PENGEMBANGAN BIOLIQUID MATRIKS KOMPOSIT MAMPU ALIR MELALUI INK JET DOD

SUNYOTO, Ir. Alva Edy Tontowi, M.Sc., Ph.D. ; Prof. Dr. Drg. Widowati Siswomihardjo, M.S.

2015 | Disertasi | S3 ILMU TEKNIK MESIN

Tulang adalah jaringan struktur utama dari sistem kerangka vertebrata yang digunakan untuk menyangga beban besar. Kerusakan tulang manusia bisa terjadi karena kecelakaan maupun penyakit dengan geometri kompleks. Selama ini tulang yang rusak diperbaiki atau disembuhkan dengan pencangkokan tulang. Pencangkokan tulang adalah prosedur bedah yang menempatkan tulang baru atau bahan pengganti tulang (bone graft) pada bagian yang rusak untuk membantu proses penyembuhan. Bone graft secara garis besar dibagi tiga golongan yaitu autograft, allograft, dan xenograft. Autograft merupakan bone graft yang mempunyai standar paling baik sebagai bahan implan dibandingkan dengan allograft, dan xenograft. Namun demikian selain memiliki keunggulan, autograf memiliki beberapa kelemahan yaitu bagian tubuh donor yang diambil akan mengalami sakit, meningkatkan resiko infeksi dan kehilangan darah, menambah waktu anestesi dan jaringan donor terbatas sehingga kebutuhan pasien sering tidak dapat dipenuhi. Sedangkan Allograft dan xenograft merupakan bone graft yang mempunyai potensi infeksi pasca operasi serta memiliki resiko penularan penyakit maka digunakan bone graft sintetis. Bone graft sintetis berkembang sangat pesat, salah satunya adalah dalam bentuk biokomposit. Selama ini biokomposit proses pencampuran matriks dan bahan penguatnya dilakukan secara manual sehingga tidak mampu menyelesaikan problem geometri yang kompleks. Tujuan penelitian ini adalah membuat bioliquid sebagai matriks biokomposit (HA/gelatin) sebagai bone graft dengan glutaraldehid sebagai crosslinker. Proses penambahan matriks dengan metode ink jet printing. Dalam penelitian ini proses pencampuran matriks dan bahan penguat mengunakan bantuan cartridge printer dengan kendali komputer. Biokomposit dibuat dengan menggunakan campuran hidroksiapatit (HA) dan gelatin. Larutan gelatin dideposisi diatas hamparan serbuk HA menggunakan metode ink jet printing DOD yang dikendalikan menggunakan komputer. Hidroksiapatit yang digunakan adalah serbuk HA bovine yang dibuat sendiri dengan mesh 325 dan gelatin (Merk-Germany) sebagai bahan bioliquid. Bahan lain yang digunakan adalah glutaraldehid sebagai crosslingker dan aquades sebagai pelarut dengan variasi campuran 0,8%; 1% dan 1,2% (w/v). Biokomposit dibuat dengan cara serbuk HA yang telah diberi glutaraldehid 0,3% (v/v) sebagai crosslinker dihamparkan diatas kertas yang telah dilapisi larutan gelatin menggunakan ink jet printer Canon iP 2770, kemudian hamparan HA disemprot kembali dengan larutan gelatin melalui ink jet printer dan dibuat lapis demi lapis. Pengujian yang dilakukan pada penelitian ini dibagi dua yaitu larutan gelatin sebagai bioliquid dan spesimen biokomposit. Uji larutan gelatin meliputi uji mampu alir melalui cartridge dan uji wettability. Sedangkan uji biokomposit meliputi uji Diametral Tensile Strength, SEM/EDX, XRD, FTIR dan in vitro dengan sel vero. Hasil penelitian menunjukkan bahwa larutan gelatin yang dapat mengalir melalui cartridge ink jet printer adalah yang memiliki nilai viskositas 2,05148 mPa.s, 2,05334 mPa.s dan 2,06024 mPa.s. Sedangkan hasil uji Wettability larutan gelatin terhadap HA pada konsentrasi 0,8%; 1% dan 1,2% (w/v) mengindikasikan sifat hidrofilik (< 90o ). yang ditunjukan dengan sudut kontak (θ) 46,60, 51,50 dan 61,20. Hasil uji SEM menunjukkan bahwa larutan gelatin dengan viskositas 2,05334 mPa.s dapat meresap dan mengikat serbuk HA. Sedangkan pada hasil uji EDX biokomposit menunjukkan unsur yang besar adalah Ca 37 %, O 34 %, P 15%, dan C 10,44% sedangkan unsur yang kecil adalah unsur Na 0,7% dan Mg 0,38%. Selanjutnya, pada hasil uji FTIR menunjukkan bahwa gugus fungsi yang ada adalah C-H aromatik, C-H alkena, C-O asam karbonat, O-H alkohol, C-N amina N-H amida NO2 dan C=C alkena. Selanjutnya, hasil uji XRD antara HA bovine dengan HA standard JCPDS 9-432 hampir sama baik mengenai tingginya intensitas peak, 2 θ serta d-spacing (Ao), HA bovine nilai tertinggi pada 2 θ adalah 31,764 dengan d-spacing (Ao) yaitu 2,814 pada I/I0 100, data HA standard JCPDS 9-432 menunjukkan nilai yang tertinggi pada 2θ adalah 31,803 dengan d-spacing (Ao) 814 pada I/I0 100. Selanjutnya pada uji Diametral Tensile Strength pada biokomposit dengan konsentrasi larutan gelatin 0,8%; 1% dan 1,2% (w/v) mempunyai kekuatan 5,3 MPa, 6,5 MPa dan 8,3 MPa. Hasil uji in vitro pada biokomposit tidak menunjukkan toksisitas terhadap sel fibroblas. Dari uji in vitro dianalisis menggunakan anova satu jalur menunjukkan nilai p sebesar 0,794 dimana p>0,05 hal tersebut menujukkan bahwa perbandingan konsentrasi gelatin, HA dan glutaraldehid sebagai crosslinker tidak mempunyai pengaruh yang bermakna terhadap sel hidup. Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa gelatin dengan nilai viskositas 2,051 mPa.s, 2,053 mPa.s dan 2,060 mPa.s mampu alir melalui cartridge ink jet printer DOD. Larutan gelatin mempunyai sifat hidrofilik dan memiliki wettability yang baik terhadap serbuk HA bovine dan larutan gelatin bisa meresap untuk mengikat HA. Sedangkan HA bovine memiliki sifat high crystalline. Larutan gelatin dan hidroksiapatit ditambah glutaraldehid sebagai crosslinker berpotensi untuk dibuat biokomposit melalui ink jet printer DOD. Biokomposit yang dibuat dari HA bovine dengan larutan gelatin dan glutaraldehid sebagai crosslinker tidak menimbulkan reaksi toksisitas pada sel vero setelah di uji dengan in vitro.

Bone tissue is the main structure of the skeletal system of vertebrates that are used to support large loads. Human bone damage can occur due to an accident or illness with complex geometries. During this time a broken bone can be improved or cured with bone grafting. Bone grafting is a surgical procedure to place new bone or bone replacement material (bone graft) on the affected part to help the healing process. Bone graft is broadly divided into three groups, namely the autograft, allograft and xenograft. Autograft bone graft that has a most excellent standard as implant materials compared with allograft, and xenograft. However, in addition to having the advantage, autograph has some weakness that donor body parts are taken will experience pain, increases the risk of infection and blood loss, increase the time of anesthesia and donor tissue is limited so that the needs of patients often can not be met. While allograft and xenograft bone graft is potentially postoperative infection and are at risk of disease transmission, the use of synthetic bone graft. Synthetic bone graft is growing very rapidly and undergoing refurbishment as biocomposites. During this mixing and deposition biocomposites created manually and is unable to resolve the complex giometri. The purpose of this research is to make bioliquid as matrix biocomposite (HA/gelatin) as a bone graft with glutaraldehyde as crosslinker. The process of adding a matrix with ink jet printing method. In this study mixing process using a matrix and reinforcing material assistance to control a computer printer cartridge. Biocomposites made using a mixture of hydroxyapatite (HA) and gelatin. Gelatin solution is deposited over a stretch of HA powder using DOD ink jet printing using a computer-controlled. Hydroxyapatite used is bovine HA powder that is made with 325 mesh and gelatin (Brand-Germany) as bioliquid material. Other materials used are glutaraldehyde as crosslingker and distilled water as a solvent mixture with a variation of 0.8%: 1% and 1.2% (w/v). Biocomposites made by HA powder which has been given glutaraldehyde 0.3% (v/v) as crosslinker is spread on paper that has been coated with gelatin solution using an ink jet printer Canon iP 2770, then a stretch of HA sprayed back with gelatin solution through the ink jet printer and created layer by layer. Tests were conducted in this study divided into two gelatin solution as a specimen bioliquid and biocomposites. Test gelatin solution include tests capable of flow through the cartridge and wettability test. While biocomposite test includes Diametrically Tensile Strength, SEM / EDX, XRD, FTIR and in vitro with vero cells. The results showed that the gelatin solution that can flow through the ink jet printer cartridges is that having viscosity 2.05148 mPa.s, 2.05334 mPa.s and 2.06024 mPa.s. While the test results wettability against HA gelatin solution at a concentration of 0.8%; 1% and 1.2% (w/v) indicates the hydrophilic properties (<90o). which is shown by the contact angle (θ) 46.6o, 51.5o and 61.2o. SEM test results showed that the gelatin solution with 2.05334 mPa.s viscosity can penetrate and bind to HA powder. While the test results EDX biocomposites showed great elements is Ca 37%, O 34%, P 15%, and C 10.44%, while the small element is the element Na 0.7% and 0.38% Mg. Furthermore, the FTIR test results indicate that there is a functional group of aromatic CH, CH alkenes, CO carbonic acid, OH alcohols, amines NH amide NO2 CN and C = C alkenes. Further, test results of XRD between bovine HA and JCPDS 9-432 HA standard nearly as well as to the high intensity of the peak, 2 θ and d-spacing (Ao), HA bovine highest score at 2θ is 31.764 with d-spacing (Ao) namely 2,814 at I/I0 100, the data JCPDS 9-432 standard HA showed the highest value at 2 θ is 31.803 with d-spacing (Ao) 814 at the I/I0 100. While the Diametral Tensile Strength test at biocomposites with the concentration of gelatin solution 0.8%; 1% and 1.2% (w/v) has a strength of 5.3 MPa, 6.5 MPa and 8.3 MPa. Results of in vitro assays in biocomposites showed no toxicity against fibroblasts. From in vitro assays were analyzed using ANOVA one lane shows ap value of 0.794 where p> 0.05 it showed that the ratio of the concentration of gelatin, HA and glutaraldehyde as the crosslinker does not have a significant effect on living cells. Based on these results it can be concluded that the gelatin with a viscosity value of 2.051 mPa.s, 2,053 mPa.s and 2,060 mPa.s able to flow through the cartridge DOD ink jet printer. Gelatin solution has hydrophilic properties and have a good wettability against bovine HA powder and gelatin solution can seep to bind HA. While bovine HA has high crystalline properties. Gelatin solution and hydroxyapatite plus glutaraldehyde as crosslinker has the potential to be made biocomposites through DOD ink jet printer. Biocomposites made from bovine HA with a solution of gelatin and glutaraldehyde as the crosslinker does not cause toxicity reactions in vero cells after in vitro test .

Kata Kunci : biokomposit, gelatin, glutaraldehid, hidroksiapatit, ink jet priter