Bakteri penyebab karies gigi ternyata bisa diusir dari pelat ortodonti dengan bahan berukuran nanometer. Penelitian yang dipublikasikan di Dental Materials Journal pada 2023 membuktikan bahwa penambahan nanopartikel zinc oxide (ZnO) sebesar 7,5% ke dalam resin akrilik heat-cured mampu menekan penempelan Streptococcus mutans hingga 12,91% dibanding kelompok kontrol tanpa tambahan apapun. Temuan ini penting bagi jutaan pasien ortodonti di Indonesia, mengingat prevalensi maloklusi di negeri ini mencapai 80% dan 21,2% pengguna alat ortodonti lepasan berisiko mengalami karies gigi.
Penelitian ini dilakukan oleh drg. Rahmadani Puspitasari, M.DSc bersama tim dari Departemen Biomaterial Kedokteran Gigi Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Gadjah Mada, yakni Prof. Dr. drg. Dyah Irnawati, M.S. dan Prof. Dr. drg. Widjijono, SU. Studi ini dilaksanakan di Laboratorium Terpadu FKG UGM dan mendapat persetujuan etik dari Komisi Etik Penelitian FKG UGM Prof. Soedomo pada 22 November 2022.
Resin akrilik heat-cured adalah bahan yang paling umum dipakai untuk membuat pelat dasar alat ortodonti lepasan, mulai dari myofunctional appliance hingga retainer. Sayangnya, bahan ini punya kelemahan mendasar: permukaannya penuh pori-pori mikroskopis berukuran 10 hingga 500 mikrometer yang tidak kasat mata.
Pori-pori itulah yang menjadi tempat tinggal nyaman bagi S. mutans, bakteri gram-positif yang kerap ditemukan menempel pada alat ortodonti lepasan. Proses penempelan tidak terjadi begitu saja. Pertama, air liur melapisi permukaan pelat dan membentuk lapisan mucin, sejenis protein pelumas dari kelenjar liur. Lapisan mucin inilah yang kemudian bertindak sebagai “jembatan” bagi S. mutans untuk menempel dan membentuk biofilm. Semakin banyak mucin yang menempel, semakin besar pula risiko koloni bakteri berkembang biak dan memicu karies.
Membersihkan pelat secara mekanis maupun kimiawi memang bisa dilakukan, tetapi hasilnya bergantung penuh pada kedisiplinan pasien. Anak-anak dan remaja, yang merupakan kelompok pengguna terbesar alat ortodonti, tidak selalu bisa diandalkan untuk melakukan pembersihan secara optimal dan konsisten.
Solusi yang ditawarkan tim peneliti bukan mengandalkan pasien untuk rajin membersihkan, melainkan membuat pelat itu sendiri yang aktif menolak bakteri. Caranya adalah dengan menyisipkan nanopartikel ZnO langsung ke dalam matriks resin akrilik sebelum proses polimerisasi.
Tantangan terbesarnya adalah nanopartikel ZnO cenderung menggumpal dan tidak tersebar merata di dalam resin. Untuk mengatasinya, permukaan nanopartikel dimodifikasi terlebih dahulu menggunakan agen penyatu silane bernama 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (TMPSM). Proses silanisasi ini membuat nanopartikel terikat lebih kuat ke matriks polimer dan tersebar lebih homogen.
Empat kelompok spesimen berbentuk cakram dengan diameter 10 mm dan tebal 2 mm disiapkan: satu kelompok kontrol tanpa tambahan ZnO, dan tiga kelompok modifikasi dengan konsentrasi 2,5%, 5%, serta 7,5%. Setelah diproses melalui metode konvensional pembuatan basis gigi tiruan, spesimen direndam dalam air destilasi selama 48 jam pada suhu 37°C untuk mengurangi sisa monomer sebelum diuji.
Hasil pemindaian menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) menunjukkan bahwa semakin tinggi konsentrasi ZnO, semakin sedikit pori-pori mikroskopis yang terlihat di permukaan resin. Pemetaan EDX (Energy Dispersive X-ray) mengonfirmasi distribusi unsur seng (Zn) yang merata pada permukaan spesimen yang dimodifikasi.
Pengujian kekasaran permukaan menunjukkan tren yang konsisten: semakin tinggi konsentrasi ZnO, semakin halus permukaan resin. Kekasaran permukaan rata-rata kelompok kontrol tercatat 1,65 μm, sementara kelompok 7,5% ZnO hanya 1,08 μm.
Selain lebih halus, permukaan resin juga menjadi lebih hidrofobik, artinya lebih menolak air. Sudut kontak air pada kelompok kontrol adalah 86,09°, sedangkan pada kelompok 7,5% ZnO mencapai 104,15°. Permukaan yang hidrofobik mengganggu interaksi elektrostatik dan ikatan hidrogen yang dibutuhkan mucin untuk menempel, sehingga secara langsung memutus rantai proses perlekatan bakteri.
“Konsentrasi 7,5% nanopartikel ZnO menunjukkan adhesi mucin terendah dengan nilai 18,07±0,80 mg/mL, serta adhesi S. mutans sebesar 87,09±0,88% dibandingkan kelompok kontrol.”
Angka itu berarti kelompok 7,5% ZnO berhasil menghambat penempelan S. mutans sebesar 12,91% dibanding resin tanpa modifikasi. Mekanismenya tidak hanya melalui penghalusan permukaan dan peningkatan hidrofobisitas, tetapi juga melalui produksi Reactive Oxygen Species (ROS) yang menyebabkan stres oksidatif pada sel bakteri, menghambat sintesis protein, dan merusak replikasi DNA S. mutans.
Satu catatan menarik muncul pada kelompok 5% ZnO: adhesi S. mutans justru lebih tinggi dibanding kelompok 2,5%. Hal ini disebabkan oleh penggumpalan (agglomerasi) nanopartikel pada konsentrasi 5%, yang membuat distribusi seng di permukaan luar resin justru lebih rendah (2,84%) dibanding kelompok 2,5% (5,47%). Ketidakmerataan distribusi ini melemahkan aktivitas antibakteri.
Temuan ini membuka pintu bagi pengembangan pelat ortodonti dengan kemampuan self-cleaning, yaitu pelat yang secara mandiri dapat menghambat pertumbuhan bakteri tanpa bergantung pada kepatuhan pasien dalam membersihkannya.
Konsentrasi 7,5% ZnO direkomendasikan sebagai formula terbaik dalam penelitian ini. Namun para peneliti juga mencatat sejumlah keterbatasan yang perlu diatasi pada penelitian berikutnya, termasuk belum terukurnya ukuran partikel setelah silanisasi dan belum diketahuinya secara pasti mekanisme pelepasan ion Zn dari spesimen ke lingkungan mulut.
Penelitian ini adalah bukti bahwa inovasi material kedokteran gigi tidak harus rumit dalam konsep. Kadang, yang dibutuhkan hanyalah partikel berukuran nano yang ditempatkan tepat di dalam material yang sudah ada sejak lama, untuk menghasilkan perubahan yang jauh lebih besar dari ukurannya.
Penulis : drg. Achmad Zam Zam Aghasy, M.Kes., Annisa Dwi Noviyanti
Foto : FreePik
Sumber DOI : https://doi.org/10.4012/dmj.2023-016
