Mengapa titanium memiliki afinitas yang tinggi terhadap tubuh manusia?

Alasan utama seringnya penggunaan titanium dalam tubuh manusia adalah biokompatibilitas titanium dan permukaan bioaktif yang dimodifikasi permukaannya. Karakteristik permukaan yang mempengaruhi biokompatibilitas adalah sifat permukaan ketahanan tapak spasial, tapak pengikatan dan hidrofobisitas (pembasahan). Fitur-fitur ini dioptimalkan untuk menghasilkan respons seluler yang diinginkan. Beberapa implan medis serta bagian instrumen bedah dilapisi dengan titanium nitrida. Titanium dianggap sebagai logam biokompatibel terbaik karena ketahanannya terhadap korosi oleh cairan tubuh, kelembaman biologis, kemampuan osseointegrasi, dan batas kelelahan yang tinggi. Kemampuan Titanium untuk menahan lingkungan tubuh yang keras adalah hasil dari pembentukan alami lapisan oksida pelindung dengan adanya oksigen. Lapisan oksida melekat dengan kuat, tidak larut dan kedap secara kimia, mencegah logam bereaksi dengan lingkungannya. Diperkirakan bahwa kemampuan penyembuhan tulang titanium berasal dari konstanta dielektrik oksida permukaannya yang tinggi, yang tidak mengubah sifat protein. Kemampuan titanium untuk berikatan secara fisik dengan tulang menjadikannya lebih unggul dibandingkan bahan lain yang memerlukan penggunaan perekat agar tetap menempel. Implan titanium bertahan lebih lama dan membutuhkan kekuatan lebih besar untuk memutuskan ikatan yang mengikatnya pada tubuh dibandingkan implan alternatif. Sifat permukaan biomaterial berperan penting dalam menentukan respon seluler (adhesi dan proliferasi sel) terhadap material. Struktur mikro Titanium dan energi permukaannya yang tinggi memungkinkannya menginduksi angiogenesis, yang berkontribusi pada proses penyembuhan tulang. Tergantung pada keadaan oksidasinya, titanium dapat memiliki banyak potensial elektroda standar yang berbeda. Titanium padat memiliki potensial elektroda standar Bahan dengan potensial elektroda standar lebih tinggi lebih mudah direduksi dan menghasilkan oksidator yang lebih baik. Titanium padat lebih menyukai oksidasi, menjadikannya zat pereduksi yang lebih baik. Titanium bersifat pasif secara alami, membentuk lapisan oksida yang menjadi tidak merata dan terpolarisasi akibat paparan lingkungan fisik. Seiring waktu, hal ini menyebabkan peningkatan adsorpsi gugus hidroksil, lipoprotein, dan glikolipid. Adsorpsi senyawa ini mengubah interaksi bahan dengan tubuh dan dapat meningkatkan biokompatibilitas. Pada paduan titanium seperti titanium-zirkonium dan titanium-niobium, ion zirkonium dan niobium yang dilepaskan akibat korosi tidak dilepaskan ke dalam tubuh pasien tetapi ditambahkan ke lapisan pasivasi. Elemen paduan pada lapisan pasivasi menambah tingkat biokompatibilitas dan ketahanan terhadap korosi, tergantung pada komposisi paduan asli logam induk sebelum korosi. Dengan meningkatkan keterbasahan, implan dapat mengurangi waktu yang diperlukan untuk penyembuhan tulang dengan memungkinkan sel lebih mudah berikatan dengan permukaan implan. Pembasahan titanium dapat diubah dengan mengoptimalkan parameter proses seperti suhu, waktu dan tekanan. Titanium yang memiliki lapisan oksida stabil terutama terdiri dari titanium dioksida menghasilkan peningkatan keterbasahan implan saat bersentuhan dengan cairan fisiologis.