Material Baru yang Bisa Sembuhkan Organ Tubuh yang Rusak dengan Sendiri


Para peneliti di Universitas Jhons Hopkins telah menciptakan material yang dapat beradaptasi dengan lingkungan. Mereka terinspirasi dari pertumbuhan tulang manusia dan terumbu karang yang dapat menyesuaikan kandungan mineral.

Material ini mampu mengubah perilaku sebagai respons terhadap gaya yang diterapkan. Ini membuat material tersebut dapat memperkuat diri untuk mempersiapkan peningkatan kekuatan atau menghentikan kerusakan lebih lanjut.

"Bayangkan sebuah implan tulang atau jembatan yang dapat memperkuat diri sendiri, dimana kekuatan tinggi diterapkan tanpa inspeksi dan pemeliharaan. Ini akan memungkinkan implan dan jembatan yang lebih aman dengan komplikasi, biaya, dan waktu seminimal mungkin," kata Sung Hoon Kang, asisten profesor di Departemen Teknik Mesin, Hopkins Extreme Materials Institute dan Institute for NanoBioTechnology Universitas Johns Hopkins, dikutip dari Scitechdaily.


Sebelumnya, peneliti lain telah berusaha membuat material sintesis serupa. Penelitian itu sangat menantang karena terbuat dari bahan yang sulit dan mahal untuk dibuat. Mereka membutuhkan pemeliharaan aktif dan terbatas yang dapat meningkatkan stres mereka dikemudian hari.

Padahal, material dengan sifat mudah beradaptasi seperti kayu dan tulang akan memudahkan pengunaannya. Kemampuan beradaptasi akan menyediakan struktur yang lebih aman, hemat uang dan sumber daya, serta mengurangi dampak lingkungan yang berbahaya.

Bahan alami dapat mengatur dirinya sendiri menggunakan sumber daya di lingkungan sekitarnya. Seperti halnya tulang menggunakan sinyal sel untuk mengontrol penambahan atau penghilangan mineral yang diambil dari darah di sekitarnya.

Kang dan rekannya berusaha membuat material dengan sistem yang dapat menambahkan mineral sebagai respons terhadap stress yang diterapkan. Material ini terinspirasi oleh bahan-bahan alami.

Tim memulai dengan menggunakan bahan yang dapat mengubah gaya mekanik menjadi muatan listrik sebagai perancah atau struktur pendukung. Ini dapat membuat muatan sebanding dengan kekuatan eksternal yang ditempatkan diatasnya.

Para peneliti berharap bahwa gaya mekanik dapat berfungsi sebagai sinyal untuk material dalam memulai mineralisasi ion mineral di lingkungan. Ini salah satu peran penting untuk beradaptasi dengan lingkungan.

Kang dan rekannya merendam bahan dari film polimer ke dalam cairan tubuh yang disimulasikan meniru konsentrasi ionik plasma darah manusia. Setelah bahan diinkubasi dalam cairan tubuh, mineral mulai terbentuk di permukaan. Tim menemukan bahwa mereka dapat mengontrol jenis mineral yang terbentuk dengan mengendalikan komposisi ion fluida.

Tim kemudian mengatur sebuah balok di sisi lain yang secara bertahap meningkatkan stres di satu ujung material. Mereka menemukan bahwa daerah dengan tingkat stress tertinggi memiliki lebih banyak penumpukan mineral. Ketinggian mineral sebanding dengan akar kuadrat dari stres yang diterapkan.

Para peneliti mengungkapkan bahwa metode penelitian yang digunakan sangatlah sederhana. Bahan yang digunakan juga tidak mahal dan proses pembuatannya tidak membutuhkan energi ekstra.

"Temuan kami dapat memberikan ruang baru dari bahan regenerasi mandiri yang dapat memperkuat atau menumbuhkan area rusak secara mandiri," kata Kang.

Kang berharap bahwa bahan-bahan ini suatu hari nanti dapat digunakan sebagai perancah untuk mempercepat perawatan penyakit atau patah tulang. Termasuk resin pintar untuk perawatan gigi atau aplikasi serupa lainnya.

Selain itu, temuan ini berkontribusi pada pemahaman ilmuwan tentang bahan dinamis dan bagaimana mineralisasi bekerja. Ini juga dapat menjelaskan lingkungan ideal yang dibutuhkan untuk regenerasi tulang. (fdy)