なぜチタンは人体との親和性が高いのでしょうか？

人体にチタンが頻繁に使用される主な理由は、チタンの生体適合性と表面改質された生体活性表面です。 生体適合性に影響を与える表面特性は、空間部位抵抗、結合部位、疎水性 (濡れ) などの表面特性です。 これらの機能は、望ましい細胞応答を生み出すように最適化されています。 一部の医療用インプラントや外科器具の部品は窒化チタンでコーティングされています。 チタンは、体液による腐食に対する耐性、生物学的不活性性、オッセオインテグレーション能力、および高い疲労限界により、最高の生体適合性金属とみなされています。 身体の過酷な環境に耐えるチタンの能力は、酸素の存在下で保護酸化膜が自然に形成される結果です。 酸化皮膜は密着性が高く、不溶性かつ化学的に不透過性であるため、金属が周囲と反応するのを防ぎます。 チタンの骨治癒能力は、タンパク質を変性させない表面酸化物の高い誘電率に起因すると考えられています。 チタンは骨に物理的に結合する能力があるため、結合を維持するために接着剤を使用する必要がある他の素材よりも優れています。 チタン製インプラントは、代替品よりも長持ちし、体に取り付けられている結合を破壊するのに大きな力を必要とします。 生体材料の表面特性は、材料に対する細胞反応 (細胞の接着と増殖) を決定する上で重要な役割を果たします。 チタンの微細構造と高い表面エネルギーにより、血管新生が誘導され、骨の治癒プロセスに貢献します。 酸化状態に応じて、チタンはさまざまな標準電極電位を持ちます。 固体チタンは標準電極電位を持っています。標準電極電位が高い材料は、還元が容易であり、より優れた酸化剤を生成します。 固体チタンは酸化を好むため、より優れた還元剤となります。 チタンは自然に不動態化し、物理的環境にさらされると不均一で分極した酸化膜を形成します。 時間の経過とともに、これによりヒドロキシル基、リポタンパク質、糖脂質の吸着が増加します。 これらの化合物の吸着により、材料と身体の相互作用が変化し、生体適合性が向上する可能性があります。 チタン - ジルコニウムやチタン - ニオブなどのチタン合金では、腐食によって放出されるジルコニウムおよびニオブのイオンは患者の体内に放出されず、不動態化層に追加されます。 パッシベーション層内の合金元素は、腐食前の母材金属の元の合金組成に応じて、ある程度の生体適合性と耐食性を高めます。 湿潤性を高めることにより、インプラントは細胞がインプラント表面により容易に結合できるようになり、骨の治癒に必要な時間を短縮できます。 チタンの濡れは、温度、時間、圧力などのプロセスパラメータを最適化することで変更できます。 主に二酸化チタンからなる安定した酸化物層を有するチタンは、生理学的液体と接触するインプラントの湿潤性を向上させる。