چرا تیتانیوم تمایل زیادی به بدن انسان دارد؟

دلیل اصلی استفاده مکرر از تیتانیوم در بدن انسان، زیست سازگاری تیتانیوم و سطوح زیست فعال اصلاح شده در سطح است. ویژگی‌های سطحی که بر زیست‌سازگاری تأثیر می‌گذارند، ویژگی‌های سطحی مقاومت مکانی، مکان‌های اتصال و آبگریزی (تر شدن) است. این ویژگی ها برای ایجاد پاسخ سلولی مورد نظر بهینه شده اند. برخی از ایمپلنت های پزشکی و همچنین قسمت هایی از ابزار جراحی با نیترید تیتانیوم پوشانده شده اند. تیتانیوم به دلیل مقاومت در برابر خوردگی توسط مایعات بدن، بی اثری بیولوژیکی، توانایی ادغام استخوانی و حد خستگی بالا، بهترین فلز زیست سازگار در نظر گرفته می شود. توانایی تیتانیوم در مقاومت در برابر محیط خشن بدن نتیجه تشکیل طبیعی یک لایه اکسید محافظ در حضور اکسیژن است. فیلم اکسید به شدت چسبیده، نامحلول و از نظر شیمیایی غیرقابل نفوذ است و از واکنش فلز با محیط اطراف خود جلوگیری می کند. تصور می شود که توانایی ترمیم استخوان تیتانیوم از ثابت دی الکتریک بالای اکسید سطح آن ناشی می شود که پروتئین ها را دنچر نمی کند. توانایی تیتانیوم برای اتصال فیزیکی به استخوان باعث برتری آن نسبت به سایر موادی می شود که برای چسبیدن نیاز به استفاده از چسب دارند. ایمپلنت‌های تیتانیوم عمر طولانی‌تری دارند و برای شکستن پیوندهایی که آن‌ها را به بدن متصل می‌کنند، نسبت به جایگزین‌ها به نیروی بیشتری نیاز دارند. خواص سطحی بیومواد نقش مهمی در تعیین پاسخ سلولی (چسبندگی و تکثیر سلولی) به ماده دارد. ریزساختار تیتانیوم و انرژی سطحی بالای آن به آن اجازه می دهد تا رگ زایی را القا کند که به روند ترمیم استخوان کمک می کند. بسته به حالت اکسیداسیون، تیتانیوم می‌تواند پتانسیل‌های الکترودی استاندارد متفاوتی داشته باشد. تیتانیوم جامد دارای پتانسیل الکترود استاندارد است. تیتانیوم جامد اکسیداسیون را ترجیح می دهد و آن را به یک عامل کاهنده بهتر تبدیل می کند. تیتانیوم به طور طبیعی غیرفعال می شود و یک لایه اکسیدی تشکیل می دهد که با قرار گرفتن در معرض محیط فیزیکی ناهموار و قطبی می شود. با گذشت زمان، این منجر به افزایش جذب گروه های هیدروکسیل، لیپوپروتئین ها و گلیکولیپیدها می شود. جذب این ترکیبات برهمکنش مواد با بدن را تغییر می دهد و می تواند زیست سازگاری را بهبود بخشد. در آلیاژهای تیتانیوم مانند تیتانیوم-زیرکونیوم و تیتانیوم-نیوبیم، یون های زیرکونیوم و نیوبیم که در اثر خوردگی آزاد می شوند در بدن بیمار آزاد نمی شوند بلکه به لایه غیرفعال سازی اضافه می شوند. عناصر آلیاژی در لایه غیرفعال، بسته به ترکیب آلیاژی اصلی فلز میزبان قبل از خوردگی، درجه ای از زیست سازگاری و مقاومت در برابر خوردگی را اضافه می کنند. با افزایش ترشوندگی، ایمپلنت می تواند زمان لازم برای ترمیم استخوان را با اجازه دادن به سلول ها برای اتصال آسان تر به سطح ایمپلنت کاهش دهد. خیس شدن تیتانیوم را می توان با بهینه سازی پارامترهای فرآیند مانند دما، زمان و فشار تغییر داد. تیتانیوم با داشتن یک لایه اکسید پایدار که عمدتاً از دی اکسید تیتانیوم تشکیل شده است باعث بهبود ترشوندگی ایمپلنت در تماس با مایعات فیزیولوژیکی می شود.