Udforske, hvad der giver titaniumimplantater deres bemærkelsesværdige biokompatibilitet

Forskere fra Tokyo Medical and Dental University (TMDU) brugte fotoelektrokemiske målinger og røntgenfotoelektronspektroskopi til at afklare kilden til titaniums biokompatibilitet, når det blev implanteret i kroppen, som med hofteudskiftninger og tandimplantater. De finder ud af, at dens reaktivitet med de korrekte ioner i den ekstracellulære væske tillader kroppen at genkende den. Dette arbejde kan føre til en ny generation af medicinske implantater, der holder længere.

På grund af sin fremragende styrke og modstandsdygtighed over for korrosion, er titanium almindeligt anvendt i medicinske og dentale implantater. Over tid har læger også bemærket, at patienter med titaniumimplantater genererer mindre af en immunreaktion, end der normalt opstår, når et fremmed materiale placeres inde i kroppen. Dette er blevet forklaret ud fra biokompatibiliteten af ​​titanium. Denne biokompatibilitet kan generere et problem, såsom når skruer lavet af titanlegeringer assimilerer for meget i knoglevæv efter langvarig implantation, hvilket gør dem vanskelige at fjerne senere. På trods af talrige undersøgelser af biologiske reaktioner med implanterede materialer, er årsagen til biokompatibiliteten af ​​titan stadig dårligt forstået. Der er behov for en mere fuldstændig forklaring af overfladeegenskaberne, der giver titanium disse egenskaber.

Nu har et team af forskere ledet af TMDU testet tynde skiver af titanium i en opløsning, der indeholder ioner beregnet til at efterligne kroppens ekstracellulære væske, såvel som i saltvand. De målte, hvor meget fotoelektrisk strøm, der blev genereret, når lys af forskellige bølgelængder blev oplyst på skiverne. De udførte også røntgenfotoelektronspektroskopi for at karakterisere de passive film, der var naturligt til stede på overfladen af ​​titanium.

"Passive film bestod af en meget tynd TiO₂ lag, der indeholder små mængder Ti₂ O₃ og TiO, hydroxylgrupper og vand. Under polarisering i Hanks blev calcium- og fosfat-ioner inkorporeret eller dannet calciumfosfat, men ikke i saltvand," siger førsteforfatter Seong-Cheol Kim. Calciumfosfat dannedes også meget lettere, hvilket kunne hjælpe med at reducere reaktionen på fremmedlegemer.

"Reaktiviteten af ​​titan med høj korrosionsbestandighed, som afsløret i dette eksperiment af dets elektroniske båndstruktur, er en af ​​de primære årsager til dets fremragende biokompatibilitet blandt metaller," siger den tilsvarende forfatter Takao Hanawa. Denne forskning kan føre til sikrere og billigere implantater til hofteudskiftninger eller tandimplantater, fordi titanium er relativt sjældent og dyrt.

Værket er udgivet i Science and Technology of Advanced Materials . + Udforsk yderligere

Simuleringer afslører calciums rolle i titaniumimplantataccept