Tugas Biomaterial

“Material Metal terbaru untuk Aplikasi Biomedis”

Oleh:

Torang Aritonang

3334132150

Universitas Sultan Ageng Tirtayasa

Fakultas Teknik

2014

Material Metal terbaru untuk Aplikasi Biomedis

Biomaterial metal mempunyai fungsi utama yaitu digunakan untuk menggantikan jaringan

keras yang mengalami kegagalan.Biomaterial metal yang sering digunakan untuk aplikasi

biomedis diantaranya yaitu stainless steels, Co-berbasis paduan, dan titanium dan paduannya.

Stainless steels adalah biomaterial metal yang pertama kali berhasil digunakan untuk material

implant di bidang pembedahan. Titanuim (Ti) metallic biomaterial yang terbaru diantara

ketiga biomerial yang ada dan Titanium banyak menarik perhatian terutama pada bidang

biomedis bidang gigi (dental).

Setiap metalic biomaterial mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing.Misal:

untuk titanium mempunyai kelebihan:

Ringan

Compability nya sangat baik

Sifat mekanisnya sangat baik

Ketahanan korosi yang baik

Kekurangan:

Mahal

Tidak mungkin menggunakan titanium murni karena titanium jumlahnya

terbatas yang sangat dibutukan untuk pembuatan rangka pesawat luar

angkasa dan sehingga harus dicampur dengan paduan metal lainya yang

mempunyai compability yang sangat baik juga,contoh paduan titanium

Ti-6Al-4V

Pemakaian material titanium selain utuk menggantikan jaringan keras juga diharapkan bisa

untuk menggantikan soft tissue yang mengalami kegagalan atau kerusakan.

Titanium AlloyS (Paduan Titanium)

a.Perkembangan

Titanium murni dan α+β-type titanium alloys,termasuk Ti-6Al-4V ELI dan Ti-6Al-4V,

awalnya dirancang untuk digunakan sebagai bahan kerangka pesawat luar angkasa, dan

kemudian diadopsi untuk biomedis. Namun, elemen V yang ada pada Ti-6Al-4V dirasa

kurang aman untuk tubuh,lalu digantikan dengan elemen,Fe atau Nb,yang keduanya dianggap

lebih aman untuk tubuh dibandingkan dengan element V.Sehingga menghasilkan paduan

baru yaitu Ti-5Al-2.5Fe dan Ti-Al-7NB yang lebih aman untuk tubuh.Berdasarkan konsep

yang sama, α+β-type biomaterial titanium alloy,seperti Ti-6Al-6NB-1TA dan Ti-6Al-2NB-

1TA,paduan ini dasarnya digunakan untuk bidang kemiliteran. Lalu dilakukan perubahan

untuk perbaikan lagi dengan menghilangkan unsur Al sehingga menjadi Ti-15Zr-based dan

Ti-15Sn-based alloy. Modulus elastis biomaterial telah dikatakan sama dengan tulang

kortikal karena, jika modulus elastisitas biomaterial jauh lebih besar dari tulang

kortikal,resorpsi tulang terjadi. Modulus elastisitas α+β-type titanium alloy, Ti-6Al-4V, jauh

lebih rendah dibandingkan stainless steel dan Co-berbasis paduan. yang menunjukkan

perbandingan modulus elastisitas dari perwakilan plastik, keramik, logam dan biomaterial,

dan kortikal tulang. Namun, modulus elastisitas Ti-6Al-4V masih jauh lebih besar daripada

tulang kortikal.Modulus β-type titanium alloy diketahui lebih kecil dibandingkan α-type atau

α+β-type titanium alloy. Kemudian β-type titanium alloy mulai diperkenalakan sehingga

terbentuk Ti-13Nb-13Zr dan Ti-12Mo-6Zr-2Fe telah terdaftar,dan Ti-15Mo dan Ti-35Nb-

7Zr-5ta akan didaftarkan dalam standarisasi ASTM. Biokompatibilas paduan titanium

mengandun Ta dan Nb dalam jumlah yang besar. Unsur-unsur ini mempunyai melting

temperatures dan specific gravities jauh lebih tinggi dari pada titanium.Sehingga dapat

menghasilkan ingot integritas yang tinggi.

b.Trend Perpaduan Elemen

Titanium mungkin mengandung sejumlah kecil nikel dan banyak orang sebenarnya alergi terhadap

Nikel. Untuk menghindari terhadap alergi logam maka unsur nikel mulai ditinggalkan,dan

sebagai ganti nikel adalah Nb, Ta, dan Zr menjadi elemen paduan paling aman untuk

biokompatibel titanium alloy.

c. Metalurgi Serbuk Paduan Titanium

Powder metallurgy mempunya keuntungan yaitu :

Dapat mengurangi biaya proses permesinan

Mengurangi porositas

Karena berbentuk serbuk mudah untuk dicampur dengan paduan lainnya.sehingga

dapat menciptakan paduan yang homogen.

d. Paduan Titanium Untuk Aplikasi Gigi

Paduan titanium untuk aplikasi gigi harus memiliki biokompatibilitas yang baik.

Titanium murni dan Ti-6Al-4V merupakan bahan utama dalam bidang gigi. Terapi panas

seperti terapi solusio α-β, solusio β efektif untuk meningkatkan elongation tanpa mengurangi

kekuatan dalam paduan titanium cor.

Co-berbasis Paduan

Paduan dasar Co-Cr merupakan perwakilan paduan Co untuk aplikasi biomedis.

Paduan dasar Co-Cr memiliki ketahanan aus yang lebih besar daripada stainless steel dan

paduan titanium. Paduan dasar Co-Cr dikelompokan cor paduan dan tempa paduan.Tempa

paduan dasar Co-Cr digunakan untuk perangkat implan, yang membutuhkan kekuatan yang

lebih besar dibandingkan dengan paduan dasar cor Co-Cr. Tempa Co-Cr-berbasis paduan

mengandung sejumlah besar Ni, yang merupakan elemen berisiko tinggi untuk alergi. Di

antara paduan tempa, Co-28Cr-6Mo adalah paduan Ni-bebas tempa yang telah dikembangkan

dengan mengadopsi proses termomekanis khusus untuk membuang Co-Cr-Mo paduan.

Tempa Co-28Cr-6Mo memiliki dasar komposisi yang sama seperti paduan cor Co-Cr-Mo.

Stainless steels

a. Stainless steels konvensional

Nitrogen penguat tinggi Cr dan Mn stainless steels mengandung rendah nitrogen.

b. Stainless steels bebas Ni

Ni adalah salah satu elemen logam yang menyebabkan masalah alergi. Stainless steels untuk

biomedis adalah stainless steels austenitic yang mengandung sebagian besar nitrogen.

Bahan Logam untuk Jaringan Lunak

Biomaterial logam terutama digunakan untuk memperbaiki kerusakan jaringan keras.

Namun, ada pula biomaterial logam yang digunakan untuk memperbaiki kerusakan jaringan

lunak. Diantaranya adalah stent (penguat pembuluh darah). Stent ditempatkan pada arteri

yang sakit untuk menjaga kestabilan aliran darah. Stent dikelompokkan menjadi 2 jenis yaitu

balloon expandable and self-expandable. Bahan utama yang digunakan untuk struktur stent

adalah stainless steel, nitinol, dan elgiloy. Nitinol adalah paduan Ti-Ni. Elgiloy adalah

paduan Co-based. Ti-Ni diharapkan akan digunakan lebih luas karena dapat reversibel.

Bahan Metalik lainnya yang diharapkan untuk biomaterial

Tantalum (Ta) dan niobium (Nb) adalah perkembangan terbaru material implant

karena memiliki elektrokimia dan biokompatibilitas yang lebih baik dari pada paduan Ti.

Kekuatan mekanik murni Ta dan Nb dengan pengerjaan dingin dapat ditingkatkan secara

signifikan dengan peledakan dan ditembak peenig. Pengerjaan dingin Ta murni dilaporkan

dapat memenuhi kebutuhan stabilitas mekanik, dan batas kelelahan Nb murni dengan

pengerjaan dingin dilaporkan dekat dengan batas keselamatan yang lebih rendah untuk bahan

implan.

Paduan amorf menunjukkan kekuatan yang lebih besar Paduan ini mengandung

unsur-unsur paduan yang sitotoksisitas tinggi. Oleh karena itu, modifikasi komposisi

diperlukan untuk mengembangkan amorf jauh lebih aman paduan untuk tubuh manusia.

Baru-baru ini, beberapa peneliti berfokus pada Mg dan mencoba untuk memverifikasi

kemungkinan untuk aplikasi biomedis. Mg memiliki keuntungan dari modulus rendah.

Modulus Young Mg adalah 44,1 GPa dan jauh lebih rendah dibandingkan dengan stainless

steels, paduan Co-Cr, dan paduan titanium. Salah satu masalah terbesar untuk Mg aplikasi

biomedis dianggap korosi perlawanan terhadap keadaan tubuh hidup. memurnikan dari Mg

meningkatkan ketahanan korosi secara signifikan. 99.9999 Massa persen Mg telah dilaporkan

menunjukkan hambatan korosi yang sangat baik dalam lingkungan simulasi tubuh. Mg Murni

(99,99 massa persen) dan paduan Mg, AZ91, juga telah dilaporkan mampu untuk biomaterial

gigi untuk membangun gigi palsu dan mahkota. Tes kultur sel pada Mg murni dan Mg

paduan, seperti AZ31, AZ61 dan AZ91, telah dilaporkan tidak menunjukkan sitotoksisitas.