ALUMINIUM OXIDE APLIKASI DENSE AND NON-POROUS ALUMINIUM
UNTUK BIOMATERIAL IMPLAN DAN PROSTESIS TIRUAN
Oleh: Erlinda Metta Dewi NIM 080917004
PROGRAM STUDI TEKNOBIOMEDIK FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA SURABAYA 2011 1
I. PENDAHULUAN Aluminium oksida adalah sebuah senyawa kimia dari aluminium dan oksigen, yang mempunyai rumus kimia Al2O3. Nama mineralnya adalah alumina. Aluminium oksida adalah insulator (penghambat) panas dan listrik yang baik. Umumnya Al 2O3 terdapat dalam bentuk kristalin yang disebut corundum atau α-aluminum oksida. Aluminium oksida berperan penting dalam ketahanan logam aluminium terhadap perkaratan dengan udara. Logam aluminium mudah bereaksi dengan oksigen di udara dan membentuk aluminium oksida, yang berupa suatu lapisan tipis yang dengan cepat menutupi permukaan aluminium. Lapisan ini melindungi logam aluminium dari oksidasi lebih lanjut. Beberapa alloy (paduan logam) memanfaatkan sifat ini dengan menambahkan aluminium pada alloy
untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi. Secara alami, aluminium oksida terdapat dalam bentuk kristal corundum.
Gambar 1.1 Sel satuan dari corondum.
Alumina memiliki sifat inert yang tinggi dan mampu bertahan pada lingkungan yang sangat korosif sekalipun, termasuk dalam lingkungan yang sangat dinamis seperti di dalam tubuh manusia. Dalam keadaan fisiologis, alumina bersifat tidak reaktif dan sangat inert. Karakteristik dari alumina yang penting dalam penggunaannya sebagai biomaterial antara lain: 1. Ketahanan pemakaian yang baik. 2. Chemical inertness yang tinggi dalam keadaan fisiologis. 3. Sifat kekerasan dan kekuatan alumina sangat baik. 4. Resistan terhadap abrasi dan thermal shock . 5. Resistivitas listrik yang tinggi bahkan dalam suhu t inggi sekalipun. 6. Bahan mentah alumina banyak tersedia dan siap produksi.
2
Alumina adalah salah satu jenis keramik yang dapat digunakan sebagai biomaterial. Sifatnya bioinert, sehingga seringkali dimanfaatkan sebagai bahan implan atau prostesis, khususnya dalam bidang dental dan orthopedik. Ditinjau dari porositas, alumina dapat terbagi menjadi 2, yaitu dense non-porous alumina dan porous alumina. Non-porous alumina memiliki kekuatan dan tensile strength yang lebih tinggi dibanding porous alumina, sehingga lebih banyak digunakan untuk pembuatan implan atau prostesis bagian-
bagian tubuh tertentu seperti dental crown, femoral head, atau knee replacement. Sedangkan porous alumina lebih banyak digunakan sebagai bone spacer , yaitu semacam penyangga yang dipasang sebagai penyambung tulang untuk kasus-kasus kanker tulang. Sifat porositas yang dimiliki alumina jenis ini memungkinkan pertumbuhan sel-sel tulang baru di dalamnya, sehingga bahan ini digunakan sebagai penyangga untuk pertumbuhan tulang yang baru.
3
II. PEMBAHASAN Alumina jenis dense non-porous memiliki sifat kekerasan dan kekuatan yang lebih baik dibanding jenis porous, baik dari kekuatan regang atau kekuatan tarik. Jenis dense non-porous memiliki kepadatan yang tinggi dan struktur yang lebih kompak karena tidak
berpori-pori seperti pada jenis porous, oleh karena itu jenis dense non-porous ini lebih banyak digunakan sebagai bahan pembuatan implan atau prostesis tiruan tubuh yang memerlukan sifat kekerasan dan kekuatan yang baik. Salah satu bahan dari jenis dense non-porous alumina adalah emerendum. Emerendum terbentuk dari hasil pembentukan bijih emery yang kaya akan aluminium oxide, material ini bersifat padat dan non-porous dengan struktur butir yang halus. Material ini memiliki sifat kekerasan dan ketangguhan yang sangat tinggi juga resistan terhadap terjadinya fraktur. Walaupun memiliki sifat kekerasan dan ketangguhan yang sangat tinggi, namun material ini kurang cocok digunakan sebagai bahan pembuatan implan ataupun prostesis tiruan dalam tubuh manusia yang dinamis. Material ini digunakan untuk sebagai pencampur pada alumina untuk meningkatkan kekerasan atau kekuatan pada implan atau prostesis. Aplikasi dari alumina jenis dense non-porous ini antara lain digunakan sebagai dental materials, femoral heads for hip replacements, dan wear plates for knee replacements.
1. Dental Materials
Di bidang dental material, alumina sering digunakan sebagai bahan pembuatan mahkota gigi tiruan. Alumina dipilih karena memiliki beberapa keunggulan, antara lain kemudahan dalam proses fabrikasi dengan model yang kompleks sekalipun, ketahanan korosi yang baik, ketahanan pemakaian yang cukup lama, bioinert dan biokompabilitas yang baik, dan memenuhi unsur estetika pada gigi tiruan. Alumina dipakai dalam bidang restorasi gigi antara lain sebagai alumina jacket crown, alumina crowns and bridges, dan veneers. Alumina jacket crown sudah mulai
dipopulerkan sejak pertengahan tahun 1960. Pada mulanya material yang banyak digunakan untuk merestorasi gigi adalah golongan logam mulia seperti emas, tembaga, dan platinum, namun seiring dengan perkembangan zaman, material yang dikembangkan saat ini cenderung mengarah pada golongan biokeramik karena keunggulan sifat materialnya.
4
Gambar 2.1 Tabel perbandingan berbagai macam material untuk restorasi gigi.
Gambar 2.2a Alumina jacket crown.
Gambar 2.2b Alumina crown and bridges.
2. Femoral heads for hip replacement. Tindakan hip replacement diambil pada kasus-kasus tertentu, terutama pada kasus osteoarthritis. Pembuatan prostesis tiruan untuk kasus ini sudah banyak dikembangkan
mengarah pada penggunaan biokeramik seperti alumina atau zirconia. Pada mulanya, prostesis tiruan ini lebih banyak menggunakan bahan dari metal seperti titanium atau stainless steel.
Penggunaan alumina untuk membuat prostesis tiruan femoral heads banyak dipilih karena memiliki beberapa keunggulan antara lain: 5
Ketahanan pemakaian yang baik. Dibandingkan dengan polyethylene acetabular cups yang reduksi pemakaiannya mencapai lebih dari 50% dibandingkan alumina.
Ketahanan kontak. Dari penelitian klinis didapatkan hasil bahwa reduksi pemakaian kontak ceramic-on-ceramic adalah kurang dari 2 mikrometer per tahun.
Ketahanan dalam synovial fluid . Synovial fluid berguna sebagai lubrikasi, dan alumina memiliki ketahanan yang baik dalam cairan ini.
Ketahanan gores. Alumina memiliki permukaan yang ter- polish dengan baik sehingga tahan goresan.
Biokompabilitas. Alumina bersifat bioinert dan memiliki ketahanan korosi yang baik.
Gambar 2.3 Femoral head for hip implant.
Gambar 2.4 Femoral head dari bahan alumina.
6
3. Wear plates for knee replacement Total knee replacement, atau sering juga disebut total knee arthroplasty, adalah sebuah
prosedur operasi dimana terjadi trauma, keadaan patologis, atau kerusakan yang terjadi pada permukaan sendi lutut sehingga sendi lutut harus diambil dan digantikan oleh prostesis tiruan. Material yang digunakan untuk membuat prostesis tiruan ini harus memiliki kekuatan yang baik, ketahanan pemakaian yang baik, dan dapat berfungsi secara optimal sebagai sendi dengan menghasilkan gaya gesek serendah mungkin.
Gambar 2.5 Knee replacement.
Prostesis tiruan pada dasarnya mempunyai 2 buah komponen, yang pertama berfungsi sebagai wear plates biasanya dibuat dari bahan metal atau biokeramik, yang kedua adalah bantalan sendi yang biasanya dibuat dari polyethylene.
Gambar 2.6 Komponen prostesis tiruan untuk knee replacement.
7
Pemilihan alumina sebagai bahan pembuatan prostesis ini didasarkan pada keunggulan material ini dibandingkan bahan metal, yaitu memiliki sifat bioinert dan biokompabilitas yang lebih baik, kekuatan terhadap stress yang baik, kemudahan dalam proses fabrikasi, ketahanan korosi yang baik, dan bahannya lebih ringan dibandingkan dari bahan metal.
Gambar 2.7 Prostesis tiruan wear plates for knee replacement (kiri) dan femoral heads for hip implant (kanan).
8
III. KESIMPULAN Aluminium oxide atau sering disebut alumina adalah salah satu biokeramik yang
banyak dipakai sebagai material pembuatan implan atau prostesis tiruan terutama di bidang dental dan orthopedik. Keunggulan dari sifat dan karakteristik alumina ini antara lain karena sifat bioinert dan biokompabilitasnya yang baik, ketahanan korosi dan ketahanan pemakaian yang baik, dan memiliki kekuatan dan kekerasan yang sesuai. Ditinjau dari porositasnya, alumina terbagi menjadi 2, yaitu dense non-porous alumina dan porous alumina. Non-porous alumina memiliki kekuatan dan tensile strength yang lebih tinggi
dibanding porous alumina, sehingga lebih banyak digunakan untuk pembuatan implan atau prostesis bagian-bagian tubuh tertentu seperti dental crown, femoral head, atau knee replacement. Sedangkan porous alumina lebih banyak digunakan sebagai bone spacer ,
yaitu semacam penyangga yang dipasang sebagai penyambung tulang untuk kasus-kasus kanker tulang. Sifat porositas yang dimiliki alumina jenis ini memungkinkan pertumbuhan sel-sel tulang baru di dalamnya, sehingga bahan ini digunakan sebagai penyangga untuk pertumbuhan tulang yang baru. Aplikasi dari alumina jenis dense non-porous ini antara lain digunakan sebagai dental materials, femoral heads for hip replacements, dan wear plates for knee replacements.
9
Daftar Pustaka
Hannouche, D. 2005. Ceramic in Total Hip Replacement. Journals of PubMed (430:6271). Kazunori, Yasuda, dkk. 2007. Total Knee Arthroplasty with Cruciate-Retention-Type Alumina Ceramic Condylar Prosthesis. Journals of Techniques of Knee Surgery,
Issue 4, Volume 6, December. Klawitter, dkk. 2007. Ceramic Prosthetic Implant Suitable for a Knee Joint Plateau. Journals of BioMed Central (1098-2134-11-17), Agustus. Slowik, Guy. 2011. What is Knee Replacement?. Journals of eHealthMD, Januari. http://ehealth.com. Solarino, Giuseppe, dkk. 2011. Alumina-on-alumina Total Hip Replacement for Femoral Neck Fracture in Healthy Patients. Journals of BioMed Central (1471-2474-12-
32), Februari. Tulliani, Jean-Marc, dkk. 2009. Gel Casting of Porous Alumina and Zirconia Bodies. The AZo Journal of Materials Online (ISSN 1833-122X), Volume 6, Agustus. http://www.azom.com. Yoo, JJ, dkk. 2005. Alumina-on-alumina Total Hip Arthroplasty. Journals of Bone Joint Surgery.
10
