Material Inovatif

Ilmuwan selalu berusaha untuk mendapatkan material- material baru yang memungkinkan berbagai inovasi baru dapat terwujud, berikut sebagian dari material- material tersebut.

Elastic water

Ilmuwan Jepang baru- baru ini berhasil menciptakan suatu bahan yang sebagian besar terdiri dari air (95%), bening, kenyal seperti agar- agar, namun sangat elastis tidak mudah tercerai. Material
yang mampu terdegradasi oleh mikroba (biodegradable) ini memiliki potensi untuk membuat bahan pengganti plastik.

Plastic steel

Ilmuwan dari University of Michigan berhasil menemukan bahan yang mampu dibuat setipis dan sebening plastik, namun memiliki kekuatan seperti baja. rahasianya adalah 300 lapis jaringan seperti tembok berukuran nano pada polimer yang mampu larut di air.

Synthetic Moissanite

link
Mineral tiruan dari mineral langka Moissanite, dikatakan memiliki spesifikasi lebih dibanding berlian kecuali harganya, di mana kekerasannya melebihi berlian yang dianggap sebagai mineral paling keras selama ini. Moissanite menggantikan fungsi berlian yang terlalu mahal seperti untuk mata bor, penghantar panas, dan tentu saja perhiasan indah yang lebih murah.

Biodegradable plastic

courtesy of Sustainable is good
link
Saat ini mulai banyak produk yang terbuat dari biodegradable plastic, bahan yang berfungsi seperti plastik, terbuat dari zat tepung dari tumbuh- tumbuhan. Plastik ini mampu diurai oleh mikroba yang ada di lingkungan kita, sehingga tidak mengotori lingkungan dalam waktu yang lama seperti plastik konvensional.

Frozen smoke

link
Saat ini material yang bermerek dagang Aerogel iniadalah benda padat teringan di dunia. Bahan yang sangat kuat  ini memiliki potensi sebagai bahan pesawat ruang angkasa, shelter bom, dan penahan panas (mampu menahan panas hingga 1.300 derajat celsius). Bahan ini dibuat sengan cara mengekstraksi air dari silica gel, dan menggantikannya dengan gas seperti karbon dioksida.

Graphene

link and link
Material ini saat ini diklaim sebagai material terkuat yang pernah ada. Berbentuk lembaran setebal atom, terbuat dari atom karbon yang terjalin seperti sarang lebah. Material yang ditemukan oleh para peneliti di University of Manchester, Inggris dan Institute for Microelectronics Technology,  Chernogolovka, Russia ini kecuali merupakan material terkuat, mungkin juga merupakan material termahal yaitu sekitar $100,000,000/cm^{2.
Material ini memiliki potensi menggantikan silikon sebagai bahan mikroprosesor masa depan.}

Lem dari katak

Courtesy of Frogs Australia
link
Peneliti dari Australia berhasil menemukan bahan pelekat (lem) organik yang sangat kuat dari katak genus Notaden yang hidup di Australia. Lem ini dapat melekatkan berbagai benda termasuk teflon (salah satu material terlicin) sekalipun dalam kondisi lembab. Lem ini memiliki potensi sebagai pelekat pada operasi- operasi yang sulit dilakukan seperti pada operasi perbaikan lutut.

Teknik Biomedik {Biomedical Engineering (BME)}

Teknik Biomedik atau Biomedical Engineering (BME) adalah penerapan teknik pada bidang medis yang bertujuan untuk meningkatkan tingkat kesembuhan pasien dan kesehatan seseorang secara umum. BME adalah bidang yang sangat luas dengan multidisiplin ilmu yang memadukan beberapa bidang seperti : biologi, kimia, fisika, elektronika, Informatika, dll. 

Diantaranya meliputi :

· Bioinformatics, system informasi biologi, mencakup database genom, protein, dan statistiknya, dll

· Bioelectrical, mempelajari tentang listrik yang dihasilkan dalam sel

· Biomedical imaging dan biomedical optic, mempelajari tentang pencitraan medis dan alat-alat pengambilan citra tersebut.

· Biomaterial, meliputi farmasi, biologi, kimia, dan ilmu material

· Biomechanics, mekanik yang diterapkan pada ilmu biologi. Misalnya seperti peredaran darah, transportasi energi, dll

· Alat-alat instrumentasi biomedic

· Rekayasa molekul, sel dan jaringan, dll

Pembagian umum pada BME berdasarkan bidangnya :

1. Chemical engineering : biochemical, cellular-molecular-tissues engineering, biomaterial, biotransport

2. Mechanical engineering : biomechanics, biotransport, medical devices, modeling of biological system

3. Optic : biomedical optic, 3D imaging, medical imaging, medical device

4. Electrical engineering : bioelectrical, bioinstrumentation, biomedical imaging, medical device, neural engineering, bioelegtromagnetism

Beberapa pembagian disiplin ilmu dalam BME :

1. Clinical engineering : ilmu yang mempelajari tentang manajemen dan maintaining peralatan medis yang digunakan dalam sebuah rumah sakit
2. Divais medis : adalah alat-alat medis yang digunakan untuk : 
3.  · Mendiagnosa penyakit dan kondisi lain
4. · Membantu penyembuhan, pengurangan, perawatan, pencegahan suatu penyakit
5. · Mempengaruhi fungsi dari struktur tubuh yang tidak normal. Misalnya, jantung artificial, tangan palsu,dll

Alat-alat medis tersebut dapat diklasifikasi berdasarkan pembagian kelas-kelas berikut :

· Kelas I – berfungsi untuk pemeriksaan umum. Memiliki bentuk, disain dan kegunaan sederhana dan memiliki potensi luka yang kecil pada user. Misal : penekan lidah, perban elastis, alat operasi yang “handy”, dsb

· Kelas II – berfungsi untuk pemeriksaan khusus sebagai tambahan pemeriksaan umum pada kelas I. Disertai dengan kebutuhan yang special ada memiliki cara pengoperasian starndar. Mis : mesin X-ray, kursi roda bermotor, pompa infus, dll

· Kelas III – memiliki pasar yang khusus, telah di review secara scientific untuk jaminan keamanan dan efektifitasnya

3. Pencitraan medis : meliputi alat-alat yang digunakan untuk pengambilan citra medis, mis: MRI, CT scan, fluoroscopy (gambar di kanan), tomography, ultrasound, dll
4. Rekayasa jaringan. Salah satu tujuan dari rekayasa jaringan adalah untuk membuat organ artificial untuk ditransplantasi kepada pasien yang membutuhkan.

Aluminum Alloy for Aerostructure

Paduan aluminium merupakan material utama yang saat ini digunakan industri pesawat terbang komersial. Aluminium dipilih karena memiliki sifat ringan dan kekuatannya dapat dibentuk dengan cara dipadu dengan unsur lain. Permasalahan yang dihadapi adalah pemilihan jenis unsur apa yang akan dipadu dengan aluminium untuk mendapatkan karakteristik material yang dibutuhkan. Unsur paduan yang ditambahkan dan perlakuan panas (heat treatment) yang diberikan pada aluminium selama pemrosesan sangat mempengaruhi sifat paduan aluminium yang dihasilkan.

Awalnya paduan aluminium dikembangkan dengan tujuan mendapatkan material yang kuat dan ringan. Namun, seiring dengan berkembangnya kebutuhan struktur pesawat udara komersial dengan ukuran yang semakin besar, material yang dibutuhkan tidak hanya kuat dan ringan saja. Dewasa ini paduan aluminium dikembangkan untuk mendapatkan material yang kuat, ringan, usia pakai yang lama, biaya produksi rendah, toleransi kegagalan tinggi, dan tahanan korosi yang baik.

Sekitar tahun 1900 duralium, paduan aluminium dengan tembaga, magnesium, dan mangan, petama kali diperkenalkan di Jerman. Jenis ini merupakan paduan aluninium yang dapat diberi perlakuan panas (heat treatment) dan menghasilkan kombinasi kekuatan dan keuletan yang baik. Saat ini paduan ini dikenal dengan nama aluminium 2017-T4. Pesawat udara yang pertama kali memakai struktur rangka aluminium adalah Junkers F13 yang diproduksi di Jerman pada tahun 1920 dan kemudian disusul Douglas DC3 yang memakai aluminium 2024-T3. Keunggulan aluminium 2024-T3 adalah memiliki tahanan fatik yang lebih baik dari versi sejenisnya.

Selama Perang Dunia II, Paduan Aluminium dengan dengan kekuatan tinggi diperkenalkan. Paduan ini disebut aluminium 7075-T6 yang merupakan paduan aluminium, seng, magnesium, dan timah. Karena kekuatannya yang tinggi, paduan ini banyak dipakai pada struktur pesawat tempur saat itu. Versi modifikasinya, alumunium 7178-T6, berhasil dikembangkan dan diterapkan pada pesawat terbang komersial Boeing-707. Namun, pemakain aluminium 7178-T6 ini tidak dilanjutkan oleh Boeing karena bermasalah pada daya tahan dan toleransi kegagalan.

Metamaterial, Material Invisibel (Tidak Terlihat oleh Mata)

Kalo Metafisika mungkin anda pernah mendengar, namun kalau Metamaterial mungkin jarang atau pertama kali mendengar sekarang.

Metamaterial adalah material-material buatan yang tidak tersedia dalam alam. David Stubbe dalam artikelnya pada Berkeley Science Review menganalogikan material biasa sebagai bongkahan semen seukuran Manhattan, yang terbuat dari substansi-substansi yang kurang lebih sama. Lalu ia membandingkan dengan Manhattan yang sebenarnya sebagai metamaterial, di mana bongkahan semen tersebut disusun kembali menjadi bangunan dengan struktur tata kota tertentu. Walaupun sama-sama terdiri dari semen, sebuah kota dengan gedung pencakar langit memiliki substruktur yang lebih kompleks dari bongkahan semen. Sebagai hasilnya, karakteristik keduanya juga berbeda.

Dengan mengganti semen dengan tembaga dan bangunan dengan kumparan dan kawat, kemudian menyusutkannya menjadi sekitar sepermilyar, itulah dasar dari metamaterial. Substruktur dari metamaterial (pengaturan dan ukuran kumparan dan kawat) itulah yang krusial. Ketika gelombang cahaya atau gelombang suara melalui struktur tersusun yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombangnya (jarak antara satu gelombang dengan yang lainnya), gelombang melewati struktur tersebut seolah-olah struktur tersebut sama, tetapi dengan properties yang berbeda dari material konstituen. Pada akhirnya, gelombang tidak mengetahui adanya substruktur yang terpisah dan ‘melihat’ material yang sama sekali baru.

Metamaterial yang dikembangkan dalam komando Prof. Xiang Zhang ini membiarkan gelombang radio dan cahaya yang mengenainya untuk terus mengalir, bukannya dipantulkan. Seperti aliran air di sekitar batuan yang menonjol di permukaan sungai. Cahaya yang jatuh di atasnya selalu dibelokkan sehingga tak pernah memantul. Oleh karena itu, bayangan si pemakai jubah berbahan metamaterial ini seperti tidak terlihat oleh mata. Sesuai hukum fisika, benda hanya terlihat oleh mata jika terdapat cahaya yang dipantulkan benda dan jatuh ke retina mata.

Jika dikonstruksikan dengan benar, metamaterial dapat mencapai indeks refraksi negatif. Saat gelombang elektromagnetik seperti cahaya bergerak dari indeks medium yang rendah ke indeks medium yang lebih tinggi, gelombang tersebut belok menuju garis perpendikuler ke permukaan. Namun, jika cahaya memasuki material berindeks negatif, gelombang berbelok ke arah yang berlawanan, seolah-olah dipantulkan di luar garis perpendikuler. Dalam studi yang telah dipublikasikan pada majalah Nature, tim ini membelokkan sinar merah menggunakan stack yang terdiri dari 21 layer yang terbuat dari perak dan magnesium florida yang berbentuk jaring ikan. Masing-masing layer memiliki ketebalan sekitar 10 nanometer.

Biomaterial Berbasis Logam

Permintaan dan penggunaan biomaterial berbasis logam meningkat tajam akhir-akhir ini. Perubahan piramida umur penduduk dunia dengan meningkatnya jumlah penduduk dunia yang lanjut usia serta tingginya angka kecelakaan baik di darat, laut, dan udra merupakan sebab utama peningkatan tersebut. Sebagai gambaran, permintaan dan penggunaan biomaterial dari logam mencapai US$ 212,8 juta pada tahun 2008, bahkan penggunaan biomaterial dari logam sebagai pengganti tulang pangkal paha akan mencapai 272.000 buah pada tahun 2030. Kebanyakan dari biomaterial yang digunakan untuk gigi ini bersifat permanen sehingga logam dan alloy yang mempunyai ketahanan korosi yang tinggi yang bisa digunakan.

10 Material Ajaib

Scientific Advisory Board member Michael Anissimov melaporkan 10 material ajaib di muka bumi ini.

1. Aerogel

Aerogel memegang 15 entri dalam Guinness Book of Records, lebih dari materi lain. Kadang-kadang disebut “asap beku”, aerogel dibuat oleh pengeringan gel cair superkritis alumina, chromia, oksida timah, atau karbon. Inilah yang membuat 99,8% terlihat semi-transparan.

Aerogel adalah insulator yang fantastis kalo memiliki perisai dari aerogel, agan dapat dengan mudah dapat mempertahankan diri dari suatu entah itu api ataupun peluru.

2. Karbon nanotube

Carbon nanotubes adalah rantai karbon yang diikat secara bersama-sama dengan ikatan terkuat dalam semua kimia. Carbon nanotubes banyak memiliki sifat-sifat fisik yg luar biasa, termasuk transportasi elektron balistic, satu-satunya substansi yg digunakan adalah untuk membangun ruang lift. Kekuatan spesifik karbon nanotube 48.000 kN · m / kg, yang terbaik dari bahan dikenal, dibandingkan dengan tinggi baja karbon 154 kN / kg. Itu 300 kali lebih kuat dari baja. Agan bisa membangun menara ratusan kilometer tinggi dengan itu.

3. Metamaterials

Metamaterials telah digunakan untuk menciptakan invisibility cloak microwave, 2D jubah Gaib, dan bahan-bahan dengan sifat optik lainnya yang tidak biasa.Beberapa metamaterials memiliki indeks bias negatif, properti optik yang dapat digunakan untuk membuat “Superlenses” yang menyelesaikan fitur-fitur yang lebih kecil dari panjang gelombang cahaya yang digunakan untuk gambar mereka! Teknologi ini disebut imaging subwavelength. Metamaterials akan digunakan dalam optik array bertahap, sebuah teknologi yang bisa membuat hologram sempurna pada tampilan 2D. Hologram ini akan begitu sempurna sehingga Anda dapat berdiri 6 inci dari layar, melihat ke dalam “jarak” dengan teropong, dan bahkan tidak menyadari itu hologram.

4. Berlian Massal

Diamond merupakan bahan konstruksi yang ideal – ini sangat kuat, ringan, terbuat dari unsur karbon banyak tersedia, hampir lengkap konduktivitas termal, dan memiliki antara leleh dan titik didih tertinggi semua bahan. Dengan memperkenalkan jejak kotoran, Anda dapat membuat berlian hampir setiap warna yang Anda inginkan. Bayangkan pesawat jet, dengan ratusan ribu bagian yang bergerak yang terbuat dari mesin berlian menyempurnakan. Kerajinan tersebut akan lebih kuat daripada pesawat tempur terbaik saat ini dengan cara F-22 adalah lebih baik daripada Red Baron Fokker Dr.1.

5. Bulk fullerene

Diamonds mungkin kuat, tapi nanorods diamond (Fullerene Amorf) ini lebih kuat. Fullerene Amorf memiliki bulk modulus isotermal 491 gigapascals (GPa), dibandingkan dengan 442 berlian’s GPa. Seperti yang kita lihat dalam gambar, struktur berskala nano dari Fullerene memberikan penampilan yang berwarna-warni itu indah. Fullerene dapat dibuat secara substansial lebih kuat dari berlian, tetapi untuk biaya energi yang lebih besar. Setelah “” Diamond Umur transisi kita akhirnya bisa ke “Fullerene Umur” sebagai teknologi kami mendapatkan bahkan lebih canggih.

6. Logam amorf

Logam Amorf, juga disebut gelas metalik, terdiri dari logam dengan struktur atom tidak teratur. Amorphous Metal dapat dua kali sekuat baja. Karena struktur teratur, mereka memiliki energi dengan dampak yang lebih efektif dari kristal logam yang memiliki poin kelemahan. Amorf logam dibuat menggunakan pendingin logam cair. Amorf logam mungkin akan digunakan sebagai senjata atau meregenerasi peralatan tempur. Di sisi lain, logam amorf memiliki sifat elektronik yang meningkatkan efisiensi daya sebanyak 40%, menyelamatkan ribuan ton emisi bahan bakar fosil.

7. Superaloy

Superalloy adalah istilah umum untuk sebuah logam yang dapat beroperasi pada suhu yang sangat tinggi, sampai sekitar 2000 ° F (1100 ° C). Sangat populer untuk digunakan di bidang turbin superhot mesin jet. Dan lebih banyak digunakan untuk desain oksigen maju, seperti Ramjet dan Scramjet.

8. Metal foam

Metal Foam adalah apa yang agan dapatkan ketika agan menambahkan foaming agent, bubuk hidrida titanium, cairan aluminium, lalu biarkan dingin. Hasilnya adalah zat yang sangat kuat yang relatif ringan, dengan 75-95% ruang kosong. Karena rasio menguntungkan kekuatan-ke-beratnya, busa logam telah diusulkan sebagai bahan konstruksi untuk koloni ruang. Beberapa bentuk logam sehingga cahaya yang mengambang di air, yang akan membuat mereka sangat baik untuk membangun kota-kota mengambang.

9. Transparent alumina

Transparan alumina memiliki kekuatan tiga kali lebih kuat dari baja. Jumlah aplikasi untuk ini sangat besar. Bayangkan sebuah pencakar langit seluruh atau sebagian besar arcology dibuat dari baja transparan. Langit masa depan bisa lebih tampak seperti serangkaian titik mengambang hitam (kamar pribadi buram) daripada monolit saat ini.

10. E-textiles

E-tekstil, juga dikenal sebagai tekstil elektronik, kain yang memungkinkan komputasi, komponen digital dan elektronik harus tertanam di dalamnya. Bagian dari perkembangan teknologi dpt dipakai, disebut juga sebagai pakaian atau pakaian cerdas yang memungkinkan untuk menggabungkan elemen built-in teknologi dalam tekstil dan pakaian sehari-hari. Meskipun bukan merupakan bagian dari bentuk mainstream fashion, popularitas meningkat dan penelitian lebih lanjut yang diperuntukkan untuk itu.

Carbon Nano Tube , Material Ajaib Futurisitis

Ilmuwan dunia diam-diam telah menemukan sebuah material ajaib baru, material berukuran nano yang 100-200 kali lebih kuat dari baja dan kevlar, dan lebih keras dari intan. Tidak itu saja, tapi juga 10 kali lebih ringan, fleksibel seperti plastik, dan menghantarkan listrik lebih baik bahkan dari tembaga. Material ini dinamakan Carbon Nanotube, atau Tabung Nano Karbon.

Ini adalah impian semua ilmuwan untuk masa depan, penemuan baru yang efeknya akan sangat revolusioner.  Mobil dan pesawat masa depan akan berbadan jauh lebih kuat tapi lebih ringan, dan juga akan menjadikannya irit bahan bakar. TV, LCD dan layar komputer juga akan jadi lebih baik, lebih tahan panas, dan lebih murah.

Dalam kemiliteran, ini bisa dipakai untuk lapisan pelindung tank atau pesawat tempur yang lebih kuat, bahkan seragam anti peluru yang sangat ringan. Tabung Nano karbon yang superkuat ini juga akan memungkinkan dibangunnya struktur bangunan yang sangat futuristis seperti Space Elevator, Tangga Luar Angkasa. Elevator ini menghubungkan secara langsung bumi dengan stasiun ruang angkasa ratusan kilometer di orbit Bumi.

Tabung nano karbon pada dasarnya adalah lembaran atom Karbon super tipis yang tersusun dalam bentuk hexagonal, dan dilipat dalam bentuk tabung. Salahsatu varian komposisi material ini adalah Buckypaper, dari nama penemu bentuknya, Richard Buckminster ("Bucky") Fuller. Material ini berukuran Nano, ukuran super kecil sepersemilyar meter. Seandainya rambut manusia dibelah 50.000 kali, itulah ukuran Nano.

Lho ? Lalu bagaimana kita bisa melihat atau memanipulasi materi sekecil itu? Mudah, kita melihatnya dengan mikiroskop super canggih seperti Mikroskop Gaya Atom (Atomic Force Microscope, AFM). Saat ini tantangan terbesarnya adalah harganya yang masih mahal. Tentu saja karena masih dalam tahap awal. Tapi dengan penelitian yang intensif, biaya pembuatannya akan bisa makin efisien. Dan bila sudah bisa diproduksi secara masal, maka harganya sudah akan bisa menjadi murah.

Dan saat itu, seluruh benda di dunia mungkin sudah akan menggunakan material ajaib ini. Material yang lebih kuat dari baja dan lebih keras dari intan. Fleksibel, dan ringan. Tabung Nano Karbon. (http://imperiumindonesia.blogspot.com/2008/09/tabung-nano-karbon-material-ajaib.html)

Biomaterial (Kedokteran Abad Nano)

Penggunaan material asing di dalam tubuh manusia bukan hal baru. Material asing itu berguna untuk membantu menjalankan beberapa fungsi tertentu organ tubuh. Istilah cangkok tulang � misalnya kalau tulang kaki Anda ratak karena kecelakaan atau yang lebih sederhana, lensa kontak mata, adalah contoh paling dekat dari penggunaan material asing. Contoh paling gres adalah penggunaan material logam (paduan NiTi) sebagai jaring-jaring kawat pembuka saluran darah.

Alat ini dikenal sebgagi peranti stent bagi para pasien penyakit jantung yang pembuluh darahnya tersumbat jaringan lemak. Alat stent ini terbuat dari logam (karena diperlukan sifat keuletan dan kekuatannya) dalam bentuk semacam pipa yang bekerja sebagai penguat saluran darah alami dalam menahan beban jaringan lemak disekitarnya. Agak jerih rasanya kalau kita membayangkan adanya sepotong jaring-jaring logam di dalam pembuluh darah arteri kita � biasanya cukup dekat lokasinya dengan organ jantung kita. Tapi begitulah pesatnya kemajuan teknologi dan penggunaan biomaterial kita di dunia kedokteran sekarang ini dalam rangka menyembuhkan manusia dari masalah-masalah jasmaninya.

Penggunaan bomaterial � yang didefinisikan sebagai material buatan manusia yang didesain khusus untuk berinteraksi dsan berintegrasi dengan sistem biologi manusia � semakin lama akan semakin canggih. Jangan pula kaget, alat tersebut semakin mendekati fungsi dan cara kerja jaringan biologi alami. Para ahli nanoteknologi dan rekayasa molekuler sekarang ini mulai mengerti mekanisme kerja jaringan tubuh pada level strukturalnya yang paling mendasar � molekul dan atom-atomnya. Ini memungkinkan mereka meniru dan membuat jaringan kulit artifisial. Biometerial juga akan semakin pintar. Mereka akan bisa mendeteksi adanya sel tertentu dan mengubah responnya secara khusus terhadap sel tersebut. Ini akan sangat bermanfaat untuk pemberantasan sel penyakit kanker. Teknik ini akan makin banyak dikenal dari dunia kedokteran sebagai targetted chemotherapy, atay sederhananya terapi kimia yang tidak hantam kromo.

Mendiang ayah saya menghembuskan nafas terakhir setelah hampir setengah tahun memerangi sel-sel kanker. Hanya sebagian kecil jaringan liver yang masih baik, yang ketika itu membuatnya masih tetap bertahan dan berjuang memerangi penyakit. Tapi, sayang, terapi kimia yang dijalani penderita kanker, selain membunuh sel-sel penyebab penyakit kanker, juga merusak jauh lebih banyak lagi sel-sel tubuh yang baik di sekitar sel-sel kanker tersebut. Itu sebabnya, sampai saat ini umumnya penderita kanker yang diterapi kimia akam mengalami penurunan secara drastis kkondisi/stamini tubuhnya. Kondisi tubuh Ayah menurun drastis sampai akhirnya beliau masuk dalam keadaan koma sampai akhir hayat.

Terapi kimia hantam kromo ini akan berubah ketika para periset biomatrial bisa �membungkus� zat kimia pembunuh sel-sel kanker dengan sebuah jaringan biomaterial pintar yang hanya akan luruh ketika bersentuhan dengan sel-sel kanker dengan sebuah jaringan biomaterial pintar yang hanya akan luruh ketika bersentuhan dengan sel-sel kanker, yang kemudian memungkinkan terbunuhnya sel-sel kanker tersebut, tapi tidak sel-sel yang baik disekitarnya. Sel-sel tubuh yang baik dengan desain biomaterial terapi kimia terseleksi ini akan terlindungi dari racun pembunuh sel kanker.

Kunci penggunaan biometerial ini adalah pertemuan (interface) antara permukaan (surface) biomaterial dan permukaan jaringan tubuh alami kita. Para ahli juga menyadari bahwa ternyata sebagian besar repons biologis dari jaringan tubuh terhadap adanya materail asing disekitanya hanya ditentukan oleh karakteristik permukaan dari material asing tersebut, dan bagaimana pertemuannya dengan jaringan biologi alami. Inilah salah satu sebabnya bidang biomaterial ini banyak mendapatkan kontribusi dari para ahli rakayasa material. Para periset dan pengembangh dibidang ini punya keahlian untuk memanipulasi sifat permukaaan sebuah material (surface properties) terpisah dari sifat badannya (bulk properties).

Mengambil contoh dari rekayasa material teknik yang labih klasik, kondisi kerja turbin mesin jet pesawat terbang, misalnya, mengharuskan permukaan komponen turbin yang keras dan tidak mudah haus. Pada saat bersamaan, bdan komponen turbin ini harus ulet dan tahan beban dinamik. Dua kelompok sifat materia ini sebenarnya bertolak belakang secara prinsip, tapi dengan manipulasi struktur atom-atom dari permukaan komponen turbin ini terpisah dari struktur atom badan, kita ternyata bisa punya kedua-dua karakteristik material yang diinginkan.

Prinsip rakayasa material ini banyak diterapkan untuk aplikasi peranti kedokteran. Nanoteknologi juga baru-baru ini memberikan solusi elegan dalam dunia rekayasa permukaan material. Perusahaan nanoteknologi terkemuka Nanosys, yang bermarkas di Palo Alto, tak jauh dari rumah kampus tempat kami tinggal, menemukan bahwa metal dengan permukaan yang ditumbuhi oleh nanwires mkolekul-molekul tertentu dapat dibuat untuk memiliki sigat dari mulai yang sangat takut air sampai yang super ramah dengan air. Hal ini signifikan karena selama ini untuk mengubah karakteristik permukaan metal secara drastis sangat sulit. Permukaan metal yang anti-airt tentunya akan sangat berguna, karena ingat saja: metal + air = masalah korosi.

Sejauh ini, aplikasi biomaterial yang kita bicarakan terbatas pada rekayasa/modifikasi meterial artifisial. Tapi mungkin tidak akan terlalu lama lagi aplikasi rekayasa biomaterial yang paling menjanjukan adalah tissue engineering � pengembangbiakan aringan tubuh. Ide dasarnya sangat sederhana. Pada awalnya, bayi di kandungan ibu adalah sebuah sel jaringan tapi dari sepotong sel yang sama ini tumbuh berbagai organ tubuh (tulang, otot, jaringan liver, sampai rambut dan kuku jari). Alamlah yang melakukan proses natural rekayasa jaringan tubuh.

Nah sekarang bayangkan jika manusai sudah menguasai rahasia biologi tubuh manusia sampai ke strutur paling mendasar. Bukan tidak mungkin, manusai mampu merekayasa jaringan tertentu dari tubuh. Inilah konsep yang terenal melalui sebutan stem cell research (riset sel induk � sel pemula kehidupan manusia).

Banyak kintroversi tentunya disekitar konsep baru ini, mulai secara filosofi (manusai memainkan peran Tuhan), etika (mirip dengan jual beli organ tubu manusia), sampai aspek hukum (menggunakan sel induk itu pada dasarnya adalah membunih salon mahkluk hidup/manusia, itu tindak kriminal?). Tapi jangan lupa pada sisi baiknya. Bahwa jaringan liver yang gagal katerna kanker, misalnya, bisa digantikan oleh jaringan liver yang baru. Lantaran pada dasarnya jaringan baru ini berasal dari stem cell yang sama dari orang tersebut, maka secara teoritis, sistem internal tubuh tidak akan menganggap jaringan baru ini sebagai benda asing, sehingga tidak akan menyebabkan komplikasi medikal yang berbahaya.

Dan mengingat kegagalan jaringan adalah sebab dasar sebgaian besar angka kematian manusia (mulai paru-paru yang dirusak tembakau, pembuluh darah arteri yang erlalu berat menahan beban lemak, sampai degradasi sel-sel otak seperti pada penyakit orang tua pikun (parkinsons disease dan alzheimers), bisa kita bayangkan dampak positif yang besar dan mendasar sekali dari rekayasa jarngan stem cell ini untuk kehidupan manusia dan kehidupan masyarakat.

Abad yang baru ini adalah abad biologi. Kemajuan iptek di empat bidang, secara khusus, akan mengubah wajah manusia dan peradaban manusia di akhir abad ke-21 ini � infotek, biotek, nanoteknologi, dan ilmu jaringan otak. Revolusi teknologi informasi sudah bukan barang asing lagi. Revolusai bioteknologi diawali dengan selesainya proyek human genkome, yang memberikan kita bukan hanya program binari (0 dan 1 seperti pada teknologi informasi/komputer), tapi kode genetika berbasis 4 (A,T, C dan G) sebagai balok-balok lego pembangunan kehidupan manusia.

Revolusi nenoteknologi akan memungkinkan manusia merekayasa apa pun pada level atomik atau molekuler; biomateria! Dan revolusi di neural networks pada gilirannya akan memungkinkan manusia mengarakterisasi, tidak hanya sistem biologis, melainkan juga sistem psikologis/pikiran/kejiwaan/inteligensia. Kemajuan masing-masing bidang iptek ini akan mempercepat revolusi di bidang lain. Sebagai contoh: otak manusia tidak bisa menghitung secepat dan seefisien komputer, tapi otak manusia jauh lebih superior dalam mengenali wajah sesama manusia (umumnya kita perlu kurang dari satu detik saja untuk mengenali wajah teman kita di tengah kerumunan orang banyak di shopping mall, misalnya).

Jika kita berhasil mengetahui bagaimana cara kerja jaringan sel-sel otak manusia dalam proses mengenali wajah ini, misalnya, kita bisa menggunakan algoritma yang sama supaya mobil Anda bisa mengenali Anda dan membukakan pintu buat Anda, atau supaya mesin ATM mengetahui bahwa yang membuka account bank Anda adalah Anda sendiri, bukan orang lain yang bermaksud jahat! Semoga generasi muda Indonesia bisa semakin menyadari pentingnya penguasaan iptek. Terutama iptek biologi diabad yang baru ini. Selain untuk kepentingan umat manusia, juga untuk survivla bangsa Indonesia di kompetisi antar-bangsa di dunia di masa yang akan datang. (nurcahyo)

sumber :

Pengembangan Biomaterial Untuk Kemajuan Teknologi Kesehatan Nasional

“Sejak tahun 2003, Pusat Teknologi Material (PTM) BPPT telah melakukan pengembangan biomaterial untuk aplikasi kesehatan. Kegiatan yang dilakukan antara lain, melakukan uji toksisitas dan biokompatibilitas hidroksiapatit (HA) berbahan dasar mineral alam (batu gamping dan koral) untuk bone filler (pengisi tulang), melakukan desain dan pembuatan komponen pelat implan berbasis stainless steel sebagai bone substitute (pengganti tulang), serta melakukan desain proses pembuatan semen tulang Polymethylmethacrylate (PMMA) untuk tujuan bone cement (semen tulang)”, demikian dikatakan Dwi Gustiono Chief Engineer Biomaterial, Pusat Teknologi Material BPPT saat wawancara di ruang kerjanya, Jumat (5/2).

HA, merupakan suatu kalsium fosfat yang banyak digunakan sebagai material pengganti tulang karena kemiripannya dengan struktur kimia tulang dan jaringan keras pada mamalia. Material ini dapat mendorong pertumbuhan tulang baru, serta mempercepat proses penyatuan tulang. “Mahalnya bahan dasar bone filler impor yang berupa serbuk kalsium dan fosfat, membuat PTM BPPT berinisiatif untuk mengembangkan bahan dasar HA dari bahan baku lokal yaitu gamping. Dari uji toksisitas yang dilakukan, ditemukan bahwa HA yang dihasilkan tidak menimbulkan racun sehingga aman untuk digunakan. Selain itu dari uji biokompatibilitas, dapat diketahui juga bahwa HA ini mampu berinteraksi dengan jaringan tubuh makhluk hidup dengan baik”, kata Dwi.

“PTM juga mengembangkan bone filler yang mempunyai kandungan obat didalamnya. Jadi dengan memasukan bone filler tersebut ke dalam tulang, maka obat dapat mengalir langsung ke tulang yang berpenyakit sehingga hasilnya akan lebih cepat terasa”, tambahnya.

Selain HA untuk bone filler menurut Dwi, sejak tahun 2007 PTM BPPT juga mengembangkan Polymethylmethacrylate (PMMA)/bone cement polimer untuk mengisi celah-celah persendian buatan dalam proses implantasi sendi putar. “Kami menggunakan teknologi reverse engineering, yakni meneliti komposisi bone cement komersil yang dipasarkan di luar negeri, untuk kemudian dilakukan studi literaturnya yang hasilnya kita gunakan untuk mengembangkan PMMA ini”.

Lebih jauh Dwi menjelaskan, PMMA yang dihasilkan BPPT memiliki sifat-sifat tidak jauh dari produk komersil yang sudah ada. Diantaranya yaitu elastisitas, sifat kimia dan fisikanya serta kemampuan dalam pengeringan. Saat ini bahan yang digunakan masih impor, namun Dwi mengharapkan ke depan dapat mengembangkan PMMA berbahan baku lokal.

Menurut Dwi, saat ini di Indonesia belum ada industri alat kesehatan maupun industri farmasi yang memproduksi bone filler dan bone cement. Hal ini disebabkan pihak industri menganggap market untuk kedua produk kesehatan ini kecil. “Jika ditilik lebih jauh, HA selain dapat digunakan sebagai bahan dasar bone filler, juga dapat digunakan sebagai bahan tambahan pasta gigi untuk memperbaiki email gigi yang rusak, bahan anti-aging dalam kosmetik dan bahan pemurnian air”.

Pengembangan lainnya

“Indonesia memiliki sumberdaya pasir besi yang sangat berlimpah. Untuk itu kami di PTM, juga melakukan kegiatan pengembangan bone substitute berbahan dasar baja stainless tipe SS316L. Tipe ini dipilih karena ketahanannya yang tinggi terhadap karat. Pengembangannya saat ini sudah sampai pada tahap uji toksisitas dan uji inflamasi interaksi jaringan”, kata Dwi.

Melihat potensi pasar yang ada, BPPT telah mensosialisasikan bone filler dan bone cement pada industri dan pihak-pihak yang terkait di Indonesia. Sedangkan untuk bone substitute, lanjut Dwi, sudah ada industri di Surabaya yang memproduksinya. “Pada industri tersebut, selain memberikan problem solving mengenai bahan baku baja stainless yang selama ini masih harus impor, BPPT juga memberikan solusi teknologi alternatif dalam membuat produk alat kesehatan yakni dengan teknik pengecoran. Kelebihan dari teknik pengecoran dibanding teknik machining yang selama ini mereka terapkan adalah tidak menimbulkan limbah dalam jumlah besar”.

“Ke depan, kami akan mengembangkan implant skrup berbahan baku polimer yang mempunyai kelebihan dapat langsung ditanam ke dalam tubuh tanpa harus diambil kembali. Sebenarnya di luar negeri pun sudah ada produk komersial implant skrup yang berbahan baku titanium, hanya saja harganya sangat mahal. Jika kita mengembangkan sendiri implant skrup ini, tentunya harganya akan menjadi lebih terjangkau, sekaligus juga kita berkontribusi dalam memajukan teknologi alat kesehatan nasional”, ujar Dwi di akhir wawancara. (YRA/humas)