pengaruh bakteri streptococcus sobrinus dan …
TRANSCRIPT
PENGARUH BAKTERI STREPTOCOCCUS SOBRINUS DAN CANDIDA
ALBICAN TERHADAP MICROBIOLOGY INDUCED CORROSION DAN
BIOCOMPATIBILITY HEAT TREATED STAINLESS STEEL 17-4 PH
Adam Septiyono Arlan1, Bambang Suharno
1
1 Departemen Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia
E-mail :[email protected] / [email protected]
Abstrak
Maloklusi adalah ketidaksesuaian letak gigi dari lengkung rahang. Berdasarkan hasil survey
WHO pada tahun 2006, maloklusi pada remaja di Indonesia tahun 2006 mencapai 89%.
Maloklusi dapat dikurangi dengan perawatan menggunakan bracket. Penelitian ini bertujuan
untuk mengetahui pengaruh heat treatment dan bakteri Streptococcus sobrinus dan Candida
albican terhadap ketahanan korosi dan sifat mekanik dari stainless steel 17-4 PH pada
lingkungan rongga mulut. Penelitian dilakukan dengan tiga metode uji, yang pertama adalah
metode heat treatment (annealing, quench, dan temper) dengan menggunakan oven furnace,
metode kedua yaitu uji celup korosi dengan periode pencelupan 17 hari, dan metode ketiga
adalah pengujian ion release. Hasil heat treatment (HT) menunjukan, nilai kekerasan
material stainless steel 17-4 PH meningkat sebesar 1 HRC dan laju korosi material menurun
dari 0.003 mm/year menjadi 0.00004 mm/year pada lingkungan rongga mulut. Hasil uji
korosi menunjukan bahwa bakteri Streptococcus sobrinus dan jamur Candida albicans
meningkatkan laju korosi dari material setelah HT sebesar 0.0021 mm/year dan 0.00048
mm/year. Hasil ion release menunjukan ion nikel yang terlarut sebesar 0.3 mg/L dan ion
chromium sebesar 0.1 mg/L yang berada dibawah batas aman. dapat digunakan sebagai
material orthodontic bracket. Sehingga berdasarkan data laju korosi dan ion release, maka
material stainless steel 17-4 PH dapat digunakan sebagai material orthodontic bracket.
Influenced of Streptococcus sobrinus bacteria and Candida albicans on Microbiology
Induced Corrosion and Biocompatibility of Heat Treated Stainless Steel 17-4 PH
Abstract
Malocclusion is a misalignment or incorrect relation between the teeth of the two dental arches when
the jaws close. Based on the survey results of the WHO in 2006, adolescents who suffered
malocclusion reached 89% in Indonesia. Malocclusion can be reduced by using orthodontic brackets.
This study aims to determine the influence of heat treatment and the influence of Streptococcus
sobrinus bacteria and Candida albicans fungi on corrosion rate and mechanical properties of stainless
steel 17-4 PH. The study was conducted with three test methods. First, heat treatment of SS 17-4 PH,
second is the immersion corrosion test methods for 17 days and third is the ion release test. The results
of heat treatment (HT) show that stainless steel 17-4 PH corrosion rate decrease from 0.003 mm/year
to 0.00004 mm/year in the oral environment. For immersion corrosion test results, corrosion rate
samples are increased by S. Sobrinus is 0.0021 mm/year and C. albicans is 0.00048 mm/year. The
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
ion release test showed that the dissolved nickel ions is 0.3 mg/L and for chromium is 0.1 mg / L.
Based on this result, stainless steel 17-4 PH can be used as the material for orthodontic brackets based
on the data of the corrosion rate and ion release.
Keywords: malocclusion, Bracket, Streptococcus sobrinus and Candida albicans, 17-4 PH SS, Heat
Treatment, corrosion rate, ion release
Pendahuluan
Dewasa ini semakin banyak masyarakat indonesia yang mengalami maloklusi.
Maloklusi adalah ketidaksesuaian letak gigi atau hubungan yang tidak normal dari lengkung
rahang. Berdasarkan hasil survey WHO tahun 2003 maloklusi pada remaja di Indonesia
mencapai 66,76% dan tahun 2006 mencapai 89%[1]
.
Maloklusi dapat dikurangi dengan dilakukan perawatan ortodontik pada penderita.
Ortodontik merupakan ilmu meratakan gigi yang bertujuan untuk mengembalikan fungsi gigi
yang berdesakan[1]
. Alat cekat merupakan alat penting yang digunakan dalam proses
perbaikan gigi seperti bracket atau orthodontic bracket.
Dalam surat keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor
1415/MENKES/SK/X/2005 tentang Kebijakan Pelayanan Kedokteran Gigi Keluarga,
menyatakan bahwa sumber daya obat dan perbekalan kesehatan gigi dan instrument hampir
semuanya masih diimport oleh pebisnis swasta sehingga masis perlu upaya standarisasi[2]
.
Bracket merupakan alat yang berfungsi untuk menggerakan gigi dengan cara
menerima tekanan dari aktifator yaitu kawat gigi dan mentransfer tekanan tadi ke gigi[3]
.
Desain dan bahan bracket akan memberi pengaruh yang signifikan terhadap kemampuan
bracket[2]
. Bracket dari material logam yang banyak digunakan adalah baja tahan karat atau
Stainless steel (SS). Baja tahan karat didefinisikan sebagai baja paduan kompleks dengan
komposisi minimum dari chromium sebesar 10.5%[3]
.
Namun, bracket dari baja tahan karat memiliki kelemahan yaitu korosi lokal yang
umum terjadi yaitu korosi sumuran (pitting) dan MIC (Microbiology induced corrosion). Di
dalam mulut terdapat ion-ion agresif seperti chloride yang dapat menyebabkan masalah diatas
karena ion-ion agresif ini akan merusak lapisan pasif yang dimiliki oleh Stainless steel
sehingga membentuk korosi sumuran[3
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
Stainless steel AISI 17-4 PH merupakan salah satu jenis baja tahan karat tipe
martensitik precipitation hardening yang digunakan sebagai braket ortodonti komersil.
Stainless steel tipe ini dapat ditingkatkan sifat mekaniknya dengan cara melakukan perlakuan
panas. Atas dasar tersebut akan diteliti ketahanan korosi dari SS 17-4 PH sebelum dan
sesudah heat treatment untuk meningkatkan ketahanan korosi, serta pengaruh bakteri
streptococcus sobrinus dan jamur candida albicans yang merupakan mikroorganisme yang
dapat ditemukan dalam mulut terhadap laju korosi dan morfologi bentuk korosi yang
dihasilkan bakteri dan jamur.
Tinjauan Teoritis
Perkembangan biomaterials terus menerus mengalami perkembangan secara cepat.
Dibuktikan dengan tahun 1960 Universitas Clemson melakukan symposium mengenai
biomaterials akibatnya banyak pengembangan material biomaterials secara signifikan.
Contohnya; Bioglass 45S5, yang memiliki kemampuan untuk mengikat tulang dengan
membentuk permukaan hydroxyapatite[4]
. Biomaterials yang digunakan untuk perbaikan
jaringan tubuh dibagi menjadi beberapa jenis bergantung fungsinya
Biokompabilitas adalah keadaan atau kondisi dari material yang tidak mengalami
interaksi berbahaya antara system biologis tubuh dengan material dan sebaliknya.
Biokompabilitas merupakan sifat yang harus dimiliki oleh biomaterial karena sifat ini
berhubungan langsung dengan dampak yang dapat ditimbulkan dari biomaterial tersebut di
dalam tubuh. Namun biokompabilitas dari suatu material bergantung fungsi dan aplikasi
tertentu yang berbeda-beda[7]
Bracket merupakan alat yang berfungsi untuk menggerakan gigi dengan cara
menerima tekanan dari aktifator yaitu kawat gigi dan mentransfer tekanan tadi ke gigi[2]
.
Terdapat 3 material yang umumnya digunakan sebagai bahan dasar bracket, yaitu logam,
keramik dan polimer.
Logam digunakan sebagai karena memiliki sifat penghantar listrik yang baik, punya
konduktifitas thermal yang baik dan memiliki sifat mekanik yang baik. Selain itu, adanya
elektron bebas yang berfungsi sebagai gaya ikat yang mengikat ion positif didalam logam
agar tetap bersama[8]
. Namun, kelemahan dari metal adalah mudah untuk terdegradasi atau
terkorosi. Untuk meningkatkan kemampuan logam umunya dilakukan
Material keramik umunya merupakan ikatan antara molekul inorganic dengan
beberapa variasi ikatan ion atau ikatan kovalen[9]
. Keramik merupakan Keramik merupakan
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
material yang sangat getas, sehingga pada saat pengaplikasiannya keramik memiliki
keterbatasan kondisi pemakaian untuk mencegah terjadinya kegagalan.
Polimer berasal dari Bahasa Yunani yaitu kata poly dan meros. Arti kedua kata
tersebut poly artinya banyak dan meros (mer) artinya part. Jadi polimer merupakan material
dengan sebuah senyawa yang memiliki rantai molekul yang panjang dan berulang yang saling
terikat saru sama lain[9]
. Sifat dari polimer adalah low density, good strength to weight ratio,
high corrosion resistance dan low electrical dan thermal conductivity.
Stainless steel atau corrosion resistance steel, ditemukan pada tahun 1913 oleh Harry
Brearly[3]
. Chromium memberikan efek tahan karat terhadap material baja akibat
pembentukan lapisan chromium oksida (Cr2O3) yang bersifat protektif. . Chromium akan
menimbulkan efek anti karat saat kadar didalam baja minimum 10wt%Cr[10]
. Ketahanan
korosi yang diberikan oleh chromium bergantung dari kestabilan lapisan oksida Cr2O3. Untuk
lingkungan tertentu kestabilan ini dioptimalkan oleh paduan lain seperti Ni, Mo, dan Cu[3]
.
Saat ini, sebagaian besar alat orthodontic yang terbut dari stainless steel merupakan
tipe austenitik yang mengandung 8-12 wt% Ni dan 17-22 wt% Cr [10]
. Keberadaan nikel pada
stainless steel diketahui memberikan reaksi alergi terhadap makhluk hidup. Finnish
menyatakan bahwa kemungkinan terjadinya alergi pada wanita 30% dan 3% pada pria yang
disebabkan oleh reaksi dari sistem imun tubuh. Sel yang bertanggung jawab atas respon
tersebut adalah T-lymphocytes[11]
.
Material yang digunakan didalam tubuh manusia harus memliki sifat
biokompatibilitas. Biokompatibilitas adalah kemampuan suatu material untuk tidak
menimbulkan respon biologis yang merugikan jika bahan tersebut digunakan didalam tubuh
makhluk hidup[8]
. Pengujian biokompatibilitas dilakukan dengan dua metode yaitu in vitro
dan in vivo. In vitro merupakan pengujian biokompabilitas diluar tubuh makhluk hidup,
umumnya pengujian ini dilakukan pada enzim, sel, atau sistem biologis yang diisolasi atau
dikultur. Uji material dengan in vitro dibagi menjadi pengujian untuk mengetahui sitoksitas
dan pertumbuhan sel, serta mengukur efek mutagenesis material terhadap sel[10]
. Sedangkan,
pengujian in vivo dilakukan didalam tubuh makhluk hidup dengan menempelkan atau
mengaplikasikan material yang akan diuji langsung pada jaringan makhluk hidup. Pengujian
in vivo memerlukan waktu yang relative jangka panjang, umumnya lebih dari satu tahun.
Bahan yang dapat berfungsi tanpa menimbulkan reaksi negatif dari tubuh manusia ketika
berkontak langsung dengan cairan biologis atau sel dan jaringan hidup dikategorikan sebagai
bahan yang biokompatibel [10]
.
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
Metode Penelitian
Gambar 1. Diagram alir penelitian
Pengujian Komposisi Kimia
Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan alat OES (Optical Emission
Spectrometer). Material yang digunakan adalah Stainless Steel 17-4 PH yang menurut
data literatur memiliki komposisi sebagai berikut:
Tabel 1. Komposisi kimia Stainless steel 17-4 PH[7]
C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%)
0,07 max 1,00 max 0,538 0,040 max 0,030 max
Cr (%) Mo (%) Ni (%) Cu (%) Nb + Ta (%)
15,00 – 17,50 1,00 max 3,00-5,00 3,00-5,00 0,15-0,45
Heat Treatment Sampel
Sampel SS 17-4 PH dilakukan solution annealing menggunakan oven furnace di suhu
1080°C selama 1,5 jam kemudian didiginkan secara cepat (quenching) menggunakan
media oli ke temperarur ruang untuk menghasilkan struktur martensitik. Tahap
terakhir adalah melakukan aging di suhu 590°C selama 4 jam kemudian sampel
dikeluarkan dari furnace dan diamplas untuk menghilangkan oksida.
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
Pembiakan Bakteri
Kedua jenis bakteri sudah dilengkapi dengan medium yang sesuai dalam bentuk agar
dalam tabung reaksi, kemudian dipindahkan ke medium broth/cair agar dapat dikultur
dan dibuat stock bakteri-nya. Bakteri anaerobik harus dimasukkan ke dalam toples dan
disemprotkan gas yang berisi kandungan nitrogen 80%, hidrogen 10% dan CO2 10%.
Bakteri anarobik dan aerobik harus disimpan dalam inkubator dengan suhu 370C.
Persiapan Larutan Uji
Pengujian dilakukan dalam larutan air ludah (saliva) yang telah dipreparasi yang
didapatkan dari pengumpulan saliva dari mulut pasien ke dalam falcon tube lalu
dilakukan pengenceran 5 ml saliva murni dengan aquabides hingga 50 ml dan di
filtrasi hasil pengenceran saliva agar saliva bersih dari bakteri.
Persiapan Sampel Uji
Sampel yang telah di heat treatment dan diamplas di sterilkan menggunakan
perendaman dalam alkohol selama 90 menit sebelum melakukan pengujian. Khusus
untuk sampel pada pengujian morfologi permukaan, sampel di coating atau dilapisi
dengan larutan saliva dengan cara memasukkan sampel ke dalam falcon tube yang
diisi dengan saliva, lalu di masukkan ke inkubator selama 90 menit. Setelah 90 menit
sampel dalam falcon tube dikeluarkan dari inkubator dan saliva dibuang kemudian
dimasukkan dengan Pbs murni, lalu dibuang lagi agar sampel bersih.
Pengujian Kekerasan
Pengujian kekerasan makro pada penelitian ini dilakukan pada sampel sebelum dan
sesudah dilakukan heat treatment menggunakan metode Rockwell C.
Pengujian Corrosion Rate
Sampel di timbang beratnya dan dicatat sebelum dicelupkan. Mencelupkan sampel SS
17-4 PH ke dalam larutan saliva yang sudah difilter dan dibuat masing-masing
material dengan waktu celup untuk tiga kondisi berbeda, yaitu: tanpa bakteri sebelum
sampel di heat treatment, tanpa bakteri setelah sampel di heat treatment, dan dengan
bakteri. Sampel uji dengan bakteri dibuat triplo dimasukkan ke dalam tabung reaksi,
berisi masing-masing bakteri dan campuran antara 2 bakteri berbeda, serta campuran
keseluruhan bakteri. Masing-masing sampel diisi dengan larutan saliva murni dimana
perbandingan antara kulturan bakteri dengan saliva adalah 1: 5.
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
Pengujian Morfologi Permukaan
Sampel di coating dengan saliva dan dimasukkan bakteri ke dalam well plate selama 3
hari untuk di uji dengan mikroskop optik dan Scanning Electron Microscope.
Pengukuran pH
Besarnya pH yang diukur menggunakan pH indikator diamati perubahan warna dan
dibandingkan dengan range dari indikator pH tersebut agar dapat ditentukan kisaran
pH-nya.
Pengujian Ion Release
Menyiapkan larutan saliva hasil rendaman sampel bersama bakteri selama 20 hari dan
diujikan dengan metode Atomic Absorption Specstroscopy (AAS).
Hasil Penelitian dan Pembahasan
Heat treatment yang dilakukan pada sampel bertujuan untuk meningkatkan kekerasan
dari sampel agar tahan beban mekanik. Berikut ini hasil heat treatment dari sampel 17-4 PH.
Table 2. Nilai kekerasan sampel 17-4 PH sebelum di HT dan setelah di HT
Nilai Kekerasan
Sebelum Heat Treatment Setelah Heat
Treatment
A B
36 35 36
34 36 36
34 36 35
36 36 35
36 35 36
Rata rata 35 36 36
Hasil pengujian didapatkan kekerasan sampel sebelum diheat treatment adalah 35 dan
setelah di heat treatment adalah 36 untuk sampel A dan 36 untuk sampel B. Kenaikan nilai
kekerasan dikarenakan akibat pembentukan karbida yang semakin banyak pada sampel,
CrxCy. Berdasarkan hasil penelitian ini, sebagian unsut C akan berinterstisi pada matriks
atom-atom Fe dan sebagian akan membentuk karbida CrxCy sehingga terjadi distorsi kisi dan
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
menghalangi pergerakan dislokasi[20]
. Kenaikan kekerasan dari sampel tidak efektif karena
telah melewati peak ageing dari sampel 17-4 PH berdasarkan penelitian sebelumnya[24]
.
kenaikan kekerasan menunjukan proses heat treatment yang dilakukan berhasil.
Komposisi kimia 17-4 PH dilakukan dengan pengujian EDAX dan alat Optical
Emission Spectrometer (OES) menghasilkan komposisi kimia unsur sebagai berikut pada
perbesaran sampel 100 x. Data unsur-unsur yang terkandung pada sampel dapat dilihat pada
tabel 3 dibawah ini ;
Tabel 3 Uji komposisi kimia dengan Optical Emission Spectrometer (OES) dan EDAX[25]
Element EDAX
(wt%)
OES
(wt%)
STANDAR(wt%)
C 04,62 0,017 0,07 max
Si 01,53 0,538 1,00
Cr 15,46 15,5 15-17,50
Fe 70,83 bal. bal.
Ni 04,42 4,52 3,00-5,00
Cu 03,14 3,22 3,00-5,00
Mo - 0,284 -
Dari hasil pengujian tersebut diketahui bahwa kadar C dari material sebesar 0,017
wt% C, Cr sebesar 15,5 wt%Cr, Ni sebesar 4,52 wt%Ni, Mn sebesar 0,538 wt% Mn dan S
sebesar 0,007 wt% S. Untuk membuktikan kesamaan data OES dilakukan pengujian EDAX
pada perbesaran 70 x.
Hasil EDAX area pada sampel 17-4 PH menunjukan nilai komposisi unsur Fe sebesar
70,83%, Cr sebesar 15,46%, C sebesar 4,62%, dan Ni sebesar 4,42%. Hasil pengujian EDAX
menunjukan hasil yang sama dengan hasil SEM, tetapi pada komposisi unsur C terjadi
penumpangan data. Pada pengujian EDAX dilakukan dengan memancarkan elecrtron beam
dan mendeteksi unsur karbon pada carbon tip yang membuat sampel menjadi konduktif dan
menjadi perekat sampel pada wadah pengujian EDAX sehingga terjadi penyimpangan. Oleh
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
karena itu pengujian komposisi dengan EDAX untuk sampel yang mengandung unsur C
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
memang sulit dideteksi secara signifikan. Sehingga digunakan hasil OES untuk unsur C dan
diketahui bahwa sampel 17-4 PH tergolong material baja low carbon.
Laju korosi sampel sebelum HT, setelah HT, dan setelah treatment dengan bakteri
diuji dengan metode weight loss berdasarkan ASTM G1. Dari hasil pengujian terlihat bahwa
heat treatment menurunkan laju korosi dari sampel. Laju korosi sebelum HTadalah 0.00034
mm/year dan setelah HT adalah 0.000047 mm/year. Heat treatment pada stainless steel
memberikan efek peningkatan kestabilan lapisan oksida Cr2O3 sehingga terjadi penurunan
kecepatan korosi[20]
.
Grafik 1 Laju Korosi sampel non-HT dan HT tanpa bakteri[25]
Bakteri streptococcus sobrinus memiliki pengaruh yang sangat signifikan terhadap
kecepatan korosi sampel. Sampel 17-4 Ph dengan bakteri S.Sobrinus setelah di HT
mengalami peningkatan korosi sampel menjadi 0.0021 mm/year akibat bakteri tersebut
melakukan metabolisme dan menghasilkan senyawa oksidator yang dapat mempercepat laju
korosi contohnya asam oksalat (H3O2)[22]
.
Asam tersebut diperoleh dari hasil pengubahan karbohidrat yang ada didalam larutan.
Streptococus sobrinus menghasilkan lapisan biofilm yang dapat melekat pada permukaan
material bracket dengan baik akibat memanfaatkan polisakarida yang diproduksi[22]
.
Candida albicans merupakan jamur yang terdapat pada mulut. Berdasarkan hasil
pengujian diketahui bahwa candida albicans meningkatkan kecepatan korosi sampel menjadi
0.0048 mm/year.
0
0.00005
0.0001
0.00015
0.0002
0.00025
0.0003
0.00035
Laju
Ko
rosi
(m
m/y
ear)
rata-rata laju korosi Sampel
Tanpa HT
HT
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
Hasil pengujian menunjukan bahwa bakteri S.sobrinus dan jamur C. albican
mempengaruhi kecepatan korosi sampel 17-4 PH meningkat. Hal tersebut dikarenakan kedua
mikroorganisme tersebut akan mengkondisikan lingkungan yang dapat mempercepat laju
korosi yaitu pH rendah dan berkurangnya konsentrasi oksigen akibat pembentukan biofilm.
Grafik 2 Perbandingan laju korosi sampel HT, dengan bakteri S. Sobrinus dan C.
Albican[32]
Atomic Absorption Spectometry (AAS) dilakukan untuk mengetahui jumlah ion dari
unsur-unsur yang terlarut pada perendaman sampel di saliva dan bakteri, serta jamur. Uji AAS
pada larutan hasil perendaman sampel 17-4 PH menunjukan ion terlarut pada larutan saliva
untuk mengetahui sifat degradasi dari sampel. Berikut ini hasil pengujian AAS, tabel 4.7 :
Tabel 4 ion release dari sampel 17-4 PH heat treated[26]
Cr3+
Ni2+
Fe2+
0.192 mg/L 0.3209 mg/L 0.0058 mg/L
Hasil dari pengujian ini adalah ion terlarut Fe pada sampel 17-4 PH adalah 0.0004
mg/L untuk pencelupan selama 20 hari, ion terlarut Cr sebesar 0.192 mg/L dan ion terlarut Ni
sebesar 0.3209 mg/L. Jumlah ion terlarut Ni di dalam saliva lebih banyak dibandingkan
jumlah ion terlarut Cr. Hal ini disebabkan karena unsur Ni tidak mengikat secara kuat dengan
senyawa yang ada didalam stainless steel 17-4 PH sehingga pengelepasan ion Ni dari
permukaan material[16]
. Pengelepasan ion Cr terjadi karena dalam deret volta posisi unsur Cr
0
0.0005
0.001
0.0015
0.002
0.0025
0.003
0.0035
0.004
Candida Albican S. Sobrinus S. Sobrinus+C.Albican
Laju
Ko
rosi
(m
m/y
ear)
A
B
C
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
lebih kiri dari posisi unsur Ni dan Fe sehingga unsur Cr lebih reaktif dan lebih mudah melepas
elektron sehingga terjadi pelepasan ion yang lebih banyak dibandingkan unsur Ni dari bracket
orthodontic stainless steel yang direndam di larutan saliva.[1]
Nilai ion Fe, Cr, dan Ni yang terlarut masih dalam kategori aman untuk tubuh manusia
karena masih berada dibatas nilai Uptake level (UL) harian. Uptake level adalah maksimum
total asupan harian nutrisi yang diperkirakan tidak akan menimbulkan kecenderungan
merugikan pada kesehatan manusia dan merupaan toleransi fisiologis pada tubuh manusia[4]
.
Nilai UL untuk unsur Fe, Cr, dan Ni ditunjukan oleh tabel 4.4.
Tabel 5. Toleransi ion Fe, Cr, dan Ni berasarkan nilai uptake level 20 hari [4]
Kategori Unsur
Pria &
Wanita
Besi (mg/L) Chromium
(mg/L)
Nikel
(mg/L)
9-13 tahun 800 300 100
4-18 tahun 800 300 300
18-50 tahun 800 300 300
>50 tahun 800 300 300
Pelepasan ion Ni dan Cr yang berlebihan atau korosi yang terjadi dalam jangka waktu
yang lama akan memberikan dampak negative bagi bracket stainless steel itu sendiri maupun
pada kesehatan seseorang. Jon didalam tubuh dapat memicu hal-hal merugikan bagi tubuh.
Jumlah berlebih dari ion Ni dan Cr dapat menyebabkan hipersensitivitas dari tubuh manusia.
Ion logam yang terlepas dari alat orthodonti yang terbuat dari stainless steel dan paduan bebas
nikel dapat memicu kerusakan DNA pada sel mukosa mulut. Oleh karena itu, disarankan agar
para orthodontis untuk menggunakan braket logam stainless steel dengan tingkat ketahanan
korosi yang paling baik sehingga jumlah ion logam yang terlepas yang dapat mempengaruuhi
kesehatan umum menjadi minimal.Error! Reference source not found.
.
Hasil uji biofilm dengan mikroskop optik dilakukan dengan tidak menambahkan
reagen pada permukaan sampel. Hasil pengamatan pada foto mikro pada perbesaran 100x
pada gambar 2 memperlihatkan pembentukan pit pada permukaan sampel 17-4 PH. Bentuk
pit yang terlihat pada gambar 2 ditunjukan oleh lingkaran merah.
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
Gambar 2 Morfologi dari sampel 17-4 PH dengan streptococcus sobrinus (a) dan candida
albican (b) dengan pembesaran 100x
ImageJ yang dapat digunakan untuk mengukur persen luas dari pit yang dikonversikan
dari berntuk gambar ke dalam bentuk angka didapatkan bahwa total luas area pit yang terbaca
adalah sesuai tabel 4.9.
Tabel 6 Hasil perhitungan total persen luas pit melalui software imageJ
Mikroorganisme Gambar Average Size
Streptococcus
Sobrinus
11.40 µm2
Candida
Albicans
8.01 µm2
Dari data imageJ dapat diketahui bahwa terjadi perbedaan luas pit yang dihasilkan
oleh kedua mikroorganisme. Bakteri streptococcus sobrinus memiliki porous yang lebih besar
dengan rata rata luasannya sebesar 11.40 µm2 sedangkan jamur candida albicans sebesar 8.01
µm2. Hal ini menunjukan bahwa streptococcus sobrinus lebih bersifat korosif dibandingkan
dengan candida albican.
Adanya perbedaan warna pada permukaan sampel menunjukan adanya perbedaan
lapisan biofilm yang terbentuk. Lapisan biofilm yang terbentuk umumnya memiliki ketebalan
0.1-10µm dengan komposisi yaitu glycoprotein, ion (Ca2+
, Mg2+
, dll.) dan air [13].
.
Pertumbuhan biofilm pada permukaan bracket menyebabkan terjadinya pelepasan substansi
S. Sobrinus C. Albican
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
asam dari metabolism karbohidrat yang mengubah pH dan oksigen dari lingkungan pada
sekitar bracket Asam laktat dihasilkan oleh keluarga bakteri streptococcus dari fermentasi
karbohidrat (contoh: sukrosa) yang menyebabkan penurunan pH menjadi 5.5 dan dapat
melarutkan carbonate hydroxyapatite dari gigi.[1]
.
Penurunan pH dapat menginisiasi korosi lokal pada orthodontic bracke. Saliva
manusia merupakan cairan yang diproduksi dari kelenjar parotid, submaxilar dan
submandibular yang memiliki pH 6 sampai 7. Berdasarkan hasil pengujian pH didapatkan
data bahwa pH larutan berada pada range 5 sampai 7. Penurunan pH disebabkan oleh
peningkatkan konsentrasi asam laktat yang dilepaskan dari proses metabolisme mikroba di
lapisan biofilm [23]
. Penurunan pH yang semakin tinggi menunjukan konsentrasi asam laktat
yang semakin banyak maka laju korosi akan meningkat.
Lingkungan mulut memiliki banyak senyawa senyawa korosif seperti, asam laktat,
hydrogen peroxide, citric acid, HCl dan HF dengan konsentrasi yang berbeda beda. Ion Cl-, F
-
, dan H+ didalam mulut menyebabkan korosi yang terjadi pada dental material, 17-4 PH
[23].
Pada hasil pengamatan SEM dengan metode secondary electron untuk melihat
morfologi permukaan sampel akibat pitting corrosion ditunjukan oleh gambar 4.1 dan 4.2
dengan perbesaran 2500x, 5000x, 10000x dan 25000x.
Gambar 3 Morfologi sampel 17-4 PH hasi SEM dengan pembesaran 2500x
(a), 5000 x (b), 10.000x (c), dan 20.000x (d)
a b
c d
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
Dari hasil perngujian tersebut diketahui terjadi pit pada permukaan sampel 17-4 PH
dengan perbesaran 2500x, 5000x, 10000x dan 20000x. Pembentukan pit tersebut diinisiasi
dari berkumpulnya ion chloride pada lapisan biofilm yang akhirnya dapat menurunkan pH
disekitar permukaan bracket akibat pembentukan biofilm [15]
. Mekanisme korosi yang terjadi
termasuk dalam jenis korosi piting. Pada daerah pit akan bersifat anodi yang dengan inisiasi
ion Cl- yang bereaksi dengan air dan membentuk asam klorida sehingga mempercepat korosi
pada daerah tersebut
Kesimpulan
1. Laju korosi dari sampel 17-4 PH mengalami penurunan dari 0.0003 mm/year menjadi
0.00004 mm/year akibat proses heat treatment di suhu 1080OC.
2. Bakteri didalam mulut khususnya Streptococcus sobrinus dan jamur Candida albicans
dapat mempercepat laju korosi dari stainless steel 17-4 PH dari 0.0021 mm/year dan
0.00048 mm/year.
3. Pelepasan ion Cr, Ni, dan Fe sebesar 0.192 mg/L, 0.3209 mg/L, dan 0.0058 mg/L berada
dibawah nilai Uptake Level yaitu sebesar 300 mg/L, 100 mg/L, dan 800 mg/L untuk
masing masing ion Cr, Ni, dan Fe sehingga material 17-4 PH memenuhi biocompatibility
dari bracket yang dianjurkan.
4. Morfologi korosi pada permukaan sampel 17-4 PH setelah pencelupan 20 hari adalah
korosi sumuran dengan luas permukaan pit yang terbentuk sebesar 11.40 µm2 dan 8.01
µm2 untuk streptococcus sobrinus dan candida albican.
Saran
1. Melakukan variasi heat treatment yang lain untuk dapat lebih mendapatkan info
mengenai ketahanan korosi dari stainless steel 17-4 PH.
2. Melakukan polishing dan memberikan coating pada braket sebelum digunakan pada
pasien sehingga dapat memperkecil terlarutnya ion nikel didalam saliva.
3. Melakukan pengujian dengan bakteri dan sistem oral yang lebih kompleks agar
mengetahui pengaruh bakteri terhadap material 17-4 PH
4. Melakukan test MTT assay untuk mengetahui biocompatibility dari material 17-4 PH.
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
DAFTAR PUSTAKA
[1] R. Kristianingsih, R. Joelijanto, D. Praharani, F. K. Gigi, and U. J. Unej, “Analisis
Pelepasan Ion Ni dan Cr Kawat Ortodontik Stainless Steel yang Direndam dalam
Minuman Berkarbonasi ( Analysis of Ion Release Nickel and Chromium of
Orthodontics Stainless Steel Wire Immersed by Carbonated Drink ),” 2014.
[2] B. Irawan, B. Suharno, S. Supriadi, and G. Kiswanto, DESAIN DAN KOMPOSISI
BRAKET ORTODONTIK STAINLESS STEEL DENGAN METODE PEMBUATAN
INVESTMENT CASTING. Universitas Indonesia, 2013, pp. 1–55.
[3] I. Aryani, “UNIVERSITAS INDONESIA PERBANDINGAN TINGKAT
KETAHANAN KOROSI LEPASAN ION Cr DAN Ni UNIVERSITAS INDONESIA
LEPASAN ION Cr DAN Ni,” 2012.
[4] E. Food and S. Authority, TOLERABLE UPPER INTAKE LEVELS Scientific
Committee on Food, no. February. 2006.
[5] N. R. Patel and P. P. Gohil, “A Review on Biomaterials : Scope , Applications &
Human Anatomy Significance,” vol. 2, no. 4, 2012.
[6] R. Pignatello, BIOMATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING Edited by Rosario
Pignatello. Croatia: InTech, 2011.
[7] H. R. A. Bidhendi and M. Pouranvari, “CORROSION STUDY OF METALLIC
BIOMATERIALS IN SIMULATED BODY FLUID,” 2011.
[8] J. Y. Wong and J. D. Bronzino, BIOMATERIALS. Florida: CRC Press, 2007.
[9] B. D. Ratner, A. S. Hoffman, F. J. Schoen, and J. E. Lemons, An Introduction to
Materials in Medicine. California: Academic Press, 1996.
[10] W. D. Callister and J. Wiley, Materials Science and Engineering An Introduction, 7th
ed. New York: John Wiley & Sons, 2007.
[11] T. P. Chaturvedi, “CORROSION BEHAVIOUR OF ORTHODONTIC ALLOYS - A
REVIEW.”
[12] A. Ziębowicz, W. Walke, A. Barucha-kępka, and M. Kiel, “Corrosion behaviour of
metallic biomaterials used as orthodontic wires,” vol. 27, no. 2, pp. 151–154, 2008.
[13] P. D. Marsh and M. V Martin, Oral Microbiology Fifth Edition. Elsevier, 2009.
[14] G. Molero, F. Navarro-garcía, and M. Sánchez-pérez, “Candida albicans : genetics ,
dimorphism and pathogenicity,” pp. 95–106, 1998.
[15] I. Mutlu and E. Oktay, “Influence of Fluoride Content of Artificial Saliva on Metal
Release from 17-4 PH Stainless Steel Foam for Dental Implant Applications,” J.
Mater. Sci. Technol., vol. 29, no. 6, pp. 582–588, Jun. 2013.
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015
[16] T. Eliades and A. E. Athanasiou, “In Vivo Aging of Orthodontic Alloys : Implications
for Corrosion Potential , Nickel Release , and Biocompatibility.”
[17] A. J. Ortiz, E. Fernández, A. Vicente, J. L. Calvo, and C. Ortiz, “Metallic ions released
from stainless steel, nickel-free, and titanium orthodontic alloys: toxicity and DNA
damage.,” Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop., vol. 140, no. 3, pp. e115–22, Sep. 2011.
[18] R. A. Marques, S. O. Rogero, M. Terada, E. F. Pieretti, and I. Costa, “Localized
Corrosion Resistance and Cytotoxicity Evaluation of Ferritic Stainless Steels for Use in
Implantable Dental Devices with Magnetic Connections,” vol. 9, pp. 1340–1354, 2014.
[19] A. STANDARD, “Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell
Superficial Hardness of,” vol. 01, 1981.
[20] C. N. Hsiao, C. S. Chiou, and J. R. Yang, “Aging reactions in a 17-4 PH stainless
steel,” vol. 74, pp. 134–142, 2002.
[21] W. J. O. Brien, Dental Materials and Their Selection vol 3, 3rd ed. Hanover:
Quintessence Publishing, 2002.
[22] S. Pandit, K. Chang, and J. Jeon, “Anaerobe Effects of Withania somnifera on the
growth and virulence properties of Streptococcus mutans and Streptococcus sobrinus at
sub-MIC levels,” Anaerobe, vol. 19, pp. 1–8, 2013.
[23] J. C. M. Souza, “Biotribocorrosion behavior of titanium in simulated oral
environments,” Universidade do Minho, 2010.
[24] Mohammad, Danang Widianto. " Pengaruh Bakteri Streptococcus Mutans dan
Streptococcus Pyogeneus terhadap Microbiology Induced Corrosion dan
Biocompatibility Heat Treated Stainless Steel 17-4 ". Universitas Indonesia 2015
[25] Rahmandari, Estaura. " Pengaruh Bakteri Staphylococcus Aureus dan Streptococcus
Sanguinis terhadap Microbiology Induced Corrosion dan Biocompatibilty Heat Treated
Stainless Steel 17-4 Ph. Universitas Indonesia 2015
Pengaruh bakteri..., Adam Septiyono Arlan, FT UI, 2015