PEMANFAATAN UNSUR-UNSUR KIMIA DALAM BIOKERAMIK SEBAGAI IMPLAN GIGI BUATAN Oleh: Pandu Saputro (NIM. 1407133)
Kimia merupakan ilmu pengetahuan yang membutuhkan daya nalar dan daya khayal yang cukup baik. Ilmu kimia banyak mempelajari hal-hal yang sifatnya abstrak dan tidak nyata karena kita tidak bisa mengamatinya secara langsung. Oleh karenanya terkadang ilmu kimia sering dikaitkan dengan ilmu ajaib yang mempelajari suatu fenomena tertentu dari sudut pandang terkecil terjadinya fenomena tersebut.
Akan tetapi, mempelajari ilmu kimia menjadi hal yang menyenangkan karena kita akan belajar dari berbagai sudut pandang dari mulai yang paling kecil ke yang paling besar. Dalam hal ini kita akan mempelajari suatu hal dari sudut pandang mikroskopik berupa fenomena-fenomena kimia yang ada di alam semesta ini. Setelah kita mengetahui fenomena, kita akan mempelajari dari sudut pandang simbolis berupa atom-atom apa yang terlibat dalam fenomena tersebut dan . Setelahnya kita mempelajari sudut pandang submikroskopiknya berupa atom-atom dan ikatan kimia yang ada sehingga terjadilah fenomena tersebut. Mempelajari kimia akan lebih mudah dan menyenangkan ketika kita mengetahui fenomena dan manfaat dari ilmu kimia di kehidupan sehari-hari. Karena seperti yang kita ketahui, segala sesuatu yang ada di dunia ini merupakan manfaat dan peran dari ilmu kimia. Alat-alat yang kita gunakan untuk melakukan
Implan Gigi | 1
banyak hal pada dasarnya merupkan aplikasi dari ilmu kimia yang dikombinasikan dengan ilmu-ilmu lain yang kita pelajari. Belajar kimia tidak hanya menyangkut rumus-rumus rumit dan perhitunganperhitungan yang sulit saja. Namun mempelajari kimia adalah mempelajari kehidupan. Dalam hal ini kita akan coba mempelajari kimia dari sudut pandang pemanfaatannya terlebih dahulu. Di era teknologi informasi ini banyak sekali unsur-unsur kimia yang dimanfaatkan dan diaplikasikan diberbagai bidang. Pendidikan, ekonomi, pertahanan, kesehatan atau juga kedokteran. Unsur-unsur kimia sebagai substansi paling dasar menjadikannya banyak dipelajari dan dikembangkan untuk kepentingan umat manusia. Salah satu pemanfaatan unsur-unsur kimia ini ada pada bidang kesehatan dan kedokteran. Seiring berjalannya waktu dan berkembangnya teknologi, unsur-unsur kimia mulai dimanfaatkan dalam bidang kesehatan dan kedokteran modern. Unsur-unsur kimia banyak dikembangkan untuk membuat alat-alat kedokteran yang canggih.
Selain itu, banyak dikembangkan unsur-unsur kimia untuk keperluan implan atau pengganti bagian tubuh yang rusak. Salah satunya adalah sebagai implan gigi atau sebagai bahan pembuatan gigi palsu. Gigi sebagai bagian tubuh yang penting berfungsi untuk mengolah makanan yang akan diserap tubuh. Namun karena beberapa hal, gigi sering kali rusak dan harus digantikan demi menjalankan fungsi bagian tubuh lain tidak terganggu. Maka dari itu dikembangkan lah unsur-unsur kimia ini untuk dibentuk dan disintesis menjadi suatu bahan pengganti gigi. Dalam
Implan Gigi | 2
hal ini dimanfaatkanlah bahan keramik untuk dijadikan sebagai gigi pengganti atau implan gigi. Dalam sistem periodik unsur modern, unsur-unsur kimia dibagi ke dalam beberapa golongan berdasarkan sifat yang dimilikinya. Secara umum, unsur-unsur dapat dikelompokan menjadi unsur golongan utama dan unsur golongan transisi yang terdiri dari unsur-unsur logam, semilogam dan nonlogam. Logam-logam golongan utama memiliki sifat umum diantaranya penampilannya yang berkilauan, konduktor panas dan listrik yang baik, lunak dan dapat ditempa, serta dapat dibentuk. Sedangkan logam transisi memiliki sifat umum sebagai berikut: 1. Semuanya logam 2. Sebagian besar keras tapi rapuh, memiliki titik leleh, titik didih dan kalor penguapan yang lebih tinggi dibandingkan logam bukan transisi 3. Ion dan senyawanya berwarna 4. Dapat membentuk banyak ion kompleks 5. Memiliki beberapa bilangan oksidasi 6. Sebagian besar bersifat paramagnetik 7. Senyawanya merupakan katalis yang efektif sifat - sifat yang dimiliki logam tersebut dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Namun pada dasarnya, ketika suatu unsur digunakan atau dimanfaatkan dalam satu aplikasi tertentu, unsur yang digunakan tidak dapat berdiri sendiri. Selalu ada unsur lain yang menyokong sifat utama dari unsur yang ini dimanfaatkan. Sebagai contoh, unsur-unsur logam banyak digunakan dalam bidang kesehatan dan kedokteran. Banyak alat-alat kesehatan dibuat dari unsur-unsur kimia tersebut. Unsur-unsur atau material yang digunakan di bidang kesehatan dan kedokteran dinamakan biomaterial.
Implan Gigi | 3
Biomaterial adalah material tidak hidup yang digunakan di dalam suatu alat medis yang dimungkinkan dapat berinteraksi dan memberikan fungsi tertentu di dalam sistem biologis tubuh. Adapun biomaterial yang umum digunakan secara umum dapat dikategorikan sebagai berikut: 1. Biomaterial yang tidak bereaksi dengan jaringan tubuh 2. Biomaterial yang dapat melakukan beberapa fungsi biologis tubuh 3. Biomaterial yang dapat diserap oleh tubuh untuk periode waktu tertentu Terdapat beberapa jenis biomaterial yaitu biomaterial logam, biomaterial polimer, biomaterial keramik dan biomaterial komposit. Setiap jenis biomaterial mempunyai kelebihan dan kekurangannya masing-masing serta dimanfaatkan untuk fungsi yang berbeda-beda. Akan tetapi, dalam pengaplikasiaanya setiap jenis biomaterial dapat digunakan secara bersamaan atau berdampingan. Dalam hal ini, untuk mencapai kinerja alat yang maksimal dilakukan beberapa penggabungan biomaterial-biomaterial tersebut sehingga diperoleh material yang lebih kuat dan baik ketika digunakan.
Biomaterial yang akan dibahas adalah biokeramik. Biokeramik merupakan material keramik yang digunakan untuk kebutuhan kesehatan tubuh dan gigi
Implan Gigi | 4
manusia. Biokeramik digunakan karena sifatnya yang dapat berinteraksi secara baik dan maksimal dengan sistem biologis tubuh sehingga tidak menimbulkan efek samping terhadap tubuh penggunanya. Biokeramik banyak digunakan sebagai implan tulang, sendi dan gigi. Implan adalah peralatan medis yang dibuat untuk menggantikan struktur dan fungsi bagian tertentu di dalam tubuh. Keramik menjadi material unsur yang banyak digunakan sebagai bahan pembuatan biomaterial karena memilki sifat-sifat yang mendukung pada fungsi biologis dalam tubuh.
Hampir semua jenis keramik tahan terhadap korosi dibandingkan dengan material lain seperti logam atau komposit. Keramik juga memiliki tingkat ketahanan dan kekuatan yang sangat baik sehingga mampu menahan beban dan gaya yang besar. Selain itu, sifatnya stabil dalam banyak kondisi membuat keramik tidak mudah bereaksi dengan zat-zak kimia seperti asam, basa atau alkali. Titik leleh keramik yang tinggi membuatnya tahan terhadap deformasi ketika diberi suhu sangat tinggi sehingga membuatnya dapat dibentuk walaupun dalam kondisi suhu tinggi. Pembuatan alat-alat kesehatan dan kedokteran tersebut diawali dengan memisahkan unsur-unsur yang dibutuhkan dari campuran atau mineral yang ada di alam. Saat ini dikenal suatu teknik yang dinamakan teknik metalurgi. Teknik ini diguakan untuk memisahkan unsur-unsur logam dari pengotornya. Unsur-unsur yang sudah terpisahkan kemudian diolah lebih lanjut menjadi alat-alat kesehatan dan kedokteran yang dibutuhkan. Biokeramik terdiri dari berbagai unsur dan
Implan Gigi | 5
umumnya terdapat unsur logam di dalamnya sehingga untuk beberapa jenis biokeramik menggunakan teknik metalurgi di salah satu langkah pengolahannya. Selain teknik metalurgi, terdapat teknik-teknik lain yang digunakan untuk mengolah suatu biokeramik. Teknik pengolahan disesuaikan dengan kandungan dari bahan baku keramik serta kebutuhan dari biokeramik yang diinginkan. Untuk bahan material yang bersifat non-logam dapat dipisahkan dengan teknik pemisahan seperti ekstraksi, distilasi, sublimasi dan lain sebagainya.
Biokeramik mampu membentuk ikatan kimia yang baik dengan jaringan di dalam tubuh tanpa menghasilkan efek samping berupa infeksi, alergi atau zat-zat toksik yang berbahaya bagi tubuh. Sifatnya yang biokompatibilitas ini juga membuat biokeramik banyak digunakan untuk melapisi unsur atau material lain yang ingin digunakan sebagai implan dalam tubuh. Contohnya titanium yang biasa digunakan untuk implan gigi, harus d lapisi dengan biokeramik zirconia agar aman bagi tubuh penggunanya. Pelapisan dengan biokeramik juga dapat meningkatkan kekuatan material tertentu karena keramik yang digunakan mampu membentuk ikatan yang sangat kuat dengan material tersebut.
Implan Gigi | 6
Ikatan kimia merupakan suatu gaya antaraksi yang terjadi antara atom-atom sehingga memungkinkan untuk membuat atom tersebut terus bersama di dalam suatu senyawa. Ikatan kimia menyebabkan suatu senyawa atau material tertentu dapat memiliki sifat-sifat khusus dan khas. Sebagai contoh adalah ikatan kimia yang dimiliki oleh biokeramik sebagaimana dijelakan sebelumnya. Biokeramik memiliki sifat biokompatibilitas atau kemampuan untuk berinteraksi dengan suatu jaringan hidup di dalam tubuh tanpa merusak jaringan tersebut.
Sifat biokeramik yang dapat berinteraksi baik dengan sistem biologis tubuh membuat biokeramik tidak hanya digunakan langsung sebagai implan, namun digunakan juga sebagai pelapis biomaterial logam dan penguat biomaterial komposit dengan cara mencampurkan biokeramik ke dalamnya. Hal tersebut dikarenakan hampir semua jenis keramik memiliki ikatan yang sangat kuat di dalam strukturnya. Keramik mampu menahan tekanan yang tinggi dan tidak mudah untuk dilengkungkan. Sifatnya yang kuat membuat keramik banyak digunakan di alat-alat yang memerlukan kinerja tinggi seperti Gas-Turbine Engine.
Namun dari
banyaknya kelebihan yang dimiliki biokeramik, terdapat beberapa kelemahan diantaranya sangat rapuh, kekuatan rendah dan kerap dipandang material yang lemah. Keramik menjadi mudah pecah bila dijatuhkan atau diberi kondisi penurunan suhu yang ekstrim. Sebagai biomaterial, biokeramik dapat diklasifikasikan menjadi tiga yaitu bioaktif keramik, bioinert keramik dan bioresorable keramik. Bioaktif keramik merupaka keramik yang memiliki kestabilan kimia di dalam tubuh dan mampu
Implan Gigi | 7
berinteraksi dengan jaringan tulang ketika diimplankan ke dalamnya. Bioaktif keramik dapat dikatakan sebagai kemampuan keramik untuk berikatan dengan jaringan tulang yang hidup. Bioaktif keramik biasanya digunakan sebagai pelapis pada metal bone implant dan sebagai filler pada implan gigi. Bioinert keramik merupakan keramik yang tidak akan menyebabkan perubahan fisika atau kimia di dalam tubuh. Jaringan sel di dalam tubuh tidak akan menempel kepada keramik bioinert sehingga tidak akan mempengaruhi fungsi dari sel tersebut. Bioinert keramik biasanya digunakan pada implan gigi. Bioresorable keramik merupakan keramik yang dapat diserap oleh tubuh dan dapat menggantikan tulang pada jaringan tulang. Keramik jenis ini biasanya digunakan sebagai media untuk memperbaiki tulang yang rusak atau patah. Material dental merupakan salah satu hasil pengembangan dan aplikasi dari biomaterial. Secara umum material dental digunakan untuk tiga hal berikut yaitu untuk gigi palsu, penambalan gigi dan dental implan. Dental implant adalah gigi buatan dari bahan sintetik yang dipasang ke dalam tulang rahang. material yang digunakan pada dental implant dibagi ke dalam tiga struktur bagian utama yaitu crown, abutment dan implant.
Ada beberapa syarat yang harus dipenuhi bagi suatu material agar bisa dijadikan sebagai implan gigi. Material harus kompatibel atau cocok dengan sistem biologis yang ada di mulut, hal ini harus dipenuhi karena material akan ditanamkan secara permanen di dalam rahang. Material juga harus mampu melakukan kerja mekanik yang baik. Gigi merupakan alat pengunyah makanan sehingga banyak melakukan kerja mekanik. Jika material tidak mampu melakukan kerja mekanik ini,
Implan Gigi | 8
dimungkinkan akan terjadi kerusakan pada material dan dapat mempengaruhi kerja dari gigi yang lain.
Pada bagian crown biasanya digunakan material bahan berupa komposit yang terdiri dari campuran logam, keramik dan porselen. Crown juga dapat dibuat dari bahan tulang hewan. Untuk bagian abutment, digunakan material bahan berupa logam titanium yang dilapisi oleh keramik Zirkonium Oksida/ Zirconia (ZrO2) dan untuk bagian implan digunakan bahan material berupa logam titanium dengan pelapis keramik hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2)/ keramik HA. Hidroksiapatit digunakan sebagai pelapis titanium karena sifatnya yang dapat menambah kekerasan dari logam titanium sehingga membuatnya lebih tahan lama dan akan bekerja secara maksimal. Selain itu keramik zirconia memiliki ciri khas dalam hal tampilannya. Zirconia digunakan sebagai bagian dari implan gigi karena mampu memberikan warna yang mirip dengan warna enamel gigi sehingga implan yang dibuat mirip seperti gigi asli.
Implan Gigi | 9
Selain itu, hidroksiapatit dan zirconia merupakan senyawa kompleks yang mampu memberikan sifat tertentu ketika digunakan terutama dalam hal wujud dan penampilan. Senyawa koordinasi terbentuk antara logam transisi dengan ligan membentuk suatu senyawa kompleks. Senyawa kompleks tidak hanya terbentuk dari logam transisi saja namun dapat dibentuk juga dari unsur-unsur logam golongan utama. Suatu senyawa kompleks akan memiliki wujud dan sifat magnetik tertentu sehingga membuatnya banyak dimanfaatkan diberbagai bidang termasuk sebagai implan gigi
Pembuatan bagian-bagian implan gigi dilakukan dengan beberapa teknik berbeda bergantung kepada fungsi dan kebutuhan dari bagian implan tersebut. Bagian crown atau mahkota gigi implan dibuat dari komposit yang terdiri dari beberapa material seperti logam, keramik dan porselen. Bahan-bahan tersebut akan dicampurkan kemudian dibentuk menyerupai bagian gigi yang akan di implan. Crown yang berasal dari tulang hewan dibuat dengan cara langsung membentuk tulang sesuai dengan gigi yang diinginkan. Proses pembuatan implan dan abutment menggunakan teknik pelapisan yang menggunakan prinsip elektrokimia. Elektrokimia merupakan proses reaksi kimia yang dibantu dengan energi listrik. Namun, elektrolisis yang digunakan tidak menggunakan suatu larutan melainkan menggunakan bahan padat yang dilelehkan kemudian dielektrolisis. Proses pelapisan yang membutuhkan temperatur tinggi dan tekanan tertentu mengharuskan proses dilakukan di dalam suatu alat khusus. Bagian implan gigi dibuat dengan komponen utama berupa logam titanium yang dilapisi oleh keramik Hidroksiapatit. Titanium digunakan karena memiliki
Implan Gigi | 10
sifat inert sehingga tidak akan menyebabkan terjadinya infeksi atau alergi di dalam mulut. Proses pelapisan titanium dilakukan menggunakan teknik sputtering.
Di dalam suatu wadah hampa udara titanium akan dipasang pada bagian anoda dan hidroksiapatite akan dipasang sebagai katoda. Ketika listrik yang bertegangan tinggi dialirkan, hidroksiapatite akan meleleh kemudian atom-atomnya terpercik ke segala arah dan akhirnya menempel dipermukaan titanium yang berada di katoda. Tebalnya lapisan bergantung pada lamanya waktu pelapisan, semakin lama proses berlangsung maka lapisan yang terbentuk pun akan semakin tebal. Titanium yang sudah terlapisi dengan hidrosiapatite selanjutnya akan didinginkan agar keramik HA terlapisi dengan sempurna. Logam titanium tersebut kemudian diproses lebih lanjut dan dibentuk sesuai dengan gigi yang akan diimplan. Berbeda dengan bagian implan, pada bagian abutment titanium akan dilapisi dengan suatu keramik zirkonium oksida atau zirconia. Zirconia digunakan karena dapat memberikan warna seperti warna enamel gigi. Hal ini akan menjadikan implan gigi yang digunakan memiliki nilai estetika yang lebih karena penampilannya tidak jauh berbeda dengan gigi alami. Pelapisan abutment menggunakan teknik yang dinamakan plasma spray coating. Secara prinsip proses elektrokimia terlibat dalam proses pelapisan ini. Pada alat ini yang bertindak sebagai katoda adalah tungsten (W) dan anodanya adalah tembaga (Cu). Ketika listrik dialirkan, diantara dua elektrode ini akan terbentuk plasma yang memiliki suhu tinggi sekitar 32000 K. Keramik zirconia dalam bentuk serbuk akan dialirkan ke dalam plasma tersebut melalui suatu pipa semprot. Ziconia
Implan Gigi | 11
akan meleleh kemudian menghambur ketika mengenai plasma, lalu hamburannya akan didorong ke arah titanium dengan kecepatan tinggi sehingga titanium akan terlapisi oleh zirconia.
Setiap komponen bagian yang sudah dibuat melalui tahap-tahap dan teknikteknik tertentu selanjutnya akan digabungkan satu sama lain menjadi satu kesatuan sebagai gigi implan yang utuh. Susunan setiap bagian dapat dilihat dari gambar berikut:
:
Implan Gigi | 12
Pemasangan implan gigi harus dilakukan oleh dokter spesialis gigi dan dibantu dengan menggunakan alat-alat khusus. Pada prinsipnya implan yang ditanamkan ke dalam rahang mulut memiliki fungsi yang sama dengan akar pada gigi asli. Secara sederhana proses pemasangan implan gigi merupakan operasi pembedahan, diawali dengan membuat bukaan pada gusi terlebih dahulu lalu dilanjutkan dengan membuat lubang pada tulang rahang. Implan lalu dimasukan ke dalam lubang yang telah dibuat. Proses pemasangan implan ini tidak dilakukan dengan cepat, perlu waktu lama dan pasien harus secara berkala untuk melakukan pemeriksaan.
Implan harus dipastikan dapat berikatan dengan jaringan tulang yang ada di bagian rahang. Setelah jaringan tersebut terbentuk, Crown dipasangkan sabagai bagian akhir dari implan gigi tersebut. Secara fungsional, implan gigi mampu memberikan kekuatan gigitan yang kuat sehingga mengunyah menjadi lebih baik. Implan gigi sebetulnya sudah ada sejak zaman Romawi dahulu. Bangsa Romawi, China, dan Aztec banyak menggunakan unsur-unsur dan material anorganik sebagai pengganti fungsi beberapa bagian tubuh seperti tulang dan gigi. Material yang umum digunakan pada zaman itu adalah emas untuk perawatan gigi. Sejak saat itu teknologi implan gigi terus berkembang sampai dengan saat ini. Implan gigi hanya diperuntukkan bagi Orang dewasa saja karena bagi anakanak, pertumbuhan tulang masih terjadi sehingga dikhawatirka ketika implan gigi ditanmkan dalam jaringan tulang rahangnya justru akan mempengaruhi pertumbuhan tulang anak tersebut. Jika pertumbuhan tulang terhambat Atau terganggu fungsi dari tulang yang bersangkutan tidak akan menjadi maksimal dan optimum. Oleh karenanya implan dilakukan pada orang yang pertumbuhan tulangnya sudah berhenti, dalam hal ini terjadi pada orang dewasa. Selain itu, untuk penderita penyakit tertentu ketika akan melakukan implan gigi harus mendapat persetujuan dari dokter terlebih dahulu.
Implan Gigi | 13
Bagi perokok berat, implan gigi menjadi hal yang bisa jadi membuatnya harus berhenti merokok. Zat-zat yang terkandung dalam rokok dapat mempengaruhi material implan gigi. Walaupun material implan dipastikan inert, namun bila terpapar zat-zat reaktif seperti yang terdapat pada rokok dapat menyebabkan kerusakan pada material implan yang berdampak pada kesehatan orang yang besangkutan. Zat adiktif dalam rokok dapat mengoksidasi material keramik yang menjadi bahan implan gigi. Paparan secara terus menerus memungkinkan terjadinya korosi pada implan dan menyebabkan terbentuknya zat beracun di dalam mulut. Hal ini harus dihindari karena bisa berefek pada jaringan dan sistem biologis yang lain.
Implan gigi menjadi teknologi terbarukan karena banyak mendatangkan manfaat bagi manusia. Secara fungsi, implan gigi mampu menggantikan peran gigi yang rusak sehingga kerja sistem pencernaan kita menjadi terjaga. Selain itu, gigi menjadi tampak sehat dan bagus sehingga dapat meningkatkan percaya diri seseorang. Orang tidak akan malu untuk tersenyum hanya karena giginya ompong atau rusak.
Implan Gigi | 14
Pemanfaatan keramik sebagai implan gigi hanya sebagian kecil dari material dan unsur-unsur yang ada di alam semesta ini. Keramik juga dapat digunakan sebagai pengganti tulang serta sendi yang rusak di dalam tubuh. Selain itu, paling sederhana keramik digunakan sebagai teras di berbagai gedung-gedung dan hunian. Keramik mempunyai sifat konduktivitas listrik dan konduktivitas termal yang beragam. Keramik dapat bersifat insulator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor. Sifatnya ini dimanfaatkan sebagai alat pemanas dan bahkan gagang penahan panas. Banyak penggorengan yang menggunakan keramik sebagai bahan utamanya. Keramik juga dimanfaatkan sebagai sirkuit kapasitor dalam alatalat listrik karena mampu menyimpan energi listrik dengan baik.
Masih banyak lagi aplikasi-aplikasi dari material dan unsur kimia yang dapat kita pelajari. Belajar secara kontekstual akan lebih mudah dipamahi dan dimengerti. Oleh karena itu, mengamati fenomena dan aplikasi dari alat-alat disekitar kita mampu membawa kita untuk mempelajari kimia dengan lebih menyenangkan. Selain itu, belajar kimia akan lebih bermakna ketika kita tahu manfaat dan fungsi nyata dari setiap konsep dan materi yang kita pelajari.
Implan Gigi | 15
DAFTAR PUSTAKA
Askeland, Donald R. dkk. (2010). The Science and Engineering of Materials. US: Cengange Learning. Callister, William D. dan David G. Retwisch. (2010). Material Science and Engineering. US: Aplara Chang, Raymond. (2010). Chemistry. New York: Mc-Graw Hill Hakim, Fuad. (2012). Biokeramik Pada Dental Implant. [Online]. Diakses dari: http://fuadkim.blogspot.co.id/2012/03/biokeramik-pada-dentalimplant.html Newton, David E. (2007). Chemistry of New Materials. US: Fact on File Whitten. (2004). General Chemistry. New York: Brooks Ide
Wacana Konteks
Biomaterial adalah material tidak hidup (non living/ nonviable material) yang digunakan dalam suatu alat medis yang dimungkinkan untuk dapat berinteraksi dengan sistem biologis. Para ahli yang lain mendefinisikan biomaterial secara lebih luas mencakup material sintesis, semi sintesis (hibrid), dan/ atau material hidup yang di desain sedemikian rupa sehingga dapat memberikan fungsi tertentu dalam sistem biologis. (David, E. Newton). Secara umum, biomaterial dapat dibagi ke dalam tiga kategori utama yaitu: 1. Inert secara kimia dan biologi ketika berinteraksi, tidak memberikan respons terhadap jaringan tubuh dan substansi biologis lain 2. Dapat melakukan beberapa peranan aktif dalam tubuh dengan cara berikatan atau bereaksi dengan jaringan tubuh tertentu atau material biologis lain. 3. Dapat terdegradasi atau di serap oleh tubuh dalam periode waktu tertentu. (David, E. Newton: 41)
Konsep Metals are lustrous in appearance, solid at room temperature (with the exception of mercury), good conductors of heat and electricity, malleable (can be hammered flat), and ductile (can be drawn into wire). the electronegativity of elements increases from left to right across a period and from bottom to top in a group. The metallic character of metals increases in just the opposite directions, that is, from right to left across a period and from top to bottom in a group. Because metals generally have low electronegativities, they tend to form cations and almost always have positive oxidation numbers in their compounds. However, beryllium and magnesium in Group 2A and metals in Group 3A and beyond also form covalent compounds. (Chang, 896)
Komposit Konteks-Konten Biomaterial dibuat berdasarkan sifatsifat yang dimiliki oleh unsur-unsur penyusun material bersangkutan. Unsur-unsur penyusun biomaterial umumnya berasal dari logam-logam utama dan transisi. Logam-logam golongan utama meiliki sifat umum diantaranya penampilannya yang berkilauan, konduktor panas dan listrik yang baik, lunak dan dapat ditempa, serta dapat dibentuk. Sedangkan logam transisi memiliki sifat umum sebagai berikut: 1. Semuanya logam 2. Sebagian besar keras tapi rapuh, memiliki titik leleh, titik didih dan kalor penguapan yang lebih tinggi dibandingkan logam bukan transisi 3. Ion dan senyawanya berwarna 4. Dapat membentuk banyak ion kompleks 5. Memiliki beberapa bilangan oksidasi Sifat-sifat umum yang dimiliki oleh 6. Sebagian besar bersifat unsur-unsur transisi: paramagnetik 1. Semuanya logam 7. Senyawanya merupakan katalis 2. Sebagian besar keras tapi rapuh, yang efektif memiliki titik leleh, titik didih dan kalor penguapan yang lebih Dari sifat umum tersebut tinggi dibandingkan logam bukan dikembangkan lah berbagai material transisi baru yang dapat digunakan dalam 3. Ion dan senyawanya berwarna bidang kesehatan dan kedokteran yang mampu berinteraksi dan
Reduksi Didaktif Logam-logam golongan utama meiliki sifat umum diantaranya penampilannya yang berkilauan, konduktor panas dan listrik yang baik, lunak dan dapat ditempa, serta dapat dibentuk. Sedangkan logam transisi memiliki sifat umum sebagai berikut: 8. Semuanya logam 9. Sebagian besar keras tapi rapuh, memiliki titik leleh, titik didih dan kalor penguapan yang lebih tinggi dibandingkan logam bukan transisi 10. Ion dan senyawanya berwarna 11. Dapat membentuk banyak ion kompleks 12. Memiliki beberapa bilangan oksidasi 13. Sebagian besar bersifat paramagnetik 14. Senyawanya merupakan katalis yang efektif Logam-logam dan unsur-unsur yang memiliki sifat beragam tersebut dapat dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari. Sebagai contoh digunakan dalam bidang kesehatan dan kedokteran. Banyak alat-alat kesehatan dibuat dari unsur-unsur kimia yang ada. Unsur-unsur atau material yang digunakan di bidang kesehatan dan kedokteran dinamakan biomaterial.
4. Dapat membentuk banyak ion kompleks 5. Memiliki beberapa bilangan oksidasi 6. Sebagian besar bersifat paramagnetik 7. Senyawanya merupakan katalis yang efektif (Whitten, 936)
berfungsi secara biologis dengan tubuh. Sifat-sifat yang dimiliki setiap unsur dapat digabungkan sehingga menciptakan satu material baru yang sifatnya menunjukan sifat biomaterial. Berdasarkan sifat dan kegunaannya, biomaterial dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori utama yaitu: 1. Biomaterial yang inert terhadap jaringan tubuh 2. Biomaterial yang dapat melakukan beberapa peran biologis di dalam tubuh 3. Biomaterial yang dapat terdegradasi atau diserap oleh jaringan tubuh pada periode waktu tertentu
Biomaterial adalah material tidak hidup yang digunakan di dalam suatu alat medis yang dimungkinkan dapat berinteraksi dan memberikan fungsi tertentu di dalam sistem biologis tubuh. Adapun biomaterial yang umum digunakan secara umum dapat dikategorikan sebagai berikut: 4. Biomaterial yang tidak bereaksi dengan jaringan tubuh 5. Biomaterial yang dapat melakukan beberapa fungsi biologis tubuh 6. Biomaterial yang dapat diserap oleh tubuh untuk periode waktu tertentu
Metallurgy is the science and technology of separating metals from their ores and of compounding alloys. An alloy is a solid solution either of two or more metals, or of a metal or metals with one or more nonmetals. (Chang, 886)
Teknik metalurgi merupakan teknik pemisahan logam dari mineral atau senyawanya. Namun seiring berjalannya waktu teknik metalurgi juga dapat digunakan untuk mensintesis suatu material baru. Unsur-unsur penyusun biomaterial akan dipisahkan terlebih dahulu dengan teknik metalurgi, lalu setelah dipisah akan diproses secara lebih lanjut untuk dibentuk sebagai material yang diinginkan.
Pembuatan alat-alat kesehatan dan kedokteran tersebut diawali dengan memisahkan logam-logam yang dibutuhkan dari campuran atau mineral yang ada di alam. Saat ini dikenal suatu teknik yang dinamakan teknik metalurgi. Teknik ini diguakan oleh kita untuk memisahkan unsur-unsur dari pengotornya. Unsur-unsur yang sudah terpisahkan dapat kita olah lebih lanjut menjadi alat-alat kesehatan dan kedokteran yang dibutuhkan.
Biokeramik memiliki biokompatibilitas yang baik dengan sel-sel tubuh dibandingkan dengan biomaterial polimer atau logam. Karena sifatnya tersebut, biokeramik banyak digunakan dalam bidang medis sebagai implant tulang, sendi dan gigi. Sifatnya yang baik dalam berinteraksi dengan sistem biologis membuatnya digunakan juga sebagai pelapis biomaterial logam dan penguat komponen komposit dengan menggabungkan beberapa sifat yang dimiliki sehingga terbentuk material baru yang memiliki sifat mekanis dan biokompatibilitas yang baik. Namun dari banyaknya kelebihan yang dimiliki biokeramik, terdapat
Bikompatibilitas dapat diartikan Chemical bonding refer to the sebagai kehidupan harmonis antara attractive Force That hold atom bahan dan lingkungan yang tidak together in compounds. There are memiliki pengaruh toksik terhadap two major classes of bonding. (1) fungsi biologi. Sebuah bahan atau from electrostatic interactions material dikatakan memiliki among ions, which often results from kompatibilitas yang baik apabila the net refers to the attractive forces tidak membahayakan jaringan lunak, that hold atoms together in Ionic tidak mengandung bahan toksik yang bonding resultan transfer of one or dapat berdifusi dan terabsorpsi ke more electrons from one atom or dalam sistem sirkulasi, bebas dari group of atoms to another. (2) agen yang dapat menyebabkan alergi Covalent bonding results from dan tidak berpotensi sebagai bahan sharing one or more electron pairs karsinogenik. between two atoms. Dalam hal ini biokeramik memiliki biokompatibilitas yang baik karena (Whitten, 271) mampu membentuk ikatan dengan jaringan hidup di dalam tubuh.
Ikatan kimia merupakan suatu gaya antaraksi yang terjadi antara atomatom sehingga memungkinkan untuk membuat atom tersebut terus bersama di dalam suatu senyawa. Ikatan kimia menyebabkan suatu senyawa atau material tertentu dapat memiliki sifat-sifat khusus dan khas. Sebagai contoh adalah ikatan kimia yang dimiliki oleh suatu biokeramik. Biokeramik memiliki sifat biokompatibilitas atau kemampuan untuk berinteraksi dengan suatu jaringan hidup di dalam tubuh tanpa merusak jaringan tersebut. Biokeramik mampu membentuk ikatan kimia yang baik dengan
beberapa kelemahan diantaranya sangat rapuh, kekuatan rendah dan kerap dipandang material yang lemah.
Secara umum di dalam keramik terdapat ikatan ionik antar atomatomnya. Ketika material biokeramik dijadikan implan di dalam tubuh, senyawa-senyawa yang terdapat pada keramik mampu membentuk ikatan baik secara ionik ataupun kovalen dengan jaringan yang dijadikan implannya. Ikatan yang terbentuk tidak menghasilkan suatu efek samping berupa zat toksik atau zat yang lainnya sehingga aman untuk digunakan. Selain itu ikatan yang terbentuk bersesuaian dengan ikatan yang terdapat pada jaringan hidup yang membuatnya dapat tumbuh dan tidak dianggap sebagai benda asing oleh tubuh.
jaringan di dalam tubuh tanpa menghasilkan efek samping berupa infeksi, alergi atau zat-zat toksik yang berbahaya bagi tubuh. Sifatnya yang biokompatibilitas ini juga membuat biokeramik banyak digunakan untuk melapisi unsur atau material lain yang ingin digunakan sebagai implan dalam tubuh. Contohnya titanium yang biasa digunakan untuk implan gigi, harus d lapisi dengan biokeramik zirconia agar aman bagi tubuh penggunanya. Pelapisan dengan biokeramik juga dapat meningkatkan kekuatan material tertentu karena keramik yang digunakan mampu membentuk ikatan yang sangat kuat dengan material tersebut
Ketika biokeramik dijadikan pelapis material lain, keramik mampu berikatan dengan baik dengan material yang dilapisi sehingga memciptakan satu material baru yang sifatnya lebih kuat. Selain itu, sifat biokeramik yang mampu berikatan . baik dengan sistem jaringan hidup dan juga mampu membentuk ikatan yang kuat dengan material lain membuatnya menjadi material yang sempurna untuk digunakan dalam bidang kesehatan dan kedokteran.
Material dental merupakan salah satu hasil pengembangan dan aplikasi dari biomaterial. Secara umum material dental digunakan untuk tiga hal berikut yaitu untuk gigi palsu, penambalan gigi dan dental implan. Dental implant adalah gigi buatan dari bahan sintetik yang dipasang ke dalam tulang rahang material yang digunakan pada dental implant dibagi ke dalam tiga struktur bagian utama yaitu crown, abutment dan impant. Sebenarnya, implant gigi adalah akar gigi tiruan yang ditanam ke dalam rahang untuk menggantikan akar gigi asli yang telah hilang. Proses penanaman dilakukan melalui mekanisme pembedahan minor, yaitu dengan cara membuka gusi dan kemudian membuat lobang di bagian tulang dengan ukuran antara 3-4 milimeter dengan panjang bervariasi sesuai dengan kebutuhan. Implant gigi mempunyai manfaat fungsional dan juga estetika, di manafungsi pengunyahan pasien dapat di sempurnakan dan juga mengembalikan senyum pasien menjadi lebih menawan dengan susunan gigi yang mirip dengan gigi aslinya. Implant gigi juga lebih rigid dan stabil sehingga nampak lebih
A satisfactory theory of bonding in coordination compounds must account for properties such as color and magnetism, as well as stereochemistry and bond strength. No single theory as yet does all this for us. Rather, several different approaches have been applied to transition metal complexes. We will consider only one of them here— crystal field theory—because it accounts for both the color and magnetic properties of many coordination compounds (Chang, 967) Coordination compounds are found in living systems and have many uses in the home, in industry, and in medicine (Chang, 974)
Senyawa koordinasi terbentuk antatra suatu logam transisi dengan ligan. Senyawa koordinasi banyak ditemukan di dalam kehidupan dan digunakan diberbagai sector industry dan kesehatan. biokeramik yang digunakan pada dental implan memiliki senyawa koordinasi di dalam materialnya. Senyawa koordinasi ini membuat keramik memiliki ciri khas dari sifat fisik dan sifat kimianya sehingga keramik dapat digunakan sebagai implant gigi. Senyawa koordinasi ini dapat membentuk suatu senyawa kompleks. Sebagai contoh senyawa kompleks yang digunakan dalam implan gigi adalah material keramik dengan senyawa hidroksiapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) didalamnya. Senyawa kompleks yang memiliki ciri khas secara penampilan terdapat pada keramik zirconia. Zircomia dijadikan bahan implan gigi karena dapat membentuk suatu lapisan yang memiliki warna mirip dengan enamel gigi.
Senyawa koordinasi terbentuk antara logam transisi dengan ligan membentuk suatu senyawa kompleks. Senyawa kompleks tidak hanya terbentuk dari logam transisi saja namun dapat dibentuk juga dari unsur-unsur logam golongan utama. Salah satu contoh senyawa kompleks adalah hidroksiapatite (Ca10(PO4)6(OH)2). Hidroksiapatite biasa digunakan sebagai pelapis logam titanium yang digunakan sebagai implan gigi. Hidroksiapatite digunakan sebagai pelapis karena dapat menambah kekerasan dari logam titanium sehingga membuatnya lebih tahan lama dan akan bekerja secara maksimal. Selain itu keramik zirconia memiliki ciri khas dalam hal penampilannya. Zirconia digunakan sebagai bagian dari implan gigi karena mampu memberikan warna yang mirip dengan warna enamel gigi sehingga implan yang dibuat mirip seperti gigi asli.
natural dan mempunyai kekuatan gigitan yang lebih baik.
Pada material implant, titanium sering digunakan karena sifatnya yang inert dan memiliki sifat mekanik yang cukup baik sebagai implan. Namun titanium tidak dapat beroseointegrasi baik dengan jaringan tulang dimana ia ditanamkan. Untuk itu, biasanya titanium dilapisi dengan suatu jenis keramik hidroksiapatite (Ca10(PO4)6(OH)2) atau disingkat HA. Titanium dilapisi dengan HA menggunakan salah satu aplikasi
In contrast to spontaneous redox reactions, which result in the conversion of chemical energy into electrical energy, electrolysis is the process in which electrical energy is used to cause a nonspontaneous chemical reaction to occur. An electrolytic cell is an apparatus for carrying out electrolysis. The same principles underlie electrolysis and the processes that take place in galvanic cells
Sputtering adalah teknik pelapisan dengan menggunakan karbon atau emas. Namun dalam hal ini, bahan yang dijadikan sebagai pelapis adalah keramik hidroksiapatite dengan target yang dilapisi adalah logam titanium. Pada anoda dipasang titanium dan di katoda dipasang hidroksiapatite. Ketika diantara katoda dan anoda diberi suatu tegangan listrik yang besar, di dalam ruang vakum akan dihasilkan plasma. Gas yang digunakan dalam proses
Elektrolisis merupakan proses reaksi kimia yang dibantu dengan energi listrik. pada saat ini elektrolisis banyak digunakan dalam berbagai kebutuhan. Salah satu contoh pemanfaatan elektrolisis adalah pada pelapisan logam. Dalam hal ini, prinsip elektrolisis juga digunakan dalam proses pembuatan komponen implan gigi. Implan gigi terbagi menjadi tiga bagian utama yaitu implan, abutment dan crown. Proses pembuatan implan dan abutment
teknologi keramik yang berbasiskan sputtering. (Chang, 866)
Pada material abutment, digunakan material berupa zirkonia dan titanium. Dalam hal ini titanium dilapisi dengan zirkonium oksida (ZrO2) dimana ZrO2 akan memberikan lapisan yang memiliki warna seperti enamel gigi. Teknik yang digunakan untuk pembuatan abutment ini adalah plasma spray coating. Sedangkan untuk crown
sputtering adalah gas inert dalam hal ini digunakan argon. Ketika ion gas argon yang energinya tinggi bergerak ke katoda dan mengenai hidroksiapatite, atom-atom keramik tersebut akan terpercik ke segala arah dan melapisi titanium yang berada di anoda.
menggunakan teknik pelapisan yang menggunakan prinsip elektrolisis. Titanium sebagai komponen utama implan akan dilapisi dengan suatu keramik hidroksiapatite. Di dalam suatu wadah hampa udara titanium akan dipasang pada bagian anoda dan hidroksiapatite akan dipasang sebagai katoda. Ketika listrik yang bertegangan tinggi dialirkan, hidroksiapatite akan terpercik ke segala arah dan akhirnya menempel dipermukaan titanium yang berada di katoda. Tebalnya lapisan bergantung pada lamanya waktu pelapisan, semakin lama proses berlangsung maka lapisan yang terbentuk pun akan semakin tebal. Teknik pelapisan ini disebut dengan teknik sputtering. Titanium yang sudah terlapisi dengan hidrosiapatite selanjutnya akan diproses kembali untuk disesuiakan dengan implan yang dibutuhkan. Berbeda dengan bagian implan, pada bagian abutment titanium akan dilapisi dengan suatu keramik zirkonium oksida atau zirconia. Namun secara prinsip, teknik pelapisannya sama seperti pada pelapisan implan.
Proses pelapisan titanium dengan zirkonium oksida pada komponen abutment umumnya menggunakan plasma spray coating. Prinsip dasar dari proses pelapisan ini adalah material pelapis dilelehkan oleh plasma dari listrik kemudian disemprotkan pada substrat dengan kecepatan tinggi. Pelapisan abutment menggunakan teknik yang dinamakan plasma spray
biasanya terbuat dari komposit berupa campuran metal, keramik dan porselen.
Alat penyemprot atau plasma spray gun sendiri terdiri dari komponen logam tungsten (W) sebagai katoda dan tembaga (Cu) sebagai amoda. Kedua elektrode tersebut didinginkan oleh air agar tidak terjadi perubahan struktur komponen karena suhu plasma yang dihasilkan sangat tinggi yaitu 32000 K pada busur plasma keluarannya. Plasma gas yang terdiri dari gas argon, helium, nitrogen dan hidrogen mengalir disekitar katoda dan melalui noda membenttuk pola nozzle yang menyempit.adanya tegangan tinggi dari listrik meyebabkan ionisasi lokal dan menghasilkan busur konduktif disekitar Anoda dan katoda. Pemanasan gas oleh busur menyebabkan gas mengalami ionisasi membentuk plasma. Feedstock diinjeksikan melaui sebuah nozzle lain dari satu maupun dua arah. Feedstock berupa ZrO2 serbuk dilelehkan oleh plasma kemudian dihambur dengan kecepatan tinggi menuju substrat. Jarak penyemprotan umumnya sekitar 25-150mm.
coating. Pada alat ini yang bertindak sebagai katoda adalah tungsten (W) dan anodanya adalah tembaga (Cu). Ketika listrik dialirkan, diantara dua elektrode ini akan terbentuk plasma yang memiliki suhu tinggi sekitar 32000 K. Keramik zirconia dalam bentuk serbuk akan dialirkan ke dalam plasma tersebut melalui suatu pipa semprot. Ziconia akan menghambur ketika mengenai plasma lalu hamburannya akan didorong ke arah titanium dengan kecepatan tinggi sehingga titanium akan terlapisi oleh zirconia.
