Riset temukan paduan logam yang lebih aman dan murah dibanding titanium

Titanium adalah logam yang kuat, elastis, dan relatif ringan. Ilmuwan telah mempelajari banyak hal tentang sifat-sifat titanium. Semua ini menjadi dasar yang ideal untuk menggunakan titanium sebagai anggota tubuh buatan – terutama lutut dan pinggul – dan gigi. Seperti yang telah ditunjukkan oleh penelitian^[1], titanium memiliki kemungkinan lebih kecil daripada logam lain untuk berkarat dan lebih kompatibel dengan tubuh manusia daripada unsur lain, seperti baja tahan karat dan bahan-bahan berbasis kobalt.

Namun, titanium tidak murah. Data yang akurat sulit didapat, tetapi biaya rata-rata^[2] prostesis berbasis titanium yang paling murah berkisar antara US$3.000 (Rp45 juta) dan US$10.000 (Rp150 juta). Biaya ini mahal bagi kebanyakan orang, dan sangat mahal bagi sebagian besar orang di negara berpenghasilan menengah dan rendah seperti di Afrika.

Meskipun datanya langka, studi baru^[3] tentang Afrika sub-Sahara (tidak termasuk Afrika Selatan, yang memiliki fasilitas lebih baik untuk prosedur ini daripada kebanyakan negara Afrika lain) menemukan bahwa 606 penggantian pinggul dan 763 penggantian lutut dilakukan antara tahun 2009 dan 2018. Mungkin ada lebih banyak orang di wilayah ini yang membutuhkan penggantian tetapi tidak melakukannya karena tidak mampu membayar prosedur tersebut. Dengan meningkatnya^[4] populasi global dari orang-orang berusia 65 tahun ke atas, permintaan akan implan juga akan meningkat; kelompok usia ini rentan^[5] terhadap penyakit-penyakit seperti osteoporosis dan osteoartritis.

Itulah sebabnya kami berupaya untuk memproduksi bahan-bahan berbasis titanium yang lebih murah dan dapat digunakan untuk membuat anggota tubuh yang terjangkau. Dalam penelitian terbaru^[6] kami, saya dan kolega bereksperimen dengan elemen-elemen logam, seperti titanium, aluminium, besi, dan vanadium, untuk membuat alloy (logam paduan) baru. Kami menguji masing-masing elemen logam tersebut dalam larutan yang meniru cairan tubuh manusia.

Kami menemukan bahwa paduan-paduan logam baru ini menunjukkan karat yang dapat diabaikan dalam larutan. Paduan-paduan logam baru ini, yang sedikit lebih murah daripada paduan kelas komersial, bekerja sangat baik – dan satu paduan logam bahkan mengunggulinya.

Titanium murni vs paduan titanium

Manfaat terbesar titanium untuk membuat pinggul, lutut, dan gigi buatan adalah keamanannya saat digunakan pada tubuh manusia. Ini karena titanium tidak mudah terdegradasi jika terkena cairan tubuh.

Namun, ketika digunakan dalam bentuk murni, titanium tidak memiliki kekuatan dan ketahanan aus yang diperlukan untuk mengatasi kerasnya aktivitas manusia.

Inilah mengapa elemen logam lainnya ditambahkan. Beberapa contohnya termasuk aluminium, vanadium, zirkonium, tantalum, niobium, molibdenum, dan besi. Ilmuwan menggunakan elemen-elemen ini dan elemen lainnya untuk membuat paduan logam yang lebih kuat dan tahan aus.

Saat ini, paduan logam yang paling banyak digunakan pada pinggul dan lutut buatan adalah Ti-6Al-4V: 90% titanium, 6% aluminium, dan 4% vanadium. Meskipun efektif, paduan logam ini memiliki dua kelemahan utama. Yang pertama adalah biaya karena harga vanadium sama mahalnya dengan titanium. Yang kedua adalah toksisitas: dalam jumlah banyak, aluminium dan vanadium menjadi beracun. Ketika bahan terdegradasi melalui korosi, ion dilepaskan ke dalam tubuh dan dapat menyebabkan peradangan kronis. Ion ini juga telah dikaitkan^[7] dengan penyakit Alzheimer^[8].

Untuk penelitian ini, kami mengurangi jumlah aluminium dan vanadium yang ditambahkan ke Ti-6Al-4V untuk membuat bahan berbasis titanium baru. Kami juga tidak menggunakan aluminium dan sepenuhnya mengganti vanadium dengan besi untuk membuat bahan berbasis titanium lain yang lebih murah.

Read more: South Africa is one step closer to processed titanium alloys^[9]

Kami kemudian meneliti apakah bahan implan baru ini akan terdegradasi dengan cepat saat dicelupkan ke dalam cairan tubuh manusia. Kami menggunakan larutan bernama Hanks Balanced Salt Solution yang mengandung bahan utama dalam cairan tubuh manusia. Kami juga membandingkan bahan titanium baru dengan kelas komersial Ti-6Al-4V yang umum digunakan.

Temuannya

Hampir semua paduan logam baru bekerja lebih baik daripada Ti-6Al-4V dalam larutan garam, dan yang bekerja lebih buruk dalam larutan masih setara dengan Ti-6Al-4V. Dari paduan-paduan logam baru ini, tidak ada yang terdegradasi lebih dari 0,13 milimeter per tahun (tingkat degradasi maksimum yang diizinkan untuk material implan).

Paduan-paduan logam tanpa vanadium dan aluminium bekerja dengan baik. Artinya, mereka berpotensi lebih aman daripada Ti-6Al-4V karena memiliki tingkat toksisitas yang lebih rendah.

Yang terpenting, paduan logam baru ini lebih murah untuk diproduksi daripada Ti-6Al-4V. Kami tidak sedang mengerjakan pembuatan kaki palsu yang sebenarnya – penelitian ini berfokus pada komposisi kimia paduan. Oleh karena itu, kami tidak dapat menunjukkan apa jumlah penghematan biaya maksimal jika paduan ini akan digunakan. Namun, hanya dengan mengubah bahan awal seperti yang kami lakukan, yaitu mengganti aluminium dan vanadium seluruhnya atau sebagian dengan besi, penghematan biaya hingga 10% dapat dicapai.

Langkah yang menjanjikan

Mulai tahun 2030 dan tahun-tahun berikutnya, jumlah lansia di negara-negara berkembang, seperti di seluruh Afrika benua, akan meningkat^[10]. Dengan meningkatnya populasi ini, permintaan akan anggota tubuh buatan juga dapat meningkat. Itu sebabnya mengidentifikasi bahan yang terjangkau dan aman sangatlah penting. Penelitian kami adalah langkah yang menjanjikan untuk mencapai tujuan itu.

Zalfa Imani Trijatna dari Universitas Indonesia menerjemahkan artikel ini dari bahasa Inggris.

References

1. ^{^} ditunjukkan oleh penelitian (www.sciencedirect.com)
2. ^{^} biaya rata-rata (hipknee.aahks.org)
3. ^{^} studi baru (www.ncbi.nlm.nih.gov)
4. ^{^} meningkatnya (www.un.org)
5. ^{^} rentan (josr-online.biomedcentral.com)
6. ^{^} penelitian terbaru (onlinelibrary.wiley.com)
7. ^{^} dikaitkan (www.sciencedirect.com)
8. ^{^} penyakit Alzheimer (www.ncbi.nlm.nih.gov)
9. ^{^} South Africa is one step closer to processed titanium alloys (theconversation.com)
10. ^{^} akan meningkat (www.un.org)