Prečo má titán vysokú afinitu k ľudskému telu?

Hlavným dôvodom častého používania titánu v ľudskom tele je biokompatibilita titánu a povrchovo upravených bioaktívnych povrchov. Charakteristiky povrchu, ktoré ovplyvňujú biokompatibilitu, sú povrchové vlastnosti, priestorová odolnosť, väzbové miesta a hydrofóbnosť (zvlhnutie). Tieto vlastnosti sú optimalizované tak, aby produkovali požadovanú bunkovú odpoveď. Niektoré lekárske implantáty, ako aj časti chirurgických nástrojov sú potiahnuté nitridom titánu. Titán je považovaný za najlepší biokompatibilný kov pre svoju odolnosť voči korózii telesnými tekutinami, biologickú inertnosť, osseointegračnú schopnosť a vysoký limit únavy. Schopnosť titánu odolávať drsnému prostrediu tela je výsledkom prirodzenej tvorby ochranného oxidového filmu v prítomnosti kyslíka. Oxidový film silne priľne, je nerozpustný a chemicky nepriepustný, čím bráni kovu reagovať s okolím. Predpokladá sa, že schopnosť hojenia kostí titánu pramení z vysokej dielektrickej konštanty jeho povrchového oxidu, ktorý nedenaturuje proteíny. Schopnosť titánu fyzicky sa spojiť s kosťou ho robí lepším ako iné materiály, ktoré vyžadujú použitie lepidiel, aby zostali pripevnené. Titánové implantáty vydržia dlhšie a vyžadujú väčšiu silu na pretrhnutie väzieb, ktoré ich spájajú s telom, ako alternatívy. Povrchové vlastnosti biomateriálov hrajú dôležitú úlohu pri určovaní bunkovej odozvy (adhézia buniek a proliferácia) na materiál. Mikroštruktúra titánu a vysoká povrchová energia mu umožňujú vyvolať angiogenézu, ktorá prispieva k procesu hojenia kostí. V závislosti od svojho oxidačného stavu môže mať titán mnoho rôznych štandardných elektródových potenciálov. Pevný titán má štandardný elektródový potenciál Materiály s vyšším štandardným elektródovým potenciálom sa ľahšie redukujú a vytvárajú lepšie oxidačné činidlá. Pevný titán preferuje oxidáciu, vďaka čomu je lepším redukčným činidlom. Titán sa prirodzene pasivuje a vytvára oxidový film, ktorý sa vystavením fyzickému prostrediu stáva nerovnomerným a polarizovaným. Postupom času to vedie k zvýšenej adsorpcii hydroxylových skupín, lipoproteínov a glykolipidov. Adsorpcia týchto zlúčenín mení interakciu materiálu s telom a môže zlepšiť biokompatibilitu. V zliatinách titánu, ako je titán-zirkónium a titán-niób, sa ióny zirkónu a nióbu uvoľnené v dôsledku korózie neuvoľňujú do tela pacienta, ale pridávajú sa do pasivačnej vrstvy. Legujúce prvky v pasivačnej vrstve dodávajú určitý stupeň biokompatibility a odolnosti proti korózii v závislosti od pôvodného zloženia zliatiny hostiteľského kovu pred koróziou. Zvýšením zmáčavosti môže implantát skrátiť čas potrebný na hojenie kosti tým, že bunkám umožní ľahšie sa naviazať na povrch implantátu. Zmáčanie titánu je možné zmeniť optimalizáciou parametrov procesu, ako je teplota, čas a tlak. Titán, ktorý má stabilnú oxidovú vrstvu pozostávajúcu predovšetkým z oxidu titaničitého, vedie k zlepšenej zmáčavosti implantátu v kontakte s fyziologickými tekutinami.