BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
Maloklusi dan deformitas dentofasial dianggap merupakan variasi dari perkembangan normal. Evaluasi yang dilakukan untuk mengatasinya memerlukan sejumlah alat-alat yang tepat sehingga didapatkan hasil perawatan yang maksimal. Perawatan ortodonti pada maloklusi dan deformitas dentofasial melibatkan alat ekstraoral maupun intraoral dalam jangka waktu perawatan yang panjang, oleh sebab itu para peneliti berusaha untuk menemukan alat yang terbaik, aman dan nyaman bagi pasien. Alat intraoral yang digunakan dalam perawatan ortodonti meliputi kawat, band dan braket. Material dari alat intraoral ini beragam antara lain plastik, seramik dan logam. 1,2
2.1 Logam Stainless Steel dalam bidang Ortodonti
Stainless steel ( SS) pertama sekali ditemukan pada tahun 1913 oleh ahli metalurgi Inggris bernama Harry Brearly. Penemuan ini awalnya tidak sengaja menambahkan kromium pada baja rendah karbon dan menyebabkan baja tersebut menjadi tahan karat. Penelitian terhadap stainless steel terus berkembang dan tahun 1930-an mulai diproduksi. Stainless steel dalam metalurgi adalah alloy besi dengan kandungan kromium 10,5 % - 11 %. Penambahan kromium (Cr) bertujuan meningkatkan ketahanan korosi dengan membentuk lapisan oksida Cr2O3 di permukaan logam stainless steel. Unsur lain selain besi, karbon dan kromium yaitu Nikel, Molybdenum dan Titanium dengan komposisi yang berbeda-beda sehingga menghasilkan variasi sifat mekanis dari beberapa produk stainless steel yang beredar di pasar. 6,16
Steel didefinisikan sebagai alloy yang terbentuk dari besi dan karbon dengan konsentrasi antara 0.5 % - 2 %. Stainless steel adalah suatu steel yang mengandung lebih dari 11 % kromium, biasanya diantara 11,5% - 27%, dan bisa juga mengandung nikel, vanadium, molybdenum dan niobium dalam jumlah terbatas. 1
sifat stainless steel untuk bidang ortodonti pada pertemuan American Society of Orthodontis (ASO). Kepopuleran stainless steel semakin meningkat di kalangan ortodontis karena memiliki kombinasi sifat mekanis yang baik, tahan korosi dan harga ekonomis. Stainless steel digunakan dalam bidang ortodonti sebagai bahan dasar braket, kawat. molar tube, band. Pegas dan lain-lain. Komposisi dan manufaktur stainless steel yang berbeda-beda menghasilkan beberapa jenis stainless steel dan diklasifikasikan oleh American Iron and Steel Institute (AISI). 17
2.1.1 KLASIFIKASI DAN KOMPOSISI STAINLESS STEEL
Klasifikasi stainless steel didasarkan pada struktur metalurginya, yaitu Austenitik, Ferritik, Martensitik, Duplek dan Precipitation Hardening.6
1. Austenitik Stainless Steel
Austenitik stainless steel memiliki mikrostruktur face centre cubic. Penambahan 8 % nikel pada alloy ini mencegah transformasi austenit ke martensit saat pendinginan, sehingga austenit lebih stabil walaupun pada suhu kamar. Austenit SS banyak digunakan secara luas dalam bidang kedokteran gigi khususnya ortodonti karena sifatnya yang tahan korosi.
tinggi 2-3 % Molybdenum dan karbon yang lebih rendah untuk menambah resistensi terhadap korosi intergranular. Tipe AISI 302 dengan komposisi 17-19 % kromium, 8-10 % Nikel dan 0,08 % karbon biasanya digunakan untuk kawat ortodonti.
2. Ferritik Stainless Steel
Alloy ini adalah tipe AISI 400 dengan sifat ketahanan korosi yang cukup baik walaupun tidak sebaik austenitic SS disebabkan kandungan kromium yang lebih rendah. Komposisi kromium 11,5 – 27 %, karbon 0,20 % dan tanpa nikel. Pada perubahan temperatur, jenis alloy ini tidak menimbulkan perubahan fase ke keadaan padat, maka logam ini tidak mengeras dengan pemanasan. Walaupun banyak digunakan dalam bidang industri, tetapi alloy
ini jarang digunakan dalam bidang kedokteran gigi. 3. Martensitik Stainless Steel
4. Precipitation HardeningStainless Steel
Precipitation Hardening (PH) stainless steel adalah kombinasi optimal dari sifat-sifat martensitik dan austenitik yaitu lebih kuat dan ketahanan korosi yang baik. Kekuatan (tensile strength) yang tinggi disebabkan oleh proses heat treatment yang menghasilkan presipitat (endapan) salah satu atau lebih Copper, Aluminium, Titanium, Niobium dan Molybdenum yang memang ditambahkan ke dalam alloy Stainless Steel. Alloy ini digunakan bila diperlukan kombinasi kekuatan tinggi dan resistensi korosi. Salah satu pemakaian Precipitation Hardening Stainless Steel yang paling dikenal adalah untuk kepala pemukul stik golf.
5. Duplex Stainless Steel
tahan korosi dibandingkan tipe AISI 316 L sebagai bahan dasar braket ortodonti.
2.1.2 SIFAT FISIS STAINLESS STEEL
Stainless steel 18-8 merupakan tipe stainless steel yang paling resisten terhadap korosi, ini merupakan efek passivity dari kromium yang membentuk suatu oxyda layer (oxide film) yang sangat tipis dan transparan tetapi kuat dan kedap air. Lapisan ini bisa berbentuk Cr2O3 atau FeCr2O3 yang mencegah terjadinya tarnish dan korosi. 1.2
Faktor yang mempengaruhi resisten terhadap korosi yaitu : Adanya sifat passivity dari kromium.
Resistensi makin tinggi dengan makin banyaknya kadar kromium pada
stainless steel tersebut.
Nikel dapat menambah resistensi terhadap korosi. Molybdeum dapat menambah efek pasivity.
Larutan hipoclorit/ion klorin dapat menyebabkan terjadinya tarnish dan
korosi .
2.1.3 SIFAT MEKANIS STAINLESS STEEL
Hardness 100-200 BHN
Tensile strength 1700MN/m2
Hal-hal yang dapat mempengaruhi sifat stainless steel :
Pemanasan di atas 9000 cenderung terjadinya prasipitasi kromium dari solid
solution di dekat permukaan. Dengan berkurangnya kromium maka akan menyebabkan pula berkurangnya resistensi stainless steel terhadap tarnish dan korosi. Efek pemanasan yang menyebabkan berkurangnya resistensi korosi ini disebut weld-decay.
Weld-decay dapat dikurangi dengan 2 cara :
1. Mengurangi kadar karbon pada stainless steel.
2. Menambah logam lain, mis : Titanium dan Miobium.
Menurut Philips ada beberapa hal yang harus diperhatikan pada stainless steel, yaitu: 1
1. Korosi
Stainless steel 18-8 dapat kehilangan ketahanannya terhadap korosi jika dipanaskan antara 400° C sampai 9000C, temperatur yang pasti tergantung dari kandungan karbonnya.
alat akan tertanam pada logam tersebut. Keadaan ini menimbulkan arus listrik yang menyebabkan korosi.
2.Kompatibiliti
Walaupun berbeda, penelitian menunjukkan biokompatibilitas stainless steel
yang sangat baik pada rongga mulut akan tetapi berdasarkan dari penelitian yang dilakukan oleh Eliades dkk terjadi pelepasan ion bebas dari stainless steel selama pemakaian yang bersifat cytotoxitas.
2.2 Saliva dan Saliva Buatan
Kavitas mulut memiliki suatu kondisi lingkungan yang dipengaruhi oleh temperatur, kualitas dan kuantitas saliva, pH saliva, plak, jumlah protein pada saliva, sifat fisika dan kimia makanan maupun minuman, kondisi kesehatan umum maupun mulut, kadar klorida pada saliva dan frekuensi makan. Kondisi di atas mempengaruhi kestabilan ion logam pada braket yaitu menyebabkan terjadinya pelepasan logam. Bila pelepasan ion terjadi dengan cepat maka braket akan korosi yaitu disintegrasi logam yang menyebabkan kerusakan pada braket tersebut 7
mikrostruktur braket yang berada dalam mulut pasien secara terus menerus dalam waktu yang lama. 18
Perawatan ortodonti cekat sudah lama dianggap memiliki potensi mengganggu jaringan lunak dan keras pada rongga mulut. Pasien yang menjalani perawatan ortodonti cekat lebih sulit menjaga oral hygiene dengan metode konvensional, kemampuan self cleansing oleh saliva juga akan berkurang. Hal-hal ini dapat memacu timbulnya lesi karies, yang dapat terjadi sekitar 1 bulan, tanpa dihubungkan dengan kontrol plak mekanis. Keasaman saliva dapat berubah yang disebabkan oleh akumulasi plak dalam mulut dan kecepatan aliran saliva sehingga pH saliva dapat turun hingga 4,95.7,18
2.3Braket dalam saliva
Saliva merupakan elektrolit yang memungkinkan adanya reaksi antara ion-ion logam pada braket dengan saliva sehingga terjadi kerusakan secara elektrokimia pada braket.4 Pada daerah yang kurang terpoles dengan baik, yaitu daerah anoda terjadi reaksi oksidasi, yaitu pelepasan ion elektron ke saliva yang menyebabkan daerah anoda merupakan daerah yang mudah mengalami korosi. Gambaran reaksinya sebagai berikut :
Mo M+ + e-
Sedangkan daerah katoda mengalami reaksi reduksi, dimana permukaan katoda akan mengambil elektron bebas di saliva yang diproduksi oleh anoda. Gambaran reaksinya adalah :
M+ + e- M0 2H+ + 2e- H2
2H2O + O2 + 4e- 3(OH)-6
semakin kusam, yang berarti proses korosi terus berlanjut. Penyebab tarnish
adalah:
1. Air, oksigen dan ion klorida yang terdapat di saliva
2. Deposit-deposit dalam mulut yang menempel pada permukaan logam 3. Stain yang disebabkan oleh bakteri
4. Pembentukan senyawa-senyawa tertentu seperti oksida, sulfida atau klorida.
Stainless steel bersifat menyalurkan panas dan listrik, sehingga terjadi mobilitas elektron-elektron dalam logam. Elektron yang terletak di permukaan braket mudah meninggalkan braket sehingga pada permukaan braket terbentuk ion positif yabg labil dan bersifat anoda. Elektron yang terlepas akan menghasilkan energi panas dan listrik, sedangkan ion positif akan bersenyawa dengan ion lain. Kejadian seperti di atas sering terjadi pada area braket yang rusak atau kasar, karena tidak terpoles dengan baik. Interaksi ion-ion logam dengan lingkungan merupakan penyebab korosi yang paling umum, tetapi biasanya korosi tidak disadari oleh ortodontis sebelum braket mengalami kerusakan yang parah. 18
2.4 Efek Biologis dari nikel
hanya berlaku pada bentuk terlarut dari elemen tersebut. Pada saat ini hubungan apapun antara pelepasan suatu logam dan toksisitas metabolik, bakteriologis, imunologis atau karsinogenik dianggap sebagai dugaan semata, karena hubungan sebab dan akibat belum dibuktikan pada manusia. Selain itu tidak mungkin bahwa pola yang sama berlaku pada aplikasi aloi dalam ortodonti dan ortopedi. 13
Pada umumnya larutan nikel (0,05 µmol/L) dan kobal (0,01 µmol/L) ditemukan menghambat fagositosis bakteri oleh leukosit polimorfonuklear in vitro.
Ion nikel dapat mempengaruhi kemotaksis leukosit melalui perubahan bentuk, sambil menstimulasi neutrofil untuk menjadi asferis dan bergerak lebih lambat, serta menghambat aktifitas kontraktil yang bergantung pada ion kalsium dengan men-depolarisasi membran sel neutrofil. Nikel juga diperlihatkan menghambat kemotaksis pada konsentrasi 2,5 sampai 50 ppm. Konsentrasi nikel dalam kisaran tersebut dilepaskan dari aloi dental dan diperlihatkan mengaktifkan monosit dan sel-sel endotel serta menekan atau mendukung pelepasan molekul adhesi interseluler oleh sel endotel. Yang terakhir ini bergantung pada konsentrasi nikel. Sebagian besar literatur menyatakan bahwa keberadaan nikel beresiko menimbulkan respon inflamasi dalam jaringan lunak. 13
Senyawa nikel dalam bentuk arsenida dan sulfida merupakan karsinogen, alergen dan mutagen yang telah diakui. Nikel dapat menstimulasi hipoksia melalui
dehidrogenase, lipid peroksidase dan induksi reaksi Fenton. Proses reaksi Fenton melibatkan reaksi O2- dengan logam kelumit oksidatif dan pembentukan O2, yang selanjutnya bereaksi dengan hidrogen peroksida untuk membentuk hidroksi radikal dan OH-. Hipotesis tambahan bagi stres oksidatif melibatkan induksi pembentukan asetaldehid oleh nikel, sementara bukti atas aksi oksidatif diilustrasikan oleh peningkatan reseptor laktoferin setelah pemaparan populasi sel terhadap nikel.13
Banyak penelitian juga telah menyatakan bahwa nikel dalam konsentrasi nontoksik merangsang kerusakan basis DNA yang bersifat spesifik-daerah dan single strand scission. Keterlibatan faktor transkripsi NF-kB dan AP-1 telah ditetapkan melalui penelitian yang menunjukkan bahwa sel-sel resisten Ni mengurangi level pengikatan kedua faktor tersebut ke sekuens DNA mereka. Kerusakan DNA akibat Ni juga dapat timbul secara tidak langsung melalui penghambatan enzim, seperti 8-oxo-2´-deoxyguanosine dan 5´-triphosphate pyrophosphatase, yang mengembalikan perpecahan DNA. Pada konsentrasi nontoksis, nikel mendorong mutasi mikrosatelit, menghambat perbaikan eksisi nukleotida dan meningkatkan metilasi genom total. Pengaruh tersebut ke ketidakstabilan genetik telah disebutkan sebagai dasar aksi karsinogenik dari nikel.13
2.5Korosi dan Pelepasan Ion Logam
ditempatkan pada medium cairan (disebut elektrolit) yang tidak mengandung ion-ion specimen, maka ion-ion logam akan cenderung larut ke dalam medium dan permukaan logam yang hilang ionnya akan memulai proses redeposisi untuk mempertahankan sifat logam tersebut, transfer ion logam ke medium cairan disebut proses oksidasi (hilangnya elektron) dan redeposisi yang menyebabkan reduksi. Tingkat korosi logam dipengaruhi oleh komposisi material serta reaksi kimia dari cairan tempat logam tersebut dicelupkan atau lingkungan sekitarnya. (Faccioni.dkk,2004;Eliades.dkk,2002)
Meskipun stainless steel dikenal sebagai campuran logam yang tahan korosi, namun proses pembuatan yang berbeda-beda menghasilkan kualitas yang berbeda-beda juga, sehingga akan mempengaruhi tingkat ketahanan korosi. (Lin dkk, 2006).
Terdapat beberapa jenis proses korosi yang dapat terjadi pada braket logam terkait dengan waktu pemakaian dan lingkungan rongga mulut yang antara lain :
1. Korosi merata ( uniform attack )
Pada kondisi normal, braket logam stainless steel diselubungi lapisan oksida kromium yang mencegah terjadinya penetrasi agen korosi.
Gambar 2.1 Korosi merata (www.corrosionclinic)
2. Korosi sumuran (pitting corrosion )
Pada tingkat mikroskopis, braket ortodonti dapat memiliki banyak pit dan celah. Keadaan tersebut diperkirakan meningkatkan kerentanannya terhadap korosi karena mampu menampung mikroorganisme pembentuk plak. Mikroorganisme menyebabkan penurunan pH lokal dan pengurangan oksigen yang kemudian mempengaruhi proses pasifasi. (House dkk,2003).
Gambar 2.2 Korosi sumuran (www.corrosionclinic)
3. Korosi celah ( crevice corrosion)
permukaan akrilik yang berkontak dengan logam. Hal ini diperkirakan disebabkan oleh bakteri dan biofilm permukaan antara kawat dan akrilik, sehingga mengakibatkan korosi celah dari logam (House dkk,2003).
Gambar 2.3 Korosi celah (www.substech)
4. Korosi galvanik ( galvanic corrosion)
Dalam ortodonti, korosi galvanik dapat timbul bila dua logam yang berbeda disatukan dalam pembuatan braket atau posted archwire. Dalam kasus pesawat lepas, kedua logam juga dapat berperan dalam korosi galvanik, namun situasi tersebut diperparah oleh adanya bagian sambungan yang disolder. Hal ini karena bagian sambungan solder aktif secara mekanis sehingga menyebabkannya lebih rentan terhadap korosi (Grimsdottir, Gjerdet, Hensten, 1992).
5. Korosi fretting(Fretting corrosion)
Korosi fretting terjadi di area kontak logam yang mengalami beban berkelanjutan. Misalnya pada pertemuan archwire/slot braket. Selama aplikasi beban, kedua logam mengalami proses cold welding dari tekanan pada pertemuan antara keduanya. Aplikasi kontinu tekanan demikian pada pertemuan tersebut akan menyebabkan bagian persambungan mengalami keausan, merusak lapisan oksida permukaan pelindung dan menyebabkan logam menjadi rentan terhadap korosi. (House dkk, 2008).
Gambar 2.5 Korosi fretting (www.corrosion-doctors)
2.6 Alat Uji
2.6.1 Uji Komposisi Unsur (XRF)
Uji ini dilakukan dengan menggunakan alat X-Ray Fluoresence (XRF) tipe μEDX-1300. Uji XRFbertujuanmenentukan jenis dan presentase komponen
unsur-unsur penyusun braket sebelum direndam dalam saliva buatan.
secara individu, dari emisi fluorosensi yang dihasilkan sampel saat diradiasi dengan sinar-x.31
Metode XRF secara luas digunakan untuk menentukan komposisi unsur suatu material. Karena metode ini cepat dan tidak merusak sampel, metode ini dipilih untuk aplikasi di lapangan dan industri untuk kontrol material. Tergantung pada penggunaannya, XRF dapat dihasilkan tidak hanya oleh sinar-X tetapi juga sumber eksitasi primer yang lain seperti partikel alfa, proton atau sumber elektron dengan energi yang tinggi.32
Gambar 2.6 Mesin X-Ray Fluorescence (XRF) tipe μEDX-1300.
Kelebihan dan Kekurangan Metode XRF
Kekurangan dari metode XRF adalah tidak dapat menganalisis unsur di bawah nomor atom 10.33
2.6.2. Uji Inductively Coupled Plasma (ICP)
Inductively Coupled Plasma (ICP) yang termasuk ke dalam Spektroskopi Atomik adalah sebuah teknik analisis yang digunakan untuk mendeteksi jejak logam dalam sampel dan untuk mendapatkan karakteristik unsur-unsur yang memancarkan gelombang tertentu. ICP merupakan instrumen yang digunakan untuk menganalisis kadar unsur-unsur logam dari suatu sampel dengan menggunakan metode spektrofotometer emisi. Spektrofotometer emisi adalah metode analisis yang didasarkan pada pengukuran intensitas emisi pada panjang gelombang yang khas untuk setiap unsur. Bahan yang akan dianalisis untuk alat ICP ini harus berwujud larutan yang homogen.
Prinsip kerja ICP
Langkah kerja ICP: - Preparasi Sampel
Beberapa sampel memerlukan langkah preparasi khusus seperti penambahan asam, pemanasan, dan desktruksi dengan mikrowave.
- Nebulisasi
Pelarut dihilangkan sehingga terbentuk aerosol kering. - Atomisasi
Ikatan gas putus, dan hanya ada atom. - Eksitasi/ Emisi
Atom memperoleh energi dari tumbukan dan memancarkan cahaya dari panjang gelombang yang khas.
- Deteksi/ Pemisahan
Grating mendispersikan cahaya yang dapat diukur secara kuantitatif.
Gambar 2.7 Inductively Coupled Plasma( ICP)
2.7 Landasan Teori
karena braket stainless steel merupakan braket yang paling ekonomis dan mempunyai kekuatan tinggi. Stainless steel merupakan logam campuran dari besi (komponen utama), kromium 18 %-20%, nikel 8%-10% dengan sejumlah kecil mangan, silikon dan karbon yang kadarnya kurang dari 0,1 Nikel berfungsi membantu ketahanan logam terhadap korosi serta memperkuat logam.
Konsentrasi nikel pada braket stainless steel telah banyak menimbulkan perdebatan, karena di satu sisi nikel diketahui memberikan reaksi alergi yang lebih banyak selama perawatan ortodonti dibandingkan dengan ion logam lainnya dan di sisi lain nikel merupakan salah satu elemen pembentuk austenitik.
Selama perawatan ortodonti cekat, braket selalu berada dalam rongga mulut sehingga terjadi interaksi braket dengan lingkungannya. Salah satu kriteria yang harus dipenuhi oleh braket ortodonti adalah memiliki biokompabilitas yang baik dan daya tahan yang tinggi terhadap korosi. Produk utama hasil proses korosi yang paling merugikan bagi tubuh adalah ion nikel. Pelepasan ion nikel pada braket dipengaruhi oleh komposisi kandungan logam, metode pembuatan serta lingkungan dalam mulut.
disebabkan oleh akumulasi plak dalam mulut dan kecepatan aliran saliva sehingga pH saliva dapat turun hingga 4,95.
2.8. Kerangka Konsep Penelitian
Braket stainless steel
Perendaman dalam saliva buatan selama 7 hari
Inductively Coupled Plasma (ICP)
Ion nikel yang terlepas
2.9 Hipotesis Penelitian
1. Ada pelepasan nikel dari braket standar Edgewise stainless steel SD Orthodontic USA®, Protect dan American Orthodontics pada perendaman dalam saliva buatan.
2. Terdapat perbedaan lepasnya ion nikel antara braket standar Edgewise
3. Terdapat perbedaan lepasnya ion nikel antara braket standar Edgewise
