Tsukuba, Jepang, 13 Februari 2020 – (ACN Newswire) – Beberapa bahan menunjukkan janji mempromosikan regenerasi tulang dengan meningkatkan sifat listrik alaminya, menurut ulasan dalam jurnal Science and Technology of Advanced Materials.
Beberapa padatan, termasuk tulang, enamel dan kuarsa, membentuk medan listrik ketika berubah bentuk. Sifat ini, yang disebut efek piezoelektrik, terjadi ketika gaya mekanik mendorong atom lebih dekat bersama-sama atau lebih jauh, mengganggu keseimbangan listrik dan menyebabkan muatan positif dan negatif muncul di sisi berlawanan dari suatu material.
Para ilmuwan menemukan bahwa tulang adalah bahan piezoelektrik pada tahun 1957. Sejak itu, mereka telah menemukan bahwa piezoelektrik terjadi ketika serat kolagen tulang meluncur satu sama lain. Hal ini menyebabkan akumulasi muatan dan generasi arus kecil, yang membuka saluran ion kalsium dalam sel-sel tulang yang disebut osteosit. Ini memicu riam jalur pensinyalan yang pada akhirnya mendorong pembentukan tulang.
“Piezoelektrik adalah salah satu dari beberapa respons mekanis dari matriks tulang yang memungkinkan sel-sel tulang bereaksi terhadap perubahan di lingkungan mereka,” jelas insinyur biomedis Zong-Hong Lin dari Universitas Nasional Tsing Hua Taiwan dan dokter medis Fu-Cheng Kao dari Rumah Sakit Memorial Chang Gung Taiwan, yang memimpin peninjauan.
Para peneliti berusaha memanfaatkan properti ini untuk meningkatkan regenerasi dan perbaikan tulang. Misalnya, mereka mengeksplorasi bahan untuk membuat generator listrik kecil bertenaga mandiri yang dapat ditanamkan di dalam atau di luar tulang untuk merangsang proses penyembuhan alami.
Beberapa tim telah secara signifikan mempercepat proliferasi dan diferensiasi sel pembentuk tulang embrionik tikus ketika menggunakan apa yang disebut nanogenerator triboelektrik. Arus listrik dihasilkan ketika dua bahan dipisahkan dan kemudian dibawa kembali ke kontak. Nanogenerator ini telah diuji dengan bahan-bahan seperti polydimethylsiloxane, indiumtin oxide, aluminium, dan polytetrafluoroethylene. Mereka menunjukkan potensi untuk mengobati osteoporosis dan patah tulang terkait osteoporosis.
Nanogenerator piezoelektrik, di sisi lain, dibuat dengan menghubungkan elektroda ke bahan piezoelektrik pada substrat fleksibel, dan menghasilkan arus ketika gaya diterapkan. Nanogenerator ini juga telah terbukti mempromosikan proliferasi sel pembentuk tulang manusia.
Selain nanogenerator, polimer piezoelektrik, yang memiliki biokompatibilitas yang baik dengan jaringan manusia, menunjukkan janji sebagai sekrup dan pin yang dapat diserap pada patah tulang yang parah, membantu menghindari operasi kedua untuk pengangkatannya.
Keramik piezoelektrik memberikan arus listrik yang lebih kuat dibandingkan dengan polimer, tetapi bisa beracun. Keramik berbasis non-timbal, seperti barium titanat, hidroksiapatit, dan seng oksida adalah kandidat utama untuk perancah tulang yang mendorong pertumbuhan dan regenerasi tulang dan untuk pengganti tulang buatan.
Lin dan rekan-rekannya berharap penelitian lebih lanjut akan mengarah pada aplikasi berbasis piezoelektrik untuk rekayasa jaringan dan regenerasi tulang.
