Czysty tytan i Ti-6Al-4V to najwcześniejsze materiały z tytanu i stopów tytanu stosowane w zastosowaniach klinicznych i reprezentują pierwszą generację biomedycznych stopów tytanu. Na początku lat czterdziestych XX wieku czysty tytan został wprowadzony do dziedziny nauk biomedycznych, a jego szybki rozwój jako materiału medycznego nastąpił po zastosowaniu go w implantach dentystycznych w latach sześćdziesiątych XX wieku.
Stop tytanu Ti-6Al-4V to najszerzej produkowany i stosowany stop tytanu, znany ze swojej wysokiej wytrzymałości i doskonałej przetwarzalności. Jest stosowany od lat 70. XX wieku w obszarach takich jak stawy biodrowe i kolanowe, które wymagają dużej wytrzymałości i odporności na zużycie. Jednak w wyniku dalszych badań i zastosowań duża liczba eksperymentów i danych potwierdziła toksyczne skutki uboczne wanadu na organizm ludzki.
Zespół badawczy Instytutu Metali Chińskiej Akademii Nauk opracował nowy typ medycznego stopu tytanu o niskim module sprężystości, Ti2448 i tak dalej. Optymalizując zawartość pierwiastków stabilizujących oraz kontrolując mikrostrukturę stopu i stabilność fazową poprzez obróbkę termomechaniczną, badacze mogą regulować w szerokim zakresie kluczowe cechy użytkowe, takie jak moduł sprężystości i wytrzymałość.
Funkcjonalizacja to kolejny ważny kierunek rozwoju nowych medycznych stopów tytanu, powiązany z pogłębionymi badaniami nad antybakteryjnymi stopami tytanu. Jako rodzaj materiału biologicznie obojętnego stopy tytanu nie mają nieodłącznych właściwości antybakteryjnych ani bakteriostatycznych. Jednakże podczas procesu implantacji mogą przedostać się szkodliwe bakterie, co może prowadzić do infekcji, a w ciężkich przypadkach do niepowodzenia implantu. Dodając do stopów tytanu pierwiastki stopowe, takie jak miedź (Cu) i srebro (Ag), w odpowiednich ilościach, stopy te mogą wykazywać pewne działanie antybakteryjne, zachowując jednocześnie swoje podstawowe właściwości mechaniczne.
Ponadto badacze opracowali serię medycznych stopów tytanu zawierających miedź. Gdy zawartość miedzi w stopie przekracza 5%, uwolnione jony miedzi mogą osiągnąć wystarczające i stabilne właściwości antybakteryjne przeciwko Staphylococcus aureus i Escherichia coli. Co więcej, skumulowane stężenie uwalnianych jonów miedzi jest znacznie niższe niż zalecane dzienne spożycie miedzi przez WHO, co wskazuje, że Ti-5Cu wykazuje dobrą biokompatybilność.
Co więcej, postęp w dziedzinie stopów tytanu do implantów tkanek twardych oferuje nowe perspektywy. W przyszłości te innowacyjne materiały i funkcjonalne projekty zapewnią bezpieczniejsze i bardziej niezawodne rozwiązania w dziedzinie medycyny.
