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為什麼鈦是醫療植入物的最佳選擇？它的神秘之處在哪裡？
自1950年代鈦首次被引入外科手術以來，這種金屬在醫療領域的應用不斷擴展，成為義肢、內部固定裝置、內部身體設備和手術器械的不二之選。從神經外科到骨導助聽器，再到假眼植入物、脊椎融合籠、心臟起搏器、腳趾植入物以及各種關節置換手術，鈦的身影幾乎無處不在。不難理解，鈦成為醫療植入物的首選金屬，主要得益於其優越的生物相容性和可進行表面改良以實現生物活性表面。
鈦的生物相容性使其能在人體內長期存在而不產生不良反應，其表面特性直接決定了細胞對材料的反應。
鈦的生物相容性
在所有金屬中，鈦被認為是最具生物相容性的金屬。這主要得益於它在人體液中的耐腐蝕性、生物惰性以及其優秀的骨整合能力和高疲勞極限。當鈦暴露在含氧環境中時，會形成一層天然的保護性氧化膜，這層氧化膜具有強附著力、不溶解且化學上不滲透，從而防止金屬與周圍環境發生反應。
骨整合的互動與增殖
鈦的骨整合能力被認為是由其表面氧化物的高介電常數引起的，這不會使蛋白質變性。鈦可與骨髓形成物理結合，這使其相較於其他需要粘合劑才能保持固定的材料來得更加優越。鈦植入物的耐久性更高，與身體的連接所需的強度也更大。
鈦的表面特性直接影響了細胞的反應，包括細胞的附著和增殖。
表面能量與腐蝕性
鈦具有不同的標準電位，其氧化狀態會影響鈦的化學行為。固體鈦的標準電極電位為-1.63V。根據不同情況，鈦的表面在分子擴散與物質碰撞時能夠吸附各種氫氧基團、脂蛋白及醣脂，這進一步影響其與身體的互動，提升生物相容性。
膠合與穩定性
植入物與細胞之間的界面對外來物體極為敏感。當植入物置入體內時，細胞會引發炎症反應，可能導致包埋現象，影響植入裝置的功能。理想的細胞反應應是材料的穩定與整合，並降低表面上潛在的細菌感染區域。
鈦植入物如果能設計出具有生物模仿特徵的生物界面，可顯著增加與周圍細胞的結合。
未來的展望
在鈦材料的應用領域，不僅需要進一步探討鈦在人體中的行為，更要研究如何避免鈦材料在人體內的失效機制。例如，研究澄清在特定環境中鈦合金可能會吸附氫氣，導致其脆化及材料失效的風險。通過深入的研究與實驗，確保鈦植入物的長期有效性依舊是醫療行業持續努力的方向。
鈦的優越性到底還能如何被拓展至其他醫療應用，以更好地造福患者？
