Kehilangan atau kerusakan tulang merupakan masalah kesehatan serius yang bisa disebabkan oleh berbagai faktor, seperti kanker, malnutrisi, penuaan, hingga trauma. Untuk mengatasinya, dunia medis banyak menggunakan bahan implan seperti logam paduan, titanium alloy, dan stainless steel. Salah satu jenis yang paling banyak dipakai adalah Stainless Steel (SS) 316L karena harganya relatif terjangkau dan sifat mekaniknya cukup baik. Namun, penggunaan SS316L sebagai implan tulang ternyata masih menyimpan sejumlah kekurangan. Implan ini tidak dapat berinteraksi dengan sel dan jaringan tulang, sehingga proses penyatuan tulang (osteointegrasi) menjadi kurang optimal. Akibatnya, umur pakai implan menjadi lebih pendek. Selain itu, SS316L rentan mengalami korosi lokal, tidak mampu merangsang regenerasi tulang, serta memiliki bioaktivitas yang rendah di dalam tubuh.
Untuk mengatasi problem ini, para peneliti saat ini berfokus pada pengembangan lapisan bioaktif pada permukaan implan. Lapisan tersebut diharapkan dapat meningkatkan kemampuan implan berinteraksi dengan sel tulang dan mencegah terjadinya pelepasan implan.
Bahan pelapis yang banyak digunakan adalah hidroksiapatit, karena merupakan material yang sangat menarik untuk aplikasi medis karena komposisinya mirip dengan komponen mineral pada tulang manusia. Hidroksiapatit juga memiliki sifat osteokonduktif yaitu mampu merangsang pembentukan sel tulang baru. Dan bersifat biokompatibel yaitu aman untuk jaringan tubuh serta bersifat bioaktif yaitu dapat terikat kuat dengan tulang. Namun, hidroksiapatit, memiliki masalah utama yakni sifat mekaniknya yang rapuh dan mudah retak. Karena itu, hidroksiapatit sering dikombinasikan dengan material lain, misalnya polimer atau protein alami, untuk memperbaiki kekuatannya. Salah satu bahan yang menjanjikan adalah gelatin.
Gelatin merupakan protein alami yang berasal dari kolagen, banyak ditemukan pada kulit dan tulang hewan. Gelatin memiliki beberapa keunggulan yaitu mampu meningkatkan kekuatan mekanik hidroksiapatit, bersifat biokompatibel, mudah melekat pada permukaan logam dan aman digunakan untuk aplikasi medis. Dalam berbagai penelitian, komposit hidroksiapatit,“gelatin terbukti dapat meningkatkan sifat mekanik sekaligus mempertahankan bioaktivitas hidroksiapatit sebagai material pendukung pertumbuhan tulang.
Untuk melapisi permukaan SS316L dengan hidroksiapatit“gelatin, digunakan metode airbrush spray coating. Metode ini termasuk teknik pelapisan tanpa vakum yang menawarkan berbagai kelebihan yaitu prosesnya sederhana, biaya lebih rendah dibanding metode vakum, dapat digunakan untuk permukaan yang luas maupun bentuk kompleks, ketebalan lapisan mudah dikontrol dan hasil pelapisan seragam. Berbeda dengan metode vakum yang mahal dan sulit untuk area besar, airbrush spray memberikan alternatif yang ekonomis namun tetap efektif untuk menghasilkan lapisan bioaktif. Dalam proses pelapisan dengan airbrush, beberapa parameter sangat menentukan kualitas hasil coating, seperti jarak antara nozzle-substrat, tekanan udara, konsentrasi larutan dan komposisi hidroksiapatit,“gelatin.
Penelitian ini memfokuskan variasi pada jarak nozzle, tekanan, serta perbandingan komposisi hidroksiapatit“gelatin untuk mendapatkan kombinasi yang menghasilkan lapisan paling kuat dan seragam. Berbagai rasio komposisi hidroksiapatit“gelatin diuji untuk mendapatkan lapisan yang optimal. Dalam proses tersebut, jarak antara nozzle airbrush dan substrat SS316L menjadi kunci dalam menentukan ketebalan dan morfologi lapisan yang terbentuk. Variasi jarak semprot inilah yang membantu mengoptimalkan keseragaman dan kualitas lapisan bioaktif.
Hasilnya menunjukkan bahwa lapisan hidroksiapatit “ gelatin terdistribusi merata tanpa retakan. Komposisi 70:30 memberikan nilai kekuatan adhesi tertinggi, yaitu 13,17 MPa. Laju biodegradasi setelah empat minggu kurang dari ~5%. Penambahan gelatin pada komposit terbukti memberikan pengaruh besar terhadap sifat struktural dan morfologi lapisan yang dihasilkan. Meskipun gelatin menurunkan fase kristalin dari hidroksiapatit, keberadaannya justru meningkatkan kekuatan adhesi lapisan pada permukaan SS316L secara signifikan. Selain itu, variasi jarak semprot dan tekanan udara dalam proses airbrush memengaruhi bentuk dan kerapatan lapisan, yang pada akhirnya menentukan kualitas akhir material hidroksiapatit “gelatin.
Studi ini membuktikan bahwa metode airbrush spray coating dapat digunakan untuk menghasilkan lapisan hidroksiapatit “gelatin yang kuat, seragam dan bioaktif pada permukaan SS316L. Pendekatan ini murah, mudah diterapkan, dapat diaplikasikan pada berbagai bentuk implan, memberikan kualitas lapisan yang baik dan diharapkan dapat mendukung regenerasi tulang secara optimal.
Temuan ini membuka peluang baru bagi pengembangan implan tulang yang lebih aman, lebih bioaktif dan lebih terjangkau. Selain itu, metode ini berpotensi digunakan untuk membuat lapisan bioaktif lainnya dari berbagai material biokompatibel untuk kebutuhan implan masa depan.
Secara keseluruhan, temuan ini menegaskan bahwa pendekatan pelapisan yang sederhana, ekonomis, dan efektif ini berpotensi besar untuk dikembangkan lebih lanjut sebagai teknologi pendukung implan tulang masa depan yang lebih aman, lebih bioaktif dan lebih kompatibel dengan kebutuhan regenerasi tulang.
Artikel selengkapnya dapat dibaca pada:
Aminatun, Moch. Andi Putra Jaya, Siti Maratus Salasatun Nikmah, Dyah Hikmawati, Djony Izak Rudyardjo, Sofijan Hadi, Tahta Amrillah & Che Azurahanim Che Abdullah Crafting Hydroxyapatite-Gelatin Composite for Prosthetic Implant™s Bioactive Layer Using Facile Airbrush Spraying Method, 2025, Journal of Macromolecular Science, Part B Physics, DOI: 10.1080/00222348.2025.2568930
Oleh:
Prof. Dr. Aminatun, Ir., M.Si
Departemen Fisika-Fakultas Sains dan Teknologi
