Pengenalan Biomaterial Dari Konsep hingga Aplikasinya
Sumber: https://id.wikipedia.org/wiki/Biomaterial
Perkembangan teknologi tidak hanya berpengaruh pada dunia industri dan manufaktur, tetapi juga memberikan dampak besar pada bidang kesehatan. Salah satu inovasi yang terus berkembang adalah biomaterial, yaitu material yang dirancang untuk berinteraksi dengan sistem biologis guna membantu perbaikan, penggantian, atau peningkatan fungsi jaringan dan organ tubuh. Biomaterial telah menjadi bagian penting dalam berbagai perangkat medis modern, mulai dari implan tulang dan gigi hingga sendi buatan dan alat bantu kesehatan lainnya.
Menurut Williams (1987), biomaterial didefinisikan sebagai “any substance, other than a drug, which can be used for any period of time, as a whole or as part of a system, which treats, augments, or replaces any tissue, organ, or function of the body.” Definisi tersebut menunjukkan bahwa biomaterial bukan sekadar material biasa, melainkan material yang dirancang untuk bekerja secara aman dan efektif di dalam tubuh manusia.
Bagi mahasiswa Teknik Mesin, biomaterial menjadi bidang yang penting karena menggabungkan ilmu material, mekanika, manufaktur, dan teknologi kesehatan. Prinsip-prinsip yang dipelajari dalam Teknik Mesin, seperti pemilihan material, pengujian sifat mekanik, analisis tegangan, hingga proses manufaktur, memiliki peran penting dalam pengembangan biomaterial yang aman dan berkualitas.
Agar dapat digunakan sebagai biomaterial, suatu material harus memenuhi kriteria utama. Adapun beberapa kriteria utama yang harus dipenuhi:
A. Biokompatibilitas, yaitu kemampuan material yang berfungsi di dalam tubuh tanpa menimbulkan respon toksik atau penolakan imun.
B. Sifat mekanik yang cocok dengan jaringan yang akan diganti atau didukung sesuai kebutuhan.
C. Stabilitas kimia agar tahan terhadap korosi dan tidak melepaskan ion atau produk degradasi yang bersifat racun di lingkungan cairan tubuh yang agresif.
D. Fungsionalitas biologis yang mampu mendukung perlekatan sel (pada bioaktif), atau terdegradasi secara terkendali (pada biodegradable).
Berdasarkan interaksinya dengan tubuh, biomaterial dapat dikelompokkan menjadi tiga jenis utama, yaitu :
A. Bioinert yang cenderung tidak bereaksi dengan jaringan tubuh. Contohnya alumina (Al2O3), zirconia (ZrO2).
B. Bioaktif yang mampu berikatan dengan jaringan tulang. Misalnya hidroksiapatit (HA), bioglass.
C. Biodegradable yang dapat terurai secara perlahan di dalam tubuh dan digantikan oleh jaringan baru selama proses penyembuhan. Seperti polimer PLA dan PGA.
Sumber: https://ryanseptiana45.blogspot.com/2017/03/klasifikasi-material-teknik-dan-sifat.html
Berdasarkan dari komposisinya, biomaterial terdiri atas beberapa kelompok utama, yaitu:
A. Biologam: Material yang kuat, padat, keras, berkilau, mampu menghantarkan listrik dan panas dengan baik,ulet, dan tahan korosi. Contoh: Titanium (Ti), paduan Ti-6Al-4V, Stainless Steel 316L, paduan Cobalt-Chromium. Aplikasi: Implan ortopedi (pelat, sekrup, sendi buatan), implan gigi, stent jantung, kawat ortodontik. Keunggulan dari logam antara lain kuat, tahan korosi, cocok untuk implan ortopedi dan dental, sedangkan kelemahannya adalah modulus elastisitas tinggi (stress shielding), berpotensi mengalami korosi pitting dalam cairan tubuh.
B. Biopolimer: Material organik yang fleksibel, mudah dibentuk, elastis, dapat bersifat biodegradabel, biokompatibel. Contoh: Polietilen (PE), polipropilen (PP), silikon, politetrafluoroetilen (PTFE), poli(asam laktat) (PLA), poli(asam glikolat) (PGA), kolagen, kitosan, fibrin, alginat. Aplikasi: Benang jahit, graft pembuluh darah, lensa kontak, sistem penghantaran obat, scaffold rekayasa jaringan, implan payudara, katup jantung buatan. Keunggulan dari polimer antara lain ringan, fleksibel, bisa biodegradable. Kelemahannya adalah kekuatan mekanik rendah, umur pakai terbatas.
C. Biokeramik: Material keras tetapi getas (mudah pecah), kekuatan tinggi, bioaktif (untuk HAp, bioglas), biokompatibel, dan ketahanan terhadap korosi dan panas sering diaplikasikan sebagai pelapis implan atau cangkok tulang. Contoh: Alumina, Zirconia, hidroksiapatit, Bioglass. Keunggulan: keras, bioinert/bioaktif, ideal untuk gigi dan tulang. Kelemahan: rapuh, mudah patah bila menerima beban kejut. Aplikasi: Implan gigi, pelapis implan ortopedi (untuk bioaktivitas), bahan pengisi tulang, implan sendi (misalnya, kepala femur).
D. Biokomposit: Gabungan dua atau lebih bahan berbeda (matriks dan penguat) untuk menciptakan material baru dengan sifat unggul yang tidak dimiliki oleh bahan penyusunnya secara individu. Contoh: Titanium berlapis hidroksiapatit. Keunggulan: menggabungkan kekuatan mekanik logam dengan bioaktivitas keramik. biomaterial juga dikembangkan menjadi bioproduk, yaitu material berbasis biologis seperti kolagen, gelatin, atau kitin-kitosan, yang banyak diaplikasikan pada rekayasa jaringan (tissue engineering). Aplikasi: Semen tulang, tambalan gigi, implan ortopedi khusus.
Dalam perspektif Teknik Mesin, keberhasilan suatu biomaterial ditentukan oleh performa biomaterial antara lain:
A. Sifat Mekanik
1. Kekuatan tarik (tensile strength)
2. Modulus elastisitas (E)
3. Fatigue resistance (ketahanan lelah)
4. Fracture toughness
B. Sifat Permukaan
1. Kekasaran permukaan (roughness)
2. Energi permukaan
3. Modifikasi permukaan
C. Sifat Kimia
1. Korosi
2. Kestabilitas kimia
3. Degradasi terkendali
D. Sifat Biologis
1. Biokompatibilitas
2. Bioaktivitas
3. Osseointegrasi
4. Resorbabilitas
Sumber: https://pusatteknologimaterial.blogspot.com/2016/08/uji-biokompabilitias-in-vitro-in-vivo.html
Sebelum digunakan pada manusia, biomaterial harus melalui serangkaian evaluasi yang ketat sesuai standar internasional seperti ISO 10993. Yang dilakukan dalam dua fase utama, yaitu:
1. Uji In Vitro (di laboratorium)
Tahap awal ini menggunakan sel atau jaringan dalam kultur untuk mengevaluasi toksisitas dan bioaktivitas awal material. Kelebihan: Sangat terkontrol, lebih cepat, dan meminimalkan penggunaan hewan sejak dini.
2. Uji In Vivo (pada organisme hidup)
Setelah lolos uji laboratorium, material diuji dalam organisme hidup (hewan) untuk memantau respons jaringan, ketahanan material, serta interaksinya dengan sistem biologis yang lebih kompleks. Kelebihan: Memberikan gambaran akurat mengenai respon jaringan tubuh, sistem imun, dan degradasi jangka panjang.
Melalui biomaterial, terlihat bahwa ilmu Teknik Mesin memiliki peran yang sangat luas dan tidak terbatas pada industri manufaktur maupun otomotif. Pengetahuan mengenai material, desain, analisis mekanik, dan proses produksi dapat diterapkan secara langsung dalam bidang kesehatan untuk menghasilkan teknologi yang mampu meningkatkan kualitas hidup manusia. Oleh karena itu, biomaterial menjadi salah satu bidang yang menarik untuk dipelajari oleh mahasiswa Teknik Mesin sebagai bentuk kontribusi nyata terhadap perkembangan teknologi kesehatan modern.
Oleh: Gladys TM
