Forskare från Tokyo Medical and Dental University (TMDU) använde fotoelektrokemisk mätning och röntgenfotoelektronspektroskopi för att klargöra källan till titans biokompatibilitet när det implanterades i kroppen, som med höftproteser och tandimplantat. De upptäcker att dess reaktivitet med rätt joner i den extracellulära vätskan gör att kroppen kan känna igen den. Detta arbete kan leda till en ny generation medicinska implantat som håller längre.

På grund av sin utmärkta styrka och motståndskraft mot korrosion, används titan ofta i medicinska och dentala implantat. Med tiden har läkare också märkt att patienter med titanimplantat genererar mindre av ett immunsvar än vad som normalt inträffar när ett främmande material placeras inuti kroppen. Detta har förklarats utifrån biokompatibiliteten hos titan. Denna biokompatibilitet kan skapa ett problem, till exempel när skruvar gjorda av titanlegeringar assimilerar för mycket i benvävnaden efter långvarig implantation, vilket gör dem svåra att ta bort senare. Trots många studier om biologiska reaktioner med implanterade material är orsaken till biokompatibiliteten hos titan fortfarande dåligt förstådd. En mer fullständig förklaring av ytegenskaperna som ger titan dessa egenskaper behövs.

Nu har ett team av forskare under ledning av TMDU testat tunna skivor av titan i en lösning som innehåller joner avsedda att efterlikna kroppens extracellulära vätska, såväl som i saltlösning. De mätte hur mycket fotoelektrisk ström som genererades när ljus av olika våglängder belystes på skivorna. De utförde också röntgenfotoelektronspektroskopi för att karakterisera de passiva filmer som fanns naturligt på ytan av titan.

"Passiva filmer bestod av en mycket tunn TiO₂ lager som innehåller små mängder Ti₂ O₃ och TiO, hydroxylgrupper och vatten. Under polariseringen i Hanks inkorporerades kalcium- och fosfatjoner eller bildade kalciumfosfat men inte i saltlösning", säger första författaren Seong-Cheol Kim. Kalciumfosfat bildades också mycket lättare, vilket kunde bidra till att minska reaktionen på främmande kroppar.

"Reaktiviteten hos titan med hög korrosionsbeständighet, som avslöjas i detta experiment av dess elektroniska bandstruktur, är en av de främsta anledningarna till dess utmärkta biokompatibilitet bland metaller", säger motsvarande författare Takao Hanawa. Denna forskning kan leda till säkrare och billigare implantat för höftproteser eller tandimplantat, eftersom titan är relativt sällsynt och dyrt.

Verket publiceras i Science and Technology of Advanced Materials . + Utforska vidare

Simuleringar avslöjar kalciums roll vid acceptans av titanimplantat