Miért van a titánnak nagy affinitása az emberi testhez?

A titán emberi szervezetben való gyakori felhasználásának fő oka a titán és a felületmódosított bioaktív felületek biokompatibilitása. A biokompatibilitást befolyásoló felületi jellemzők a felületi tulajdonságok, a térbeli ellenállás, a kötőhelyek és a hidrofóbitás (nedvesedés). Ezeket a funkciókat a kívánt sejtválasz előállítása érdekében optimalizálták. Egyes orvosi implantátumok, valamint a sebészeti műszerek alkatrészei titán-nitriddel vannak bevonva. A titánt tartják a legjobb biokompatibilis fémnek a testnedvek okozta korrózióval szembeni ellenálló képessége, biológiai tehetetlensége, csontos integrációs képessége és magas kifáradási határa miatt. A titán azon képessége, hogy ellenáll a test zord környezetének, az oxigén jelenlétében védő oxidfilm természetes képződésének eredménye. Az oxidfilm erősen tapad, oldhatatlan és kémiailag áthatolhatatlan, megakadályozza, hogy a fém reakcióba lépjen a környezetével. Úgy gondolják, hogy a titán csontgyógyító képessége a felületi oxid magas dielektromos állandójából fakad, amely nem denaturálja a fehérjéket. A titán azon képessége, hogy fizikailag kötődik a csonthoz, jobb, mint más anyagok, amelyek ragasztóanyagot igényelnek a rögzítéshez. A titán implantátumok hosszabb ideig tartanak, és nagyobb erőt igényelnek a testhez rögzítő kötések megszakításához, mint az alternatívák. A bioanyagok felületi tulajdonságai fontos szerepet játszanak az anyagra adott sejtválasz (sejtadhézió és proliferáció) meghatározásában. A titán mikroszerkezete és nagy felületi energiája lehetővé teszi, hogy angiogenezist indukáljon, ami hozzájárul a csontgyógyulási folyamathoz. Oxidációs állapotától függően a titánnak sokféle standard elektródpotenciálja lehet. A szilárd titán szabványos elektródapotenciállal rendelkezik. A magasabb szabványos elektródpotenciállal rendelkező anyagokat könnyebb redukálni, és jobb oxidálószereket készíteni. A szilárd titán előnyben részesíti az oxidációt, így jobb redukálószer. A titán természetesen passziválódik, oxidfilmet képezve, amely a fizikai környezet hatására egyenetlenné és polarizálódik. Idővel ez a hidroxilcsoportok, lipoproteinek és glikolipidek fokozott adszorpciójához vezet. Ezeknek a vegyületeknek adszorpciója megváltoztatja az anyag kölcsönhatását a szervezettel, és javíthatja a biokompatibilitást. Az olyan titánötvözetekben, mint a titán-cirkónium és a titán-nióbium, a korrózió következtében felszabaduló cirkónium- és nióbium-ionok nem kerülnek a páciens testébe, hanem hozzáadódnak a passzivációs réteghez. A passzivációs rétegben lévő ötvözőelemek bizonyos fokú biokompatibilitást és korrózióállóságot adnak a hordozófém korrózió előtti eredeti ötvözet-összetételétől függően. A nedvesíthetőség növelésével az implantátum csökkentheti a csont gyógyulásához szükséges időt azáltal, hogy lehetővé teszi a sejtek könnyebben kötődését az implantátum felületéhez. A titán nedvesítése megváltoztatható a folyamatparaméterek, például a hőmérséklet, az idő és a nyomás optimalizálásával. Az elsősorban titán-dioxidból álló stabil oxidréteggel rendelkező titán javítja az implantátum nedvesíthetőségét fiziológiás folyadékokkal érintkezve.