L'uso di materiali metallici nell'industria medica deve essere assolutamente innocuo per il corpo umano. Quando il metallo si corrode, può dissolvere gli ioni metallici, per l'organismo (corpo umano) dell'organizzazione cellulare dell'impatto, quindi è necessario scegliere materiali metallici non facili da corrodere, altamente resistenti alla corrosione, il titanio è un tipo di alto materiali resistenti alla corrosione. I materiali metallici medicali, dalle serie in acciaio inossidabile alle serie in leghe a base di cobalto e titanio, il rapporto tra titanio e leghe di titanio è in aumento. La quantità di titanio utilizzata nell'industria medica in tutto il mondo è di circa 1,000 tonnellate all'anno.
Per osservare la risposta degli ioni metallici all'adattabilità del corpo umano, in laboratorio è stato condotto un metodo di valutazione dell'adattabilità cellulare utilizzando cellule sensibili agli ioni metallici, come fibroblasti polmonari di topo (cellule V79) e fibroblasti di topo (20-giorno- vecchio topo) tessuti fibroblastici (cellule I929), utilizzati per esperimenti medici in Cina, e dall'Istituto amministrativo indipendente per la tecnologia di valutazione del prodotto (IAIPET). Abbiamo diviso gli ioni monomerici elementari forniti dal Comitato tecnico per la standardizzazione della valutazione biologica dei dispositivi medici (TCSBMD) in tre gruppi come mostrato in Fig. 1 in base alle loro reazioni al corpo umano (organismi viventi).
Il vanadio (V), il nichel (Ni) e il rame (Cu) sono riconosciuti come altamente tossici e la morte cellulare avviene in un breve periodo di tempo ad una concentrazione di parti per milione (×{{0}}) di questi elementi. I risultati dell'esperimento con vanadio (V) e nichel (N) nelle cellule V79 sono mostrati nella Figura 2. I risultati del test di immersione di una settimana hanno mostrato che tutte le cellule morivano quando il nichel era intorno a 10×10-6 ( pm=parti per milione), mentre il vanadio (V) era di due cifre in meno e tutte le cellule morivano quando il vanadio era intorno a 0,6×10-6. In secondo luogo, quando i tessuti duri (ossa) e molli (tendini) di piccoli animali, come ratti e conigli, venivano sepolti in fogli di metallo per i test, è certo che questi metalli tossici causavano necrosi nei tessuti duri (ossa) e tessuti molli (tendini) nella porzione di contatto.
Energia di formazione della popolazione cellulare a-V79 in relazione alla concentrazione di ioni nichel (Ni).
Energia di formazione della popolazione cellulare b-V79 rispetto alla concentrazione di ioni vanadio (V).
L'altro gruppo è indicato come dannoso, nello stato di impianto e attacco, nel tessuto fibroso nel sito di contatto, formando una sorta di reazione di biomassa da scaricare all'esterno del corpo, e questo è il caso del ferro, alluminio, oro, argento e così via. A questo tipo appartengono materiali metallici generali come l'acciaio inossidabile SUS 304L e l'acciaio inossidabile SUS 36L, nonché le leghe di cobalto-cromo. Il pezzo di metallo incorporato nel tessuto duro, che non è fuso con le cellule ossee, viene rimosso senza problemi e senza resistenza quando viene eseguito il test di rimozione alcune settimane dopo.
Il terzo gruppo ha la reazione minore con gli organismi viventi ed è adatto per l'impianto e il fissaggio di titanio, zirconio, niobio, tantalio, platino e così via. Quando questi metalli vengono impiantati o attaccati agli organismi viventi, sono strettamente legati ai tessuti duri e molli e diventano somatizzati.
Di conseguenza, il titanio è un metallo sicuro perché ha meno probabilità di causare danni agli organismi viventi. Quando si utilizzano leghe di titanio, gli elementi di lega utilizzati sono meno resistenti alla corrosione rispetto al titanio puro e, quando si verifica la corrosione, gli elementi di lega si dissolvono. È necessario scegliere elementi di lega resistenti alla corrosione e non invasivi. Nelle leghe di titanio, la lega Ti-6AI-4V è stata utilizzata per molto tempo nella produzione di aeroplani e in apparecchiature ingegneristiche resistenti all'acqua di mare e ha un gran numero di esempi di utilizzo. In campo medico vengono utilizzate da tempo le leghe ELI, che presentano una buona resistenza alla corrosione (basso contenuto di ferro, ossigeno e idrogeno). Recentemente, però, nell'ambito della ricerca e sviluppo delle leghe di titanio per impianto e posizionamento, abbiamo standardizzato la lega Ti-13Nb-13Zr sostituendo il vanadio (V) con il niobio (Nb), che è una lega non dannosa, in base alla relazione sulla mutagenicità del monomero (ASTM, ISO). Presto sarà disponibile anche una lega aggressiva e apprezzata per l'espulsione dell'alluminio.
