Biomaterial

Biomaterial adalah zat apa pun yang telah direkayasa untuk berinteraksi dengan sistem biologis untuk tujuan medis - baik untuk terapi (mengobati, menambah, memperbaiki atau mengganti fungsi jaringan tubuh) atau untuk diagnostik. Sebagai ilmu pengetahuan, biomaterial berusia sekitar lima puluh tahun. Kajian tentang biomaterial disebut ilmu biomaterial atau rekayasa biomaterial. Ilmu biomaterial telah mengalami pertumbuhan yang stabil dan kuat selama sejarahnya, banyak perusahaan menginvestasikan sejumlah besar uang ke dalam pengembangan produk terbaru. Ilmu biomaterial mencakup unsur-unsur kedokteran, biologi, kimia, teknik jaringan tubuh dan ilmu material.

Implan pinggul adalah contoh penerapan biomaterial

Perhatikan bahwa biomaterial berbeda dari bahan biologis, seperti tulang, yang diproduksi oleh sistem biologis. Selain itu, perhatian harus dilakukan dalam mendefinisikan sebuah biomaterial sebagai material yang biokompatibel, karena penerapannya spesifik bergantung pada kasusnya. Biomaterial yang biokompatibel atau cocok untuk suatu penerapan mungkin tidak biokompatibel dengan penerapan lainnya.

Definisi IUPAC

Material exploited in contact with living tissues, organisms, or microorganisms.

Ikhtisar

Biomaterial dapat berasal dari alam atau disintesis di laboratorium menggunakan berbagai pendekatan kimiawi yang memanfaatkan komponen logam, polimer, keramik, atau material komposit. Biomaterial sering digunakan dan/atau diadaptasi untuk aplikasi medis, dan dengan demikian definisinya mencakup seluruh atau sebagian dari struktur hidup atau perangkat biomedis yang melakukan, menambah, atau menggantikan fungsi organ alami. Fungsi tersebut mungkin relatif pasif, seperti digunakan untuk katup jantung, atau mungkin bioaktif dengan fungsi yang lebih interaktif seperti implan pinggul yang dilapisi hidroksiapatit. Biomaterial juga digunakan setiap hari dalam aplikasi gigi, pembedahan, dan pemberian obat. Sebagai contoh, suatu alat yang diberi produk farmasi dapat ditempatkan ke dalam tubuh sehingga memungkinkan pelepasan obat dalam waktu yang lama. Biomaterial juga dapat berupa autograf, allograf atau xenograf yang digunakan sebagai bahan transplantasi.

Aktivitas biologis

Kemampuan biomaterial yang direkayasa untuk mendorong respons fisiologis yang mendukung fungsi dan kinerja biomaterial dikenal sebagai aktivitas biologis. Paling umum, dalam gelas bioaktif dan keramik bioaktif, istilah ini mengacu pada kemampuan bahan yang ditanamkan untuk berikatan dengan baik dengan jaringan di sekitarnya baik dalam peran osseokonduktif maupun osseoproduktif. Bahan implan tulang sering dirancang untuk mendorong pertumbuhan tulang sembari melarutkan diri ke dalam cairan tubuh di sekitarnya. Dengan demikian, biokompatibilitas yang baik, bersama dengan kekuatan dan laju pelarutan yang baik sangat diinginkan. Umumnya, aktivitas biologis biomaterial diukur dari laju biomineralisasi di permukaan material, yang menjadi tempat pembentukan lapisan hidroksiapatit.

Swarakit

Swarakit (self-assembly) adalah istilah yang paling umum digunakan dalam komunitas ilmiah modern untuk menggambarkan agregasi atau pengumpulan partikel secara spontan (atom, molekul, koloid, misel, dll.) tanpa pengaruh kekuatan eksternal. Kelompok besar partikel-partikel seperti itu diketahui dapat merakit diri menjadi susunan yang stabil secara termodinamika, terstruktur dengan baik, cukup mengingatkan pada salah satu dari 7 sistem kristal yang ditemukan dalam metalurgi dan mineralogi (misalnya kubik berpusat-muka (face-centered cubic), kubik berpusat-badan (body-centered cubic), dll.). Perbedaan mendasar dalam struktur keseimbangan adalah dalam skala spasial dari sel satuan (atau parameter kisi) dalam setiap kasus tertentu.

Swarakit molekuler banyak ditemukan dalam sistem biologis dan menyediakan dasar dari berbagai macam struktur biologis yang kompleks. Dalam hal ini termasuk berbagai kelas biomaterial pegari (emerging biomaterials) yang unggul secara mekanis berdasarkan mikrostruktur dan desain yang ditemukan di alam. Dengan demikian, swarakit juga muncul sebagai strategi baru dalam sintesis kimia dan nanoteknologi. Kristal molekuler, kristal cair, koloid, misel, emulsi, polimer fasa-terpisah, film tipis, dan lapisan tunggal swarakit semuanya merupakan contoh dari jenis struktur yang sangat teratur yang diperoleh dengan menggunakan teknik ini. Ciri pembeda dari metode ini adalah adanya pengorganisasian mandiri.

Penerapan

Biomaterial dapat diiterapkan pada:

• Penggantian sendi
• Pelat tulang
• Lensa intraokular (IOL) untuk operasi mata
• Semen tulang
• Ligamen dan tendon buatan
• Implan gigi untuk fiksasi gigi
• Prostesis pembuluh darah
• Katup jantung
• Alat perbaikan kulit (jaringan buatan)
• Pengganti koklea
• Lensa kontak
• Implan payudara
• Mekanisme pengiriman obat
• Materi yang berkelanjutan
• Cangkok pembuluh darah
• Stent
• Saluran saraf
• Jahitan bedah, klip, dan staples untuk penutupan luka
• Pin dan sekrup untuk stabilisasi patah tulang
• Jala bedah

Biomaterial harus kompatibel dengan tubuh, dan sering ada masalah biokompatibilitas yang harus diselesaikan sebelum produk dapat ditempatkan di pasar dan digunakan dalam pengaturan klinis. Karena itu, biomaterial biasanya dikenakan persyaratan yang sama seperti yang dialami oleh terapi obat baru.

Semua perusahaan manufaktur juga diwajibkan untuk memastikan keterlacakan semua produk mereka sehingga jika ditemukan produk yang cacat, produk yang lain dalam kelompok yang sama dapat dilacak.

Biopolimer

Biopolimer adalah polimer yang diproduksi oleh organisme hidup. Selulosa dan pati, protein dan peptida, serta DNA dan RNA adalah contoh biopolimer, di mana unit monomernya, masing-masing, adalah gula, asam amino, dan nukleotida. Selulosa adalah biopolimer yang paling umum dan senyawa organik paling umum di Bumi. Sekitar 33% dari semua materi tanaman adalah selulosa. Dengan cara yang sama, sutera (suatu biopolimer yang mengandung protein) telah mendapat minat penelitian yang luar biasa dari sejumlah domain ilmu termasuk rekayasa jaringan dan kedokteran regeneratif, mikrofluida, pengiriman obat, dll.

Lihat pula

• Bionik
• Hidrogel
• Permukaan polimeris
• Modifikasi permukaan biomaterial dengan protein
• Polimer sintetis terurai secara hayati
• Daftar biomaterial

Referensi

1. Schmalz, G.; Arenholdt-Bindslev, D. (2008). . Biocompatibility of Dental Materials. Berlin: Springer-Verlag. hlm. 1–12. ISBN 9783540777823. Diarsipkan dari versi asli tanggal 9 December 2017. Diakses tanggal 29 February 2016.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
2. Vert, M.; Doi, Y.; Hellwich, K. H.; Hess, M.; Hodge, P.; Kubisa, P.; Rinaudo, M.; Schué, F. O. (2012). "Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012)". Pure and Applied Chemistry. 84 (2): 377. doi:10.1351/PAC-REC-10-12-04. 
3. Cao, Wanpeng; Hench, Larry (1996). "Bioactive Materials". Ceramics International. 22 (6): 493–507. doi:10.1016/0272-8842(95)00126-3. 
4. Zhu, H.; et al. (2018). "Nanostructural insights into the dissolution behavior of Sr-doped hydroxyapatite". Journal of the European Ceramic Society. 38 (16): 5554–5562. arXiv:1910.10610 . doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2018.07.056. 
5. Whitesides, G.; Mathias, J.; Seto, C. (1991). "Molecular self-assembly and nanochemistry: A chemical strategy for the synthesis of nanostructures". Science. 254 (5036): 1312–9. Bibcode:1991Sci...254.1312W. doi:10.1126/science.1962191. PMID 1962191. 
6. Dabbs, D. M.; Aksay, I. A. (2000). "Self-Assembledceramicsproduced Bycomplex-Fluidtemplation". Annual Review of Physical Chemistry. 51: 601–22. Bibcode:2000ARPC...51..601D. doi:10.1146/annurev.physchem.51.1.601. PMID 11031294. 
7. Ariga, K.; Hill, J. P.; Lee, M. V.; Vinu, A.; Charvet, R.; Acharya, S. (2008). "Challenges and breakthroughs in recent research on self-assembly". Science and Technology of Advanced Materials. 9 (1): 014109. Bibcode:2008STAdM...9a4109A. doi:10.1088/1468-6996/9/1/014109. PMC 5099804 . PMID 27877935. 
8. Ibrahim, H.; Esfahani, S. N.; Poorganji, B.; Dean, D.; Elahinia, M. (January 2017). "Resorbable bone fixation alloys, forming, and post-fabrication treatments". Materials Science and Engineering: C. 70 (1): 870–888. doi:10.1016/j.msec.2016.09.069. PMID 27770965. 
9. Pillai, C. K. S.; Sharma, C. P. (2010). "Review Paper: Absorbable Polymeric Surgical Sutures: Chemistry, Production, Properties, Biodegradability, and Performance". Journal of Biomaterials Applications. 25 (4): 291–366. doi:10.1177/0885328210384890. PMID 20971780. 
10. Pillai CK, Sharma CP (Nov 2010). "Review paper: absorbable polymeric surgical sutures: chemistry, production, properties, biodegradability, and performance". J Biomater Appl. 25 (4): 291–366. doi:10.1177/0885328210384890. PMID 20971780. 
11. Waris, E; Ashammakhi, N; Kaarela, O; Raatikainen, T; Vasenius, J (December 2004). "Use of bioabsorbable osteofixation devices in the hand". Journal of Hand Surgery (Edinburgh, Scotland). 29 (6): 590–8. doi:10.1016/j.jhsb.2004.02.005. PMID 15542222. 
12. Deasis, F. J.; Lapin, B; Gitelis, M. E.; Ujiki, M. B. (2015). "Current state of laparoscopic parastomal hernia repair: A meta-analysis". World Journal of Gastroenterology. 21 (28): 8670–7. doi:10.3748/wjg.v21.i28.8670. PMC 4524825 . PMID 26229409. 
13. Banyard, D. A.; Bourgeois, J. M.; Widgerow, A. D.; Evans, G. R. (2015). "Regenerative biomaterials: A review". Plastic and Reconstructive Surgery. 135 (6): 1740–8. doi:10.1097/PRS.0000000000001272. PMID 26017603. 
14. Meyers, M. A.; Chen, P. Y.; Lin, A. Y. M.; Seki, Y. (2008). "Biological materials: Structure and mechanical properties". Progress in Materials Science. 53: 1–206. doi:10.1016/j.pmatsci.2007.05.002. 
15. Espinosa, H. D.; Rim, J. E.; Barthelat, F.; Buehler, M. J. (2009). "Merger of structure and material in nacre and bone – Perspectives on de novo biomimetic materials". Progress in Materials Science. 54 (8): 1059–1100. doi:10.1016/j.pmatsci.2009.05.001. 
16. Buehler, M. J.; Yung, Y. C. (2009). "Deformation and failure of protein materials in physiologically extreme conditions and disease". Nature Materials. 8 (3): 175–88. Bibcode:2009NatMa...8..175B. doi:10.1038/nmat2387. PMID 19229265. 
17. Stupp, S. I.; Braun, P. V. (1997). "Molecular manipulation of microstructures: Biomaterials, ceramics, and semiconductors". Science. 277 (5330): 1242–8. doi:10.1126/science.277.5330.1242. PMID 9271562. 
18. Klemm, D; Heublein, B; Fink, H. P.; Bohn, A (2005). "Cellulose: Fascinating biopolymer and sustainable raw material". Angewandte Chemie International Edition. 44 (22): 3358–93. doi:10.1002/anie.200460587. PMID 15861454. 
19. Konwarh, Rocktotpal (2019). "Can the venerated silk be the next-generation nanobiomaterial for biomedical-device designing, regenerative medicine and drug delivery? Prospects and hitches". Bio-Design and Manufacturing. 2: 278–286. doi:10.1007/s42242-019-00052-9. 
20. Mehrotra, Shreya (2019). "Comprehensive Review on Silk at Nanoscale for Regenerative Medicine and Allied Applications". ACS Biomater. Sci. Eng. 5: 2054–2078. doi:10.1021/acsbiomaterials.8b01560. 

Pranala luar

• Journal of Biomaterials Applications
• CREB – Biomedical Engineering Research Centre
• Department of Biomaterials at the Max Planck Institute of Colloids and Interfaces in Potsdam-Golm, Germany
• Open Innovation Campus for Biomaterials