Polimer Memori Bentuk: Bahan Pintar yang ‘Mengingat’ Bentuk Asal dan Potensinya dalam Perubatan

Penulis: Dr. Syazana Ahmad Zubir
Pusat Pengajian Kejuruteraan Bahan dan Sumber Mineral
Universiti Sains Malaysia

Dalam kehidupan seharian, perubahan sifat bahan akibat haba bukanlah sesuatu yang asing. Plastik menjadi lembut, logam mengembang sedikit, dan coklat mencair apabila disentuh. Namun, terdapat satu kelas bahan yang bukan sahaja boleh berubah bentuk, malah mampu mengingat bentuk asalnya dan kembali semula apabila dipanaskan. Bahan ini dikenali sebagai polimer memori bentuk (shape memory polymers-SMP), dan ia semakin mendapat perhatian dalam pembangunan teknologi perubatan moden.

Polimer memori bentuk (SMP), ialah bahan yang boleh diprogramkan kepada satu bentuk sementara dan kemudiannya kembali ke bentuk asal apabila dirangsang, lazimnya oleh haba. Keupayaan ini menjadikan polimer memori bentuk sesuai untuk aplikasi perubatan yang memerlukan peranti bersaiz kecil, fleksibel dan berfungsi secara automatik di dalam tubuh manusia.

Polimer Memori Bentuk sebagai Bahan Pintar yang Mampu Mengingati Bentuk Asal

Polimer merupakan bahan berasaskan molekul panjang yang membentuk pelbagai produk harian seperti plastik, getah, pembungkusan dan peralatan perubatan. Dalam kalangan bahan ini, polimer memori bentuk tergolong sebagai bahan pintar kerana keupayaannya untuk bertindak balas secara aktif terhadap rangsangan persekitaran seperti haba, cahaya atau medan elektrik.

Secara asas, polimer memori bentuk mempunyai dua keadaan utama. Keadaan pertama ialah bentuk asal, iaitu bentuk yang telah ditetapkan semasa proses pembuatan. Keadaan kedua ialah bentuk sementara, yang boleh diubah mengikut keperluan aplikasi. Walaupun bahan ini dilipat, dimampatkan atau dikecilkan, maklumat tentang bentuk asalnya kekal tersimpan dalam struktur dalaman bahan tersebut. Apabila rangsangan yang sesuai dikenakan, bahan ini akan kembali ke bentuk asal secara automatik. Rajah 1 menunjukkan proses pemulihan bentuk dalam polimer memori bentuk yang dicetuskan oleh ransangan terma.

Sifat ini menyerupai tingkah laku span yang dimampatkan dan diikat. Walaupun span tersebut kelihatan kecil dan padat, ia akan mengembang semula ke bentuk asal apabila ikatan dilepaskan. Dalam kes polimer memori bentuk, ’ikatan’ ini dilepaskan bukan secara mekanikal, tetapi melalui rangsangan haba. Keupayaan untuk direka supaya bertindak balas pada suhu tertentu menjadikan polimer memori bentuk sangat menarik untuk kegunaan perubatan, khususnya apabila suhu sasaran menghampiri suhu badan manusia.

Mekanisme Perubahan Bentuk Melalui Rangsangan Haba

Perubahan bentuk dalam polimer memori bentuk teraruh terma berlaku secara terkawal dan berperingkat. Pada suhu rendah, struktur dalaman polimer berada dalam keadaan lebih keras dan stabil, membolehkan bahan mengekalkan bentuk sementara tanpa perubahan yang ketara. Apabila suhu meningkat melepasi nilai peralihan yang telah ditetapkan, polimer menjadi lebih fleksibel. Pergerakan molekul di dalam bahan meningkat, membolehkan struktur dalaman kembali kepada susunan asal yang telah ’diingati’ sejak awal pembuatannya. Suhu dalam konteks ini berfungsi sebagai pencetus yang mengaktifkan pemulihan bentuk.

Fenomena yang hampir sama dapat diperhatikan pada coklat. Dalam keadaan sejuk, coklat mengekalkan bentuknya dan bersifat keras. Apabila berada pada suhu yang lebih tinggi, ia menjadi lembut dan mudah berubah. Prinsip yang sama diaplikasikan dalam polimer memori bentuk, tetapi dengan kawalan yang lebih tepat dan boleh diulang.

Dalam aplikasi perubatan, kelebihan utama polimer memori bentuk ialah keupayaannya untuk bertindak balas pada suhu hampir suhu badan manusia, sekitar 37°C. Ini membolehkan perubahan bentuk berlaku secara semula jadi sebaik sahaja bahan tersebut berada di dalam tubuh pesakit, tanpa memerlukan peralatan tambahan yang kompleks.

Potensi dan Aplikasi Polimer Memori Bentuk Teraruh Terma dalam Bidang Perubatan

Keupayaan polimer memori bentuk untuk berubah secara terkawal membuka pelbagai potensi dalam bidang perubatan. Bahan ini boleh dimasukkan ke dalam tubuh pesakit dalam keadaan kecil atau termampat, sebelum kembali ke bentuk asal apabila terdedah kepada suhu badan. Pendekatan ini menyokong pelaksanaan prosedur minimum invasif, sekali gus mengurangkan risiko pembedahan, kesakitan pesakit dan tempoh pemulihan.

Salah satu aplikasi yang semakin meluas bagi polimer memori bentuk ialah peranti endovaskular, iaitu alat perubatan yang dimasukkan ke dalam salur darah melalui kateter untuk merawat masalah dari bahagian dalam tubuh. Antara peranti endovaskular yang penting ialah embolization plug atau occluder, yang digunakan untuk menutup salur darah yang bocor atau tidak normal. Semasa prosedur, peranti ini dimasukkan ke dalam tubuh dalam keadaan kecil dan termampat, membolehkannya bergerak dengan selamat melalui kateter sehingga ke lokasi sasaran.

Apabila peranti tersebut dilepaskan ke dalam salur darah, ia terdedah kepada persekitaran badan yang panas dan berair. Keadaan ini mencetuskan tindak balas polimer memori bentuk, menyebabkan peranti mengembang sendiri dan kembali ke bentuk asalnya. Pengembangan ini membolehkan peranti memenuhi ruang salur darah yang bermasalah, seterusnya menyekat aliran darah dan menutup kawasan tersebut secara berkesan tanpa memerlukan pembedahan terbuka.

Contoh peranti yang telah digunakan secara komersial ialah IMPEDE™ Embolization Plug, yang diperbuat daripada polimer memori bentuk berstruktur berliang (Rajah 2). Apabila IMPEDE™ mengembang di dalam salur darah, struktur berliangnya menyediakan permukaan yang luas untuk darah berhenti mengalir dan membentuk bekuan darah secara semula jadi. Dari masa ke masa, bekuan ini membantu menutup salur darah dengan lebih stabil, manakala bahan polimer tersebut menyokong pertumbuhan tisu baharu dan kemudian beransur-ansur terurai. Mekanisme ini menunjukkan bahawa teknologi polimer memori bentuk bukan sahaja berfungsi secara mekanikal, tetapi turut menyokong proses penyembuhan semula jadi tubuh, menjadikannya sesuai untuk rawatan minimum invasif.

Selain itu, polimer memori bentuk turut menunjukkan potensi dalam pembangunan sten salur darah, iaitu rangka kecil berbentuk tiub yang digunakan untuk membuka dan mengekalkan laluan salur darah yang sempit atau tersumbat. Dalam konsep ini, sten dimasukkan dalam keadaan termampat dan mengembang sendiri apabila mencapai suhu badan. Walaupun kebanyakan sten yang digunakan secara klinikal hari ini masih diperbuat daripada logam, penyelidikan terhadap sten berasaskan polimer memori bentuk terus giat dijalankan kerana bahan ini menawarkan fleksibiliti yang lebih tinggi serta potensi untuk terbiodegradasi.

Aplikasi lain termasuk benang pembedahan pintar yang boleh mengetat sendiri apabila terdedah kepada haba badan, serta sistem penghantaran ubat berasaskan polimer memori bentuk yang menyimpan ubat semasa penghantaran dan melepaskannya secara terkawal di lokasi sasaran apabila berlaku perubahan bentuk akibat suhu badan. Kebanyakan aplikasi ini masih berada pada peringkat penyelidikan dan pembangunan, namun kemajuan yang dicapai setakat ini menunjukkan potensi besar bahan ini dalam meningkatkan keberkesanan rawatan perubatan. Perkembangan pesat dalam penyelidikan serta kemunculan beberapa produk komersial turut mencerminkan hala tuju yang jelas bagi penggunaan polimer memori bentuk teraruh terma dalam bidang perubatan.

Polimer memori bentuk menunjukkan bahawa bahan moden bukan lagi bersifat pasif, sebaliknya mampu bertindak balas secara pintar terhadap persekitaran. Keupayaannya untuk berubah bentuk secara terkawal dan kembali ke bentuk asal apabila dipanaskan menawarkan pendekatan rawatan yang lebih fleksibel dan mesra pesakit, khususnya dalam peranti perubatan minimum invasif. Seiring dengan perkembangan teknologi perubatan global, bahan pintar ini membuka peluang kepada Malaysia untuk membangunkan teknologi perubatan bernilai tinggi melalui penyelidikan tempatan dan kerjasama industri, sekali gus menyokong pertumbuhan ekonomi serta pengukuhan industri peranti perubatan negara.

Rujukan

1. Lendlein, A., & Kelch, S. (2002). Shape-memory polymers. Angewandte Chemie International Edition, 41(12), 2034–2057.
2. Ratna, D., & Karger-Kocsis, J. (2008). Recent advances in shape memory polymers and composites: a review. Journal of Materials Science, 43, 254–269.
3. Delaey, J., Dubruel, P., & Van Vlierberghe, S. (2020). Shape-memory polymers for biomedical applications. Advanced Functional Materials, 30(44), 1909047.

4. Endovascular Today. (April 2021). Shape memory polymer technology. Diakses daripada
   https://evtoday.com/articles/2021-apr/shape-memory-polymer-technology
5. Shape Memory Medical Inc. (2022). IMPEDE™ Embolization Plug: Peripheral Vascular Brochure – Shape Memory Polymer Technology. Diakses daripada
   https://www.shapemem.com/wp-content/uploads/2022/12/LIT1002-Rev-D-SMP-Peripheral-Vascular-Brochure-US.pdf

Biodata Penulis:

Dr. Syazana Ahmad Zubir ialah pensyarah di Pusat Pengajian Kejuruteraan Bahan dan Sumber Mineral, Universiti Sains Malaysia dan seorang penyelidik dalam bidang kejuruteraan bahan, khususnya polimer pintar dan bahan termaju. Penyelidikannya tertumpu kepada pembangunan polimer memori bentuk dan polimer penyembuhan kendiri untuk aplikasi perubatan, salutan pintar dan bahan mampan. Kajian beliau melibatkan pemahaman hubungan antara struktur, sifat dan prestasi bahan bagi menyokong pembangunan bahan pintar yang lebih selamat dan berkesan.