Peningkatan Biocompatibilitas Array Nanotubus Toksida Tantalum Anodis

Latar Belakang

Tantalum (Ta) adalah logam langka, keras, tahan korosi, dan bioiner yang film oksida tipisnya memberikan biocompatibilitas yang sangat baik. Fleksibilitas dan toksisitas rendahnya menjadikannya ideal untuk implan gigi dan ortopedik, rekonstruksi tulang, dan kerangka pori yang meniru struktur tulang asli. Dibandingkan titanium, tantalum mendukung depoisi matriks sel ekstraselular, adhesi sel, dan proliferasi yang lebih besar. Studi terbaru telah menunjukkan bahwa permukaan nanostruktur—terutama array nanotubus yang diorganisir sendiri—memainkan peran penting dalam memodifikasi perilaku sel. Telah dilaporkan bahwa nanotubus Ta yang dioanodisasi mempromosikan oseointegrasi lebih efektif daripada permukaan datar, dan implan tantalum pori telah mencapai fixasi yang lebih baik dalam uji klinis. Membangun pada pekerjaan sebelumnya dengan nanotubus TiO₂, studi ini berfokus pada array TaOₓ dengan diameter yang bervariasi, mengevaluasi pengaruhnya pada adhesi dan proliferasi fibroblast.

Metode

Persiapan Nanotubus TaOₓ

Lem Ta komersial (0,127 mm, kehalusan 99,7 %) dibersihkan secara ultrasonik dalam aseton, propanol isobutil, etanol, dan air. Anodisasi dilakukan pada 20 °C dalam asam sulfur HF 4,9 wt % menggunakan sel dua elektroda (anoda Ta, katoda Pt). Tegangan yang diterapkan (10–40 V) menghasilkan diameter nanotubus dari 20 hingga 90 nm. Sampel terpapar cahaya UV intensitas rendah (≈2 mW cm⁻²) selama 8 jam sebelum uji biocompatibilitas.

Karakterisasi Material

Mikroskopi elektron pemindai (SEM) mengukur dimensi nanotubus; difraksi sinar-X (XRD) dan mikroskopi elektron transmisi (TEM) mengonfirmasi struktur amorfa; spektroskopi energi-dispersif (EDS) memverifikasi komposisi. Sudut kontak diukur dengan metode perluasan menggunakan air dan media kultur.

Kultur Sel Fibroblast Manusia

Sel fibroblast MRC‑5 (BCRC No. 60023) dikultur dalam Eagle’s MEM dengan 10 % FBS, 2 mM L‑glutamine, 1,5 g L⁻¹ NaHCO₃, 0,1 mM asam amino non-esensial, dan 1,0 mM pyruvate pada 37 °C, 5 % CO₂. Sel ditanam pada lem TaOₓ yang sterilisasi autoklaf yang ditempatkan dalam piring 12-lubang untuk uji selanjutnya.

Uji Adhesi Sel

Sel ditanam pada 2,5 × 10³ sel cm⁻² dan diinkubasi selama 3 hari. Setelah fixasi, filamen aktin diwarnai dengan rodamin falloidin dan inti dengan DAPI. Mikroskopi fluoresensi (AX80, Olympus) mengevaluasi morfologi adhesi. Untuk SEM, sel diobati dengan glutaraldehida 2,5 %, dihidrasi, dijemur titik kritis, dan dilapisi platinum.

Uji Proliferasi Sel

Densitas penanaman 1 × 10⁴ sel cm⁻² digunakan untuk kultur selama 1 minggu. Proliferasi diukur dengan reagen WST‑1 (Roche); absorbansi dibaca pada 450 nm (Spectral Max250).

Analisis Statistik

Eksperimen dilakukan secara triplikata dengan paling tidak tiga pengulangan independen. Data dinyatakan sebagai rata-rata ± SD dan dianalisis dengan one-way ANOVA (SPSS 12.0). Nilai p < 0,05 dianggap signifikan.

Hasil dan Pembahasan

Gambar SEM (Fig. 1) mengonfirmasi array nanotubus yang baik dengan diameter yang proporsional terhadap tegangan anodisasi: 20, 35, 65, dan 90 nm. Tabung 20 nm menunjukkan dinding sedikit tidak teratur, mungkin karena kekuatan medan listrik yang lebih rendah. SEM persil (Fig. 2) menunjukkan panjang tabung yang konsisten di seluruh diameter. XRD dan TEM (Fig. 3) mengonfirmasi bahwa semua array tetap amorfa, yang menguntungkan untuk biocompatibilitas.

Pengukuran kelembaban (Fig. 4) mengungkapkan bahwa semua array sangat hidrofilik, dengan sudut kontak menurun saat diameter mendekati 35 nm, kemudian meningkat pada 20 nm. Tren ini selaras dengan model Wenzel, di mana kejemuran geometris yang lebih tinggi menurunkan sudut kontak pada permukaan hidrofilik. Faktor kejemuran yang dihitung (Fig. 5) mengonfirmasi bahwa tabung 35 nm memiliki kejemuran tertinggi, menjelaskan hidrofilikitas superiornya.

Mikroskopi fluoresensi (Fig. 6) dan SEM (Fig. 7) menunjukkan bahwa fibroblast menempel dan menyebar paling efektif pada tabung 35 nm, membentuk jaringan aktin yang kuat dan adhesi fokus. Array 20 nm, sambil menawarkan lebih banyak poin potensial fokus, menunjukkan hidrofilikitas yang berkurang, mengganggu adhesi. Luas cakupan sel, yang diukur dengan ImageJ, mencerminkan tren sudut kontak: maksimal pada 35 nm, lebih rendah pada 20 nm dan 90 nm.

Uji WST‑1 (Fig. 8) mengonfirmasi bahwa proliferasi mencapai puncak pada tabung 35 nm, cocok dengan data kelembaban dan adhesi. Tidak ada perbedaan signifikan yang diamati antara lem Ta datar dan array TaOₓ secara keseluruhan, yang menekankan pentingnya geometri skala nano dan energi permukaan dalam respons sel.

Kesimpulan

Array nanotubus TaOₓ yang diorganisir sendiri dengan diameter 20 hingga 90 nm diproduksi melalui anodisasi dan dikarakterisasi sebagai terutama amorfa. Kelembaban bervariasi secara sistematis dengan diameter, mengikuti model kejemuran Wenzel. Uji fibroblast in vitro mengungkapkan ketergantungan yang jelas pada hidrofilikitas permukaan dan geometri nanotubus; array 35 nm memberikan densitas adhesi fokus dan cakupan sel yang optimal, menghasilkan biocompatibilitas tertinggi. Hasil ini menunjukkan bahwa penyesuaian diameter dan kejemuran nanotubus TaOₓ dapat secara signifikan meningkatkan kinerja biologis implan berbasis tantalum.