa logam, keramik, polimer maupun komposit dengan penelitian yang terus maju dan dikembangkan. Biomaterial telah banyak digunakan sebagai implan pada ortopedik dan gigi seperti material logam berbasis Titanium, Tantalum, Cobalt-Chrome, Stainless Steel dan paduan logam lain. Selain itu juga biomaterial berbasis keramik, polimer, dan komposit juga telah banyak diimplementasikan. Potensi pengembangan biomaterial di Indonesia cukup besar, mengingat jumlah kasus kegagalan medis yang memerlukan implantasi biomaterial sangat banyak terjadi. Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 644
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terima kasih atas support Penelitian Professorship BLU Universitas Lampung tahun anggaran 2022. REFERENCES Kemenkes - Kementerian Kesehatan Republik Indonesia. (2018). Perkembangan Industri Alat Kesehatan Dalam Negeri Meningkat. CNBC Indonesia. (2021). Impor Alat Kesehatan. CNBC Television broadcast. Jakarta, Profit CNBC Indonesia Mahyudin, F., and Hermawan, H. (2016). Biomaterials and Medical Devices: A Perspective from an Emerging Country. Heidelberg: Springer Ratner, B.D., et al., (2004). Biomaterial Science, 2nd Edition, Elsevier Academic Press, San Diego, California, USA Williams, D.F. (1987). Definitions in Biomaterials. Progress in Biomedical Engineering. Amsterdam : Elsevier. Park, J.B., and Lakes, R.S. (2007). Biomaterials: An Introduction. 3rd ed. Heidelberg: Springer Hermawan, et al. (2010). Development of Metal Biodegradable Stent, Acta Biomaterial 6:1693-1697 Kokubo, T. (2008). Bioceramics Clinical Applications. Cambridge: Woodhead Publishing Gupta, B., Revagade, N. and Hilborn, J. (2007). Poly(LA) fiber: an overview. Prog Polym Sci 34. PP. 455-482. Cheng, T. S., Uy Lan, D. N., Phillips, S., and Tran, L. Q. N. (2018). Characteristics of Oil Palm Empty Fruit Bunch Fiber and Mechanical Properties of Its Unidirectional Composites. Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) : A-STAR. DOI 10.1002/pc.24824 Yang, K, and Ren, Y. (2010). Nickel-Free Austenitic Stainless Steels for Medical Applications. Sci Hermawan, H., and Mantovani, D. (2009) Biomaterial as Biodegradable Metals : A Concept Advance. Minerva Biotechnol 21:207-216 Witte, F., et al. (2006). Book of Biomaterials. Ed. 27. Vol. 10 Fisher, J.P., Mikos, A.G., and Bronzino, J.D. (2007). Tissue Enginering and Artificial Organs. CRC Press: Taylor and Francis group Staiger, M.P., Pietak, A.M.H., Huadmai, J., and Dias, G. (2006). Titanium, Magnesium and its Alloys as Orthopedic Biomaterials: A Review. Biomaterials. Vol. 27, ed. 17, hal.28-34 John, C.W. (2000). Biocompatibility of Dental Casting Alloys: A review. J Pros Dent :83:223-34 Wang, Y.B., Zheng, Y.F., Wei, S.C., and Li, M. (2011). In Vitro Study on Zr-Based Bulk Metallic Glasses as Potential Biomaterials. J Biomed Mater Res 96B:34-46 Zberg, B., Uggowitzer P.J., and Loffler, J.F. (2009). Mg-Zn-Ca Glasses Without Clinically Observable Hydrogen Evolution for Biodegradable Implants. Nature Materials 2009; 8 : 887-91 Jenkins, M. (2007). Biomedical Polymers. Cambridge: Woodhead Publishing Ambrosio, L. (2009). Biomedical Composites. Cambridge: Woodhead Publishing Sherman, W.O. (1912). Vanadium Steel Bone Plates and Screws. Surg Gynecol Obstet ;14:629-34 Witte, F. (2010). The History of Biodegradable Magnesium Implants: A Review. Acta Biomaterial. Vol. 6. Ed. 16, hal. 80-92 Auras, R., Lim, L.T., Selke, M. and Tsuji, H. (2010). Poly (LA): Synthesis, Structures, Properties, Processing, and Application. Hoboken NJ: John Wiley & Sons Inc Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 645
Irza Sukmana1, Ahmad Yudi Eka Risano2, Mahruri Arif Wicaksono3, dan Rizal Adi Saputra4 INSOLOGI (Jurnal Sains dan Teknologi) Vol. 1 No. 5 (2022) 635- 646 Zeng, R.C., Dietzel, W., Witte, F., Hort, and Blawert, C. (2008). Advanced Basic of Engineering Materials. Hal. 10 B3. Hermawan, H. (2018). Updates on Research and Development of Absorbable Metals for Biomedical Devices. Prog Biomater 7:93-110 Stack, R.S., Califf R.M., Phillips, H.R., Pryor, D.B. and Quigley, P.J. (1988). Interventional Cardiac Catheterization at Duke Medical Center. Am J Cardiol 62:3F-24F Kuroda, D., Niinomi M., Morinaga M., Kato, Y., and Yashiro, T. (1998). Design and Mechanical Properties of New Type Titanium Alloys for Implant Materials. Mater Sci Eng A. 243:244-9 Matsumoto, H., Watanabe S., and Hanada, S. (2005). Beta Ti-Nb-Sn Alloys with Low Young's Modulus and High Strength. Mater Trans ; 46:1070-8 Lee, S.H., Nomura N., and Chiba A. (2008). Significant Improvement in Mechanical Properties of Biomedical Co-Cr-Mo Alloys with Combination of N Addition and Cr-Enrichment. Mater Trans, 49:26 Chiba, A., Lee, S.H., Matsumoto, H., and Nakamura, M. (2009). Construction of Processing Map for Biomedical Co-28Cr-6Mo-0.16N Alloy by Studying its Hot Deformation Behavior Using Compression Tests. Mater Sci Eng A 513-514:286-93 Ryan, G., Pandit, A., and Apatsidis, D.P. (2006). Fabrication Methods of Porous Metals for Use in Orthopaedic Applications. Biomaterials 27:2651-70 Lopez, H.M.A., Sohier, J., Gaillard, C., Quillard, S. and Dorget, M. (2008). Rapid Prototyped Porous Titanium Coated with Calcium Phosphate as a Scaffold for Bone Tissue Engineering. Biomaterials ; 29:2608-15. Ryan, G.E., Pandit A.S., and Apatsidis, D.P. (2008). Porous Titanium Scaffolds Fabricated Using a Rapid Prototyping and Powder Metallurgy Technique. Biomaterials 29:3625-35 Li, J.P., Habibovic, P., Van den Doel, M., Wilson, C.E., and De Wijn, J.R. (2007). Bone Ingrowth in Porous Titanium Implants Produced by 3D Fiber Deposition. Biomaterials 28:281020. Hollander, D.A., Von Walter, M., Wirtz, T., Sellei, R. And Schmidt-Rohlfing B. (2006). Structural, Mechanical and In Vitro Characterization of Individually Structured Ti-6Al-4V Produced by Direct Laser Forming. Biomaterials 27:955-63 Hutmacher, D.W., Sittinger M., and Risbud, M.V. (2004). Scaffold-Based Tissue Engineering: Rationale for Computer-Aided Design and Solid Free-Form Fabrication Systems. Trend Biotechnol 22:354- 62 Schroers, J., Kumar, G.., Hodges, T., Chan, S., and Kyriakides, T. (2009). Bulk Metallic Glasses for Biomedical Applications. JOM 61:21-9 Chen, Q., Liu, L., and Zhang, S.M. (2010). The potential of Zr-based Bulk Metallic Glasses as Biomaterials. Front Mater Sci China 2010 ; 4 : 34-44 Johnson, W. (2002). Bulk Amorphous Metal an Emerging Engineering Material. JOM 54:40-3 Nair, L. S., and Laurencin, C. T. (2006). Polymers as Biomaterials for Tissue Engineering and Controlled Drug Delivery, Adv Biochem Engin/Biotechnol, Vol. 102, pp. 47-90 Langer, R. (2000). Biomaterials in Drug Delivery and Tissue Engineering: One Laboratory's Experience. Acc. Chem. Res. Vol. 33. No. 2. PP. 94-101. Lisensi: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) 646