Hidroksiapatit

Hidroksiapatit (HAp) dengan rumus kimia Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ adalah keramik yang merupakan salah satu bahan utama penyusun tulang manusia, bersama dengan kolagen. Satu lagi hal yang menarik adalah bahwa hidroksiapatit alami ataupun hidroksiapatit yang dibuat di laboratorium memiliki sifat dan karakteristik yang hampir sama sehingga hidroksiapatit sering disebut sebagai biomaterial pengganti tulang manusia di masa depan. Akan tetapi, seperti sifat bahan-bahan keramik lain, hidroksiapatit memiliki sifat keras dan getas.

Kekurangan inilah yang menyebabkan penelitian untuk menghilangkan kekurangan-kekurangan hidroksiapatit masih sangat dibutuhkan sehingga nantinya hidroksiapatit benar-benar bisa digunakan sebagai tulang manusia buatan secara massal. Di antara percobaan yang saat ini dilakukan untuk meningkatkan kekuatan dan ketahanan hidroksiapatit adalah dengan penambahan serbuk titanium, penambahan serbuk zirkonia, dan pelapisan batang titanium dengan hidroksiapatit menggunakan teknik pelapisan plasma spray.

Penambahan titanium powder pada hidroksiapatit

Di samping sifat-sifat menonjol dari hidroksiapatit seperti berpori, bioaktif, tahan korosi, lembam, dan tahan aus, ada sifat-sifat yang kurang baik pada hidroksiapatit seperti getas dan mudah patah. Hal ini menjadi kendala utama dalam desain. Berdasarkan dokumen dari repository UNAIR, telah dilakukan penelitian sintesis Ti-HAp dengan mensubstitusi titanium pada hidroksiapatit dengan cara basah/larutan di laboratorium untuk memecahkan kekurangan tersebut. Penelitian tersebut bertujuan untuk meningkatkan sifat mekanik ditinjau dari aspek porositas, densitas, daya serap air, kekerasan, kuat tarik, dan modulus elastisitas.

Hasil yang didapat adalah semakin tinggi suhu pembakaran dan semakin tinggi substitusi titanium pada HAp, maka densitas, nilai kekerasan, nilai kuat tarik, dan modulus elastisitas semakin tinggi sementara porositas dan daya serap air semakin kecil. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa penambahan serbuk titanium ke dalam hidroksiapatit dapat meningkatkan kekuatan dan modulus elastis.

Penambahan zirkonia powder pada hidroksiapatit

Berdasarkan arsip skripsi jurusan fisika Universitas Negeri Malang yang ditulis oleh Arumingtyas, hidroksiapatit yang termasuk dalam biokeramik kelompok fosfat banyak digunakan dalam bidang ortopedi sebagai implan tulang karena sifatnya yang tidak toksik. Namun, sebagai implan, hidroksiapatit  memiliki tingkat kekerasan yang rendah. Salah satu cara yang untuk menambah kekerasan hidroksiapatit tanpa menimbulkan sifat toksik adalah penambahan zirkonia.

Dalam penelitian tersebut, hasil uji kekerasan hidroksiapatit-zirkonia menggunakan micro vikers hardness dengan variasi komposisi berat unsur zirkonium menunjukkan kecenderungan bahwa semakin besar komposisi zirkonium, tingkat kekerasan hidroksiapatit-zirkonia semakin rendah. Namun, pada hidroksiapatit-zirkonia dengan komposisi zirkonium sekitar 13,29% diperoleh tingkat kekerasan yang lebih tinggi dibanding variasi komposisi zirkonium lainnya. Hasil uji toksisitas menunjukkan bahwa semua sampel yang diuji tidak toksik. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa penambahan jumlah serbuk zirkonia yang tepat akan meningkatkan nilai kekerasan dan material yang didapat tetap bersifat tidak toksik.

Pelapisan batang titanium dengan hidroksiapatit menggunakan teknik pelapisan plasma spray

Cara ini adalah cara yang penulis gunakan untuk mengembangkan dan memperkuat hidroksiapatit. Untuk menghilangkan sifat getas dan menambah kekuatan hidroksiapatit, metode ini menggunakan batang titanium sebagai fondasi. Setelah itu, sekeliling batang titanium dilapisi dengan hidroksiapatit agar tercipta material kuat yang memiliki sifat biokompatibel.

Seperti yang kita ketahui, saat ini material yang digunakan untuk pengobatan tulang yang patah atau masalah tulang lainnya adalah pen titanium. Memang pen titanium adalah bahan yang kuat. Namun, titanium tidak memiliki sifat biokompatibel sehingga setelah tulangnya sembuh ada kemungkinan pen titanium yang dibiarkan di dalam tubuh akan menimbulkan gejala penolakan dari tubuh manusia serta menimbulkan rasa mengganjal atau nyeri pada tulang. Oleh sebab itu, pada umumnya pen titanium harus dicabut dan dikeluarkan dari tulang manusia setelah tulangnya sembuh.

Nah, percobaan yang dilakukan penulis adalah untuk menciptakan material yang kuat dan memiliki sifat biokompatibel. Diharapkan dengan adanya material yang kuat dan memiliki sifat biokompatibel ini, nantinya material ini dapat digunakan dan menjadi pilihan bagi pengobatan pasien yang mengalami patah tulang atau masalah tulang lainnya.

Hal pertama yang penulis lakukan adalah menghaluskan serbuk hidroksiapatit hingga ukuran serbuknya di bawah 75 μm. Sebelum serbuk tersebut digunakan untuk melapisi batang titanium, batang titanium dilapisi dengan serbuk titanium agar terbentuk titan intermediate layer. Pelapisan ini dilakukan dengan menggunakan alat bernama plasma spray yang dapat menyemprotkan serbuk dengan pembakaran dalam suhu lebih dari 2000°C. Setelah itu barulah batang titanium yang sudah dilapisi dengan titan intermediate layer dilapisi kembali dengan hidroksiapatit. Pelapisan ini menggunakan alat dan suhu yang sama dengan pelapisan sebelumnya.

Mengapa batang titanium harus dilapisi terlebih dahulu dengan serbuk titanium? Karena dengan adanya lapisan titan intermediate layer, kita bisa mendapatkan hasil yang bagus dalam tes uji kelekatan antara hidroksiapatit dan titan intermediate layer. Jauh berbeda dibandingkan dengan kelekatan apabila kita langsung melapisi batang titanium dengan hidroksiapatit. Lalu, alasan mengapa hidroksiapatit lebih kuat melekat dengan batang titanium yang telah dilapisi dengan titan intermediate layer terlebih dahulu sampai saat ini masih menjadi misteri yang masih berusaha penulis dan tim pecahkan.

Gambar kiri: Serbuk hidroksiapatit. Gambar kanan: Batang titanium yang telah dilapisi Hap.

Saat ini banyak sekali penelitian tentang hidroksiapatit. Namun, para peneliti belum menemukan formula dan komposisi yang tepat serta cara mengaplikasikan material ini dalam dunia medis secara nyata. Oleh karena itu, masih banyak sekali penelitian yang dibutuhkan untuk mengoptimalkan material ini.