Zeolite Sebagai Pelapis Biokompatibel dan Antikorosi

Jutaan orang di seluruh dunia telah merasakan keuntungan dari kemajuan teknologi di bidang ilmu pengetahuan dan obat-obatan. Ilmu pengetahuan telah melahirkan teknologi komunikasi yang lebih baik dan transportasi untuk globalisasi. Sementara itu peningkatan pemahaman tubuh manusia telah meningkatkan harapan hidup dan perbaikan kualitas hidup. Tidak diragukan lagi bahwa pemahaman yang baik mengenai nanoteknologi, ilmu material, dan biologi molekular akan membantu dalam memecahkan masalah ilmiah saat ini.

Salah satu masalah yang memerlukan kolaborasi ahli teknik, ilmuwan material, dan dokter adalah bahwa untuk menciptakan bahan bio-kompatibel yang dibutuhkan untuk implan bagi pasien gigi dan ortopedi. Bioimplants sering digunakan untuk pengobatan berbagai luka dan penyakit. Penggunaan implan ortopedi logam secara luas telah meningkatkan kualitas hidup bagi jutaan orang. Namun implan ortopedi rata-rata hanya bertahan selama 10-15 tahun. Kebutuhan akan operasi penggantian implan menurunkan keberhasilan dalam proses implantasi karena adanya peningkatan luka jaringan dan infeksi. Hal ini berkorelasi dengan umur pasien dan penurunan kapasitas mineralisasi pada kerangka manusia.

Alasan utama pendeknya ketahanan implan adalah kurangnya osteointegration dalam implan. Sifat korosif cairan biologis bersama dengan beban siklis akibat gerakan mempercepat kegagalan implan. Untuk mengatasi masalah-masalah dalam implan medis memerlukan material dan tahapan produksi yang mahal.

Pengembangan material komposit baru yang memiliki kombinasi yang tepat kimia, biologi mekanik dan sifat dapat menghasilkan biomaterial yang sangat baik untuk digunakan sebagai implan. Cairan tubuh manusia mengandung ion-ion Na+ dan CI- dalam jumlah besar bersama dengan ion karbonat yang dapat menyebabkan pelarutan elektrokimia. Produk Korosi dapat menyebabkan reaksi peradangan setempat dan dapat masuk ke aliran darah dan menyebabkan reaksi alergi dari sistem kekebalan tubuh. Dengan demikian, stabilitas kimia adalah sangat penting untuk biomaterial selain sifat nontoksisitasnya. Bioimplants juga harus menunjukkan kekuatan mekanik yang tinggi untuk mencegah kegagalan oleh gaya muskuloskeletal. Meskipun banyak logam memiliki sifat mekanik yang baik, kebanyakan sangat rentan terhadap korosi dalam tubuh manusia. Di antara pilihan terbatas untuk biomaterial, titanium dan paduannya bersama dengan paduan cobalt-chromium telah digunakan sebagai implan ortopedi karena bersifat inert. Namun karena biaya tinggi, kebutuhan akan perawatan fabrikasi khusus, ketahanan aus yang rendah, dan kerapuhan mendorong ditemukannya biomaterial baru.

Beberapa bahan telah dikembangkan untuk meningkatkan pertumbuhan jaringan pada implan logam yang akan menutupi logam. Dalam kasus implan ortopedi, bio-keramik, bio-kaca, coating organik, hidroksiapatit, dan coating karbon nanotube telah digunakan untuk menumbuhkan sel-sel tulang pada implan logam. Sebagian besar penelitian lapisan biokompatibel saat ini terfokus pada modifikasi permukaan logam untuk mencapai ketahan korosi, sifat mekanik, dan bio-kompatibilitas yang diinginkan.

Zeolit merupakan polimer kristal anorganik yang tersusun atas atom Si, Al dan O. Pada tingkat atom, zeolit dibangun dari TO4 tetrahedral (T = Si dan Al) dimana setiap atom oksigen apikal dibagi di antara dua tetrahedra yang berdekatan. Zeolit memiliki struktur mikroporous berukuran seragam, dan telah secara tradisional digunakan sebagai katalis dan media pemisahan. Zeolit mempunyai sifat tidak beracun dan telah digunakan sebagai agen pembawa dan pengontrol pelepasan beberapa obat. Zeolit dengan kadar silika 100% (tanpa alumina) telah terbukti sangat tahan korosi di asam kuat, basa kuat dan media agresif korosi sumuran (misalnya, larutan NaCl). Zeolit menunjukkan adhesi yang sangat baik untuk substrat berbagai logam (Al, baja, Cu, Ni), dan dikenal memiliki stabilitas termal, kimia dan mekanik yang baik. Zeolit juga kedap untuk semua gas, dan tidak bereaksi dengan asam mineral kecuali asam HF. Sifat permukaan (misalnya, hidrofilik atau hidrofobik) dari lapisan zeolit dapat mudah dikendalikan. Coating zeolit hibrid juga telah dibuat dengan bahan anorganik lain dan menunjukkan potensi besar untuk membuat lapisan komposit biokompatibel. Sebuah lapisan komposit dengan ketahanan korosi, stabilitas mekanik, dan biokompatibilitas yang tinggi dapat menghilangkan kebutuhan akan paduan titanium yang mahal dan menggantinya dengan baja stainless yang lebih murah.