Paduan mikro dengan Mn dalam paduan Zn-Mg untuk aplikasi logam yang dapat terurai secara hayati di masa depan

Paduan mikro dengan Mn dalam paduan Zn-Mg untuk aplikasi logam yang dapat terurai secara hayati di masa depan

Xiwei Liu, Jianke Sun, Feiyu Zhou, Yinghong Yang, Rencao Chang, Kejin Qiu, Zhongjie Pu, Li Li, Yufeng Zheng

PII: S0264-1275(15)30987-4

DOI: doi: 10.1016/j.matdes.2015.12.128 Referensi: JMADE

1152 Untuk ditampilkan di:

Tanggal diterima: 12 September 2015 Tanggal revisi: 2 Desember 2015 Tanggal diterima: 21 Desember 2015

Silakan kutip artikel ini sebagai: Xiwei Liu, Jianke Sun, Feiyu Zhou, Yinghong Yang, Rencao Chang, Kejin Qiu, Zhongjie Pu, Li Li, Yufeng Zheng, Paduan mikro dengan Mn dalam paduan Zn-Mg untuk aplikasi logam yang dapat terurai secara hayati di masa depan, (2015), doi: 10.1016 / j.matdes.2015.12.128

Ini adalah file PDF dari naskah yang belum diedit yang telah diterima untuk dipublikasikan. Sebagai layanan kepada pelanggan kami, kami menyediakan naskah versi awal ini. Naskah ini akan melalui proses penyuntingan, penyusunan huruf, dan peninjauan ulang sebelum diterbitkan dalam bentuk final. Harap diperhatikan bahwa selama proses produksi, kesalahan dapat ditemukan yang dapat memengaruhi konten, dan semua sanggahan hukum yang berlaku untuk jurnal ini berlaku.

Subscribe to DeepL Pro to translate larger documents.

Visit www.DeepL.com/pro for more information.

NASKAH YANG

DITERIMA

Paduan mikro dengan Mn dalam paduan Zn-Mg untuk aplikasi logam yang dapat terurai secara hayati di masa depan

Xiwei Liu^a,b,c , Jianke Sun^a,b,c , Feiyu Zhou^b , Yinghong Yang^b , Rencao Chang^b , Kejin Qiu^b , Zhongjie Pu^b,c *, Li Li^a , Yufeng Zheng

*^a,d

a Pusat Bahan dan Teknik Biomedis, Universitas Teknik Harbin, Harbin 150001,

Cina

b Lepu Medical Technology Co, Ltd, Beijing102200, Cina

c Pusat Penelitian Teknik Nasional untuk Intervensi Eksplan Penyakit Jantung Instrumen dan

Peralatan Medis, Beijing102200, Cina

d Departemen Ilmu dan Teknik Material, Sekolah Tinggi Teknik, Universitas Peking, Beijing 100871,

Tiongkok

* Penulis korespondensi.

Alamat:

Lepu Medical Technology Co, Ltd, Gedung 7, Jalan ChaoQian No.37, Changping Tech. Zone, Beijing102200, Cina

Tel: +86 10 80123498Faks: +86 10 80120666

E-mail: Zhongjiepu2009@163.com; Zhongjie_pu@lepumedical.com (Zhongjie Pu)

Departemen Ilmu dan Teknik Material, Fakultas Teknik, Universitas Peking, Jalan Yi-He-Yuan No. 5, Distrik Hai-Dian, Beijing 100871, Tiongkok (Yufeng Zheng)

yfzheng@pku.edu.cn (Yufeng Zheng)

NASKAH YANG

DITERIMA

ABSTRAK:

Zn sebagai logam baru yang dapat terurai secara hayati memiliki potensi besar dalam aplikasi implan yang dapat terurai secara biologis karena memiliki biokompatibilitas yang sangat baik dan lebih tahan terhadap korosi daripada Mg. Dalam penelitian ini, pengaruh unsur paduan mikro Mn pada paduan Zn- Mg dipelajari dengan sifat mekanik, perilaku degradasi in vitro, dan hemokompatibilitas yang dievaluasi dibandingkan dengan Zn murni sebagai kontrol. Paduan Zn-Mg-Mn eksperimental terdiri dari matriks Zn dan fasa sekunder (MgZn2 ). Sementara itu, ingot paduan Zn-Mg-Mn menunjukkan kekuatan luluh (YS), kekuatan tarik ultimat (UTS), dan kekerasan yang jauh lebih tinggi dibandingkan dengan Zn murni. Namun perpanjangannya berkurang. Hasil perendaman dalam larutan Hank selama 30 hari menunjukkan bahwa urutan laju korosi dari tinggi ke rendah adalah: paduan Zn-1Mg-0.1Mn as- cast > paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn as-cast > Zn murni. Konsekuensi dari uji elektrokimia menunjukkan bahwa laju korosi yang dihitung mengikuti urutan peringkat: paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cor > paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn as-cor > Zn murni. Hasil laju hemolisis dan adhesi trombosit menyiratkan bahwa paduan yang diteliti memiliki kompatibilitas darah yang baik. Selanjutnya, setelah pengerolan panas, YS, UTS, elongasi dan kekerasan paduan Zn-1Mg-0.1Mn semakin meningkat dan memiliki kinerja mekanik yang unggul (YS 195.02 MPa, UTS 299.04 MPa, Perpanjangan 26.07%, Kekerasan 107.82 Hv), laju korosi yang sesuai (Vcorr 0,25 mm/tahun) dan hemokompatibilitas yang sangat baik (laju hemolisis 1,10% dan tidak ada tanda-tanda trombogenisitas), menunjukkan kandidat yang lebih disukai sebagai bahan implan yang dapat terurai secara hayati.

Kata kunci: Logam yang dapat terurai secara hayati; Paduan Zn-Mg-Mn; Sifat mekanis; Degradasi in vitro; Hemokompatibilitas.

NASKAH YANG

DITERIMA

1. Pendahuluan

Logam biodegradable (BM) memiliki prospek aplikasi yang luas dalam implan ortopedi dan perangkat intervensi kardiovaskular, karena kombinasi kemampuan degradasi dan biokompatibilitas yang sangat baik. Selain itu, sebagai kelas bahan logam biomedis dengan sifat mekanik yang baik, BM telah menarik minat terbesar [1-3]. Berdasarkan hal tersebut, penelitian telah difokuskan pada kelayakan pengembangan berbagai jenis BM, terutama berkonsentrasi pada BM berbasis Mg [4-11], BM berbasis Fe [12-15] dan BM berbasis Zn [16-18]. BM berbasis Mg telah menarik perhatian besar sebagai implan karena potensi korosinya yang sangat rendah, sifat mekanik yang mirip dengan tulang alami tubuh dan biokompatibilitas ion magnesium [4, 19]. Namun demikian, kekuatan mekanik dan modulus elastisitasnya yang rendah tidak dapat memenuhi persyaratan sifat mekanik implan buatan karena tidak dapat menopang kerasnya aktivitas sehari-hari pasien, sementara itu, mereka terkorosi dengan cepat sehingga tidak dapat memberikan dukungan yang efektif sebelum pemulihan setelah implantasi ke dalam tubuh [4,5,19]. Telah diketahui bahwa Fe sangat penting bagi kehidupan manusia, yang memainkan peran penting dalam aktivitas biokimia [20]. Paduan berbasis Fe juga menjadi pilihan untuk menjadi bahan yang sesuai untuk keluarga BM. Dibandingkan dengan BM berbasis Mg, paduan berbasis Fe dianggap sebagai kandidat alternatif yang menarik, karena kinerja mekaniknya yang baik mendekati baja tahan karat 316L dan tanpa evolusi hidrogen selama degradasi [21]. Namun, penelitian telah menunjukkan bahwa kekurangan laju degradasi yang lambat membatasi aplikasi, yang mana uji coba pada hewan menunjukkan laju degradasi yang lambat, menyebabkan reaksi yang mirip dengan aplikasi permanen [1, 22].

Seng dengan potensi elektroda berada di antara magnesium dan besi, yang berada di bawah kondisi untuk memenuhi kebutuhan klinis, memberikan pilihan untuk menjadi bahan yang sesuai untuk BM.

Selain itu, Zn secara luas diakui sebagai elemen nutrisi untuk fungsi biologis dasar pada manusia.

NASKAH YANG

DITERIMA

tubuh karena terkait dengan metabolisme asam nukleat, metabolisme tulang, dan terlibat dalam sintesis seperti DNA polimerase, RNA polimerase, dan banyak faktor transkripsi [23]. Setelah itu, Zn murni telah diselidiki untuk aplikasi klinis yang potensial [16, 18]. Namun sepengetahuan kami, Zn dengan kekuatan mekanik yang buruk dan kekerasan yang mendekati Mg murni mungkin tidak memenuhi persyaratan sifat mekanik perangkat implan. Namun demikian, tidak ada keraguan bahwa penguatan paduan adalah pendekatan yang sangat diperlukan dan efektif. Sebagai elemen paduan yang efektif dalam paduan seng, penelitian sebelumnya

[17] menunjukkan bahwa Mg dapat meningkatkan kinerja mekanik secara mencolok, dan penambahan wt.1% atau wt.1,5% Mg ke Zn murni memiliki kekuatan tarik dan kekerasan yang lebih tinggi. Tetapi hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan Mg memberikan pengaruh yang relatif lebih sedikit terhadap sifat korosi, yang menunjukkan laju degradasi yang jauh lebih rendah daripada data yang diharapkan (0,2 mm / tahun) sebagai bahan biodegradable yang menjanjikan [17, 18, 24].

Mn memiliki banyak efek pada sifat korosi dengan menghilangkan dan menghindari masuknya unsur logam berat selama proses pengecoran [25]. Sementara itu, kehadiran Mn dengan potensial elektroda yang lebih tinggi meningkatkan kerentanan korosi sel mikro galvanik. Selain itu, Mn tidak memiliki efek toksik dan memainkan peran utama dalam aktivasi beberapa sistem enzim, yaitu hidrolase, kinase, transferase, dekarboksilase, dan respirasi mitokondria [26]. Namun, hingga saat ini, belum ada penyelidikan sistematis tentang paduan Zn-Mg-Mn untuk aplikasi biomedis. Dalam penelitian ini, paduan seng baru telah dirancang dengan mempertimbangkan manfaat Zn, Mg dan sejumlah kecil Mn untuk mengembangkan paduan Zn-Mg-Mn dan mengevaluasi biodegradasi dan hemokompatibilitasnya secara in vitro, serta struktur mikro, sifat mekanik, perilaku degradasi in vitro, hemokompatibilitas yang mengandung laju hemolisis dan adhesi trombosit yang diuji, untuk mengevaluasi kelayakannya sebagai jenis baru BM.

NASKAH YANG

DITERIMA

2. Bahan dan Metode

2.1 Persiapan bahan

Paduan Zn-1Mg-0.1Mn dan paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn dibuat dengan pengecoran gravitasi di bawah perlindungan CO2 dengan seng murni (99,99%, Huludao Zinc Industry Co., China), magnesium murni (99,99%, Henan Yuhang Metal Materials Co., China) dan paduan induk Mg-9,8% Mn (pengotor

<0,015%, Yueyang Yuhua Metalurgi Bahan Baru Co, China). Seng murni digunakan sebagai referensi melalui peleburan sekunder dengan metode di atas. Komposisi kimia aktual dari ingot paduan dianalisis dengan spektroskopi emisi atom plasma yang digabungkan secara induktif (ICP-AES, Varian 715) dan hasilnya diberikan pada Tabel 1. Ingot dipotong menjadi pelat setebal 11 mm dan dipoles hingga 1200 grit, dan kemudian digulung panas menjadi lembaran setebal 2,1 mm setelah pemanasan awal hingga 250^o C selama 3 jam; namun demikian, paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn hancur selama proses penggulungan.

Spesimen untuk karakterisasi struktur mikro dan pengukuran in vitro dipotong menjadi pelat dengan ukuran geometris 10 mm × 10 mm × 2 mm. Setiap sampel dipoles secara mekanis hingga 3000 grit dan dibersihkan secara ultrasonik dalam aseton, etanol absolut, dan air suling, lalu dikeringkan di udara terbuka.

2.2 Karakterisasi struktur mikro

Struktur mikro dari paduan yang diteliti diperiksa menggunakan mikroskop optik dan pemindaian mikroskop elektron (SEM, Quanta 200) dengan spektrometer dispersif energi (EDS). Semua sampel untuk pengamatan mikroskopis dipoles, dietsa dengan etsa yang terdiri dari 5 ml asam nitrat dan 95 ml etanol. Selain itu, difraktometer sinar-X (XRD, X'pert Pro) dengan radiasi CuKα digunakan untuk identifikasi fase penyusun. Pola difraksi dihasilkan dengan nilai 10 ~ 90^◦ pada kecepatan pemindaian 4 /menit.^◦

NASKAH YANG

DITERIMA

2.3 Uji mekanis

Sampel untuk uji mekanis dikerjakan menjadi spesimen tipe pelat subsize dengan panjang pengukur 25,0 ± 0,1 mm dan ketebalan 2 mm menurut ASTM-E8-04 [27]. Pengujian mekanik dilakukan dengan kecepatan crosshead 1 mm/menit dalam mesin uji material universal Instron 5969. Morfologi patahan diselidiki dengan pemindaian mikroskop elektron (SEM, Quanta 200). Kekerasan mikro Vickers ditentukan dengan menggunakan alat uji kekerasan mikro HMV-2T, dengan beban yang diterapkan sebesar 100g dan waktu tinggal 15 detik.

2.4 Pengukuran degradasi in vitro 2.4.1 Uji pencelupan

Uji pencelupan dilakukan dalam larutan Hank [17] menurut ASTM-G31-72 [28]. Hasil Sampel disimpan di dalam larutan Hank's dan rasio luas permukaan terhadap volume larutan adalah 1 cm² :25 ml. Suhu dijaga pada 37 ± 1 ℃ menggunakan pengocok inkubator dan nilai pH disesuaikan menjadi 7,40. Rata-rata empat pengukuran dilakukan untuk setiap kelompok. Setelah periode perendaman yang berbeda (masing-masing 30 hari dan 90 hari), morfologi permukaan diamati dengan SEM. Setelah itu produk korosi dihilangkan dengan reagen kimia yang terdiri dari 200 g/L CrO3 dan 10 g/L AgNO3 menurut ISO 8407:2009 [29]. Laju korosi dihitung menurut ASTM-G31-72 [28] dengan persamaan berikut:

V = K × (W -Wot )/DAT

Di mana koefisien K = 87,6, Wo (mg) dan Wt (mg) adalah berat sebelum pencelupan dan setelah pembersihan produk korosi. D adalah densitas material (g/cm³ ). A adalah area sampel y a n g terpapar larutan (cm² ). T adalah waktu pemaparan (jam).

2.4.2 Uji elektrokimia

Sel tiga elektroda digunakan untuk pengukuran elektrokimia pada elektrokimia

NASKAH YANG

DITERIMA

workstation (Parstat 2273) dalam larutan Hank. Elektroda platina ditetapkan sebagai elektroda bantu dan elektroda kalomel jenuh (SCE) sebagai elektroda referensi, masing-masing spesimen sebagai elektroda kerja. Semua sampel dihubungkan ke lembaran tembaga dan area yang terpapar elektroda kerja ke elektrolit adalah 0,283 cm² . Potensial sirkuit terbuka (OCP) dari setiap sampel terus dipantau selama 3600-an dalam larutan Hank. Kemudian uji polarisasi potensiodinamik dilakukan dengan menggunakan laju pemindaian 1 mV s⁻¹ dan rentang pemindaian dari -2000 hingga -1000 mV. Rata- rata tiga pengukuran dilakukan untuk setiap kelompok. Kepadatan arus korosi (icorr ) diperkirakan dengan ekstrapolasi Tafel ke bagian katodik dan anodik mendekati 100 mv. Laju korosi sampel dihitung menurut ASTM-G102-89 [30] dan rumusnya diberikan sebagai berikut:.

Laju korosi = K*i *EW/ρcorr

di mana 'K' adalah 3,27 × 10⁻³ dalam mm g/μA cm tahun. 'icorr ' adalah kerapatan arus korosi dalam μA/cm² . 'EW' adalah Berat Ekuivalen Zn dengan nilai 32,68. 'ρ' adalah massa jenis paduan berbasis Zn (7,14 g/cm ).³

2.5 Uji laju hemolisis

Darah kesehatan dicampur dengan natrium sitrat (3,8 wt.%) dengan perbandingan 9:1 dan diencerkan dengan larutan garam fisiologis (0,9 wt.%) dengan perbandingan volume 4:5. Spesimen direndam dalam tabung sentrifugasi

yang mengandung 10 ml larutan garam fisiologis dan diinkubasi pada suhu 37±0,5 ℃ selama 30 menit.

Kemudian 0,2 ml

darah yang telah diencerkan ditambahkan ke dalam tabung-tabung ini dan campuran tersebut diinkubasi pada suhu 37±1℃ selama 60 menit. Larutan garam fisiologis digunakan sebagai kontrol negatif dan air

ultra murni sebagai kontrol positif. Setelah itu, larutan campuran disentrifugasi pada 3000 rpm selama 5 menit dan absorbansi supernatan dihitung menggunakan spektrofotometer ultraviolet (Agilent 8453) pada 545 nm. Tingkat hemolisis adalah

dihitung menurut Ref. [31] dan rumusnya diberikan sebagai berikut:

NASKAH YANG

DITERIMA

Hemolisis = (Dt - Dnc) / (Dpc - Dnc) * 100%

NASKAH YANG

DITERIMA

Di mana Dt adalah densitas optik kelompok yang diuji. Dnc dan Dpc masing-masing adalah densitas optik kelompok negatif dan positif.

2.6 Adhesi trombosit

Platelet-rich plasma (PRP) dibuat dengan menyentrifugasi seluruh darah yang mengandung natrium sitrat (3,8 % berat) selama 10 menit dengan kecepatan 1000 rpm/menit. Spesimen direndam dalam PRP, diinkubasi pada suhu 37°C selama 60 menit, dan kemudian dibilas dengan larutan garam fisiologis untuk menghilangkan trombosit yang tidak melekat. Trombosit yang melekat difiksasi dalam larutan glutaraldehid 2,5% selama 60 menit pada suhu kamar diikuti dengan dehidrasi dalam campuran etanol/air suling gradien (50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 95%, dan 100%) masing-masing selama 10 menit dan dikeringkan di udara. Morfologi trombosit yang menempel pada pelat paduan eksperimental diamati dengan SEM.

2.7 Analisis statistik

Perangkat lunak SPSS 18.0 digunakan untuk menganalisis data eksperimen yang diperoleh. Uji-t Student dilakukan untuk menentukan signifikansi statistik dan perbedaan dianggap signifikan secara statistik pada P <0,05.

3. Hasil

3.1 Struktur mikro dari paduan Zn-Mg-Mn

Gbr.1 dan Gbr.2 secara terpisah mengilustrasikan pola XRD dan struktur mikro paduan Zn-Mg-Mn.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa paduan Zn-Mg-Mn as-cast dan as-rolled terdiri dari matriks Zn dengan struktur heksagonal yang dikemas rapat dan MgZn2 sebagai fasa sekunder. Seperti yang ditunjukkan pada Gbr.2, struktur mikro metalografi khas butiran primer dendrit dengan campuran eutektik [17] yang terdistribusi di sepanjang batas butir primer untuk paduan Zn-Mg-Mn as-cast terlihat. Analisis EDS (Gbr.2(c)) menunjukkan bahwa unsur Zn, Mn dan Mg sebagian besar terdapat pada struktur eutektik, yang mengandung campuran Zn, MgZn2 dan Mn. Dan hasil XRD pada Gbr.1 juga menunjukkan

NASKAH YANG

DITERIMA

keberadaan fasa Zn dan MgZn2 , sedangkan tidak ada puncak difraksi yang muncul dari Mn yang terdeteksi, karena kandungannya yang relatif rendah. Setelah penggulungan, fraksi volume campuran eutektik berkurang dan butiran strip dengan campuran eutektik yang lebih sedikit diendapkan di sepanjang butiran. Ditemukan bahwa terdapat perbedaan besar pada struktur mikro sebelum dan sesudah deformasi panas, yang mengindikasikan bahwa pengerjaan panas telah terjadi penyesuaian bentuk dan batas butir, yang mengakibatkan terjadinya keretakan dan peregangan dinding dendrit di sepanjang arah pengerolan. Tercatat bahwa terjadi kristalisasi ulang yang dinamis selama pengerjaan panas.

3.2 Sifat mekanis dari paduan Zn-Mg-Mn

Gbr. 3 menunjukkan sifat tarik dan kekerasan mikro dari paduan yang diteliti. Zn murni menunjukkan kekuatan luluh (YS), kekuatan tarik ultimat (UTS), dan kekerasan yang sangat rendah, yaitu 22,85 MPa, 29,75 MPa, dan 36,57 Hv. Namun jelas bahwa setelah dipadukan dengan Mg dan Mn, YS, UTS, dan kekerasan meningkat secara signifikan menjadi 114,10 MPa, 131,94 MPa, dan 97,66 Hv (paduan Zn-1Mg-0,1Mn); 114,71 MPa,

121,72 MPa dan 148,69 Hv (paduan Zn-1,5Mg-0,1Mn), yang mungkin disebabkan oleh peningkatan fraksi volume campuran eutektik (Gbr. 2 (b) dan (d)). Selain itu, YS, UTS dan kekerasan paduan Zn- 1Mg-0.1Mn semakin meningkat setelah pengerolan panas (masing-masing 195,02 MPa, 299,04 MPa dan 107,82 Hv), yang menunjukkan keefektifan deformasi termal terhadap peningkatan sifat mekaniknya. Namun demikian, perpanjangan sampel as-cast berkurang dari sekitar 3,34% untuk Zn murni menjadi 1,11% (paduan Zn-1Mg-0,1Mn) dan 0,77% (paduan Zn-1,5Mg-0,1Mn), karena adanya lebih banyak fraksi volume campuran eutektik (Gbr. 2 (b) dan (d)), yang bertindak sebagai daerah konsentrasi tegangan dan retak. Dalam hal yang sama, paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn terdisintegrasi selama proses pengerolan yang disebabkan oleh fraksi volume yang lebih banyak dari campuran eutektik.

Ditekankan bahwa paduan Zn-1Mg-0.1Mn canai panas menunjukkan keuletan yang unggul (dengan

NASKAH YANG

DITERIMA

perpanjangan setinggi 26,07%).

NASKAH YANG

DITERIMA

Struktur mikro metalografi paduan Zn-1Mg-0.1Mn dapat dimodifikasi secara jelas dari butiran primer dendrit kasar dengan struktur campuran eutektik dalam jumlah besar (Gbr.2(b)) menjadi butiran strip dan pengurangan struktur eutektik setelah deformasi termal (Gbr.2(e)), yang menghasilkan peningkatan yang signifikan pada kekuatan tarik dan kekerasan. Gbr.4 mengilustrasikan morfologi patahan dari paduan yang diteliti setelah uji tarik. Jelas terlihat bahwa Zn murni menunjukkan fitur patah getas dengan fraktur antar butiran dan tidak ada deformasi internal, yang mungkin disebabkan oleh kelebihan beban mekanis. Paduan Zn-Mg-Mn as-cast menunjukkan fraktur pembelahan dengan retakan trans- granular dan bahkan aspek datar pada permukaan patahan (Gbr.4 (c)) karena struktur mikro metalografi yang diisi dengan butiran primer dendrit kasar dan campuran eutektik yang terdistribusi (Gbr.2 (b) dan (e)). Setelah pengerolan panas, paduan Zn-1Mg-0.1Mn mengalami patah ulet dengan sejumlah besar bibir geser dan struktur berserat, karena penyesuaian bentuk dan batas butir selama pengerjaan panas.

3.3 Perilaku degradasi paduan Zn-Mg-Mn

3.3.1 Perilaku degradasi perendaman dari paduan Zn-Mg-Mn

Gbr.5 (a) - (d) menunjukkan gambar SEM dari sampel yang direndam dalam larutan Hank selama 30 hari dan sebelum penghilangan produk korosi. Seperti yang terlihat pada Gbr.5 (a), permukaan Zn murni menunjukkan substrat yang terlihat dengan lebih sedikit produk korosi dan goresan yang terbentuk karena dipoles. Permukaan paduan yang diteliti menunjukkan tren yang berbeda: produk korosi yang masif tersedia di permukaan dan goresan yang terbentuk karena dipoles hampir tidak terlihat (Gbr.5 (b-d)).

Gambar 6 (a) - (d) menunjukkan morfologi yang terkorosi setelah perendaman selama 90 hari dalam larutan Hank. Seperti yang terlihat pada Gbr.6 (a) dan (b), dengan mata telanjang, permukaan Zn murni dan paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cast ditemukan ditutupi dengan endapan putih dan konfigurasi persegi sampel hancur parah, yang permukaannya menunjukkan korosi parah dengan lapisan korosi yang rusak, lebih besar dan lebih dalam.

NASKAH YANG

DITERIMA

area yang terkorosi atau lubang korosi. Analisis EDS yang representatif menunjukkan adanya unsur C, O, Zn, P dan Ca pada permukaan korosi paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cast, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 6 (e, f), yang mungkin disebabkan oleh produk korosi yang terdiri dari seng (kalsium) fosfat, seng (kalsium) karbonat, dan seng hidroksida. Selain itu, paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn dan paduan Zn-1Mg- 0.1Mn canai menunjukkan ketahanan korosi terbaik, yang permukaannya masih relatif utuh.

Sebaliknya, produk korosi dari paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn yang direndam dalam larutan Hank selama 30 hari menunjukkan jumlah yang lebih besar secara konsisten (seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 7 (c)), yang mungkin disebabkan oleh sampel setelah perendaman 90 hari yang terlalu lemah untuk menjaga agar produk korosi tetap terikat satu sama lain [32].

Laju korosi paduan Zn murni dan Zn-Mg-Mn selama 30 hari dan perendaman 90 hari disajikan pada Gbr.7. Setelah perendaman dalam larutan Hank selama 30 hari, urutan laju korosi dari tinggi ke rendah adalah: paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cast> paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-rolled> paduan Zn-1Mg- 0.1Mn as-cast> paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn as-cast> Zn murni. Tetapi tren laju korosi setelah perendaman selama 90 hari berubah dan paduan Zn-1Mg-0.1Mn canai dan paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn as-cast menunjukkan laju korosi yang lebih tinggi. Petunjuk yang mungkin untuk mengetahui alasannya: sel mikro galvanik mempercepat korosi pada substrat

[dan permukaannya ditutupi dengan produk korosi yang minimal (seperti yang ditunjukkan pada Gbr.6). Selain itu, perlu dicatat bahwa laju korosi yang diukur setelah perendaman 90 hari lebih rendah daripada selama 30 hari, karena matriks paduan yang diteliti menunjukkan korosi parah dengan produk korosi masif yang terbentuk dan lapisan produk korosi yang memburuk setelah perendaman 90 hari, termasuk seng (kalsium) fosfat, seng (kalsium) karbonat dan seng hidroksida, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 6, memiliki efek perlindungan yang efektif dan karenanya menghambat degradasi lebih lanjut.

3.3.2 Perilaku korosi elektrokimia dari paduan Zn-Mg-Mn

NASKAH YANG

DITERIMA

Gbr.8 menunjukkan kurva polarisasi potensiodinamik yang khas dari paduan yang diteliti yang diuji di sekitar

NASKAH YANG

DITERIMA

potensi sirkuit terbuka stabil masing-masing dan Tabel 2 merangkum laju korosi yang dihitung dari pengukuran elektrokimia. Zn murni memiliki potensi korosi yang lebih tinggi (-1,12 V) dan kerapatan arus yang lebih rendah (3,52μA/cm² ) daripada sampel lainnya. Setelah dipadukan dengan Mg dan Mn, potensi korosi berkurang (nilai yang sama yaitu -1,23 V untuk paduan Zn-1Mg-0,1Mn dan paduan Zn- 1,5Mg-0,1Mn) dan kerapatan arus meningkat (17,21 μA / cm² untuk paduan Zn-1Mg-0.1Mn dan 9,34 μA/cm² untuk paduan Zn-1,5Mg-0,1Mn), yang mungkin disebabkan oleh pembentukan sel mikro galvanik antara Zn dan MgZn2 atau Zn dan Mn dan kemudian mempercepat korosi pada substrat [17].

Untuk spesimen as-rolled, potensial korosi dan kerapatan arus berada dalam tren yang sama dengan spesimen as-cast, potensial korosi dan kerapatan arus adalah -1.21 V dan 16.76 μA/cm² . Sekali lagi, hal ini mungkin disebabkan oleh adanya fase sekunder yang aktif. Selain itu, laju korosi yang dihitung dari paduan Zn-1Mg-0.1Mn terbukti memiliki laju korosi tertinggi sekitar 0,26 mm / tahun (Tabel.2), dan laju korosi yang dihitung mengikuti urutan peringkat: paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cast> paduan Zn- 1Mg-0.1Mn as-rolled> paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn as-cast> Zn murni, yang sesuai dengan hasil laju korosi dari perendaman dalam larutan Hank selama 30 hari.

3.4 Hemokompatibilitas paduan Zn-Mg-Mn

Gbr.9 menunjukkan tingkat hemolisis dari paduan yang diteliti. Untuk Zn murni menginduksi 4,10%

tingkat hemolisis ketika dikontakkan dengan darah yang diencerkan. Tetapi untuk spesimen yang dipadukan dengan Mg dan Mn, tingkat hemolisis meningkat, menunjukkan persentase hemolisis yang lebih tinggi (4,61% untuk paduan Zn-1Mg-0,1Mn dan 4,81% untuk paduan Zn-1,5Mg-0,1Mn). Spesimen setelah pengerolan panas memberikan hemolisis terendah dengan nilai 1,10%. Untuk meringkas tingkat hemolisis dari paduan Zn-Mg-Mn yang diteliti lebih rendah dari 5%, kriteria penilaian untuk

kompatibilitas darah yang sangat baik, menurut ASTM-F756-00 [33]. Oleh karena itu, disarankan bahwa degradasi in vitro dari paduan Zn-Mg-Mn tidak memiliki efek merusak pada eritrosit.

NASKAH YANG

DITERIMA

Gambar SEM khas dari sampel paduan Zn-Mg-Mn dengan adhesi trombosit setelah diinkubasi dalam PRP selama 1 jam ditunjukkan pada Gbr. 10. Sangat mudah untuk menemukan bahwa trombosit pada permukaan spesimen percobaan mempertahankan bentuk yang hampir bulat tanpa struktur pseudopodia, yang berarti tidak ada tanda-tanda trombogenisitas pada sampel paduan Zn-Mg-Mn.

4. Diskusi

Saat ini, BM berbasis Mg dan BM berbasis Fe memiliki kombinasi sempurna antara degradabilitas dan sifat mekanik, yang menunjukkan prospek aplikasi yang luas pada perangkat implan. Namun demikian, mereka dihadapkan pada tantangan kritis untuk diterapkan secara luas pada pemeriksaan klinis [22, 34]. Sementara untuk BM berbasis Mg diupayakan untuk memperlambat laju degradasi untuk memberikan dukungan yang efektif selama proses pemulihan, tugas untuk BM berbasis Fe adalah mempercepat laju degradasi untuk mengurangi reaksi yang mirip dengan aplikasi permanen.

Seng baru-baru ini disarankan sebagai BM yang menjanjikan, karena biokompatibilitasnya yang sangat baik dan potensi elektroda yang berada di antara magnesium dan besi. Dalam penelitian ini, studi untuk mengevaluasi sifat-sifat termasuk sifat mekanik, sifat korosi dan hemokompatibilitas mendorong tujuan kami untuk mengoptimalkan paduan Zn-Mg-Mn untuk BM.

Dari perspektif sifat mekanik, UTS dan elongasi paduan Zn-1Mg-0.1Mn sebagian besar meningkat setelah pengerolan panas (299,04 Mpa dan 26,07%), seperti yang ditunjukkan pada Gbr.3. Perlu dicatat bahwa UTS dan perpanjangan paduan tersebut secara nyata lebih tinggi daripada Mg murni, yang menunjukkan UTS dan perpanjangan 176 MPa dan 13,5% di bawah rasio ekstrusi 25: 1 [35]. Dari paduan Zn-1Mg-0.1Mn yang dipelajari di sini, paduan tersebut memiliki UTS mendekati 300 MPa, melebihi paduan WE43 [36] dan sesuai dengan data yang diharapkan sebagai bahan stent biodegradable yang menjanjikan [18], dan paduan tersebut memiliki nilai perpanjangan 25% atau lebih, jauh lebih tinggi daripada nilai perpanjangan paduan WE43 (2-17%) [36]. Paduan WE43 adalah paduan magnesium yang telah diterapkan

NASKAH YANG

DITERIMA

klinis sebagai bahan stent biodegradable yang menjanjikan [37]. Lebih lanjut, dengan mengambil Zn murni sebagai contoh, logam tersebut menunjukkan UTS dan perpanjangan sekitar 20 MPa dan 0,3%

pada Ref [17], dan kemudian dibuat dengan torsi tekanan tinggi menunjukkan UTS dan perpanjangan sekitar 100 MPa dan 40% [38], yang menyiratkan bahwa akan memungkinkan untuk menyesuaikan sifat mekanik paduan seng ke nilai yang dapat diterima untuk aplikasi biomedis melalui proses peralihan. Secara keseluruhan, dari sudut pandang sifat mekanik, paduan Zn-1Mg-0.1Mn memang memiliki potensi besar untuk memenuhi tuntutan sifat mekanik untuk BM.

Dari perspektif ketahanan korosi, pengukuran pencelupan membuktikan bahwa paduan Zn-1Mg- 0.1Mn as-rolled adalah bahan yang paling tahan korosi, dengan laju korosi yang dihitung sebesar 0,11 mm/tahun setelah pencelupan selama 30 hari, menunjukkan ketahanan korosi yang lebih baik dalam larutan Hank dibandingkan dengan sebagian besar paduan Mg yang telah dilaporkan sebelumnya untuk aplikasi biomedis seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3. Sebagai strategi tambahan, laju korosi yang diperoleh dari pengukuran elektrokimia menunjukkan nilai yang lebih tinggi

0,25 mm/tahun. Laju korosi yang lebih tinggi yang diukur dalam pengukuran elektrokimia dibandingkan dengan pengukuran perendaman sesuai dengan hasil pengukuran perendaman dengan lama waktu yang berbeda (seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 5), yang mana lapisan korosi memiliki efek protektif sehingga menghambat degradasi lebih lanjut. Jelas dari Tabel.3 bahwa laju korosi paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-rolled lebih rendah daripada paduan magnesium yang paling banyak dilaporkan untuk aplikasi biomedis, dan lebih tinggi daripada BM berbasis Fe yang dapat terdegradasi dan BM berbasis Zn, seperti besi murni, paduan Fe-3C dan Zn-1X, dan pada tingkat yang sama dengan BM berbasis Fe baru. Tetapi untuk menekankan poin penting, laju korosi BM berbasis Zn baru dengan nilai mendekati 0,2 mm/tahun, yang merupakan laju korosi ideal untuk bahan bioabsorbable yang layak untuk aplikasi stent kardiovaskular di masa depan [18]. Mengingat fakta-fakta yang disebutkan di atas, paduan Zn-1Mg-0.1Mn yang digulung adalah paduan yang menjanjikan

NASKAH YANG

DITERIMA

material yang mampu memberikan laju korosi yang tepat sebagai logam yang disukai untuk BM.

Dari perspektif biokompatibilitas, dalam penelitian ini, paduan Zn-1Mg-0.1Mn menunjukkan hemokompatibilitas yang sangat baik, diilustrasikan dalam deskripsi rinci berikut: (i) Tingkat hemolisis paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cast (4,61%) sebagian besar berkurang setelah dibuat di bawah penggulungan (1,10%), lebih rendah daripada nilai tingkat hemolisis Mg murni, Mg-1Ca, Mg-1Zn, Mg- 1Zn-Mn yang dilaporkan dalam literatur [6]. Hemolisis digunakan untuk mengkarakterisasi kompatibilitas darah paduan dalam penelitian ini, yang kurang dari 5 % , menunjukkan biokompatibilitas yang baik m e n u r u t ASTM-F756-00 [33]; (ii) Morfologi trombosit yang menempel dikarakterisasi dan hasilnya menunjukkan bahwa trombosit pada permukaan spesimen eksperimental memiliki bentuk yang hampir bulat tanpa struktur pseudopodia, yang berarti tidak ada tanda-tanda trombogenisitas sampel paduan Zn-Mg-Mn yang ditemukan. Berdasarkan hasil, tingkat hemolisis lebih rendah dan tidak ada tanda-tanda trombogenisitas yang ditemukan, menunjukkan kompatibilitas yang lebih layak. Sejalan dengan itu, kemungkinan toksisitas dari paduan Zn-Mg-Mn harus diperhitungkan: (i) Seng adalah elemen penting bagi manusia, tetapi dosis harian seng yang direkomendasikan adalah 15mg hari^-1 [39], karena overdosis dapat menyebabkan toksik sistemik.

Seperti yang ditunjukkan pada Gbr.5, laju degradasi paduan Zn-1Mg-0.1Mn yang digulung adalah sekitar 0,11 mm/tahun, yaitu 0,21 mg cm^-2 hari^-1 . Untuk stent dengan dimensi Φ3.0×18 mm (silinder mesh, dengan luas permukaan 0,80 cm² dan berat sekitar 25 mg), laju pelepasan seng akan menjadi sekitar 0,17 mg hari^-1 , yang jauh lebih rendah dari asupan yang disarankan yaitu 15 mg hari^-1 . Selain itu, stent dapat diserap dalam waktu satu tahun tanpa retensi jangka panjang. Oleh karena itu, perhitungan sederhana menunjukkan bahwa pelepasan seng selama degradasi aman; (ii) Hasil referensi lain menunjukkan bahwa paduan seng tidak menunjukkan toksisitas sel pada sel osteoblas manusia normal [40] dan sel pembuluh darah [41]. Sementara itu, hasil in vivo menunjukkan bahwa paduan seng di aorta perut dan femoralis

NASKAH YANG

DITERIMA

tikus memiliki biokompatibilitas yang baik, menunjukkan jaringan arteri yang sehat melekat kuat pada kawat [18] dan mendorong pembentukan tulang baru di sekitar pin [41] dari titik generasi masing- masing; (iii) Produk korosi, mungkin terbentuk secara in vitro (seperti yang ditunjukkan pada Gbr.(e), (f) dan dalam Ref. [42]) dan degradasi in vivo (seperti yang ditunjukkan pada Ref. [18]), terdiri dari kalsium, fosfat dan seng hidroksida, mirip dengan implan paduan Mg, yang diidentifikasi oleh Lespinasse dan Verbrugge yang dinyatakan tidak beracun dan tidak menyebabkan iritasi [5].

Secara keseluruhan, paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-rolled dengan kinerja mekanik yang unggul, ketahanan korosi yang sesuai, dan hemokompatibilitas yang sangat baik, menjadi kandidat yang lebih disukai untuk implan logam biodegradable. Namun, tidak seperti logam biomedis konvensional, implan logam biodegradable terutama yang terbuat dari paduan seng diharapkan dapat mendukung dengan kekuatan yang tepat selama periode waktu yang signifikan baik dalam aplikasi kardiovaskular atau dalam penyembuhan patah tulang dan kemudian terurai secara bertahap menjadi konstituen yang biokompatibel, meninggalkan setelah fase renovasi pembuluh darah atau jaringan sembuh secara memadai dan jaringan tulang baru diregenerasi secara memadai sesuai dengan berbagai tujuan terapeutik. Oleh karena itu, bahan yang digunakan untuk implan logam yang dapat terurai secara hayati harus memenuhi persyaratan yang ketat sehubungan dengan sifat mekanik dan ketahanan terhadap korosi. Saat ini, BM berbasis Zn yang dilaporkan digunakan untuk stent atau implan tulang menunjukkan keuletan yang relatif lunak dan rendah di bawah persyaratan sifat mekanik bahan implan.

Sadar akan kekurangan itu, teknologi pemrosesan canggih [24], seperti penggulungan, ekstrusi dan pengepresan sudut saluran yang sama (ECAP), torsi tekanan tinggi (HPT), penarikan dan penempaan, adalah metode proses yang paling umum digunakan untuk peningkatan sifat BM berbasis Zn, yang secara signifikan lebih unggul daripada paduan Zn yang umum digunakan. Tidak diragukan lagi, BM berbasis Zn adalah bintang yang sedang naik daun sebagai generasi berikutnya dari biomaterial logam, mendorong lebih banyak peneliti dan dokter untuk menyelidiki paduan Zn dalam aplikasi biomedis

NASKAH YANG

DITERIMA

lebih lanjut.

NASKAH YANG

DITERIMA

5. Kesimpulan

Paduan Zn-Mg-Mn dibuat dengan komposisi Zn-1Mg-0.1Mn dan Zn-1.5Mg-0.1Mn, setelah pengerolan, paduan Zn-1Mg-0.1Mn dapat secara signifikan meningkatkan sifat mekaniknya. YS, UTS, perpanjangan dan kekerasan sebagian besar ditingkatkan setelah pengerolan panas (masing-masing 195,02 MPa, 299,04 MPa, 26,07% dan 107,82 Hv). Paduan as-rolled menunjukkan ketahanan korosi terbaik, dengan laju korosi 0,11 mm/tahun setelah perendaman selama 30 hari dan laju korosi elektrokimia 0,25 mm/tahun dalam perendaman dalam larutan Hank. Sementara itu, secara khusus disebutkan bahwa campuran C, O, Zn, P, Ca mengendap di permukaan paduan yang diteliti dengan perpanjangan perendaman. Selain itu, hasil laju hemolisis dan adhesi trombosit menyiratkan bahwa paduan yang diteliti memberikan laju hemolisis yang lebih rendah dan tidak ada tanda-tanda

trombogenisitas dengan kompatibilitas darah yang sangat baik. Dalam penelitian ini, paduan Zn-1Mg- 0.1Mn as-rolled telah terbukti menjadi kandidat yang lebih disukai sebagai bahan implan y a n g d a p a t t e r u r a i s e c a r a hayati karena kinerja mekaniknya yang unggul dan ketahanan terhadap korosi yang sesuai. Studi di masa depan untuk meningkatkan sifat biomekanik, mengevaluasi sitotoksisitas atau toksisitas genetik dan menyelidiki biokompatibilitas in vivo akan membantu memajukan penelitian saat ini dan mempromosikan tujuan akhir kami untuk mengoptimalkan paduan Zn-1Mg-0.1Mn untuk implan logam yang dapat terurai secara hayati.

Ucapan Terima Kasih

Pekerjaan ini didukung oleh Lepu Medical Technology (Beijing) Co, Ltd. XiWei mengucapkan terima kasih kepada Bapak Tengfei Pan, Bapak Kai Cui, Bapak Nan Wu, Ibu Kun Zhao dan Ibu Hongxia Liu di Lepu Medical atas dukungan teknisnya, dan berterima kasih kepada Tao Li di Universitas Sains dan Teknologi Beijing dan Changcun Han di Universitas Perminyakan Cina (Beijing) atas penyediaan fasilitas eksperimental.

Referensi

[1] Y.F. Zheng, X.N. Gu, F. Witte, Logam yang dapat terurai secara hayati, Mater. Sci. Eng. R 77 (2014) 1-34.

NASKAH YANG

DITERIMA

[2] L.L. Tan, X.M. Yu, P. Wan, K. Yang, Bahan Biodegradable untuk Perbaikan Tulang: Sebuah Tinjauan, J. dari

NASKAH YANG

DITERIMA

Mater. Sci. Technol. 29 (2013) 503-513.

[3] M. Moravej, D. Mantovani, Logam yang dapat terurai secara hayati untuk aplikasi stent kardiovaskular: minat dan peluang baru, Int. J. Mol. Sci. 12 (2011) 4250-4270.

[4] MP Staiger, AM Pietak, J. Huadmai, G. Dias, Magnesium dan paduannya sebagai biomaterial ortopedi: sebuah tinjauan, Biomaterials 27 (2006) 1728-1734.

[5] F. Witte, Sejarah implan magnesium yang dapat terurai secara hayati: sebuah tinjauan, Acta Biomater. 6 (2010) 1680-1692.

[6] N. Li, Y.f. Zheng, Paduan magnesium baru yang dikembangkan untuk aplikasi biomedis: Sebuah tinjauan, J. Mater. Sci. Technol. 29 (2013) 489-502.

[7] Y.Z. Wan, G.Y. Xiong, H.L. Luo, F. He, Y. Huang, X.S. Zhou, Pembuatan dan karakterisasi paduan magnesium-kalsium biomedis baru, Mater. Design, 29 (2008) 2034-2037.

[8] Y. Sun, BP Zhang, Y. Wang, L. Geng, X.H. Jiao, Pembuatan dan karakterisasi paduan Mg-Zn-Ca biomedis baru, Mater. Design, 34 (2012) 58-64.

[9] W.J. Zhang, M.H. Li, Q. Chen, W.Y. Hu, W.M. Zhang, W. Xin, Pengaruh Sr dan Sn pada struktur mikro dan ketahanan korosi paduan magnesium Mg-Zr-Ca untuk aplikasi biomedis, Mater.

Design, 39 (2012) 379-383.

[10] C.Y. Zhao, F.S. Pan, S. Zhao, H.C. Pan, K. Song, A.T. Tang, Pembuatan dan karakterisasi paduan Mg-Sn yang diekstrusi untuk aplikasi ortopedi, Mater. Design, 70 (2015) 60-67.

[11] H.F. Li, S.J. Pang, Y. Liu, L.L. Sun, P.K. Liaw, T. Zhang, Gelas logam curah Mg-Zn-Ca-Sr yang dapat terurai secara hayati dengan kinerja korosi yang ditingkatkan untuk aplikasi biomedis.

Mater. Desain, 67 (2015) 9-19.

[12] M. Peuster, P. Wohlsein, M. Brügmann, M. Ehlerding, K. Seidler, C. Fink, dkk, Sebuah novel

NASKAH YANG

DITERIMA

pendekatan untuk stent sementara: stent kardiovaskular yang dapat terdegradasi yang diproduksi dari logam yang mudah terkorosi - hasil 6-18 bulan setelah implantasi pada kelinci putih Selandia Baru, Heart, 86 (2001) 563-569.

[13] M. Peuster, C. Hesse, T. Schloo, C. Fink, P. Beerbaum, CV Schnakenburg, Biokompatibilitas jangka panjang dari stent besi perifer yang dapat terkorosi pada aorta desendens babi, Biomaterials 27 (2006) 4955-4962.

[14] B. Liu, Y.F. Zheng, Efek dari elemen paduan (Mn, Co, Al, W, Sn, B, C dan S) pada biodegradabilitas dan biokompatibilitas in vitro besi murni, Acta biomater. 7 (2011) 1407-1420.

[15] A. Purnama, H. Hermawan, S. Champetier, D. Mantovani, J. Couet, Profil ekspresi gen fibroblas tikus yang terpapar paduan besi biodegradable untuk stent, Acta biomater. 9 (2013) 8746-8753.

[16] X. Wang, H.M. Lu, X.L. Li, L. Li, Y.F. Zheng, Pengaruh laju pendinginan dan komposisi terhadap struktur mikro dan sifat paduan Zn-Mg, T. Nonferr. Metal. Soc. s1A (2007) 122-125.

[17] D. Vojtěch, J. Kubásek, J. Šerák, P. Novák, Sifat mekanik dan korosi dari paduan berbasis Zn yang baru dikembangkan yang dapat terurai secara hayati untuk fiksasi tulang, Acta Biomater. 7 (2011):3515-3522.

[18] P.K. Bowen, J. Drelich, J. Goldman, Seng menunjukkan perilaku korosi fisiologis yang ideal untuk stent yang dapat diserap secara hayati, Adv. Mater. 25 (2013): 2577-2582.

[19] F. Witte, J. Fischer, J. Nellesen, HA Crostack, V. Kaese, A. Pisch, dkk, Secara in vitro dan in vivo pengukuran korosi pada paduan magnesium, Biomaterials 27 (2006) 1013-1018.

[20] T. Huang, J. Cheng, Y.F. Zheng, Degradasi in vitro dan biokompatibilitas komposit Fe-Pd dan Fe- Pt yang difabrikasi dengan sintering plasma percikan, Mater. Sci. Eng. C 35 (2014) 43-53.

[21] B. Liu, Y.F. Zheng, L.Q. Ruan, Investigasi in vitro paduan memori bentuk Fe30Mn6Si sebagai

NASKAH YANG

DITERIMA

bahan logam potensial yang dapat terurai secara hayati, Mater. Lett. 65 (2011) 540-543.

[22] M. Schinhammer, A.C. Hänzi, J.F. Löffler, P.J. Uggowitzer, Strategi desain untuk paduan berbasis Fe yang dapat terurai secara hayati untuk aplikasi medis, Acta Biomater. 6 (2010) 1705- 1713.

[23] L. Rink, Zinc dalam kesehatan manusia, Ios Press, 2011.

[24] H.F. Li, Y.F. Zheng, L. Qin, Kemajuan logam yang dapat terurai secara hayati, Prog. Nat. Sci. 24 (2014) 414-422.

[25] M.M. Avedesian, H. Baker, Buku panduan khusus ASM: magnesium dan paduan magnesium, ASM internasional 274, 1999.

[26] J.A. Helsen, H.J. Breme, Metals as Biomaterials, John Wiley & Sons, England, 1998.

[27] Standar ASTM, E8m-09: Metode Uji Standar untuk Pengujian Tegangan Bahan Logam.

Buku Tahunan Standar ASTM, Amerika Serikat (2004).

[28] Standar ASTM, G31-72: praktik standar untuk pengujian korosi pencelupan logam di laboratorium.

Buku Tahunan Standar ASTM, Amerika Serikat (2004).

[29] ISO 8407:2009, Korosi Logam dan Paduan-Penghilangan Produk Korosi dari Spesimen Uji Korosi, Jenewa, Swiss: Organisasi Standardisasi Internasional, (2009).

[30] Standar ASTM, G102-89: Praktik Standar untuk Perhitungan Laju Korosi dan Informasi Terkait dari Pengukuran Elektrokimia, Buku Tahunan Standar ASTM, Amerika Serikat (2004).

[31] X.N. Gu, Y.F. Zheng, Y. Cheng, S.P. Zhong, T.F. Xi, Korosi in vitro dan biokompatibilitas paduan magnesium biner, Biomaterials, 30 (2009) 484-498.

[32] R. Guan, A.F. Cipriano, Z. Zhao, J. Lock, D. Tie, T. Zhao, dkk, Pengembangan dan evaluasi paduan magnesium-seng-strontium untuk aplikasi biomedis-Pemrosesan paduan, struktur mikro, sifat mekanik, dan biodegradasi, Mater. Sci. Eng. C 33 (2013) 3661-3669.

[33] Standar ASTM, F756-00: standar Praktik Standar untuk Penilaian Sifat Hemolitik

NASKAH YANG

DITERIMA

Bahan. Buku Tahunan Standar ASTM, Amerika Serikat (2000).

[34] Y.C. Li, C. Wen, D. Mushahary, R. Sravanthi, N. Harishankar, G. Pande, Paduan Mg-Zr-Sr sebagai bahan implan yang dapat terurai secara hayati, Acta biomater. 8 (2012) 3177-3188.

[35] Z. Li, J. Zhao, Struktur Mikro, Sifat Mekanik dan Degradasi Mg Murni yang Diekstrusi untuk Aplikasi Biomedis, Advanced Materials Research, 557 (2012): 1231-1234.

[36] F. Witte, N. Hort, C. Vogt, S. Cohen, K.U. Kainer, R. Willumeit, Biomaterial yang dapat terdegradasi berdasarkan korosi magnesium, Curr. Opin. Solid St. 12 (2008) 63-72.

[37] R. Erbel, CD Mario, J. Bartunek, J. Bonnier, BD Bruyne, FR Eberli, dkk, Perancah sementara arteri koroner dengan stent magnesium yang dapat diserap secara hayati: uji coba multisenter yang prospektif dan tidak acak, Lancet, 369 (2007) 1869-1875.

[38] B. Srinivasarao, A.P. Zhilyaev, T.G. Langdon, M.T. Perez-Prado, Hubungan antara struktur mikro dan perilaku mekanik Zn murni yang diproses dengan puntir bertekanan tinggi, Mat. Sci. Eng. A 562(2013) 196-202.

[39] H. Tapiero, KD Tew, Elemen jejak dalam fisiologi dan patologi manusia: seng dan metalothionein. Biomed. Farmakoter.57 (2003) 386-398.

[40] N.S. Murni, M.S. Dambatta, S.K. Yeap, G.R. Froemming, H. Hermawan, Evaluasi sitotoksisitas paduan Zn-3Mg yang dapat terurai secara hayati terhadap sel osteoblas manusia normal, Mater.

Sci. Eng. C 49 (2015) 560-566.

[41] H.F. Li, X.H. Xie, Y.F. Zheng, Y. Cong, F.Y. Zhou, K.J. Qiu, X. Wang, S.H. Chen, L. Huang, L.

Tian, L. Qin, Pengembangan paduan biner Zn-1X yang dapat terurai secara biologis dengan elemen paduan nutrisi Mg, Ca dan Sr, Sci. Rep. 5 (2015): 10719, doi: 10.1038/srep10719.

[42] K. Törne, M. Larsson, A. Norlin, J. Weissenrieder, Degradasi seng dalam larutan garam, plasma,

NASKAH YANG

DITERIMA

dan seluruh darah. J. Biomed. Mater. Res B 9 (2015): doi: 10.1002/jbm.b.33458.

[43] Z.J. Li, X.N. Gu, S.Q. Lou, Y.F. Zheng, Pengembangan paduan Mg-Ca biner untuk digunakan sebagai bahan yang dapat terurai secara hayati di dalam tulang, Biomaterials, 29 (2008) 1329- 1344.

[44] X.N. Gu, Y.F. Zheng, Sebuah tinjauan tentang paduan magnesium sebagai bahan yang dapat terurai secara hayati, Front. China, 4 (2010) 111-115.

[45] X.N. Gu, X.H. Xie, N. Li, Y.F. Zheng, L. Qin, Studi in vitro dan in vivo pada sistem paduan biner Mg-Sr yang dikembangkan sebagai jenis baru logam biodegradable, Acta Biomater. 8 (2012) 2360-2374.

[46] S.X. Zhang, X.N. Zhang, C.L. Zhao, J.N. Li, Y. Song, C.Y. Xie, dkk, Penelitian paduan Mg-Zn sebagai biomaterial yang dapat terdegradasi, Acta Biomater. 6 (2010) 626-640.

[47] S.X. Zhang, J.N. Li, Y. Song, C.L. Zhao, X.N. Zhang, C.Y. Xie, dkk., Degradasi in vitro, hemolisis, dan perlekatan sel MC3T3-E1 dari paduan Mg-Zn yang dapat terurai secara hayati, Mater. Sci. Eng. C 29 (2009) 1907-1912.

[48] E.L. Zhang, D.S. Yin, L.P. Xu, L. Yang, K. Yang, Struktur mikro, sifat mekanik dan korosi serta biokompatibilitas paduan Mg-Zn-Mn untuk aplikasi biomedis, Mater. Sci. Eng. C 29 (2009) 987- 993.

[49] Z. Zhen, T.F. Xi, Y.F. Zheng, L. Li, L. Li, Studi In Vitro pada Paduan Mg-Sn-Mn sebagai Logam Biodegradable, J. Mater. Sci. Technol. 30 (2014) 675-685.

[50] H. Hermawan, A. Purnama, D. Dube, J. Couet, D. Mantovani, Paduan Fe-Mn untuk stent logam biodegradable: studi degradasi dan viabilitas sel, Acta Biomater. 6 (2010) 1852-1860.

[51] W.L. Xu, X. Lu, L.L. Tan, K. Yang, Studi tentang sifat-sifat paduan Fe-30Mn-1C baru yang dapat terurai secara hayati, Acta Metall. Sin. 47 (2011) 1342-1347.

[52] M. Schinhammer, A.C. Hänzi, J.F. Löffler, P.J. Uggowitzer, Strategi desain untuk bahan yang dapat terurai secara hayati

NASKAH YANG

DITERIMA

Paduan berbasis Fe untuk aplikasi medis." Acta Biomater. 6 (2010) 1705-1713.

[53] J. Kubásek, D. Vojtěch, Paduan berbasis Zn sebagai bahan alternatif yang dapat terurai secara hayati, Proc Metal 5 (2012) 23-25.

NASKAH YANG

DITERIMA

Keterangan gambar

Gbr.1. Pola difraksi sinar-X dari (a) Zn murni as-cor, (b) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cor, (c) paduan Zn- 1.5Mg-0.1Mn as-cor, dan (d) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-roll.

Gbr.2. Mikrograf dari (a) Zn murni as-cor, (b) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cor, (c) spektrum EDS yang sesuai dengan area yang ditandai dengan bingkai (pada b), (d) paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn as-cor, (e) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-roll.

Gbr.3. (a) Data sifat tarik dan (b) kekerasan mikro dari sampel yang diteliti. * Menunjukkan p <0,05 bila dibandingkan dengan Zn murni.

Gbr.4. Permukaan fraktur dari (a) Zn murni as-cor, (b) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cor, (c) paduan Zn- 1.5Mg-0.1Mn as-cor, dan (d) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-roll setelah uji tarik pada suhu kamar.

Gbr.5. Mikrograf SEM dari morfologi permukaan (a) Zn murni as-cor, (b) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as- cor, (c) paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn as-cor, dan (d) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-roll setelah direndam dalam larutan Hank selama 30 hari.

Gbr.6. Mikrograf SEM dari morfologi permukaan (a) Zn murni as-cor, (b) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as- cor, (c) paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn as-cor, dan (d) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-roll setelah direndam dalam larutan Hank selama 90 hari.

Gbr.7. Laju korosi sampel paduan dalam larutan Hank: (a) Zn murni as-cor, (b) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cor, (c) paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn as-cor, dan (d) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-roll.

Gbr.8. Kurva polarisasi potensiodinamik yang khas dari sampel paduan dalam larutan Hank.

Gbr.9. Persentase hemolisis dari (a) Zn murni as-cor, (b) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cor, (c) paduan Zn- 1.5Mg-0.1Mn as-cor, dan (d) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-roll.

Gbr.10. Mikrograf SEM trombosit yang melekat pada sampel paduan: (a) Zn murni as-cor, (b) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-cor, (c) paduan Zn-1.5Mg-0.1Mn as-cor, dan (d) paduan Zn-1Mg-0.1Mn as-roll.

NASKAH YANG

DITERIMA

Gambar 1

Gambar 2

NASKAH YANG

DITERIMA

Gambar 3

Gambar 4

NASKAH YANG

DITERIMA

Gambar 5

NASKAH YANG

DITERIMA

Gambar 6

Gambar 7

NASKAH YANG

DITERIMA

Gambar 8

Gambar 9

NASKAH YANG

DITERIMA

Gambar 10

NASKAH YANG

DITERIMA

Keterangan tabel

Tabel 1 Komposisi kimiawi dari sampel paduan yang diteliti. Tabel 2 Data elektrokimia dari sampel paduan dalam larutan Hank.

Tabel 3 Sifat tarik, laju korosi, dan hemokompatibilitas paduan yang dilaporkan sebagai logam yang dapat terurai secara hayati.

Tabel 1 Komposisi kimiawi dari sampel paduan yang diteliti.

Paduan Mg (%

berat)

Mn (%

berat)

Zn (%

berat)

Murni-Zn - - 99.99%

Zn-1Mg-0.1Mn 1.03 0.09 Bal.

Zn-1.5Mg-0.1Mn 1.57 0.11 Bal.

Tabel 2 Data elektrokimia dari sampel paduan dalam larutan Hank.

Paduan Ecorr (V) Icorr (μA/cm

)²

Vcorr

(mm/tahun)

as-cor murni-Zn murni -1.12 3.52 0.05

as-cast Zn-1Mg-0.1Mn -1.23 17.21 0.26

as-cast Zn-1.5Mg-0.1Mn -1.23 9.34 0.14

Zn-1Mg-0.1Mn yang digulung

-1.21 16.76 0.25

NASKAH YANG

DITERIMA

Tabel 3 Sifat tarik, laju korosi, dan hemokompatibilitas paduan yang dilaporkan sebagai logam yang dapat terurai secara hayati.

Sifat tarik Secara in vitro (mm tahun )^-1 Materi l

Paduan

Mg-1Ca

YS (MPa

) )

UTS (MPa

) )

Memanj ang (%)

Kalibrasi elektrok imia

Perendam an

Hemolisis (%)

sebagai- ekstrusi [43,44]

Mg-2Sr

239.6 135.6

3 10.631 .74 (SBF) 2.18^a (SBF) -

Mg-bas ed BMs

Fe-Bas ed BMs

as-rolled [45]

Mg-6Zn yang diekstrusi

[46,47]

Mg-1Zn-1Mn yang

diekstrusi [44,48]

WE43 seperti yang diekstrusi[36

,49]

Mg-3Sn-0.5M n seperti yang diekstrusi [49]

Pure-Fe as-rolled [14]

Fe-3at.%C as-rolled [14]

Fe-25 Mn [50]

Fe-30 Mn as-forged

[51] Fe- 30Mn-1C

seperti dipalsukan

[51]

Fe-10Mn-1Pd

147.3 213.3 3.15

0,52 (Hank

- )

- 0.10

(Saline) - 0.15

(Saline)

- 2.04 (PBS) 2,59 (PBS)

(ht2) [52] -0, 28 (SBF)

- Pure-Zn

[17,53]

0.145 (Hank)

s) ^b

0,033 (Hank 's) -

Zn-Bas

Pure-Zn as-rolled [41]

Zn-1Mg

0.135 (Hank)

0,018 (Hank')

0,078 (Hank) 0,027 (Hank

Di bawah 0,5 (Saline) 169.5 279.5 18.8

246.5 280.3 21.8

198 277 17

150 240 23

360 440 5

440 600 7.4

360 720 5

169 569 60

373 1010 88

850 1450 11

- 20 0.3

29.99 49.55 5.72

108 153 1.5

- 147 0.4

190.6 236.9 11.95

0,87 (Hank) 0.37

(Hank) -

0,16 (SBF) 0,07 (SBF) 3.4 (Garam)

1,81 (SBF)^b 2,52 (SBF) 65,75 (Saline)

0.28 0.42 0.171±0.552(P

(Hank) (Hank) BS)

0.04 0.34 0.128±0.461(P

(Hank) (Hank) BS)

0.103 0.007

(Hank) Di bawah 2

(Hank) 's) (Saline)

0.187 0.011

(Hank

Di bawah 2,91

(Hank) 's) (Saline)

NASKAH YANG

DITERIMA

ed BMs

as-cast [17,53]

Zn-1.5Mg as-cast [17,53]

s) ^{b, c} 0,132 (Hank'

s) _c^b,

's) -^c 0,030 (Hank

's) -^c

Zn-1Mg 0.148 0, 085Di bawah

0,2 32

NASKAH YANG

DITERIMA

as-rolled [41] 1 0 (Hank) (Hank) (Saline)

Zn-1Ca as-rolled [41]

205.5 2

253.3

0 12.76 0.160

(Hank)

0.089 (Hank)

Di bawah 0,2 (Saline) Zn-1Sr

as-rolled [41]

188.4 2

228.9

1 19.69 0.175

(Hank)

0.096 (Hank)

Di bawah 0,2 (Saline) Zn-1Mg-0.1M

n as-rolled (studi saat ini)

195.0 2

299.0

4 26.07 0,25 (Hank) 0,11 (Hank

) 1.10 (Garam)

a Laju korosi dapat dihitung dari evolusi hidrogen.

b Laju korosi dihitung berdasarkan data elektrokimia.

c Solusi simulasi disingkat menjadi "SBF" dalam referensi [17], tetapi karena komposisi kimianya mirip dengan solusi Hank, dalam penelitian ini kami menyebutnya sebagai solusi Hank.

33

NASKAH YANG

DITERIMA

Abstrak grafis

34

NASKAH YANG

DITERIMA

Sorotan

⚫ Paduan mikro dengan Mn dalam logam biodegradable Zn-Mg dibuat dan dievaluasi.

⚫ Paduan yang diteliti menunjukkan YS, UTS, kekerasan, dan laju korosi yang lebih tinggi daripada Zn murni.

⚫ Tingkat pemanjangan dan hemolisisnya berkurang.

⚫ Zn-1Mg-0.1Mn memberikan potensi dalam aplikasi implan yang dapat diserap setelah penggulungan.

35