เหตุใดไทเทเนียมจึงมีความสัมพันธ์สูงต่อร่างกายมนุษย์?

สาเหตุหลักสำหรับการใช้ไทเทเนียมบ่อยครั้งในร่างกายมนุษย์คือความเข้ากันได้ทางชีวภาพของไทเทเนียมและพื้นผิวที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่ดัดแปลงพื้นผิว ลักษณะพื้นผิวที่ส่งผลต่อความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ได้แก่ คุณสมบัติของพื้นผิว ความต้านทานของพื้นที่ ตำแหน่งที่ยึดเกาะ และความสามารถในการไม่ชอบน้ำ (การทำให้เปียก) คุณสมบัติเหล่านี้ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อสร้างการตอบสนองของเซลล์ที่ต้องการ การปลูกถ่ายทางการแพทย์บางส่วนรวมถึงชิ้นส่วนของเครื่องมือผ่าตัดเคลือบด้วยไททาเนียมไนไตรด์ ไทเทเนียมถือเป็นโลหะที่เข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีที่สุด เนื่องจากมีความทนทานต่อการกัดกร่อนจากของเหลวในร่างกาย ความเฉื่อยทางชีวภาพ ความสามารถในการรวมตัวของออสซีโอ และขีดจำกัดความล้าสูง ความสามารถของไทเทเนียมในการทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงของร่างกายเป็นผลมาจากการก่อตัวตามธรรมชาติของฟิล์มออกไซด์ป้องกันเมื่อมีออกซิเจน ฟิล์มออกไซด์เกาะติดอย่างแน่นหนา ไม่ละลายน้ำ และสารเคมีซึมผ่านไม่ได้ ป้องกันไม่ให้โลหะทำปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อม เชื่อกันว่าความสามารถในการรักษากระดูกของไททาเนียมนั้นเกิดจากค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงของออกไซด์ที่พื้นผิว ซึ่งไม่ทำให้โปรตีนเสื่อมสภาพ ความสามารถของไทเทเนียมในการยึดเกาะทางกายภาพกับกระดูกทำให้เหนือกว่าวัสดุอื่นๆ ที่ต้องใช้กาวในการยึดติด การปลูกถ่ายไทเทเนียมมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าและต้องใช้แรงมากกว่าเพื่อทำลายพันธะที่ยึดไว้กับร่างกายมากกว่าทางเลือกอื่น คุณสมบัติพื้นผิวของวัสดุชีวภาพมีบทบาทสำคัญในการพิจารณาการตอบสนองของเซลล์ (การยึดเกาะและการเพิ่มจำนวนของเซลล์) ต่อวัสดุ โครงสร้างจุลภาคของไททาเนียมและพลังงานพื้นผิวที่สูงทำให้เกิดการสร้างเส้นเลือดใหม่ ซึ่งมีส่วนช่วยในกระบวนการสมานกระดูก ไทเทเนียมสามารถมีศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานที่แตกต่างกันได้หลายแบบ ขึ้นอยู่กับสถานะออกซิเดชัน ไททาเนียมแข็งมีศักยภาพของอิเล็กโทรดมาตรฐาน วัสดุที่มีค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานสูงกว่าจะลดและสร้างสารออกซิไดซ์ได้ง่ายกว่า ไททาเนียมแข็งชอบปฏิกิริยาออกซิเดชั่น ทำให้เป็นตัวรีดิวซ์ได้ดีกว่า ไทเทเนียมเคลื่อนตัวตามธรรมชาติ ก่อตัวเป็นฟิล์มออกไซด์ซึ่งจะไม่สม่ำเสมอและเป็นขั้วเมื่อสัมผัสกับสภาพแวดล้อมทางกายภาพ เมื่อเวลาผ่านไปสิ่งนี้นำไปสู่การดูดซับของกลุ่มไฮดรอกซิลไลโปโปรตีนและไกลโคลิปิดเพิ่มขึ้น การดูดซับสารประกอบเหล่านี้จะเปลี่ยนปฏิกิริยาระหว่างวัสดุกับร่างกายและสามารถปรับปรุงความเข้ากันได้ทางชีวภาพได้ ในโลหะผสมไทเทเนียม เช่น ไทเทเนียม-เซอร์โคเนียม และไทเทเนียม-ไนโอเบียม ไอออนเซอร์โคเนียมและไนโอเบียมที่ปล่อยออกมาเนื่องจากการกัดกร่อนจะไม่ถูกปล่อยเข้าสู่ร่างกายของผู้ป่วย แต่จะถูกเติมเข้าไปในชั้นฟิล์ม องค์ประกอบโลหะผสมในชั้นฟิล์มทู่จะเพิ่มระดับของความเข้ากันได้ทางชีวภาพและความต้านทานการกัดกร่อน ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบโลหะผสมดั้งเดิมของโลหะโฮสต์ก่อนการกัดกร่อน การเพิ่มความสามารถในการเปียกน้ำทำให้รากฟันเทียมสามารถลดเวลาที่ต้องใช้ในการรักษากระดูกโดยปล่อยให้เซลล์จับตัวกับพื้นผิวของรากฟันเทียมได้ง่ายขึ้น การเปียกของไทเทเนียมสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการปรับพารามิเตอร์กระบวนการให้เหมาะสม เช่น อุณหภูมิ เวลา และความดัน ไทเทเนียมที่มีชั้นออกไซด์ที่เสถียรซึ่งประกอบด้วยไทเทเนียมไดออกไซด์เป็นหลักส่งผลให้ความสามารถในการเปียกของถุงเต้านมเทียมดีขึ้นเมื่อสัมผัสกับของเหลวทางสรีรวิทยา