Biomaterial

Apa itu biomaterial?

biomaterial , juga dikenal sebagai bahan biokompatibel didefinisikan sebagai zat atau kombinasi zat alami atau sintetis, yang dapat digunakan dalam sistem biologi untuk waktu tertentu dan dengan fungsi tertentu.

Istilah ini banyak digunakan di bidang kedokteran untuk mendefinisikan bahan yang digunakan untuk tujuan terapeutik atau diagnostik, dan juga dikenal luas di bidang ilmu biologi dan kimia, serta dalam rekayasa material.

Dalam waktu dekat printer 3D akan mencetak organ

Penerapan biomaterial dalam pengobatan sangat luas dan, berkat bahan-bahan ini, bidang ini telah mengalami kemajuan penting, memungkinkan peningkatan yang cukup besar dalam kualitas hidup manusia dibandingkan dengan masa lalu.

Demikian pula, bahan-bahan ini juga memiliki aplikasi dalam bidang ilmu kesehatan lain seperti kedokteran gigi, keperawatan, dan kedokteran hewan. Secara khusus, biomaterial umumnya digunakan dalam pengobatan untuk:

• Mengganti anggota badan, area jaringan dan organ tubuh.
• Memperbaiki dan merawat tulang yang patah.
• Memperbaiki dan mengganti gigi.
• Membantu pendengaran dan penglihatan.
• Menyembuhkan luka, melakukan operasi, memasukkan zat ke dalam tubuh.
• “Meningkatkan penampilan tubuh” melalui operasi kosmetik.
• Meningkatkan fungsi beberapa organ.
• Anomali yang benar.

Penting untuk diklarifikasi bahwa biomaterial atau material biokompatibel berbeda dari material biologis, yang diproduksi oleh sistem biologis hidup (kulit, tulang rawan, tulang, arteri, dll.) dan umumnya terdiri dari sel atau produk seluler.

Karakteristik biomaterial

Sebuah bioprinter yang mampu mencetak organ hidup. Sumber: ей , CC0, melalui Wikimedia Commons

Ada banyak karakteristik yang dimiliki biomaterial dan hanya beberapa di antaranya yang dikelompokkan dalam daftar berikut:

– Mereka adalah zat alami atau buatan (sintetis).

– Mereka inert secara sistemik dan farmakologis, yang berarti bahwa mereka tidak boleh memicu respons dalam tubuh dan bahwa mereka tidak mempengaruhi jaringannya.

– Mereka secara khusus dan hati-hati dirancang untuk dimasukkan atau ditanamkan pada makhluk hidup.

– Mereka mampu melakukan kontak intim dengan jaringan hidup (otot, tulang, darah, cairan tubuh, dll.) tanpa mempengaruhi sifat mereka (tergantung untuk apa mereka dirancang).

– Mereka digunakan untuk menggantikan bagian tubuh manusia.

– Digunakan untuk mengobati berbagai penyakit dan luka (jahitan, kateter, jarum, pelat, dll.).

– Mereka juga digunakan dengan aplikasi diagnostik dan penyimpanan.

– Tergantung pada jenis biomaterial, mereka digunakan untuk periode waktu yang bervariasi.

– Mereka dapat berupa logam, keramik, polimer atau gabungan (komposit).

Biokompatibilitas

Salah satu karakteristik paling khusus dari bahan-bahan ini, tanpa diragukan lagi, adalah biokompatibilitas, yang didefinisikan sebagai kualitas beberapa bahan untuk menghasilkan respons positif oleh sistem biologis yang bersentuhan dengan mereka untuk memenuhi fungsi tertentu.

Kualitas ini tidak hanya dari sudut pandang biologis, tetapi juga merupakan karakteristik kimia dan mekanik yang mendukung interaksi bahan-bahan ini dengan sistem kehidupan.

Umumnya, biomaterial ini menjalani pengujian dan standarisasi yang ketat, hampir selalu berdasarkan waktu dan jaringan yang berpotensi bersentuhan dengan mereka, untuk menghindari penolakan oleh sistem biologis.

Jenis-jenis biomaterial

Seiring waktu, berkat kemajuan ilmu pengetahuan, kedokteran dan teknik material, pengembangan biomaterial baru menjadi semakin akut, masing-masing dengan karakteristik fisikokimia yang berbeda, yang membuatnya berguna untuk tujuan yang sangat khusus.

Klasifikasi yang paling umum diterima untuk berbagai jenis biomaterial mencakup 4 kelompok, dipisahkan menurut karakteristik kimia dan strukturalnya: polimer, logam, keramik, dan senyawa.

Biomaterial logam

Merupakan biomaterial yang tersusun dari satu atau lebih unsur logam seperti misalnya golongan besi (Fe), nikel (Ni), aluminium (Al), tembaga (Cu), seng (Zn) dan titanium (Ti). ), dicampur dengan sejumlah kecil unsur non-logam lainnya seperti karbon (C), nitrogen (N) dan oksigen (O).

Dalam biomaterial logam atau paduannya, atom-atomnya sangat teratur, dihubungkan bersama berkat gaya elektrostatik yang menarik antara awan elektron bermuatan negatif dan ion logam bermuatan positif, seolah-olah elektron bebas berfungsi sebagai “lem”.

Akibatnya, bahan-bahan ini dicirikan sebagai konduktor panas dan listrik yang baik, serta kekerasan dan keuletannya.

Namun, mereka mengalami masalah korosi ketika terkena kelembaban, air garam, tanah, dan jaringan hidup, karena ion logam bereaksi secara spontan dengan oksigen, hidrogen, dan garam untuk membentuk oksida logam. Untuk alasan ini, daya tahan dan penggunaannya bergantung pada ketahanannya terhadap korosi.

Ada beberapa kegunaan bahan-bahan ini dalam pengobatan untuk mengatasi masalah pada tubuh manusia:

• amalgam gigi.
• Sekrup stainless steel untuk fiksasi tulang.
• Penutup alat pacu jantung terbuat dari paduan titanium.
• Stent koroner terbuat dari campuran titanium dan nikel.
• Prostesis pinggul lengkap yang terbuat dari sekutu kobalt.
• Diantara yang lain.

Biomaterial polimer

Ini adalah bahan, alami atau sintetis, organik atau anorganik, yang terdiri dari beberapa unit berulang dari satu jenis molekul dan mungkin yang paling umum digunakan dalam pengobatan.

Contoh yang baik adalah nilon, polietilen, polikarbonat, polivinil klorida (PVC), polistirena, dan silikon.

Mereka umumnya bukan zat yang sangat reaktif dalam berbagai kondisi: mereka memiliki konduktivitas listrik yang rendah dan tidak bersifat magnetis. Mereka berbeda dari biomaterial logam dalam banyak karakteristik, terutama dalam fleksibilitas dan kelembutannya, itulah sebabnya mereka dapat mengambil bentuk yang berbeda.

Lensa kontak terbuat dari biomaterial

Namun, pada suhu yang relatif tinggi, bahan-bahan ini cenderung melunak dan / atau terurai atau terdegradasi, sehingga aspek ini dipertimbangkan ketika menggunakannya untuk tujuan yang berbeda.

Kegunaan yang paling umum termasuk lensa kontak, sarung tangan bedah lateks, dan jahitan bedah.

Biomaterial keramik

Mereka pada dasarnya adalah bahan anorganik, mereka terdiri dari unsur-unsur logam dan non-logam seperti oksida, nitrida, karbida, garam, dll. Mereka dapat memiliki struktur kristal sepenuhnya atau sebagian, meskipun mereka juga dapat sepenuhnya amorf.

Bahan-bahan ini umumnya isolator termal dan listrik, karena mereka biasanya tidak memiliki elektron konduktor dalam jumlah besar. Mereka juga lembam dan lebih tahan terhadap korosi daripada logam. Mereka dapat, bagaimanapun, rentan terhadap degradasi dalam kondisi tertentu.

Mereka umumnya sangat kaku dan keras, meskipun jauh lebih rapuh atau rapuh daripada logam.

Kegunaan medis utama dari keramik termasuk lensa korektif, implan gigi, bagian dari prostesis pengganti pinggul, perancah tulang keramik, antara lain.

Biomaterial komposit

Ini adalah biomaterial yang terdiri dari dua atau lebih bahan dari tiga kelompok sebelumnya: logam, keramik, dan polimer. Mereka memiliki kombinasi sifat dan karakteristik, karena campuran bahan, yang tidak dapat diperoleh di setiap bahan secara terpisah.

Kegunaan paling umum dari biomaterial ini adalah tambalan putih untuk gigi dan pasta atau semen yang digunakan untuk menyambung tulang.

Contoh biomaterial

Ada ratusan biomaterial berbeda yang dapat dikutip sebagai contoh, mari kita lihat beberapa di antaranya dan fungsinya:

– Dalam penggantian bagian yang rusak atau sakit: sendi panggul buatan atau penggantian totalnya, mesin cuci darah yang menggantikan fungsi ginjal , penggantian katup jantung.

Sendi pinggul buatan

– Dalam bantuan selama penyembuhan: jahitan, pelat tulang, sekrup, dll.

– Untuk meningkatkan fungsi beberapa organ: alat pacu jantung, lensa intraokular, alat bantu dengar.

Gambar sinar-X dari alat pacu jantung

– Untuk memperbaiki “masalah” estetika: implan untuk mammoplasty (pembesaran payudara), untuk menambah ukuran dagu, tulang pipi, dll.

– Untuk membantu dalam diagnosis klinis: probe dan kateter.

– Untuk membantu dalam pengobatan penyakit: kateter dan saluran air.

Referensi

1. Chen, Q., & Thouas, G. (2014). Biomaterial: pengantar dasar. CRC Pers.
2. Kiradzhiyska, DD, & Mantcheva, RD (2019). Tinjauan bahan biokompatibel dan penggunaannya dalam pengobatan. Folia medica, 61 (1), 34-40.
3. Mihov, D., & Katerska, B. (2010). Beberapa bahan biokompatibel yang digunakan dalam praktik medis. Jurnal Ilmu Trakia, 8 (2), 119-125.
4. Shi, D. (2005). Pengenalan biomaterial. Ilmiah Dunia.
5. Teoh, SH (2004). Pengantar rekayasa dan pemrosesan biomaterial — ikhtisar. Dalam bahan Rekayasa untuk aplikasi biomedis (hal. 1-1).
6. Wong, JY, Bronzino, JD, & Peterson, DR (Eds.). (2012). Biomaterial: prinsip dan praktik. CRC Pers.