Amir Zamroni

Cerita Tentang Material

2011-03-23T12:48:00.001+07:00

Dalam kehidupan manusia penggunaan bahan/ material untuk mendukung kebutuhan merupakan hal-hal yang tidak dipisahkan. Mulai dari penggunaan kayu, batu, perunggu sampai abad sekarang yang sudah mengganakan material-material yang “canggih”. Eksplorasi untuk menggali jenis-jenis material yang sesuai dengan kebutuhan tetap digalakkan, hasilnya adalah material-material unggul dalam berbagai segi, misalkan logam kuat dan ringan, plastik yang dapat didaur ulang atau keramik tahan panas hingga suhu ribuan derajat celcius.

Secara umum berdasarkan struktur serta komponen penyusunnya, material terbagi atas :

Logam merupakan jenis material yang sangat meluas penggunaannya. Memiliki sifat daya hantar panas dan listrik yang baik, disamping memiliki ketangguhan (tough) serta sifat bahan yang “ulet” (ductile) sehingga dapat dibentuk melalui proses penempaan. Ikatan logam yang terbentuk antara atom-atom logam memberikan kontribusi terhadap karakter logam yang memiliki daya hantar panas, listrik yang baik juga memberikan sifat yang ulet pada logam . Logam sangat umum digunakan dalam bidang konstruksi, manufaktur otomotif atau penerbangan. Kelihatannya penggunaan logam sudah sangat menyatu dalam kehidupan masyarakat manusia. Bidang ilmu yang mempelajari bidang pengolahan logam dan keterkaitannya adalah bidang metalurgi.

Kekurangan logam salah satunya adalah dapat mengalami proses korosi atau mengalami karat. Logam akibat pengaruh lingkungan, temperature, tekanan ataupun pH dapat mengalami degradasi membentuk ion-ion logam/ oksida-oksida logam yang biasa kita sebut sebagai “karat”. Logam umumnya dihasilkan melalui proses ekstraksi ataupun elektrolisis bijih-bijih logam yang ditambang. Dalam industri umum juga digunakan material berbahan dasar paduan logam, yang biasa disebut sebagai alloy. Paduan logam tersebut merupakan hasil perpaduan beberapa jenis logam untuk menghasilkan sifat-sifat yang lebih baik misalkan lebih kokoh, lebih tahan korosi atau memberikan kilap.

Plastik atau bahasa kerennya Polymer. Merupakan material yang sangat umum kita jumpai dalam kehidupan sehari-hari. Polymer merupakan “makromolekul”, molekul yang besar yang merupakan gabungan satuan-satuan molekul yang membentuk ikatan-ikatan kimia. Poly= banyak, Mer = satuan. Polymer umumnya tersusun atas molekul-molekul organik yang terbangun terutama dari atom-atom karbon (C ), hydrogen (H), oksigen (O), Nitrogen (N).

(-CH₂-CH₂-)_n

contoh struktur polymer polyethylene, yang terdiri atas monomer etilen, notasi ”n” merupakan derajat polimerisasi yang menunjukkan angka monomer yangs saling terikat

Polymer umumnya disintesis dari seyawa-senyawa hidrokarbon dari gas alam atau minyak bumi. Karakter utama Polymer adalah berfungsi sebagai isulator (penghambat panas dan listrik yang baik), memiliki kekenyalan dan elastisitas yang tinggi. Penggunaan material polymer cukup meluas mulai dari ember (polyethylene) sampai rompi anti peluru (Kevlar © sejenis Polyamida). Berdasarkan karakter Polymer terhadap pengaruh suhu, polymer dapat diklasifikasikan menjadi :

o Polymer thermoplas, yaitu polymer yang dapat memuai jika mengalami pemanasan, contoh thermoplas adalah : polyethylene, polypropylene. Umumnya polymer thermoplas bersifat elastis dan tidak tahan suhu tinggi.

o Polymer thermoset, biasa disebut resin dalam bahasa sehari-hari merupakan polymer yang tidak mengalami pemuaian/ deformasi saat dipanaskan sampai batas suhu tertentu (Tc), jika melewati suhu tersebut polymer thermoset akan terurai. Karakter ini terbentuk dari banyaknya ikatan-ikatan silang dalam polymer sehingga membentuk ikatan 3 dimensi yang kaku dan kuat. Umumnya polymer jenis ini memmiliki kekuatan (toughness) dan kekakuan (stiffness) yang baik serta tahan suhu panas, contohnya adalah : polycarbonate.

Keramik..mendengar kata keramik mungkin yang terbayang adalah lantai, cangkir dan berbagai peralatan pecah belah. Padahal ternyata istilah keramik memiliki cakupan luas. Istilah keramik secara kimia mencakup oksida-oksida logam ataupun senyawa-senyawa nitride atau karbida. Istilah keramik berasal dari istilah yunani (keramos = yang berarti tanah yang dibakar). Umumnya material keramik memilki sifat isulator yang baik, sifat kaku (stiff) dan getas disamping memiliki sifat yang kokoh (tough), tahan terhadap korosi secara kimia.

Keramik memiliki daya tahan terhadap temperatur yang tinggi, sehingga sangat umum digunakan sebagai bahan-bahan refractory. Aplikasi material keramik misalkan jika anda melakukan praktikum kimia gravymetri pasti akan menggunakan cawan yang dibuat dari keramik (cruz). Pesawat ulang alik luar angkasa seperti Challenger, Columbia (kedua-duanya sudah meledak akibat kecelakaan) didesain dengan lapisan luar pesawat diselubungi keramik berbentuk blok-blok untuk melindungi terhadap saat pergesekan dengan atmosfir. Bahan-bahan superkonduktor untuk menghasilkan medan magnet yang tinggi menggunakan material-material keramik golongan oksida Ytrium (Y) dan Tembaga (Cu). Contoh bahan keramik adalah Alumina (Al2O3), Silika (SiO2), Karbon Nitrida (CN).

Selain oksida-oksida logam, material gelas dan karbon dapat digolongkan juga dalam kategori keramik.

Pada abad XXI ini pengembangan material cenderung mengarah pada material yang ramah lingkungan (biodegradable polymer), Komposit serta material cerdas (smart material).

Smart material merupakan material yang memiliki karakter adaptasi terhadap pengaruh atau stimulan dari luar, sensor-sensor dalam alat-alat elektronik merupakan contoh smart material. Material tersebut mampu mengubah parameter-parameter tertentu seperti konsentrasi ion H+ (untuk elektroda) atau intensitas gelombang (untuk spektrofotometer) menjadi arus listrik yang dikonversikan menjadi satuan yang dapat diukur. Komposit merupakan gabungan beberapa jenis masterial yang tidak saling “melarut” menghasilkan efek sinergi dan kombinasi masing-masing sifat material sehingga menghasilkan sifat material yang baru, umumnya komposit memiliki sifat yang kaku, kuat tapi ringan comtoh mudah misalkan raket bulu tangkis atau raket tennis lapangan yang dibuat dari komposit karbon diperkuat serat karbon.

Pengembangan material akan senantiasa terus berlangsung dengan melibatka berbagai disiplin ilmu mulai dari teknik material, fisika, metalurgi dan tentu saja sains kimia.

Self Healing Material

2011-02-07T14:24:00.003+07:00

Peneliti Arizona State meneliti sebuah bahan yang dapat menyembuhkan dirinya sendiri atau 'self healing material'. Material self healing ini dapat merasakan adanya kerusakan dan meregenerasi dirinya sendiri (seperti terminator mungkin). Seperti struktur biologis, bahan ini dapat digunakan untuk mengembangkan bahan komposit yang dapat menyembuhkan dirinya sendiri, menghentikan keretakan atau kerusakan dan meregenerasi bahan untuk memperkuat strukturnya.

Materi ini menggunakan 'shape memory' polimer, atau material yang kembali ke bentuk semula ketika dipanaskan sampai suhu tertentu. Polimer yang ditanamkan pada jaringan serat optik yang berfungsi sebagai sensor kerusakan yang kembali ke bentuknya semula saat berada pada suhu tertentu. Ketika materi utama mengalami kerusakan, seperti air mata, sebuah laser inframerah mentransmisikan foton melalui jaringan serat optik polimer ini dan memberikan energi panas ke tempat yang bermasalah. Yang memicu polimer 'shape memory' untuk memperbaiki kerusakan, yang diprogram untuk menguatkan bahan utama hingga 11 kali. Efek polimer ini juga bisa menutup celah atau robek, mengembalikan 96 persen dari kekuatan asli material utamanya. Selain itu, material ini dapat menyembuhkan dirinya sendiri ketika sedang menyembuhkan material utama yang ditumpanginya.

Struktur adaptif otonom ini telah dikembangkan dengan adanya beberapa penelitian polimer 'shape memory' yang dilakukan peneliti dari MIT. Para ilmuwan MIT untuk pertama kalinya memodelkan secara matematis polimer 'shape memory' ini secara detail, yang membuatnya menjadi jauh lebih mudah dirancang untuk aplikasi baru seperti perangkat medis implan atau bahan ruang yang dapat dipadatkan ke dalam paket kecil dan kemudian secara otomatis membesar menjadi struktur yang kompleks begitu mereka dibuka (mungkin seperti robot kapsul dalam film Dragon Ball Z) atau robot pembunuh yang dapat mengobati dirinya sendiri seketika. (http://beritapopulerz.blogspot.com/2010/12/penemuan-baru-material-yang-dapat.html)

Keramik Biomaterial

2011-01-06T22:33:00.004+07:00

Biomaterial sudah sejak lama digunakan. Pada zaman Mesir kuno dan Phoenic, gigi yang lepas digantikan dengan gigi buatan yang diikatkan dengan kawat emas ke gigi yang berada disebelahnya (Park et. Al, 2000) dan pada awal 1900-an, pelat tulang digunakan untuk menyangga tulang yang patah dan untuk mempercepat penyembuhan tulang (Ben – Nissan, 2004).[1]
Biomaterial menurut Black adalah material pasif yang digunakan dalam dunia kesehatan, yang akan diinteraksikan dengan system biologi. Menurut William adalah material yang digunakan pada sistem biologi untuk mengevaluasi, mengobati, atau mengganti sel-sel, organ, atau fungsi tubuh. Dan menurut Park dan Bronzio adalah material sintetis yang digunakan untuk mengganti bagian sistem atau fungsi tubuh yang dihubungkan langsung dengan sel-sel hidup. Secara umum biomaterial dapat diartikan sebagai material yang ditanam di dalam tubuh manusia untuk pengganti jaringan atau organ tubuh yang terserang penyakit ataupun yang rusak atau cacat.[1]
Semua jenis material dapat digunakan, yaitu logam, keramik, polimer, komposit, dan semikonduktor, dengan syarat material yang digunakan tidak beracun dan tidak mengganggu jaringan-jaringan lain dalam tubuh manusia. [2]

Sifat

Keramik merupakan material padat, campuran inorganik yang terdiri dari elemen-elemen metalik dan nonmetalik terikat bersama melalui ikatan ionik atau kovalen. Sebagian besar keramik termasuk ke dalam campuran-campuran seperti silika (SiO2) dan alumina (Al2O3). Bila diproses secara tepat sehingga memiliki kemurnian tinggi, mereka menunjukkan biokompatibilitas yang sempurna (satu fungsi dari insolubilitas dan inertnesskimia) dan ketahanan wear yang tinggi (keras, licin, permukaan hidrofilik). Material keramik merupakan material yang sangat kaku dan brittle, namun sangat kuat di bawah beban kompresi. Dalam orthopedi, keramik merupakan material yang baik untuk dua aplikasi yang sangat berbeda. Pertama, termasuk penggunaannya dalam komponen-komponen arthroplastisendi total sebagai keramik penuh, seperti alumina dan zirkonia, dengan ke-inert-an dan ketahanan wear yang lebih superior dibandingkan alloy-alloy metalik. Kedua, termasuk pemakaian keramik, sepert ikalsium fosfat dan bioglass (SiO2-Na2O-CaO-P2O5), sebagai pengganti graft tulang dan sebagai selubungan osteokonduktif untuk implan-implan metalik, memungkinkan permukaan-permukaan di mana tulang akan berikatan dengan peralatan tersebut. Keberhasilan dan keterbatasan keramik pada aplikasi-aplikasi tersebut dapat dipahami melalui pertimbangan akan ikatan-ikatan, struktur, dan sifat-sifat mereka.^[4]

Struktur mikro keramik

Kebanyakan keramik memiliki struktur mikro poligranuler yang sama seperti alloy metalik. Sifat-sifat keramik tercatat luas karena karakteristik mikrostrukturnya, termasuk ukuran grain, porositas, dan tipe dan distribusi fase-fase dalam masing-masing grain. Sebagaimana halnya dengan alloy metalik, struktur mikro keramik dapat diubah secara bermakna melalui teknik-teknik pemrosesan thermal.

Satu teknik tersering fabrikasi material keramik adalah mencampur partikel-partikel halus dari material dengan air dan satu pengikat organik dan menekan mereka ke dalam satu mold untuk membentuk sesuai yang diinginkan. Selanjutnya dikeringkan melalui pemanasan untuk menguapkan airnya dan membakar habis bahan pengikatnya. Bagian ini kemudian di-fired atau sintered pada satu temperatur yang lebih tinggi. Proses ini menjadikannya densifikasi sebagaimana partikel-partikel masuk ke dalam kontak dekat yang terarahkan oleh mekanisme-mekanisme seperti difusi, evaporasi, dan kondensasi yang mengurangi energi permukaan total dalam bagian itu. Sebagaimana halnya dengan casting alloy metalik, mikro struktur yang terjadi (sehingga juga sifat-sifatnya) dari bagian keramik akan bergantung pada kontrol dari variabel-variabel kunci dalam pemrosesannya. Sebagai contoh, strength adalah berbanding terbalik secara proporsional baik dalam hal ukuran grain maupun porositas. Ukuran grain dapat dikontrol melalui ukuran awal partikel-partikel yang akan diguneakan membentuk bagian, di mana semakin kecil ukurannya maka semakin kecil ukuran graingrain akan meningkat selama pemrosesan berlangsung, di mana porositas akan dikurangi, sehingga sintering time adalah sangat penting.^[4] yang didapat. Bagimanapun, ukuran

Biokeramik

Keramik adalah material logam dan non logam yang memiliki ikatan atom ionik atau ikatan ionik dan ikatan kovalen.^[3] Sedangkan pengertian biokeramik adalah keramik yang digunakan untuk kesehatan tubuh dan gigi pada manusia (Billote, 2003). Sifat biokeramik antara lain tidak beracun, tidak mengandung zat karsinogik, itdak menyebabkan alergi, tidak menyebabkan radang, memiliki biokompatibel yang baik, tahan lama. ^[1]

Kelebihan biokeramik adalah biokeramik memiliki biokompatibilitas yang baik dengan sel-sel tubuh dibandingkan dengan biomaterial polimer atau logam (Billote, 2003). Oleh karena itu, biokeramik digunakan untuk tulang, persendian, dan gigi (Billote, 2003). Biokeramik juga digunakan untuk melapisi biomaterial logam (Desai et. al, 2008). Selain itu, biokeramik juga digunakan sebagai penguat komponen komposit, dengan menggabungkan kedua sifat material menjadi material baru yang memiliki sifat mekanis dan biokompatibel yang baik. Struktur keramik juga dapat dimodifikasi dengan tulang alami dengan tingkat porosity yang beragam (Hench dan Wilson, 1993). Biokeramik juga memiliki kelemahan, antara lain sangat rapuh, kekuatan rendah, dan kerap dipandang material yang lemah.^[1]

Biokeramik dapat diklasifikasikan sebagai berikut: ^[1]

Reaksi sel – implant	Akibat	Contoh
Bioinert	Sel membetuk kapsul serabut yang tidak menempel pada disekitar impalnt	Alumina (Al₂O₃), Zirconia (ZrO₂) dan karbon
Bioaktif	Sel membentuk ikatan antar muka dengan implant	Hidroksi apatit, bio-glass, A-W glass
Bioresorable	Sel mengganti implant	β-tricalsium fosfat, hidroksi apatit karbonat, kalsium karbonat

Keramik Bioinert

Keramik bioinert adalah material keramik yang interaksi dengan sel-sel disekitarnya sangat sedikit di dalam tubuh manusia. Reaktifitas kimianya rendah, pada waktu yang cukup lama ikatan antar muka dengan sel tubuh juga sedikit (Bhat, 2005). Biokeramik jenis ini memiliki kelebihan yaitu, relatif stabil di dalam tubuh manusia, tidak berbahaya, tahan korosi dan tahan lama.

Kinerja keramik bioinert dalam tubuh dijelaskan sebagai berikut:

Kapsul serabut terbentuk disekitar permukaan implant bioinert dan tidak membuat ikatan dengan tulang. Ketebalan kapsul tergantung dari kompatibeitas sel material bioinert. Semakin baik kompatibelitas sel maka semakin tipis kapsul serabut yang terbentuk. Dengan demikian, fungsi biokeramik ini tergantung pada intergrasi sel dengan implant yang ditanam (Ben – Nissan, 2004).

Contoh keramik jenis ini antara lain keramik single oxide, alumina, zirconia, karbon termasuk ke dalam jenis keramik bioinert. Sedangkan aplikasinya adalah biasa digunakan untuk pelat tulang, sekrup tulang, sendi buatan, katup jantung buatan, dan komponen bongkol tulang paha (Billote, 2003; Li dan Hastings, 1998).

Keramik Bioaktif

Keramik bioaktif adalah keramik yang dapat menciptakan respon biologi di permukaan material, yang akan menghasilkan suatu ikatan antara sel dan material. Pada prosesnya terjadi reaksi kimia tetapi hanya dipermukaan saja (Billote, 2003). Kelemahan material ini antara lain sifat mekanisnya lebih buruk dibandingkan dengan keramik bioinert, kecuali A-W glass yang kekuatannya lebih tinggi daripada cortical bone. Oleh karena itu, keramik bioaktif tidak dapat diaplikasikan untuk implant yang menahan beban seperti implant sendi. ^[1]

Kinerja biokeramik bioaktif di dalam tubuh yaitu saat implantasi, permukaan keramik bereaksi membentuk ikatan dengan sel-sel terdekat. Permukaan implant bereaksi terhadap perubahan pH sekitar dengan melepas ion Ca²⁺, Na⁺, dan K⁺ dan membentu membentuk ikatan permukaan dengan sel-sel sekitar (Hench dan Wilson, 1993). Reaksi pertukaran antara implant bioaktif dengan cairan tubuh disekitar implant pada beberapa kasus dapat membentuk lapisan CHA (Carbonated Hidroxyapatite) yang menyerupai mineral yang terkandung dalam tulang pada implant (Ben – Nissan, 2004).

Contoh material jenis ini antara lain hidroksi apatit, bioglass, ceravital, keramik A-W glass. Sedangkan aplikasinya adalah untuk pembedahan tulang dan pengisi cacat tulang. Material ini digunakan dalam bentuk blok, material berpori, granula (Hench dan Kokuho, 1998).

Keramik bioresorable

Keramik bioserorable adalah material yang akan berbaur dan lama-lama tergantikan oleh sel-sel baru yang tumbuh di dalam tubuh manusia. Atau dengan kata lain, implant restorable didisain untuk terdegradasi perlahan dan tergantikan oleh sel-sel tubuh yang baru tumbuh. Kelebihan material jenis ini antara lain dapat menghilangkan implant dan digantikan oleh tulang yang dapat berfungsi dengan baik, sehingga dapat mengurangi efek masalah biokompatibilitas. Kinerja keramik bioresorbable yaitu tingkat peresapan material implant harus sesuai dengan tingkat pertumbuhan sel tubuh karena adanya kemungkinan kapasitas penahanan beban implant melemah dan gagal (Hench dan Wilson, 1993).

Contoh material jenis ini antara lain β-trikalsium fosfat, kalsium karbonat, kalsium sulfat, carbonate apatite. Aplikasi material jenis ini adalah untuk membantu penyembuhan tulang karena penyakit atau trauma, pengisi cacat tulang, obat (Billote, 2003).^[1]

Proses Produksi Ceramic Biomaterial Mengandung Material Tulang pada Alumina Substrat ^[5]

Proses pembuatan biomaterial keramik dimana substrate alumina dilapisi dengan lapisan intermediet kalsium pirofosfat untuk menambal pori-pori material kalsium fosfat di keramik alumina substrate. Pori-pori material kalsium fosfat adalah pori-pori yang berasal dari tulang. Lapisan intermediet kalsium pirofosfat dan pori-pori material tulang berikatan.

Processing

Persiapan dari keramik alumina substrate

Slurry (adonan) disiapkan dengan penggilingan bubuk Alumina bersama dengan binder (bahan pengikat), dispersant, air dll. Sampel dibuat dengan membentuk balok yang didapat dari adukan. Setelah pengeringan, sampel disinterisasi untuk membentuk Sampel alumina keramik substrate padat

Persiapan Kalsium Metafosfat (CP)

Kalsium Karbonat dan Amonium Bifosfat digiling basah (dengan menggunakan larutan alkohol) di dalam ball mill yang mengandung alumina milling balls. Setelah hasil adonan difilter, hasil adonan tersebut dipanaskan untuk menghilangkan larutan alkohol, kemudian dikeringkan di pemanas pada suhu 70°C selama 24 jam. Bubuk kering dipanaskan di suhu tinggi (800°C) selama 8 jam. Selanjutnya terbentuk bubuk Kalsium Metafosfat yang berbentuk seperti buih / busa.

Pelapisan Alumina substrate dengan Kalsium Metafosfat (pelapisan pertama)

Komposisi lapisan larutan Kalsium Metafosfat disiapkan dengan mencampur bubuk Kalsium Metafosfat dengan air deionisasi dengan bantuan dispersant pada beragam konsentrasi. Sampel Alumina substrat dilapisi dengan cara mencelupkan didalam larutan Kalsium Metafosfat. Setiap lapisan substrat kemudian disinterisasi sehingga dapat mencapai ikatan yang kuat antara lapisan dan substrat. Sinterisasi berada pada suhu lebih dari 950°C. Kalsium Metafosfat tidak menempel ke alumina substrat sejak temperature sinterisasi lebih kecil dari titik lebur Kalsium Metafosfat. Ketika suhu sinterisasi mencapai 1000°C, Kalsium Metafosfat berikatan kuat dengan Alumina substrat. Ketika suhu sinterisasi naik ke 1050°C , sebuah fasa baru terbentuk yaitu β-Kalsium Metafosfat yang berada di daerah permukaan dari produk sinterisasi. Setelah sekian waktu dipanaskan dengan suhu 1050°C, seluruh Kalsium Metafosfat bertransformasi menjadi β-Kalsium Metafosfat

Pelapisan substrate dengan komposisi lapisan kedua mengandung Kalsium Metafosfat dengan Hidroksiapatite

CaCO₃ dan NH₄H₂PO₄digiling selama 5 jan di dalam ball mill yang mengandung alumina milling ballsball mill dengan adanya alcohol. Campuran dikeringkan dan digerinda untuk membentuk bubuk. Kemudian bubuk dicampur dengan air deionisasi untuk membentuk komposisi adonan yang memiliki perbedaan konsentrasi solid. Hasil komposisi adonan digunakan sebagai komposisi lapisan kedua yang digunakan pada sampel alumina substrat yang sudah mengandung lapisan dari Kalsium Pirofosfat (first coating) yang memiliki perbedaan ketebalan. Berdasarkan pengamatan menggunakan X-Ray difraksi, bahwa fasa β-Tri Kalsium Fosfat dan fasa β-Kalsium Pirofosfat yang terbentuk di lapisan kedua tergantung pada ketebalan lapisan dari pelapisan pertama dan suhu sinterisasi. dengan larutan alcohol. Setelah campuran dikeringkan dipemanas, Bubuk kering tersebut dipanaskan mencapai 1400°C pada tekanan atmosfer selama 8 jam. Hasilnya adalah Tetracalsium Fosfat atau Hidroksiapatit. Hidorksiapatit dicampur dengan Kalsium Metafosfat dengan perbandingan 1:2 di dalam

Proses untuk memproduksi biokeramik material pada tulang:

Mempersiapkan keramik alumina substrat
Membentuk lapisan Kalsium Fosfat pada keramik alumina substrat
Memanaskan material tulang sampai terbentuk material tulang berpori
Melapisi material tulang berpori dengan material Kalsium Fosfat
Menempatkan material tulang berpori yang telah dilapisi pada layer Kalsium Fosfat di Alumina substrat untuk membentuk komposit dan disinterisasi untuk mengikat material tulang berpori ke keramik alumina substrat.^[5]

Aplikasi

Dental Implan
Orthopedic implans
Scaffolds for tissue growth
Coating for chemical bonding
Coating for tissue ingrowth
Temporary bone space filler
Maxxillocial reconstruction^[6]

Crystalline Ceramic

Keramik kristalin ini mempunyai mechanical properties yang bagus. Oleh sebab itu biasanya digunakan untuk ditanamkan didalam tubuh manusia pada bagian yang fungsinya untuk menahan beban. Contoh aplikasinya pada hip prostheses dan dental Implan. ^[7]

Alumina (Al₂O₃)

Alumina telah digunakan dalam pembedahan tulang lebih dari 20 tahun.

Properties :

Biocompatibilitasnya bagus
Koefisian gesekan rendah
Ketahanan ausnya tinggi
Kekuatannya tinggi

Aplikasi

Hip prostheses
Kneee prostheses
Dental implants

Porous Ceramic

Merupakan keramik inert, mekanikal stabilitasnya tinggi ketika tulang tumbuh di pori-pori keramik. Biasanya digunakan untuk struktur penghubung atau tempat penggantungan pada formasi tulang. Keramik porous ini hanya digunakan pada aplikasi yang tidak menopang beban dikarenakan kekuatannya yang rendah. Contohnya hydrokxyapatite. ^[7]

Hydroxyapatite (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂)

Merupakan komponen kristalin utama pada fasa mineral tulang. Encourages pertumbuhan tulang pada sepanjang permukaannya. Hydroxiapatite ini dapat membentuk ikatan fisik dengan tulang setelah di inplankan ke dalam tubuh.

Aplikasinya:

Scaffolds for tissue growth

Pengisi tulang yang rusak/cacat

Coating pada metal implants

Corail® Total Hip System

Tulang paha Corail memiliki kekuatan yang tinggi, alat dari titanium memiliki tekstur permukaan yang kasar, sehingga harus dicoating menggunakan hydroxyapatite. Permukaan yang kasar dari titanium dan hidroxyapatite tetap memungkinkan tulang baru untuk tumbuh di sekitar implant secara biologis tanpa membutuhkan bantuan perekat atau material pembantu lainnya.

Dental Implant

Gigi Implan (Dental Implants) adalah gigi yang terbuat dari bahan titanium berteknologi tinggi yang berfungsi sebagai pengganti akar gigi asli yang hilang. Titanium digunakan karena secara biologis titanium adalah bahan yang dapat beradaptasi dengan tubuh manusia. Gigi implan (Dental Implants) dapat digunakan untuk menggantikan satu atau seluruh gigi yang hilang.

Melalui operasi, gigi implan diletakkan di dalam tulang rahang yang berfungsi sebagai jangkar bagi gigi pengganti. Setelah terbentuk ikatan antara gigi implan dan tulang rahang, gigi implan dapat menjadi penyangga yang kokoh untuk crowns (makhota buatan), bridge (protesa gigi jembatan), ataupun gigi palsu. Umunya biomaterial yang digunakan pada dental implant ini adalah Al₂O₃, Hidroxyapatite, HA coating, bioactive glasses, endodontic glasses, Ca(OH)_2.

Prosedur ini dapat menggantikan satu atau banyak gigi tanpa mempengaruhi gigi di sebelahnya dan dapat menjadi solusi jangka panjang bagi orang yang kehilangan seluruh giginya.^[7]

Keuntungan dari sebuah implan adalah

Tidak perlu ada dua gigi untuk dijadikan penangga.
Tidak perlu ada pekerjaan pemangkasan gigi untuk memasang mahkota.
Hanya mengganti gigi yang hilang.
Bisa dipasang untuk menggantikan beberapa gigi yang hilang. Tidak ada batasan rentang asalkan kesehatan pasien dan tulang rahang baik.
Gigi mirip seperti gigi asli.

Kendati demikian sistem implan ini juga memiliki kelemahan.

Biaya lebih mahal.
Waktu pemasangan relative lebih lama.
Biaya tidak ditanggung asuransi gigi.
Pasien akan mengalamai rasa ketidaknyamanan dan penyembuhan relative lebih lama sebelum penanaman akar stabil.[8]

(http://martensite67.wordpress.com/2010/05/16/ceramik-biomaterial/)

Sumber:

^[1]Widyastuti. Synthesis and Characterization of Carbonated Hydroxyapatite as Bioceramic Material. 2009.Universitas Sains Malaysia.

^[2]Callister, W.D. Material Science and Engineering an Introduction 7^th Edition-hal. 11

^[3]Callister, W.D. Material Science and Engineering an Introduction 7^th Edition-hal. 413

^[4]http://alitspracticalorthopaedic.blogspot.com/2009/11/material-keramik-sebagai-biomaterial.html

^[5]Process for producing a bioceramic composite material containing natural bone material on an alumina substrate, Ruey – Mo Lin; Nan – Chung Wu, Kuang – Hsing Liu, all of Tainan, Taiwan. Patent Number : 5,783,248. United States Patent.

^[6]Farhan Chowdury, dkk. Ceramic,Glass, Metallic Biomaterials, November 30, 2006.

^[7]http://www.specialistdentalgroup.com/in/pelayanan/impan_gigi_konvensional.php

^[8]http://jongjava.com/web/kuliner/494

Material Inovatif

2010-12-09T14:40:00.002+07:00

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)}

2010-11-09T07:59:00.003+07:00

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 :

Clinical engineering : ilmu yang mempelajari tentang manajemen dan maintaining peralatan medis yang digunakan dalam sebuah rumah sakit

Divais medis : adalah alat-alat medis yang digunakan untuk :
· Mendiagnosa penyakit dan kondisi lain
· Membantu penyembuhan, pengurangan, perawatan, pencegahan suatu penyakit
· 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

Pencitraan medis : meliputi alat-alat yang digunakan untuk pengambilan citra medis, mis: MRI, CT scan, fluoroscopy (gambar di kanan), tomography, ultrasound, dll

Rekayasa jaringan. Salah satu tujuan dari rekayasa jaringan adalah untuk membuat organ artificial untuk ditransplantasi kepada pasien yang membutuhkan.

Aluminum Alloy for Aerostructure

2010-10-09T09:30:00.001+07:00

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)

2010-09-15T20:23:00.003+07:00

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

2010-06-28T20:06:00.001+07:00

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

2010-05-15T15:00:00.003+07:00

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

2010-05-07T10:35:00.005+07:00

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)

2010-04-05T20:27:00.007+07:00

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

2010-03-14T21:20:00.004+07:00

“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)