Почему титан имеет такое высокое сродство к человеческому организму?

Основной причиной частого использования титана в организме человека является биосовместимость титана и поверхностно-модифицированных биоактивных поверхностей. Поверхностными характеристиками, которые влияют на биосовместимость, являются поверхностные свойства, пространственная устойчивость, места связывания и гидрофобность (смачивание). Эти функции оптимизированы для получения желаемого клеточного ответа. Некоторые медицинские имплантаты, а также детали хирургических инструментов покрыты нитридом титана. Титан считается лучшим биосовместимым металлом благодаря его устойчивости к коррозии биологическими жидкостями, биологической инертности, способности к остеоинтеграции и высокому пределу усталости. Способность титана противостоять суровой среде обитания организма является результатом естественного образования защитной оксидной пленки в присутствии кислорода. Оксидная пленка прочно прилипает, нерастворима и химически непроницаема, предотвращая реакцию металла с окружающей средой. Считается, что способность титана к заживлению костей обусловлена ​​высокой диэлектрической проницаемостью его поверхностного оксида, который не денатурирует белки. Способность титана физически связываться с костью делает его превосходящим другие материалы, для фиксации которых требуется использование клея. Титановые имплантаты служат дольше и требуют большей силы, чтобы разорвать связи, которые прикрепляют их к телу, чем альтернативные варианты. Поверхностные свойства биоматериалов играют важную роль в определении клеточной реакции (адгезия и пролиферация клеток) на материал. Микроструктура титана и высокая поверхностная энергия позволяют ему индуцировать ангиогенез, что способствует процессу заживления костей. В зависимости от степени окисления титан может иметь множество различных стандартных электродных потенциалов. Твердый титан имеет стандартный электродный потенциал. Материалы с более высоким стандартным электродным потенциалом легче восстанавливать и из них получаются лучшие окислители. Твердый титан предпочитает окисление, что делает его лучшим восстановителем. Титан естественным образом пассивируется, образуя оксидную пленку, которая становится неровной и поляризуется под воздействием физической среды. Со временем это приводит к усилению адсорбции гидроксильных групп, липопротеинов и гликолипидов. Адсорбция этих соединений изменяет взаимодействие материала с организмом и может улучшить биосовместимость. В титановых сплавах, таких как титан-цирконий и титан-ниобий, ионы циркония и ниобия, высвобождаемые в результате коррозии, не попадают в тело пациента, а добавляются в пассивирующий слой. Легирующие элементы в пассивирующем слое повышают степень биосовместимости и коррозионной стойкости в зависимости от исходного состава сплава основного металла до коррозии. Увеличивая смачиваемость, имплантат может сократить время, необходимое для заживления кости, позволяя клеткам легче связываться с поверхностью имплантата. Смачивание титана можно изменить путем оптимизации параметров процесса, таких как температура, время и давление. Титан, имеющий стабильный оксидный слой, состоящий в основном из диоксида титана, приводит к улучшенной смачиваемости имплантата при контакте с физиологическими жидкостями.