BANDUNG, TEROPONGMEDIA.ID — Tim peneliti UGM (Universitas Gadjah Mada) kembangkan inovasi material dengan menambahkan nanocrystalline cellulose (NCC) pada campuran HA.
Kebutuhan akan material biomimetik untuk rekayasa jaringan tulang semakin mendesak, seiring dengan kompleksitas kasus klinis seperti trauma berat, tumor tulang, dan osteomielitis.
Pada kondisi tersebut, tubuh manusia tidak mampu melakukan regenerasi tulang secara alami, sehingga diperlukan intervensi berupa penggunaan bone scaffold, yaitu struktur pendukung berbahan biokompatibel yang dirancang untuk meniru jaringan tulang asli.
Teknologi scaffold ini menjadi kunci dalam penanganan cedera tulang yang kompleks, karena memungkinkan rekonstruksi bentuk dan fungsi tulang secara presisi. Salah satu pendekatan paling menjanjikan dalam pengembangan scaffold adalah penggunaan kombinasi komposit hydroxyapatite (HA) dan kolagen.
Hydroxyapatite (HA) dikenal sebagai senyawa anorganik utama dalam struktur tulang, sedangkan kolagen adalah polimer organik alami yang mendukung adhesi dan proliferasi sel. Namun, pencetakan scaffold dengan bahan ini sering kali mengalami kendala, seperti munculnya retakan mikro setelah proses pengeringan selesai.
Untuk mengatasi permasalahan tersebut, tim peneliti lintas disiplin dari Departemen Teknik Mesin dan Industri, Fakultas Teknik, yang dipimpin oleh M. Kusumawan Herliansyah, Ph.D, bersama Prof. Alva Edy Tantowi, serta Dr. drg. Maria G. Widiastuti, Sp.BM.(K) dari Departemen Bedah Mulut dan Maksilofasial, Fakultas Kedokteran Gigi, mengembangkan inovasi material dengan menambahkan nanocrystalline cellulose (NCC) ke dalam campuran HA.
NCC adalah bahan berbasis selulosa berukuran nano yang memiliki kekuatan mekanik tinggi serta biokompatibel dengan tubuh manusia. Temuan ini telah dipublikasikan dalam jurnal International Journal of Engineering pada Februari 2025 dengan judul “Effect of Adding Nanocrystalline Cellulose on Reducing Micro-Crack of Three-Dimensional Printed Hydroxyapatite/Collagen Composite”.
Prof. Alva Edy Tantowi, yang turut menjadi peneliti dalam riset ini, menjelaskan bahwa NCC memiliki potensi besar untuk memperkuat struktur scaffold dan menjaga homogenitas material dalam bentuk cetakan 3D.
“Penambahan NCC diharapkan dapat mengurangi kemungkinan terjadinya retakan dan memperbaiki kualitas scaffold,” ujar Alva, melansir laman resmi UGM.
Penelitian ini menggunakan metode 3D bioprinting berbasis ekstrusi dengan komposisi optimal 70% HA, 15% kolagen, dan 15% NCC. Hasil riset menunjukkan bahwa tidak ada retakan yang muncul setelah proses pencetakan dan pengeringan selesai.
Alva menjelaskan bahwa penambahan NCC berperan signifikan dalam meningkatkan kohesi antar lapisan cetakan dan menjaga kestabilan struktur selama proses manufaktur. “Shrinkage pada sumbu X, Y, dan Z masing-masing hanya berkisar 14%, 15,1%, dan 20,5%, yang menunjukkan kestabilan dimensi yang baik,” kata Alva.
Dari segi sifat mekanik, material komposit ini menunjukkan nilai kekerasan sebesar 0,002 hingga 0,003 HV, yang cukup memenuhi syarat kekuatan scaffold yang akan dibebani tekanan ringan selama masa penyembuhan tulang.
Karakterisasi menggunakan FTIR dan XRD mengonfirmasi keberadaan gugus-gugus fungsional utama, serta penurunan indeks kristalinitas menjadi 28%, yang menunjukkan peningkatan fleksibilitas material, suatu karakter yang menguntungkan dalam regenerasi jaringan. Penurunan kristalinitas ini juga meningkatkan kemampuan material untuk beradaptasi dengan lingkungan biologis yang dinamis.
“Scaffold yang dihasilkan tidak hanya kokoh, tetapi juga lebih responsif terhadap proses pembentukan jaringan baru,” tambah Prof. Alva.
Analisis mikroskop elektron (SEM dan TEM) memperlihatkan bahwa permukaan scaffold terbentuk secara seragam, dengan partikel HA berbentuk bulat, kolagen berbentuk serat, dan NCC dengan morfologi batang.
Distribusi morfologi yang konsisten ini menunjukkan campuran material yang baik serta tidak ada segregasi fase, yang sering menjadi penyebab kelemahan struktural pada komposit cetak. Selain itu, ikatan antar partikel dalam jaringan tiga dimensi ini menunjukkan adanya keterikatan yang solid dan biomimetik.
Dalam analisis EDX, komposisi unsur dominan adalah oksigen (47,77%), kalsium (36,62%), dan fosfat (12,8%), yang ketiganya merupakan komponen utama dalam pembentukan jaringan tulang baru. “Struktur ini sangat menyerupai morfologi jaringan tulang asli, yang menjadi salah satu indikator keberhasilan scaffold biomimetik,” jelas Alva.
Dari segi ketahanan termal, material ini mampu bertahan hingga suhu 650°C dengan kehilangan massa sebesar 23,46%. Penambahan NCC bahkan menurunkan laju degradasi termal dibandingkan dengan material tanpa NCC, yang menunjukkan stabilitas termal yang lebih baik secara keseluruhan.
Ketahanan termal yang baik ini penting untuk memastikan bahwa scaffold tetap steril dan tidak rusak saat digunakan dalam prosedur medis yang membutuhkan suhu tinggi, seperti proses sterilisasi.
“Dengan daya tahan termal yang baik, scaffold ini tidak hanya cocok untuk aplikasi klinis, tetapi juga aman dalam proses sterilisasi medis yang membutuhkan suhu tinggi,” ungkap Alva.
Penelitian ini tidak hanya menawarkan solusi teknis terhadap persoalan retakan mikro pada scaffold tulang, tetapi juga membuka peluang baru dalam pengembangan material biomimetik di Indonesia.
Baca Juga:
Aromatic Book: Inovasi Mahasiswa UGM yang Gabungkan Aroma dan Buku untuk Tingkatkan Daya Ingat
Kasus HIV/AIDS Meningkat, Dinkes Kabupaten Majalengka Luncurkan Inovasi ‘LAJUR PESAT’
Selain itu, penelitian ini mencerminkan komitmen Fakultas Teknik UGM dalam mengembangkan ilmu pengetahuan dan teknologi yang memberikan dampak langsung pada pemecahan masalah nyata di masyarakat.
“Kami berharap teknologi ini dapat dikembangkan lebih lanjut dalam skala industri untuk memenuhi kebutuhan klinis di rumah sakit dan mendukung kemandirian bangsa dalam produksi alat kesehatan,” pungkas Alva.
(Virdiya/Usk)
