Bahan biomimetik implan biomedis didisain dengan ide dari cara kerang yang merekat atau menempel pada permukaan lambung kapal. Biomimetik dapat dicetak saat digunakan untuk jaringan dan tulang dalam tubuh manusia yang telah menggunakan implan.
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
mmINDUSTRI.co.id – Fraunhofer (sumber): Penggunaan biomimetik implan biomedis diperlukan oleh seseorang yang telah menggunakan implan pinggul titanium. Sebab penggunaan implan konvensional tanpa perekat yang kuat maka tempelan perlahan longgar.
Atau implan penopang tulang pinggul itu tidak kuat bertahan selamanya atau sejak terpasang tempelan perlahan-lahan mengendur, cepat atau lambat kehilangan pegangannya pada tulang seiring dengan berjalannya waktu.
Bagaimana solusi terbaik untuk mempertahankan implan pada posisi semula?
Para peneliti di Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP yang meneliti polimer terapan dan bekerja sama dengan Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB yang membidangi rekayasa antarmuka dan bioteknologi.
Juga melibatkan tim ahli dari Fraunhofer USA Center for Manufacturing Innovation CMI yakni Pusat Inovasi Manufaktur yang bermarkas di Amerika Serikat.
Para peneliti dari tiga lembaga itu mengembangkan perekat jaringan guna menghindari penggantian prostesis yang lebih dini di masa depan.
Bahan biomimetik dan antimikroba diaplikasikan pada permukaan titanium implan, yang kemudian terhubung dengan tulang dan secara alami melekat pada tulang. Kuncinya atau solusi jitu adalah perekat yang berbentuk lembaran tisu itu terinspirasi dari sifat perekat pada kulit kerang.
Para ahli membuat bahan perekat yang dapat dicetak dalam tiga dimensi dan dapat dibuat mengikuti bentuk permukaan dan lengkungan tulang yang tidak rata.
Kerang menginspirasi pembuatan biomimetik implan biomedis
Para operator dan pemilik kapal sering kesal menyaksikan ulah pasukan kerang yang mampu menempel erat di lambung kapal, dan pertumbuhannya pun terbukti sulit untuk dihilangkan. Ulah pasukan kerang itu justru menginspirasi para peneliti.
Setelah diteliti, pasukan kerang menggunakan protein yang mengandung asam amino dihidroksifenilalanin yang juga dikenal sebagai DOPA agar tubuh mereka mampu menempel dan bertahan kuat berada pada permukaan lambung kapal.
Para peneliti di Fraunhofer IAP yang bermarkas di Potsdam Science Park, Jerman, bekerja sama dengan Fraunhofer IGB dan Fraunhofer USA CMI dalam pengembangan perekat biomimetik yang meniru sifat kerang.
Hal ini dibedakan oleh sifat perekat dan ikatannya yang luar biasa, yang memungkinkannya digunakan dalam berbagai aplikasi di bidang biomedis, seperti menutup luka terbuka.
Bahan ini juga dapat diaplikasikan pada permukaan titanium pada implan sebagai perekat, menyebabkan tubuh mengenali permukaan tersebut sebagai zat mirip tulang dan menghubungkannya dengan tulang yang berlangsung secara alami.
“DOPA memastikan daya rekat sangat efektif. Kami memanfaatkan sifat ini pada bahan perekat kami dengan mensintesis polimer yang mengandung dopamin, analog kimia DOPA,” tutur Dr. Wolfdietrich Meyer seorang ilmuwan di Fraunhofer IAP.
Perekat berbahan dasar dopamin dapat dicampur dengan berbagai bahan tambahan, seperti partikel apatit (zat penyusun gigi), protein, dan molekul sinyal. Bahan ini mendorong pertumbuhan sel tulang dan dapat digunakan untuk melapisi implan titanium, misalnya, lanjut Dr. Wolfdietrich Meyer.
Lapisan khusus memungkinkan implan terlihat lebih “alami” pada tubuh (manusia), mendorong proses penyembuhan dan integrasi implan. Perekat berbasis biomimetik yang diproduksi secara berkelanjutan dan memiliki sifat antimikroba.
Polimer berbasis dopamin sngat cocok untuk adhesi jaringan. Polimer juga dapat digunakan untuk mengembangkan permukaan yang difungsikan, bahan antibakteri, dan pelapis cerdas dengan fungsi khusus.
Perekat fotoreaktif dapat dicetak pada permukaan yang tidak rata
Fungsi perekat dapat ditingkatkan melalui sintesis kimia. Dapat dimodifikasi agar bereaksi terhadap cahaya, sehingga mengeras jika terkena sinar ultra violet (UV). Proses ini memperkuat efek perekatnya.
Bahan fotoreaktif dapat diproses dalam pencetakan 3D menggunakan radiasi UV. Kemampuan ini memungkinkan konstruksi struktur kompleks untuk implan medis yang disesuaikan.
Tim peneliti di Fraunhofer IAP dan IGB berhasil membuat perekat yang dapat dicetak dengan menghubungkan polimer secara silang.
“Kami secara efektif mengembangkan bahan cetak untuk pencetakan 3D,” jelas Dr. Wolfdietrich Meyer.
Bioprinter digunakan untuk mengaplikasikan material pada poros titanium tiga dimensi pada sendi pinggul di Fraunhofer USA Center for Manufacturing Innovation CMI di Boston, Amerika Serikat.
Dalam penelitian selanjutnya, para peneliti berencana mengembangkan solusi untuk menghidupkan dan mematikan sifat perekat.
“Jika ahli bedah memasang perekat di area yang sedikit salah, mereka harus bertindak cepat untuk memperbaiki kesalahan itu dan menonaktifkan efek perekatnya,” urai Dr. Wolfdietrich Meyer yang juga ilmuwan di bidang kimia itu.
Menurut techacute.com, biomimikri adalah salah satu filosofi desain yang paling berkelanjutan. Dalam hal ini, bahan biomimetik meniru sifat alami dan proses biologis untuk menciptakan inovasi buatan yang lebih efisien dan berkelanjutan.
Dalam kasus bahan perekat biomimetik yang dikembangkan oleh Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP, bahan ini memiliki sifat perekat dan pengikatan yang luar biasa, yang memungkinkannya digunakan dalam berbagai aplikasi.
Misalnya di bidang biomedis seperti menutup luka terbuka. Bahan ini juga memiliki sifat antimikroba dan dapat diterapkan pada permukaan titanium implan sebagai perekat, sehingga tubuh (mudah) mengenali permukaan tersebut sebagai zat mirip tulang dan menghubungkannya dengan tulang.
Apa keuntungan menggunakan bahan biomimetik ini? Kemampuan bahan untuk meniru sifat alami dan proses biologis yang memungkinkan pengembangan inovasi buatan yang lebih efisien dan berkelanjutan.
Bahan biomimetik implan biomedis memiliki sifat perekat dan pengikatan yang luar biasa, yang memungkinkannya digunakan dalam berbagai aplikasi di bidang biomedis, seperti menutup luka terbuka dan penggunaan pada permukaan titanium implan sebagai perekat.
MXene Menyimpan Energi, Bentuk Serpihan Tipis dalam Nanometer 