Biomaterial, juga dikenal sebagai bahan hayati, merujuk pada substansi yang telah dihasilkan atau dirancang untuk berinteraksi dengan sistem biologis, baik untuk tujuan medis seperti terapi (pengobatan, perbaikan, penggantian fungsi jaringan tubuh) maupun untuk tujuan diagnostik. Sebagai disiplin ilmu, biomaterial telah ada sekitar lima puluh tahun, dan bidang studi yang berkaitan dengan biomaterial dikenal sebagai ilmu biomaterial atau rekayasa biomaterial. Selama sejarahnya, ilmu biomaterial telah mengalami pertumbuhan yang stabil dan signifikan, dengan banyak perusahaan mengalokasikan sumber daya yang besar untuk pengembangan produk baru. Studi biomaterial melibatkan unsur-unsur dari berbagai bidang seperti kedokteran, biologi, kimia, teknik jaringan tubuh, dan ilmu material.
Penting untuk memahami perbedaan antara biomaterial dan bahan biologis seperti tulang, yang dihasilkan oleh sistem biologis. Selain itu, penting juga untuk memperhatikan bahwa definisi biomaterial mencakup aspek biokompatibilitas, karena kecocokannya dalam aplikasi tertentu bisa bervariasi. Sebuah biomaterial yang biokompatibel untuk satu aplikasi mungkin tidak sesuai untuk aplikasi lainnya.
Ikhtisar Biomaterial
Biomaterial dapat berasal dari sumber alami atau disintesis di laboratorium menggunakan berbagai teknik kimia yang melibatkan komponen seperti logam, polimer, keramik, atau material komposit. Biasanya, biomaterial ini digunakan atau dimodifikasi untuk aplikasi medis, sehingga mencakup struktur hidup atau perangkat biomedis yang dapat melakukan, menambah, atau menggantikan fungsi organ alami sebagian atau sepenuhnya.
Fungsi biomaterial bisa bersifat pasif, seperti dalam penggunaan katup jantung, atau memiliki sifat bioaktif yang lebih interaktif, seperti pada implan pinggul yang dilapisi hidroksiapatit. Selain itu, biomaterial juga berperan penting dalam aplikasi sehari-hari seperti dalam kedokteran gigi, prosedur bedah, dan pengobatan. Sebagai contoh, alat medis yang mengandung produk farmasi dapat ditempatkan di dalam tubuh untuk memberikan pelepasan obat secara bertahap. Selain itu, biomaterial juga dapat berupa jaringan autograf, allograf, atau xenograf yang digunakan sebagai bahan untuk transplantasi.
Aktivitas Biologis
Kemampuan biomaterial yang telah dirancang untuk menstimulasi respons fisiologis yang mendukung kinerja dan fungsi biomaterial dikenal sebagai aktivitas biologis. Istilah ini paling sering digunakan dalam konteks gelas bioaktif dan keramik bioaktif, yang merujuk pada kemampuan bahan tersebut untuk berinteraksi secara efektif dengan jaringan sekitarnya, baik untuk mendukung pertumbuhan tulang (osseokonduktif) maupun merangsang pembentukan tulang baru (osseoproduktif).
Biasanya, biomaterial untuk implan tulang dirancang agar merangsang pertumbuhan tulang sambil secara bertahap terurai oleh cairan tubuh sekitarnya. Karena itu, penting untuk memiliki biokompatibilitas yang baik, kekuatan yang memadai, dan laju pelarutan yang optimal. Evaluasi umumnya dilakukan dengan mengukur tingkat biomineralisasi di permukaan biomaterial, yang mencerminkan pembentukan lapisan hidroksiapatit sebagai indikator interaksi yang berhasil dengan jaringan biologis.
Self-assembly mengacu pada pengelompokan partikel secara spontan seperti atom, molekul, koloid, dan misel, tanpa pengaruh eksternal. Partikel-partikel ini membentuk susunan yang besar dan stabil secara termodinamika dengan struktur yang terdefinisi dengan baik, menyerupai sistem kristal yang terlihat dalam metalurgi dan mineralogi. Perakitan sendiri molekuler lazim terjadi dalam sistem biologis, membentuk struktur kompleks yang menginspirasi pengembangan biomaterial dengan sifat mekanik yang unggul. Fenomena ini semakin banyak digunakan dalam sintesis kimia dan nanoteknologi. Contohnya termasuk kristal molekuler, kristal cair, koloid, misel, dan monolayer yang dirakit sendiri, semuanya menunjukkan struktur yang sangat teratur melalui pengorganisasian diri.
Self-assembly (Perakitan sendiri)
Perakitan mandiri mengacu pada pengelompokan partikel secara spontan seperti atom, molekul, koloid, dan misel, tanpa pengaruh eksternal. Partikel-partikel ini membentuk susunan yang besar dan stabil secara termodinamika dengan struktur yang terdefinisi dengan baik, menyerupai sistem kristal yang terlihat dalam metalurgi dan mineralogi. Perakitan mandiri molekul lazim dalam sistem biologis, membentuk struktur kompleks yang menginspirasi pengembangan biomaterial dengan sifat mekanik unggul. Fenomena ini semakin banyak dimanfaatkan dalam sintesis kimia dan nanoteknologi. Contohnya termasuk kristal molekuler, kristal cair, koloid, misel, dan lapisan tunggal yang tersusun sendiri, semuanya menunjukkan struktur yang sangat teratur melalui pengorganisasian mandiri.
Structural Hierarchy
Hampir semua bahan dapat dilihat sebagai terstruktur secara hierarkis, karena perubahan skala spasial membawa mekanisme deformasi dan kerusakan yang berbeda. Namun, pada bahan biologis, organisasi hierarkis ini melekat pada struktur mikro. Salah satu contoh pertama dari hal ini, dalam sejarah biologi struktural, adalah pekerjaan hamburan sinar-X awal pada struktur hirarkis rambut dan wol oleh Astbury dan Woods. Pada tulang, misalnya, kolagen adalah blok bangunan dari matriks organik, triple helix dengan diameter 1,5 nm. Molekul tropokolagen ini disisipkan dengan fase mineral (hidroksiapatit, kalsium fosfat) membentuk fibril yang menggulung menjadi heliks dengan arah yang bergantian. “Osteon” ini adalah blok bangunan dasar tulang, dengan distribusi fraksi volume antara fase organik dan mineral sekitar 60/40. Pada tingkat kompleksitas yang lain, kristal hidroksiapatit adalah trombosit mineral yang memiliki diameter sekitar 70 hingga 100 nm dan ketebalan 1 nm. Mereka awalnya berinti pada celah di antara fibril kolagen.
Demikian pula, hierarki cangkang abalon dimulai pada tingkat nano, dengan lapisan organik yang memiliki ketebalan 20 hingga 30 nm. Lapisan ini dilanjutkan dengan kristal tunggal aragonit (polimorf CaCO3) yang terdiri dari “batu bata” dengan dimensi 0,5 dan diakhiri dengan lapisan sekitar 0,3 mm (mesostruktur). Kepiting adalah arthropoda, yang karapasnya terbuat dari komponen keras termineralisasi (menunjukkan patahan rapuh) dan komponen organik yang lebih lembut yang sebagian besar terdiri dari kitin. Komponen rapuh tersusun dalam pola heliks. Masing-masing “batang” mineral ini (diameter 1 μm) mengandung fibril protein-kitin dengan diameter sekitar 60 nm. Fibril ini terbuat dari kanal berdiameter 3 nm yang menghubungkan bagian dalam dan luar cangkang.
Disadur dari: en.wikipedia.org