زیست سازگاری تیتانیم

تیتانیم اولین بار در دههٔ ۱۹۵۰ میلادی برای جراحی به کار برده شد؛ درحالی که یک دهه قبل تر برای ساخت ایمپلنت به کار رفته بود. امروزه از این فلز به عنوان پروتز، ایمپلنت های ثابت کنندهٔ داخلی، دستگاه های داخل بدن و ابزار دقیق استفاده می شود. از تیتانیم در سراسر بدن انسان به عنوان ایمپلنت استفاده می شود. از جمله کاربردهای این فلز می توان به استفاده در جراحی های مغز و اعصاب، ایمپلنت های چشم، قفس فیوژن ستون مهره ها، ضربان سازها، ایمپلنت های پا و جایگزین های شانه، آرنج، مفصل ران، زانو و چندین کاربرد دیگر اشاره کرد. علت اصلی استفاده از تیتانیم در بدن، زیست سازگاری فلز و دارا بودن سطوح زیست فعال در صورت اعمال فرایندهای بهبود سطح است. از جمله پارامترهای سطحی که بر زیست سازگاری ماده اثرگذار هستند، می توان به بافت سطحی، steric hindrance, binding sites و آب دوستی اشاره کرد. برای ایجاد پاسخ سلولی مطلوب، بایستی این پارامترها بهینه شوند. برخی از ایمپلنت های پزشکی و همچنان ابزارهای جراحی با تیتانیم نیترید پوشش داده می شوند.
تیتانیم به علت مقاومت به خوردگی مطلوب در مقابل سیالات بدن، زیست نفوذناپذیری، گیرش مطلوب ایمپلنت توسط استخوان و حد خستگی بالا به عنوان زیست سازگارترین ماده شناخته می شود. [ نیازمند منبع] مقاومت تیتانیم در برابر محیط سخت بدنی به علت فیلم اکسید محافظی است که به صورت طبیعی در صورت وجود اکسیژن شکل می گیرد. این فیلم اکسید که به شدت پایدار، غیرقابل حل، و غیرقابل نفوذ شیمیایی است، از واکنش ها بین فلز و محیط احاطه کننده جلوگیری می کند.
پیشنهاد داده شده است که ظرفیت تیتانیم برای گیرش توسط استخوان از ثابت دی الکتریک بالای اکسید سطح نشأت می گیرد که در پروتئین ها تأثیری نمی گذارد. [ ۱] یکی از عمده مزیت های تیتانیم نسبت به جایگزین های این ماده - که برای متصل شدن نیاز به پوشش چسبنده دارند - توانایی این ماده در ایجاد اتصال فیزیکی با استخوان است. [ ۲]
خواص سطحی یک زیست ماده نقش به سزایی در مشخص کردن پاسخ سلولی ( چسبندگی سلولی و تکثیر ) به ماده دارد. ریزساختار تیتانیم و انرژی سطحی بالا، آن را قادر به تحریک رگ زایی ( رشد رگ های خونی جدید ) می کند که بر فرایند گیرش ماده کمک می کند. [ ۳]
تیتانیم می تواند با توجه به شرایط اکسیداسیون موجود، پتانسیل های الکتریکی استاندارد متفاوتی را نشان دهد. تیتانیم جامد پتانسیل الکترود استانداردی برابر - 1. 63V دارد. موادی با پتانسیل الکترود استاندارد بالاتر راحت تر اکسید می شوند. در جدول زیر پتانسیل های الکترون استاندارد در شرایط مختلف برای تیتانیم آورده شده است. [ ۴]