Wissenschaftler der Tokyo Medical and Dental University (TMDU) verwendeten photoelektrochemische Messungen und Röntgen-Photoelektronenspektroskopie, um die Quelle der Biokompatibilität von Titan zu klären, wenn es in den Körper implantiert wird, wie bei Hüftprothesen und Zahnimplantaten. Sie finden heraus, dass seine Reaktivität mit den richtigen Ionen in der extrazellulären Flüssigkeit es dem Körper ermöglicht, es zu erkennen. Diese Arbeit kann zu medizinischen Implantaten der neuen Generation führen, die länger halten.
Aufgrund seiner hervorragenden Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit wird Titan häufig in medizinischen und zahnärztlichen Implantaten verwendet. Im Laufe der Zeit haben Ärzte auch festgestellt, dass Patienten mit Titanimplantaten eine geringere Immunantwort hervorrufen als normalerweise, wenn ein Fremdmaterial in den Körper eingebracht wird. Dies wurde basierend auf der Biokompatibilität von Titan erklärt. Diese Biokompatibilität kann zu einem Problem führen, wenn beispielsweise Schrauben aus Titanlegierungen nach einer Langzeitimplantation zu stark in das Knochengewebe assimilieren, was eine spätere Entfernung erschwert. Trotz zahlreicher Studien zu biologischen Reaktionen mit implantierten Materialien ist der Grund für die Biokompatibilität von Titan noch weitgehend unverstanden. Eine vollständigere Erklärung der Oberflächeneigenschaften, die Titan diese Merkmale verleihen, ist erforderlich.
Jetzt hat ein Forscherteam unter der Leitung von TMDU dünne Titanscheiben in einer Lösung getestet, die Ionen enthält, die die extrazelluläre Flüssigkeit des Körpers nachahmen sollen, sowie in Kochsalzlösung. Sie maßen, wie viel photoelektrischer Strom erzeugt wird, wenn Licht verschiedener Wellenlängen auf die Scheiben gestrahlt wird. Sie führten auch Röntgenphotoelektronenspektroskopie durch, um die passiven Filme zu charakterisieren, die natürlicherweise auf der Oberfläche des Titans vorhanden waren.
„Passive Filme bestanden aus einer sehr dünnen TiO2-Schicht, die geringe Mengen an Ti2O3 und TiO, Hydroxylgruppen und Wasser enthielt. Während der Polarisation in Hanks wurden Calcium- und Phosphationen eingebaut oder bildeten Calciumphosphat, aber nicht in Kochsalzlösung“, sagt Erstautor Seong- Cheol Kim. Calciumphosphat wird auch viel leichter gebildet, was helfen könnte, die Fremdkörperreaktion zu reduzieren.
„Die Reaktivität von Titan mit hoher Korrosionsbeständigkeit, wie in diesem Experiment durch seine elektronische Bandstruktur gezeigt, ist einer der Hauptgründe für seine hervorragende Biokompatibilität zwischen Metallen“, sagt der korrespondierende Autor Takao Hanawa. Diese Forschung kann zu sichereren und kostengünstigeren Implantaten für Hüftprothesen oder Zahnimplantaten führen, da Titan relativ selten und teuer ist.
Die Arbeit ist veröffentlicht in Wissenschaft und Technologie fortschrittlicher Materialien.
Seong-Cheol Kim et al, Bandstrukturen von Passivfilmen auf Titan in simulierten Bioflüssigkeiten, bestimmt durch photoelektrochemische Reaktion: Prinzip der Biokompatibilität, Wissenschaft und Technologie fortschrittlicher Materialien (2022). DOI: 10.1080/14686996.2022.2066960
Bereitgestellt von der Tokyo Medical and Dental University