Защо титанът има висок афинитет към човешкото тяло?

Основната причина за честата употреба на титан в човешкото тяло е биосъвместимостта на титана и повърхностно модифицираните биоактивни повърхности. Повърхностните характеристики, които влияят върху биосъвместимостта, са свойствата на повърхността, устойчивостта на пространственото място, местата на свързване и хидрофобността (овлажняване). Тези характеристики са оптимизирани, за да произведат желания клетъчен отговор. Някои медицински импланти, както и части от хирургически инструменти са покрити с титанов нитрид. Титанът се счита за най-добрия биосъвместим метал поради неговата устойчивост на корозия от телесни течности, биологична инертност, способност за остеоинтеграция и висока граница на умора. Способността на титана да издържа на суровата среда на тялото е резултат от естественото образуване на защитен оксиден филм в присъствието на кислород. Оксидният филм залепва силно, неразтворим е и е химически непропусклив, предотвратявайки реакцията на метала със заобикалящата го среда. Смята се, че способността на титана да заздравява костите произтича от високата диелектрична константа на неговия повърхностен оксид, който не денатурира протеините. Способността на титана да се свързва физически с костта го прави по-добър от други материали, които изискват използването на лепила, за да останат прикрепени. Титаниевите импланти издържат по-дълго и изискват по-голяма сила за разкъсване на връзките, които ги прикрепят към тялото, отколкото алтернативите. Повърхностните свойства на биоматериалите играят важна роля при определяне на клетъчния отговор (клетъчна адхезия и пролиферация) към материала. Микроструктурата на титана и високата повърхностна енергия му позволяват да индуцира ангиогенеза, което допринася за процеса на заздравяване на костите. В зависимост от степента на окисление, титанът може да има много различни стандартни електродни потенциали. Твърдият титан има стандартен електроден потенциал. Материалите с по-висок стандартен електроден потенциал се редуцират по-лесно и се правят по-добри окислители. Твърдият титан предпочита окисление, което го прави по-добър редуциращ агент. Титанът пасивира естествено, образувайки оксиден филм, който става неравномерен и поляризиран при излагане на физическата среда. С течение на времето това води до повишена адсорбция на хидроксилни групи, липопротеини и гликолипиди. Адсорбцията на тези съединения променя взаимодействието на материала с тялото и може да подобри биосъвместимостта. В титанови сплави като титан-цирконий и титан-ниобий, циркониеви и ниобиеви йони, освободени поради корозия, не се освобождават в тялото на пациента, а се добавят към пасивиращия слой. Легиращите елементи в пасивиращия слой добавят известна степен на биосъвместимост и устойчивост на корозия, в зависимост от първоначалния състав на сплавта на основния метал преди корозията. Чрез увеличаване на омокряемостта имплантът може да намали времето, необходимо за заздравяване на костта, като позволи на клетките да се свързват по-лесно с повърхността на импланта. Омокрянето на титан може да бъде променено чрез оптимизиране на параметрите на процеса като температура, време и налягане. Титанът, който има стабилен оксиден слой, състоящ се главно от титанов диоксид, води до подобрена омокряемост на импланта в контакт с физиологични течности.