ANALISIS KIMIA, KOROSI, DAN TOPOGRAFI IMPLANT STAINLESS STEEL
SETELAH PERIODE IMPLANTASI YANG BERBEDA
ANALISIS KOMPOSISI KIMIA, KOROSI, DAN TOPOGRAFI IMPLANT
STAINLESS STEEL 316L BERDASARKAN PERIODE IMPLANTASI Arindha Reni
Pramesti (080810115) ; Miranda Zawazi Ihsan (080810136) ; Nurul
Istiqomah (080810144)Biomedical Engineering Airlangga
University
ABSTRAKStainless steel merupakan salah satu jenis logam yang
banyak diaplikasikan dalam bidang medis. SS mengandung komposisi
kimia yang mungkin dapat menyebabkan reaksi merugikan jika
diimplankan dalam tubuh. Makalah ini berisi tentang sifat korosi,
komposisi kimia, dan interaksi SS sebagai bahan implan berdasarkan
periode waktu implantasi yang berbeda pada plat yang digunakan
untuk memperbaiki tulang dada. SS yang digunakan adalah stainless
steel tipe 316L. Pengujian dilakukan pada tiga implan:1. Stainless
steel baru.2. Stainless steel yang telah diimplantatasikan selama
29 bulan.3. Stainless steel yang telah diimplantasikan selama 35
bulan.Studi korosi mengungkapkan bahwa kondisi fisiologis pada plat
SS yang baru memiliki densitas arus terendah dan potensi korosi
tertinggi. Hal ini menunjukkan bahwa plat SS baru memiliki potensi
korosi tertinggi dan potensi korosi tersebut dapat dikurangi selama
implantasi oleh instrument yang digunakan selama operasi. Analisis
secara kimia menunjukkan perubahan pada permukaan plat SS. Semakin
lama waktu implantasi maka semakin banyak karbon dan oksigen yang
teramati dan hanya elemen seperti Cr, Mo yang terdeteksi yang
menunjukkan permukaan plat SS ditutupi oleh lapisan organik. Pada
beberapa bagian dari implant yang tampak seperti jaringan berwarna
putih menunjukkan bahwa ketebalannya semakin meningkat seiring
waktu implantasi. Lapisan tersebut diidentifikasi sebagai lapisan
organik, terutama menempel ke permukaan pada daerah dekat tempat
implan yang ditekuk untuk mencapai kesesuaian anatomi dan implan
memiliki kekasaran permukaan yang lebih tinggi. Studi ini
menunjukkan bahwa plat dada dirusak oleh prosedur implantasi dan
kontak dengan lingkungan biologi. Lapisan organik di permukaan
menunjukkan bahwa implan tidak diam akan tetapi terjadi beberapa
reaksi antara permukaan jaringan dan implant. Reaksi ini harus
dilihat secara positif karena hal ini menunjukkan bahwa implan
tersebut diterima oleh jaringan. Namun demikian, jika implant
bereaksi, maka dapat terus melepaskan ion chromium, nikel, dan ion
berbahaya lainnya dalam jangka panjang seperti yang ditunjukkan
oleh penurunan ketahanan korosi dari implant.
PENDAHULUANStainless steel memiliki sejarah panjang sebagai
bahan logam untuk implant medis. Berbagai macam aplikasi dari bahan
tersebut antara lain implan tulang (kuku intramedulla, piring
tulang, jepit), kardiovaskuler implan (stent), urologi, dan implan
gigi. Teknologi ini memiliki target utama untuk meningkatkan
ketahanan korosi. Namun, karena konsentrasi chrom dan nikel tinggi
pada stainless steel bukan berarti tidak menimbulkan resiko
biologi. Tingginya konsentrasi dari elemen tersebut dapat
menyebabkan reaksi merugikan, beracun, atau karsinogenik dalam
tubuh. Plat yang terbuat dari stainless steel cenderung digunakan
sebagai implan sementara yang membantu untuk mengembalikan fungsi
tubuh. Pengujian pemindahan implant dapat mengungkapkan perubahan
dalam hal kimia, topografi komposisi, dan perubahan sifat korosi.
Korosi pada permukaan dapat menunjukkan kemampuan potensi bahan
untuk menahan korosi dalam lingkungan tubuh. Pengujian topografi
dapat menggambarkan perubahan kekasaran, struktur dari lapisan
organik yang dapat terbentuk di tubuh, perubahan dalam struktur
material yang muncul pada permukaan setelah deformasi, dan akhirnya
dapat mengungkapkan efek pakai. Salah satu implan yang umumnya
terbuat dari stainless steel dan yang digunakan dengan tingkat
keberhasilan yang tinggi adalah pelat Nuss untuk memperbaiki
saluran dada (excavatum pectus). Beberapa kasus melaporkan di mana
pasien bereaksi negatif terhadap stainless steel. Karena plat dada
memiliki kontak langsung dengan kedua sisi lembut dan keras
jaringan dan berada dekat ke jantung dan jaringan yang terkait di
sekitar mereka harus menunjukkan biokompatibilitas tinggi dan
memiliki tingkat degradasi sangat rendah. Pengujian implan setelah
implantasi sangat penting untuk menilai interaksi bahan dengan
jaringan sekitarnya dan degradasi potensi material. Tujuan makalah
ini adalah untuk mengetahui hubungan antara implan berdasarkan
perbedaan periode waktu, ketahanan korosi, kimia permukaan, dan
topografi perubahan pelat dada.PEMBAHASAN
Dalam pengujian digunakan pelat dari stainless steel AISI 316L.
Ada tiga plat SS dari jenis yang sama yang digunakan dalam
pengujian. Bentuk plat disesuaikan dengan bentuk khas dari dada
pasien usia 12-15 (Gambar 1).
Gambar 1. Plat SS 316L yang disesuaikan dengan bentuk khas dada
pasien usia 12-15tahunPlat ini kemudian disterilisasi dalam uap
pada 1208 C selama 60 menit. Dua lainnya ditanamkan pada pasien
yang sama dengan interval waktu enam bulan. Oleh karena itu ada 3
implant yang dibandingkan :
(1) Plat SS 316L yang tidak diimplankan kedalam tubuh (sebagai
SS control)
(2) Plat SS 316L yang telah 29 bulan diimplankan dalam
tubuh.
(3) Plat SS 316L yang telah 35 bulan diimplankan dalam
tubuh.
Karena plat SS yang ditanamkan berasal dari pasien yang sama,
hasilnya minimal dipengaruhi oleh lingkungan yang berbeda, umur,
aktivitas pasien, fitur genetik, dan obat-obatan yang digunakan
yang biasanya terjadi ketika membandingkan implan dari berbagai
pasien. Pengujian dari plat baru dan yang dipindahkan dari pasien
dilakukan di berbagai daerah : cacat dan diubah bentuk dan tidak
diubah bentuk Selain itu, terlihat bahwa beberapa bagian
dipindahkan implan yang makroskopik diubah di permukaan lapisan
keputihan diamati. Ini terutama di daerah di mana susuk itu kontak
dengan tulang. Analisis dilakukan untuk kedua sisi pelat atas dan
bawah. Untuk implan, analisis dilakukan berikut:1. Topografi
Permukaan
Pengukuran kekasaran bagian implan yang berbeda dilakukan oleh
profilometry laser (Proscan 1000, Scantron, Inggris). Dalam
pemeriksaan parameter Ra tercatat.Topografi permukaan ditelusuri
lebih lanjut menggunakan atom gaya mikroskop (XE-100, PSIA, Korea).
Pengukuran kekasaran menunjukkan variasi dari nilai Ra dengan kedua
lokasi diimplan dan waktu implantasi (Tabel 1).
Permukaan plat SS 316L yang baru dan belum dibentuk untuk
implant pasien menunjukkan bahwa permukaan itu halus dengan nilai
Ra = 0.74 m. Pada plat SS yang telah dibentuk dan desainnya telah
disesuaikan dengan bentuk implan pasien kekasarannya meningkat
dengan Ra= 12,47 m. Kekasaran ini disebabkan oleh adanya goresan
dipermukaan implant yang dihasilkan dari penyesuaian bentuk implant
pada pasien.
Gambar 2 (a) . Gambaran topografi permukaan implant pada SS yang
masih baru.Implan yang diambil dari pasien setelah 29 bulan
memiliki wilayah yang ditutupi dengan sebuah lapisan film, kusam
keputihan. Lapisan tersebut diidentifikasi sebagai lapisan organik
yang terdiri dari Chromium (Cr) dan molybdenum (Mo) . Lapisan film
di permukaan relatif tebal dan pecah-pecah. Ini daerah yang diamati
pada kedua bagian atas dan bawah dari implan. Selain itu, pada
permukaan ditemukan banyak goresan (ini adalah preoperative yang
terjadi selama penyesuaian bentuk implan). Pemeriksaan kekasaran
yang dilakukan untuk daerah yang nondeformed dan yang tertutup
dengan lapisan keputihan menunjukkan bahwa perbedaan yang tidak
terlalu signifikan. Untuk daerah yang nondeformed Ra = 0,88 m,
daerah yang tertutup dengan lapisan film Ra = 1,06 m, sedangkan
nilai Ra untuk bagian-bagian cacat adalah 1,66 m. Kedalaman
retaknya sekitar 0,65-0,94 m yang menunjukkan ketebalan lapisan
telah mencapai nilai ini.
Gambar 2 (b) Gambaran topografi permukaan implant yang ditutupi
oleh film pada implant yang telah diimplankan selama 29
bulan.Analisis implan yang tinggal selama 35 bulan menunjukkan
suatu kekasaran untuk bagian nondeformed dari pelat yang permukaan
halus dan mengkilat adalah Ra = 1,07 m dan tanpa ada penurunan yang
signifikan kecuali adanya goresan yang muncul akibat prosedur
operasi. Kekasaran bagian ditutupi dengan lapisan keputihan yaitu
Ra =1,2 m. Film ini retak, tapi retak lebih teratur , jumlahnya
banyak, dan ukuran lebih besar dibandingkan dengan durasi implan
yang lebih singkat. Kedalaman retak sekitar 1,35-1,72 m. Ini
menunjukkan bahwa ketebalan lapisan meningkat sesuai waktu
implantasi
Gambar 2 (c) Gambaran topografi permukaan implant yang ditutupi
oleh film pada implant yang telah diimplankan selama 35 bulan.
Komposisi Kimia
Untuk menilai komposisi kimia dari permukaan SS dilakukan dengan
menggunakan fotoelektron X-ray spektroskopi (XPS). Pemeriksaan XPS
untuk pelat baru mengungkapkan elemen pada lapisan atas adalah
sebagai berikut: O, C, Cr, Ni, Fe, Mo, dan N.
Tabel 2. Komposisi Kimia Plat SS 316LKomposisi kimia dari implan
(setelah 29 dan 35 bulan) yang ditutupi dengan lapisan keputihan
(without tissue atomic concentration) secara signifikan berbeda
dengan bagian yang tidak ditutupi lapisan film keputihan (with
tissue atomic). Secara umum konsentrasi karbon hampir dua kali
lebih tinggi seperti pada plat SS yang tidak diimplankan. Semakin
lama waktu implantasi maka semakin banyak karbon dan oksigen yang
teramati. Konsentrasi karbon yang tinggi menyebabkan strukturnya
lebih keras dan adanya peningkatan jumlah oksigen dapat membantu
pembentuka Cr-oksida yang nantinya membentuk lapisan film sebagai
anti-korosi. Sedangkan pada tabel menunjukkan konsentrasi Cr dan Mo
meningkat seiring waktu implantasi. Adanya Cr dan Mo menunjukkan
permukaan plat SS ditutupi oleh lapisan organik yang berpengaruh
juga terhadap ketahanan korosi.
Grafik Konsentrasi Carbon SS 316L
Grafik Konsentrasi oksigen yang menutupi implant SS setelah 29
bulan
Grafik Konsentrasi oksigen yang menutupi implant SS setelah 35
bulan
Ketahanan KorosiPengujian korosi dilakukan dalam larutan SBF
[12-14] menggunakan Voltamaster 21 set elektrokimia. Pengujian
dilakukan pada 36,6 1C dan pH2 (7,9-8,2). Pada awal percobaan
potensial korosi (Ecor) diukur selama 60 menit.
Tabel 3. Hasil Pengujian KorosiPerlu dicatat bahwa implan
sebelum ditempatkan ke dalam tubuh ada cacat karena menyesuaikan
dengan bentuk dada. Selama ini saat pemasangan implant, permukaan
dapat tergores dan terkikis oleh instrumentasi yang digunakan
sehingga menyebabkan hilangnya pelindung oksida. Kerusakan
permukaan dapat mempengaruhi ketahanan terhadap korosi. Salah satu
faktor penting untuk stainless steel yang mempengaruhi
biokompatibilitas dan reaksi tubuh terhadap bahan adalah resistansi
korosi. Semakin rendah tingkat korosi makan semakin rendah tingkat
pelepasan ion dan karena itu menurunkan risiko reaksi yang
merugikan. Ketahanan korosi untuk tiga implan sangat bervariasi.
Plat baru umumnya resistanti korosinya tinggi dan paling stabil
(Ecor = 45 mV). Periode 29 bulan implantasi menurunkan potensi
korosi (Ecor = 105 mV). Arus korosi pada umumnya lebih rendah untuk
plat yang diimplankan dibandingkan dengan non-implan. Lamanya waktu
implantasi dapat menyebabkan perubahan lebih lanjut dalam ketahanan
terhadap korosi. Potensi korosi dan kerusakan hampir sama sepanjang
implan. Ecor nilai lebih besar untuk implan yang ditanamkan selama
35 bulan di dalam tubuh dibandingkan dengan implan yang ditanamkan
selama 29 bulan.KESIMPULAN1. Kekasaran dan hasil korosi menunjukkan
bahwa plat SS untuk dada dirugikan oleh prosedur implantasi dan
ketika kontak dengan lingkungan fisiologis keras.2. Pengukuran
kekasaran menunjukkan bahwa nilai-nilai Ra lebih besar untuk daerah
cacat (permukaa tergores dan terkikis oleh instrumentasi yang
digunakan ketika memasang implant). 3. Ketebalan lapiasan film
meningkat sesuai dengan periode implantasi yang dinyatakan
berdasarkan pengukuran kedalaman retak.
4. Ketebalan lapisan film juga berpengaruh terhadap ketahannya
terhadap korosi. Semakin tebal lapisan filmya maka ketahanan
korosinya semakin tinggi.5. Penyesuaian bentuk dari implan dapat
menyebabkan kerusakan (cacat) pada permukaan yang merugikan
ketahanan terhadap korosi karena menyebabkan lapisan oksidasi
semakin tipis.DAFTAR PUSTAKAChrzanowski, Vojciech, dkk. 2008.
Chemical, Corrosion and Topographical Analysis of Stainless Steel
Implants after Different Implantation Periods. Journal of
Biomaterials Applications. http:/jba.sagepub.comDigital Library
Petra. 1999. Stainless Steel.
http://digilib.petra.ac.id/viewer.php?page=1&submit.x=15&submit.y=15&submit=next&qual=high&submitval=next&fname=%2Fjiunkpe%2Fs1%2Fmesn%2F1999%2Fjiunkpe-ns-s1-1999-24492066-10885-aisi_steel-chapter2.pdf
Makalah Analisis Biomaterial 2010 | Analisis Sifat Implant
Stainless Steel 7