Ilmu dan Rekayasa Material C 73 (2017) 215-219
Komunikasi singkat
Fabrikasi paduan Zn-Al-Mg yang dapat terurai secara hayati: Sifat mekanik, perilaku korosi, sitotoksisitas, dan aktivitas antibakteri
H.R. Bakhsheshi-Rad
a,⁎, E. Hamzah
b, H.T. Low
b, M. Kasiri-Asgarani
a, S. Farahany
c, E. Akbari
d, M.H. Cho
ea Pusat Penelitian Material Maju, Departemen Teknik Material, Cabang Najafabad, Universitas Islam Azad, Najafabad, Iran
b Departemen Material, Teknik Manufaktur dan Industri, Fakultas Teknik Mesin, Universiti Teknologi Malaysia (UTM), 81310 Johor Bahru, Johor, Malaysia
c Departemen Teknik Material dan Mesin, Universitas Teknik Buein Zahra, Qazvin 3451745346, Iran
d Departemen Mikrobiologi, Fakultas Ilmu Biologi, Cabang Falavarjan, Universitas Islam Azad, Isfahan, Iran
e KISWIRE Sdn. Bhd, Pusat Penelitian dan Pengembangan, Johor, Malaysia
a r t i k l e i n f o
Riwayat artikel:
Diterima 12 Juni 2016
Diterima dalam bentuk revisi 7 Oktober 2016
Diterima 29 November 2016 Tersedia secara online pada tanggal 1 Desember 2016
Kata kunci Paduan seng Struktur mikro Sifat mekanik Korosi Sitotoksisitas Aktivitas antibakteri
a b s t r a c t
Dalam penelitian ini, paduan biner Zn-0.5Al dan terner Zn-0.5Al-xMg dengan berbagai kandungan Mg diselidiki sebagai bahan yang dapat terurai secara biologis untuk aplikasi implan. Dibandingkan dengan Zn-0.5Al (fase tunggal), paduan Zn-0.5Al-xMg terdiri dari α-Zn dan Mg2 (Zn, Al)11 dengan struktur lamelar yang halus. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa paduan terner Zn-Al-Mg memberikan nilai kekerasan mikro, kekuatan tarik dan ketahanan korosi yang lebih tinggi dibandingkan dengan paduan biner Zn-Al. Selain itu, kekuatan tarik dan ketahanan korosi meningkat dengan meningkatnya kandungan Mg dalam paduan terner. Uji perendaman juga menunjukkan bahwa laju korosi dalam urutan berikut Zn-0.5Al-0.5Mg b Zn-0.5Al-0.3Mg b Zn-0.5Al-0.1Mg b Zn-0.5Al. Uji sitotoksisitas menunjukkan bahwa paduan Zn-0.5Al-0.5Mg memberikan viabilitas yang lebih tinggi pada sel MC3T3-E1 dibandingkan dengan paduan Zn-0.5Al, yang menunjukkan biokompatibilitas yang baik. Hasil aktivitas antibakteri dari paduan Zn-0.5Al dan Zn-0.5Al-Mg terhadap Escherichia coli menunjukkan beberapa aktivitas antibakteri, sedangkan Zn-0.5Al-0.5Mg secara signifikan menghambat pertumbuhan Escherichia coli. Dengan demikian, paduan Zn-0.5Al-0.5Mg dengan sifat mekanik yang sesuai, laju korosi yang rendah, biokompatibilitas yang baik, dan aktivitas antibakteri diyakini sebagai kandidat yang baik sebagai bahan tanaman yang dapat terurai secara hayati.
© 2016 Elsevier BV Semua hak cipta dilindungi undang-undang.
1. Pendahuluan
Seng dengan potensial korosi standar (-0,8 V vs Standard Hy- drogen Electrode (SHE)) di antara magnesium (-2,37 V vs SHE) dan besi (-0,4 V vs SHE) merupakan kandidat yang menjanjikan sebagai logam biodegradable [1]. Konsentrasi Zn dalam tingkat serum darah normal adalah antara 12,4 dan 17,4 μmol / L yang sangat penting untuk sistem kekebalan tubuh [2]. Rekomendasi harian Zn untuk orang dewasa dan bayi masing-masing adalah 10 dan 2 mg per hari, dan merupakan faktor pendukung untuk enzim alkali fosfatase dalam tulang dan tulang rawan [3]. Zn dan paduannya juga menunjukkan tingkat degradasi yang lebih lambat dibandingkan dengan Mg dan paduannya. Selain itu, ini menunjukkan biokompatibilitas yang baik, merangsang mineralisasi tulang, dan membantu dalam kalsifikasi patologis [2,4]. Namun, mirip dengan magnesium murni, penggunaan klinis seng murni terbatas karena kekuatan mekaniknya yang lemah dengan kekuatan tarik sekitar 20 MPa dan perpanjangan sekitar 0,2%
[5]. Peningkatan sifat mekanik dapat dicapai dengan menambahkan elemen paduan seperti Al, Mg, Mn dan Sr. Penambahan Al ke dalam paduan seng meningkatkan kekuatan tarik, kekerasan dan
* Penulis korespondensi.
Alamat email: [email protected], [email protected] (H.R.
Bakhsheshi-Rad).
Daftar isi tersedia di ScienceDirect
Ilmu dan Teknik Material C
beranda harian: www.elsevier.com/l ocate/msec
Subscribe to DeepL Pro to translate larger documents.
Visit www.DeepL.com/pro for more information.
ketahanan korosi seng murni [6,7]. Sejumlah tim peneliti yang meneliti kinerja histologis AZ31 dan hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa Mg yang mengandung 3 wt.% aluminium tidak berdifusi ke jaringan di sekitarnya selama degradasi paduan [6-8].
Selain itu, mereka juga melaporkan bahwa sejumlah kecil aluminium yang dilepaskan secara terus menerus selama proses degradasi dapat ditoleransi [6-8]. Sebagai elemen paduan penting lainnya, Mg dan paduannya digunakan untuk aplikasi biomedis di bidang kardiovaskular dan muskuloskeletal [3, 6,9]. Hal ini disebabkan oleh biokompatibilitas yang baik, kepadatan rendah, dan modulus elastisitas yang dekat dengan tulang manusia dan non-toksisitas [3,9].
Lebih jauh lagi, penambahan magnesium ke Zn murni dapat
meningkatkan kekuatan tarik dan kekerasan Zn murni [1]. Namun, studi tentang sifat mekanik, perilaku korosi dan sifat antibakteri dari paduan Zn-Al-Mg dengan berbagai kandungan Mg tidak dapat ditemukan dalam literatur. Oleh karena itu, dalam penelitian ini, struktur mikro, perilaku korosi dan sifat antibakteri dari paduan berbasis Zn biner dan terner diselidiki.
2. Prosedur eksperimental
Paduan berbasis Zn dibuat dengan melelehkan kepingan Zn murni (99,9 % berat), ingot Mg murni (99,9 % berat), dan Al murni (99,9 % berat) dalam
http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2016.11.138
0928-4931/© 2016 Elsevier B.V. Semua hak cipta dilindungi undang-undang.
216 H.R. Bakhsheshi-Rad dkk. / Ilmu Pengetahuan dan Rekayasa Material C 73 (2017) 215-219
tungku tahan di bawah atmosfer gas pelindung (60% Ar / 40% CO2 ).
Elemen-elemen tersebut ditempatkan dalam wadah baja ringan yang dilapisi dengan boron ni- tride. Wadah ditahan pada suhu 580 ° C selama 20 menit untuk melelehkan bahan dan 10 menit lebih lanjut untuk memungkinkan homogenisasi lelehan. Komposisi paduan nominal adalah 0,5 wt.% Al, dan 0,1, 0,3 dan 0,5 wt.% Mg, dengan sisanya adalah Zn. Difraktometri sinar-X (Sie-mens-D500) digunakan untuk identifikasi fasa menggunakan radiasi Cu-Kα yang dihasilkan pada 40 kV dan 35 mA. Pengamatan mikrostruktur dilakukan dengan menggunakan mikroskop elektron pemindaian (SEM; JEOL JSM- 6380LA). Uji tarik dilakukan dengan menggunakan mesin uji universal Instron-5569 dengan laju perpindahan 2,0 mm/menit pada suhu ruang sesuai dengan standar ASTM-E8/E8M-08 [10]. Uji tarik diulang lima kali untuk memeriksa reprodusibilitas hasil pengujian.
Kekerasan mikro rata-rata (n = 5, di mana n menunjukkan jumlah ulangan) dari paduan diukur dengan alat uji kekerasan Vickers (Shimadzu) menggunakan beban 5 kg. Sel tiga elektroda digunakan untuk uji polarisasi potensiodinamik (PARSTAT 2263) dalam larutan simulasi cairan tubuh (SBF) menurut referensi [9]. Spektrum impedansi elektrokimia (EIS) direkam pada rentang frekuensi 0,01 Hz hingga 100 kHz menggunakan mesin VersaSTAT 3. Sampel distabilkan selama 30 menit menurut referensi [9]. Prosedur uji perendaman dilakukan berdasarkan standar ASTM G31-72. Larutan Kokubo SBF dibuat sesuai dengan metode yang dilaporkan sebelumnya [11]. Nilai pH rata-rata (n = 5) dari larutan SBF dari tiga pengukuran dicatat selama percobaan setelah selang waktu 24 jam.
Metode Methylthiazolyldiphenyl-tetrazolium bromide (MTT) digunakan untuk mengevaluasi toksisitas sel MC3T3-E1 dari paduan berbasis Zn. Rincian uji MTT dapat dilakukan sesuai dengan referensi [12]. Aktivitas antibakteri dari paduan berbasis Zn biner dan terner terhadap Escherichia coli PTCC 1330 (bakteri Gram-negatif) diinvestigasi sesuai dengan pengujian sensitivitas antibiotik difusi cakram. Bakteri ini disediakan dari Persian Type Culture Collection, Iran. Peralatan gelas disterilkan selama 15 menit dalam autoklaf pada suhu 121°C sebelum percobaan. Larutan stok bakteri dibuat dengan mencampurkan 5-10 koloni bakteri dengan loop steril dalam Muller Hinton broth (Merck) dan diinkubasi selama 24 jam dan kemudian dibandingkan dengan kekeruhan suspensi dengan standar 0,5 McFarland. Untuk pengujian sensitivitas antibiotik dengan metode disk diffusion, media agar Muller-Hinton (Merck) ditetesi dengan masing-masing organisme, dan masing-masing sampel ditempatkan pada lempeng agar dan diinkubasi pada suhu 37°C selama 24 jam dalam inkubator.
Percobaan ini diulangi tiga kali dan hanya gambar terbaik yang difoto dengan menggunakan kamera digital.
3. Hasil dan pembahasan
Gbr. 1 menunjukkan mikrograf SEM dari biner Zn-0,5Al yang terdiri dari larutan padat α-Zn karena kelarutan Al yang tinggi dalam Zn yaitu sekitar 1,1 % berat pada suhu 382 °C. Dalam hal ini, dilaporkan [2]
bahwa paduan Zn-Al terdiri dari struktur mikro fasa tunggal dan butiran yang lebih kasar. Namun, paduan terner Zn-0.5Al-xMg dengan kandungan Mg yang berbeda terdiri dari α-Zn dan Mg2 (Zn, Al)11
dengan struktur lamelar yang halus (Gbr. 1b-d). Analisis spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDS) dari titik yang berbeda di area A juga mengungkapkan bahwa area ini terdiri dari Zn (85 ± 2 wt.%), Al (13
± 1 wt.%) dan Mg (2 ± 1 wt.%), yang selanjutnya mengkonfirmasi pembentukan Mg2 (Zn, Al)11 . Unsur-unsur serupa juga ditemukan di daerah B. Berdasarkan hasil analisis, batas butir diperkaya dengan Zn, Al dan Mg, yang mengindikasikan bahwa fasa eutektik terdiri dari fasa intermetalik α-Zn dan Mg2 (Zn, Al) .11
Hasil XRD dari paduan biner Zn-Al menunjukkan puncak α-Zn;
namun, paduan terner Zn-Al-Mg menunjukkan puncak fasa Mg2
(Zn, Al)11 selain α-Zn (Gbr. 2a). Sifat mekanik dari paduan Zn-0.5Al terner dibandingkan dengan paduan Zn-0.5Al-Mg terner menunjukkan bahwa kekuatan tarik ultimat (79 ± 2 MPa) dan perpanjangan (1.5 ± 0.1%) dari paduan biner meningkat menjadi 93 ± 3 MPa dan 1.7 ± 0.1%, masing-masing setelah penambahan 0.3 Mg pada paduan biner (Gbr. 2b). Lebih jauh lagi, UTS dan perpanjangan lebih lanjut meningkat menjadi 102 ± 4 MPa dan 2 ± 0,1%, masing- masing ketika 0,5 % berat Mg dimasukkan ke dalam paduan biner [1]. Hal ini dapat disebabkan oleh adanya fasa Mg2 (Zn, Al)11 yang menghambat gerak batas butir dan pertumbuhan butir paduan terner Zn-Al-Mg. Kubásek [3] juga menyebutkan bahwa deretan fasa sekunder terpisah satu sama lain dan faktor ini secara signifikan mempengaruhi sifat mekanik paduan biner Zn-0.8Mg. Nilai kekerasan Zn-0.5Al adalah 71 ± 2 kg/mm2 , yang meningkat menjadi 79 ± 3 dan 87 ± 3 kg/mm2 dengan meningkatnya kandungan Mg dalam paduan Zn-0.5Al-0.1Mg dan Zn-0.5Al-0.3Mg.
Nilai kekerasan yang lebih rendah dari paduan bi-nary Zn-0.5Al dibandingkan dengan paduan terner Zn-0.5Al-Mg disebabkan oleh kelarutan Al yang lebih tinggi dalam Zn dan tidak adanya fasa sekunder. Dilaporkan [2] bahwa keberadaan Al bahkan pada kandungan yang lebih tinggi (1 wt.%) dalam paduan biner Zn-Al kurang efektif dalam meningkatkan kekerasan paduan berbasis Zn.
Namun, penambahan 0,5 wt.% Mg menyebabkan peningkatan lebih lanjut dari nilai kekerasan hingga 94 ± 4 kg/mm2 karena adanya jumlah yang lebih tinggi dari fasa sekunder pada batas butir yang dapat bertindak sebagai penghalang geser batas butir. Demikian pula, Mostaed dkk. [2] menunjukkan bahwa nilai kekerasan paduan biner Zn-Mg meningkat secara monoton dengan meningkatnya kandungan Mg. Nilai kekerasannya meningkat secara monoton dengan meningkatnya kandungan Mg.
H.R. Bakhsheshi-Rad dkk. / Ilmu Pengetahuan dan Rekayasa Material C 73 (2017)
215-219 217
Gbr. 1. Morfologi permukaan (a) Zn-0.5Al, (b) Zn-0.5Al-0.1Mg (c) Zn-0.5Al-0.3Mg dan (d) Zn-0.5Al-0.5Mg dan analisis EDS yang sesuai.
218 H.R. Bakhsheshi-Rad dkk. / Ilmu Pengetahuan dan Rekayasa Material C 73 (2017) 215-219
Gbr. 2. (a) Pola difraksi sinar-X dan (b) kurva tegangan-regangan tipikal paduan Zn-0,5Al, Zn-0,5Al-0,1Mg, Zn-0,5Al-0,3Mg, dan Zn-0,5Al-0,5Mg.
Kekerasan Vickers Zn juga meningkat setelah penambahan 3,4 % berat Mg pada seng karena adanya fasa intermetalik Mg Zn211 [3].
Hasil uji elektrokimia dalam larutan Kokubo menunjukkan bahwa Zn-0.5Al memiliki potensial yang lebih negatif (-1074 ± 12 mVSCE ) dibandingkan dengan Zn-0.5Al-0.1Mg (- 1065 ± 13 mVSCE ), Zn- 0.5Al-0.3Mg (- 1034 ± 11 mVSCE ), dan paduan Zn-0.5Al-0.5Mg (-1018 ±
12 mVSCE ), menunjukkan bahwa penambahan Mg memiliki efek positif pada ketahanan korosi paduan biner dan mengarah pada pembentukan lapisan oksida yang mengandung Mg (Gbr. 3a).
Kepadatan arus korosi paduan Zn-0.5Al adalah 20.4 ± 1.3 μA/cm2 , yang lebih tinggi dari paduan Zn-0.5Al-0.5Mg (9.5 ± 0.3 μA/cm2 ).
Pengaruh magnesium pada ketahanan korosi material memang rumit. Di satu sisi
Di satu sisi, penambahan jumlah Mg yang lebih tinggi pada paduan Zn-0.5Al-Mg menyebabkan pembentukan lebih banyak sel mikro galvanik antara Zn dan Mg2 (Zn, Al)11 yang meningkatkan laju korosi pada paduan berbasis Zn. Di sisi lain, jumlah penambahan Mg yang lebih tinggi mengarah pada pembentukan fase sekunder yang tersebar secara homogen dalam matriks, yang mengarah pada pembentukan lapisan permukaan yang seragam dari produk korosi yang mengandung Mg yang menunda terjadinya korosi lokal dan secara efektif dapat melindungi paduan berbasis Zn. Dalam penelitian ini, efek positif dari penggabungan magnesium terhadap ketahanan korosi mungkin memainkan peran dominan untuk paduan Zn-0.5Al-xMg. Plot Nyquist dari paduan Zn-0.5Al dan terner Zn- 0.5Al-Mg terdiri dari dua loop kapasitif dalam rentang frekuensi tinggi dan menengah
Gbr. 3. (a) Kurva polarisasi potensiodinamik, (b) pengukuran spektroskopi impedansi elektrokimia, (c) perubahan nilai pH dan (d) laju korosi sampel paduan Zn-0.5Al, Zn-0.5Al-0.1Mg, Zn-0.5Al-0.3Mg, dan Zn-0.5Al-0.5Mg di dalam larutan SBF.
H.R. Bakhsheshi-Rad dkk. / Ilmu Pengetahuan dan Rekayasa Material C 73 (2017)
215-219 219
rentang frekuensi (Gbr. 3b). Plot Nyquist mengungkapkan adanya dua loop kapasitif pada frekuensi tinggi dan menengah yang sesuai dengan dua konstanta waktu. Loop kapasitif pada frekuensi tinggi mewakili resistansi film, dan loop kapasitif frekuensi menengah yang terkait dengan relaksasi transpor massa pada fase padat adalah hasil dari pembentukan lapisan produk korosi. Faktanya, spektrum EIS dari paduan biner dan terner memiliki pola yang sama tetapi diame yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa paduan tersebut memiliki mekanisme korosi yang serupa dengan laju korosi yang berbeda. Gbr.
3b juga menunjukkan rangkaian ekuivalen yang digunakan untuk mensimulasikan pengukuran EIS dari paduan berbasis Zn. Rangkaian terdiri dari kapasitansi lapisan ganda Cdl paralel dengan resistansi transfer muatan Rct yang mewakili antarmuka antara elektrolit dan paduan Zn. Re mewakili resistansi larutan, Cc adalah kapasitansi lapisan produk korosi dan Rct adalah resistansi transfer muatan dari paduan Zn. Grafik menunjukkan bahwa penambahan Mg pada paduan biner Zn-0.5Al menghasilkan peningkatan diameter loop kapasitif yang berarti ketahanan korosi meningkat. Dalam hal ini, resistansi transfer muatan (Rct ) dari paduan Zn-0.5Al-0.5Mg (1823 ± 15 Ω cm2 ) lebih tinggi dibandingkan dengan Zn-0.5Al (1605 ± 13 Ω cm2 ) dan sampel yang tidak dilapisi. Dapat dilihat pada Gbr. 3c bahwa nilai pH larutan SBF untuk paduan berbasis Zn cenderung meningkat pada tahap awal pencelupan, karena pembentukan sejumlah besar ion OH− . Namun, seiring dengan bertambahnya waktu pencelupan, nilai pH larutan tetap pada nilai semi stabil, karena pembentukan Zn-oksida/oksida terhidrasi dan kalsium-magnesium fosfat
yang mengkonsumsi OH− dalam larutan SBF. Metode pemantauan pH telah digunakan dalam beberapa penelitian di mana nilai pH yang lebih rendah menunjukkan laju korosi yang lebih rendah dari paduan [13].
Dari grafik juga dapat diamati bahwa semua paduan berbasis Zn terner menunjukkan nilai pH yang lebih rendah dibandingkan dengan paduan Zn biner selama seluruh waktu perendaman. Penurunan berat sampel Zn-0.5Al sedikit lebih tinggi dibandingkan dengan Sampel Zn-0.5Al-Mg (Gbr. 3d). Sebagai contoh, laju korosi Zn-0,5Al,
Zn-0,5Al-0,1Mg dan Zn-0,5Al-0,5Mg adalah 0,15 ± 0,01 mm/tahun, 0,13 ± 0,01 mm/tahun, 0,11 ± 0,01 mm/tahun. Juga dapat disimpulkan bahwa penurunan berat paduan terner menurun dengan meningkatnya kandungan Mg, yang menunjukkan bahwa paduan berbasis Zn yang mengandung 0,5 wt% Mg menunjukkan tingkat degradasi terendah (0,08 ± 0,01 mm/tahun). Hal ini dapat disebabkan oleh lebih banyak penggabungan magnesium ke dalam produk korosi yang tidak larut yang dapat bertindak sebagai lapisan penghalang untuk mencegah infiltrasi lebih lanjut dari larutan agresif ke dalam permukaan paduan.
Gbr. 4 menunjukkan morfologi permukaan sampel Zn-0.5Al dan Zn- 0.5Al-xMg setelah 720 jam perendaman dalam larutan Kokubo.
Permukaan paduan biner Zn-0.5Al sebagian ditutupi dengan produk putih yang dikemas secara longgar dengan morfologi yang tidak teratur. Namun, sebagian besar permukaan paduan Zn-0.5Al-Mg terner ditutupi secara seragam dengan produk korosi yang tidak larut dan relatif kompak dengan morfologi bola yang dapat bertindak sebagai lapisan penghalang pelindung dari korosi agresif pada paku [14].
Analisis EDS mengungkapkan bahwa produk korosi dari paduan biner dan terner sebagian besar terdiri dari elemen matriks seng, oksigen, fosfor dan kalsium, yang menunjukkan pembentukan seng
Gambar 4. Morfologi SEM dari (a) Zn-0.5Al, (b) Zn-0.5Al-0.1Mg, (c) Zn-0.5Al-0.3Mg dan (d) Zn-0.5Al-0.5Mg setelah perendaman dalam SBF, (e) viabilitas MC3T3-E1 dan (f) aktivitas
220 H.R. Bakhsheshi-Rad dkk. / Ilmu Pengetahuan dan Rekayasa Material C 73 (2017) 215-219
antibakteri sampel paduan Zn-0.5Al-xMg.
H.R. Bakhsheshi-Rad dkk. / Ilmu Pengetahuan dan Rekayasa Material C 73 (2017)
215-219 221
fosfat, seng karbonat dan seng hidroksida Zn(OH)2 . Hasil ini sesuai dengan temuan referensi [3].
Gambar 4e menunjukkan viabilitas sel yang dikultur dalam media ekstraksi paduan biner dan terna berbasis Zn. Hasil dari grafik tersebut menunjukkan bahwa paduan terna- ry menunjukkan viabilitas sel MC3T3-E1 yang lebih tinggi dibandingkan dengan paduan biner (101
± 1%). Selanjutnya, penambahan Mg dari 0,1 hingga
0,5 wt.% ke paduan biner Zn-0,5Al dapat meningkatkan viabilitas sel dari 102 ± 1% menjadi 108 ± 1%, yang dapat dikaitkan dengan tingkat pelarutan yang rendah dan nilai pH dari paduan terner yang mengandung 0,1-0,5 wt.% Mg saat terpapar pada lingkungan fisiologis.
Hennig dkk. [15] menemukan bahwa seng sebagai antioksidan dan penstabil membran endotel menunjukkan sifat antiaterogenik yang kuat, meningkatkan integritas endotel, dan melindungi sel penyusun dari gangguan yang disebabkan oleh lipid atau sitokin. Selain itu, Yamaguchi dkk. [16] melaporkan bahwa pemberian seng telah menghasilkan peningkatan yang cukup besar dalam beberapa parameter mineralisasi tulang seperti kandungan kalsium tulang, aktivitas fosfatase alkali, dan kandungan kolagen pada kultur jaringan calvarium tikus.
Gambar 4f menunjukkan aktivitas antibakteri dari sampel berbasis Zn yang ditentukan dengan uji difusi cakram terhadap E. coli.
Pembentukan zona hambat menegaskan bahwa semua paduan biner dan terner berbasis Zn memiliki aktivitas anti bakteri, tetapi sampel paduan terner Zn-Al-Mg menunjukkan zona hambat yang lebih tinggi daripada paduan biner Zn-0,5Al terhadap E. coli. Zona hambat untuk Zn- 0.5Al, Zn-0.5Al-0.1Mg, Zn-0.5Al-0.3Mg, Zn-0.5Al-0.5Mg terhadap E. coli PTCC 1330 adalah 1.9 ± 0.1, 3.3 ± 0.2, 5.2 ± 0.2 dan
6,3 ± 0,2 mm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa zona hambat meningkat dengan meningkatnya kandungan Mg pada pelat logam.
Dalam pandangan ini, Robinson dkk. [17] menunjukkan bahwa logam Mg memiliki efek pada CFU bakteri Gram-negatif dan Gram-positif yang mirip dengan efek antibiotik fluoroquinolone bakterisida (enrofloxacin). Selain itu, hasil penelitian mereka juga menunjukkan bahwa produk korosi Mg dapat menghambat pertumbuhan E. coli, P.
aeruginosa dan S. aureus. Ion seng (II) dapat membentuk ikatan yang kuat dengan gugus tiol, imidazol, amino dan karboksil dari protein membran mikroorganisme bakteri S. aureus, sehingga menyebabkan perubahan struktur pada membran, sehingga mengganggu transportasi nutrisi/protein dan menyebabkan kematian bakteri [18]. Penelitian lain juga menyebutkan bahwa Zn dapat berikatan dengan DNA bakteri, sehingga menghambat replikasi atau inaktivasi protein bakteri [19-21].
4. Kesimpulan
Dalam penelitian ini, sifat mekanik, perilaku korosi, sitotoksisitas dan aktivitas antibakteri paduan Zn-0,5Al-xMg dengan konsentrasi Mg yang berbeda (0,1, 0,3 dan 0,5 % berat) diselidiki. Ditemukan bahwa paduan Zn-0.5Al-xMg terdiri dari α-Zn dan
Mg2 (Zn, Al)11 , sedangkan pada paduan Zn-0.5Al, hanya α-Zn yang terdeteksi. Hasil sifat mekanik menunjukkan peningkatan kekuatan tarik, perpanjangan dan kekerasan setelah penambahan Mg pada paduan Zn-Al. Paduan Zn-0.5Al-xMg menunjukkan ketahanan korosi yang lebih baik daripada paduan Zn-Al. Selain itu, laju korosi menurun dengan peningkatan kandungan Mg dari 0,1 menjadi 0,5 wt.% setelah 720 jam perendaman dalam larutan SBF. Hasil sitotoksisitas menunjukkan bahwa paduan Zn-0.5Al-0.5Mg bersifat biokompatibel dan menunjukkan aktivitas antibakteri yang lebih baik daripada paduan lainnya. Sifat-sifat ini menjadikan Zn-0.5Al-0.5Mg kandidat yang lebih disukai untuk bahan biodegradable ortopedi.
Ucapan terima kasih
Para penulis mengucapkan terima kasih kepada Kementerian Pendidikan Tinggi Malaysia (MOHE) dan Universiti Teknologi Malaysia yang telah memberikan dukungan finansial dan fasilitas untuk penelitian ini.
Referensi
[1] X. Liu, J. Sun, Y. Yang, F. Zhou, Z. Pu, L. Li, Y. Zheng, Mater. Lett. 162 (2016) 242-245.
[2] E. Mostaed, MS Jasinska, A. Mostaed, S. Loffredo, dkk., J. Mech. Behav. Biomed.
Mater. 60 (2016) 581-602.
[3] J. Kubásek, D. Vojtěch, E. Jablonská, I. Pospíšilová, J. Lipov, T. Ruml, Mater. Sci.
Eng. C 58 (2016) 24-35.
[4] E. Jablonská, D. Vojtěch, M. Fousová, J. Kubásek, J. Lipov, J. Fojt, T. Ruml, Mater.
Sci. Eng. C (2016)http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2016.05.114.
[5] X. Liu, J. Sun, K. Qiu, Y. Yang, Z. Pu, L. Li, Y. Zheng, J. Paduan Compd. 664 (2016) 444- 452.
[6] B. Homayun, A. Afshar, J. Paduan Compd. 607 (2014) 1-10.
[7] B.R. Sunil, T.S.S. Kumar, U. Chakkingal, V. Nandakumar, M. Doble, dkk., Mater. Sci.
Eng. C 59 (2016) 356-367.
[8] W. Sun, G. Zhang, L. Tan, K. Yang, H. Ai, Mater. Sci. Eng. C 63 (2016) 506-511.
[9] H.R. Bakhsheshi-Rad, E. Hamzah, M. Kasiri-Asgarani, S. Jabbarzare, N. Iqbal, M.R.A.
Kadir, Mater. Sci. Eng. C 60 (2016) 526-537.
[10] ASTM E8/E8M-08, Metode Uji Standar untuk Pengujian Tegangan Bahan Logam, 2008.
[11] T. Kokubo, H. Takadama, Biomaterials 27 (2006) 2907-2915.
[12] E. Willbold, X. Gu, D. Albert, K. Kalla, dkk., Acta Biomater. 11 (2015) 554-562.
[13] X. Lin, L. Tan, Q. Zhang, dkk., Acta Biomater. 9 (2013) 8631-8642.
[14] H.R. Bakhsheshi-Rad, E. Hamzah, A.F. Ismail, Z. Sharer, M.R. Abdul-Kadir, M.
Daroonparvar, S.N. Saud, M. Medraj, J. Paduan Compd. 648 (2015) 1067-1071.
[15] B. Hennig, M. Toborek, C.J. McClain, Nutrition 12 (1996) 711-717.
[16] M. Yamaguchi, H. Oishi, Y. Suketa, Biokimia. Pharmacol. 36 (1987) 4007-4012.
[17] DA Robinson, RW Griffith, D. Shechtman, RB Evans, MG Conzemius, Acta Biomater.
6 (2010) 1869-1877.
[18] C. Zhao, H. Wu, P. Hou, J. Ni, P. Han, X. Zhang, Mater. Lett 180 (2016) 42-46.
[19] N. Iqbal, M.R.A. Kadir, N.H. Mahmood, dkk., Ceram. Int. 40 (2014) 4507-4513.
[20] MR Bafandeh, R. Gharahkhani, MH Fathi, J. Adv. Mater. Proses 4 (2016) 3-13.
[21] S.N. Saud, R. Hosseinian, H.R. Bakhsheshi-Rad, F. Yaghoubidoust, dkk., Mater. Sci.
Eng. C 68 (2016) 687-694.
