Gli scienziati della Tokyo Medical and Dental University (TMDU) hanno utilizzato la misurazione fotoelettrochimica e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X per chiarire la fonte della biocompatibilità del titanio quando viene impiantato nel corpo, come con le protesi d'anca e gli impianti dentali. Scoprono che la sua reattività con gli ioni corretti nel fluido extracellulare consente al corpo di riconoscerlo. Questo lavoro può portare a impianti medici di nuova generazione che durano più a lungo.

Grazie alla sua eccellente forza e resistenza alla corrosione, il titanio è comunemente usato negli impianti medici e dentali. Nel tempo, i medici hanno anche notato che i pazienti con impianti in titanio generano una risposta immunitaria inferiore a quella che normalmente si verifica quando un materiale estraneo viene inserito all'interno del corpo. Ciò è stato spiegato in base alla biocompatibilità del titanio. Questa biocompatibilità può generare un problema, come quando le viti in leghe di titanio si assimilano troppo nel tessuto osseo dopo un impianto a lungo termine, il che le rende difficili da rimuovere in seguito. Nonostante i numerosi studi sulle reazioni biologiche con i materiali impiantati, la ragione della biocompatibilità del titanio rimane poco conosciuta. È necessaria una spiegazione più completa delle proprietà della superficie che conferiscono al titanio queste caratteristiche.

Ora, un team di ricercatori guidato da TMDU ha testato sottili dischi di titanio in una soluzione contenente ioni destinata a imitare il fluido extracellulare del corpo, oltre che in soluzione salina. Hanno misurato quanta corrente fotoelettrica è stata generata quando la luce di varie lunghezze d'onda è stata illuminata sui dischi. Hanno anche eseguito la spettroscopia fotoelettronica a raggi X per caratterizzare i film passivi che erano naturalmente presenti sulla superficie del titanio.

"I film passivi consistevano in un TiO₂ molto sottile strato contenente piccole quantità di Ti₂ O₃ e TiO, gruppi ossidrile e acqua. Durante la polarizzazione in Hanks, gli ioni calcio e fosfato sono stati incorporati o hanno formato fosfato di calcio ma non in soluzione salina", afferma il primo autore Seong-Cheol Kim. Anche il fosfato di calcio si è formato molto più facilmente, il che potrebbe aiutare a ridurre la risposta da corpo estraneo.

"La reattività del titanio con un'elevata resistenza alla corrosione, come rivelato in questo esperimento dalla sua struttura a banda elettronica, è una delle ragioni principali della sua eccellente biocompatibilità tra i metalli", afferma il corrispondente autore Takao Hanawa. Questa ricerca può portare a impianti più sicuri e meno costosi per protesi d'anca o impianti dentali, perché il titanio è relativamente raro e costoso.

Il lavoro è pubblicato in Scienza e tecnologia dei materiali avanzati . + Esplora ulteriormente

Le simulazioni rivelano il ruolo del calcio nell'accettazione dell'impianto in titanio