Trong lĩnh vực y tế, khi cần cấy ghép như khớp nhân tạo, tấm xương, ốc vít hoặc stent tim mạch, titan và hợp kim của nó (như Ti-6Al-4V) chắc chắn là lựa chọn ưu tiên trong số các vật liệu kim loại. Đây không phải là sự trùng hợp ngẫu nhiên mà bắt nguồn từ sự kết hợp độc đáo của các đặc tính của titan, cho phép nó cùng tồn tại hài hòa cao với cơ thể con người. Những ưu điểm chính của nó nằm ở các khía cạnh sau:
Khả năng tương thích sinh học là yêu cầu hàng đầu đối với vật liệu cấy ghép, đề cập đến khả năng của vật liệu cùng tồn tại hòa bình với các mô, máu và xương của con người mà không gây ra các tác dụng phụ độc hại hoặc bị đào thải.
Lớp thụ động ổn định: Titan tạo thành ngay một lớp oxit cực kỳ dày đặc, ổn định và tự sửa chữa trên bề mặt của nó. Lớp màng trơ này ngăn chặn hiệu quả kim loại titan bên dưới bị ăn mòn bởi môi trường phức tạp của dịch cơ thể, làm giảm đáng kể sự giải phóng các ion kim loại. Ngược lại, một số kim loại khác (như thép không gỉ hoặc hợp kim coban-crom) có thể giải phóng một lượng nhỏ ion (ví dụ: niken, crom, coban) trong quá trình cấy ghép lâu dài, có khả năng gây ra dị ứng, viêm hoặc các phản ứng bất lợi khác. Đặc tính này làm cho titan trở thành một trong những kim loại 'yên tĩnh' và 'vô hại' nhất bên trong cơ thể con người.
Một vật cấy ghép không chỉ phải tương thích mà các tính chất cơ học của nó còn phải phù hợp với xương người, một khái niệm quan trọng được gọi là 'tương thích cơ học'.
Tỷ lệ độ bền trên trọng lượng cao và Mô đun thấp: Hợp kim titan có tỷ lệ độ bền trên trọng lượng rất cao, có nghĩa là các vật cấy ghép có thể được làm nhẹ hơn trong khi vẫn đảm bảo độ bền cơ học đủ. Quan trọng hơn, mô đun đàn hồi của chúng (một thước đo độ cứng) thấp hơn nhiều so với thép không gỉ và hợp kim coban-crom, làm cho nó gần với xương người hơn. Nếu một vật cấy ghép (như tấm xương) quá cứng, nó sẽ chịu hầu hết các áp lực, dẫn đến xương bên dưới bị loãng xương và teo do 'che chắn áp lực'. Độ cứng vừa phải của hợp kim titan giúp duy trì sự phân bố áp lực bình thường hơn trong xương, thúc đẩy quá trình chữa lành và sức khỏe xương lâu dài.
Đây là lợi thế cốt lõi, thường không thể thay thế, của titan trong chỉnh hình và nha khoa.
Tích hợp xương đề cập đến sự kết nối cấu trúc và chức năng trực tiếp giữa xương sống và bề mặt của một vật cấy ghép chịu tải, mà không có mô liên kết sợi xen vào. Các đặc tính bề mặt của titan, đặc biệt là sau khi làm nhám hoặc xử lý xốp, cung cấp một giàn giáo tuyệt vời để các tế bào xương bám vào, di chuyển và phát triển. Mô xương mới có thể phát triển vào các vi lỗ của titan, tạo ra một 'khóa sinh học' vững chắc hơn là chỉ một sự cố định cơ học. Sự tích hợp mạnh mẽ này đảm bảo sự ổn định lâu dài của vật cấy ghép, giảm đáng kể nguy cơ lỏng lẻo và hỏng hóc.
Tóm lại, titan là lựa chọn hàng đầu cho cấy ghép ở người do khả năng tương thích sinh học vô song, các tính chất cơ học phù hợp và khả năng tích hợp xương độc đáo. Nó không chỉ ổn định về mặt hóa học và không độc hại mà còn hoạt động hiệp đồng với cơ thể con người ở cả cấp độ cơ học và sinh học, hỗ trợ tái tạo và sửa chữa. Nó đại diện cho một khám phá mang tính bước ngoặt trong khoa học vật liệu y tế hiện đại.
