WSZECHSTRONNE ZASTOSOWANIE TYTANU Z UWZGLĘDNIENIEM ASPEKTÓW MEDYCZNYCH VERSATILE APPLICATIONS OF TITANIUM INCLUDING THE MEDICAL ASPECTS Marta MIERZWA Silesian University in Katowice Streszczenie: Artykuł stanowi pracę przeglądową, na temat tytanu jako materiału o szerokim wachlarzu zastosowań. Zaprezentowana została zarówno analiza literaturowa jak również część wyników własnych badań naukowych. W publikacji poruszono istotne właściwości tytanu oraz kosztowny proces jego otrzymywania. Słowa kluczowe: tytan, związki i stopy tytanu, zastosowanie tytanu, biomateriały 1. WPROWADZENIE Tytan (Ti łac. Titanium) jest dwudziestym drugim pierwiastkiem chemicznym leżącym w układzie okresowym pomiędzy skandem a wanadem. Charakteryzuje się srebrzystobiałą barwą. Tytan jest metalem przejściowym, a jego tlenki wykazują właściwości amfoteryczne. Masa atomowa tytanu wynosi 47,867u, gęstość natomiast 4507 kg/m 3. Temperatury charakterystyczne topnienia i wrzenia wynoszą odpowiednio: 1668 C i 3287 C. Wszystkie wymienione dane dotyczą warunków normalnych (ciśnienie 1013,25 hpa). [1] Tytan jest lekki, posiada wysoką wytrzymałość mechaniczną i odporność na korozję. Bywa dodawany jako dodatek stopowy do żelaza, aluminium, wanadu, molibdenu i innych. Stopy tytanu są wykorzystywane w przemyśle lotniczym (silniki odrzutowe, promy kosmiczne), militarnym, motoryzacyjnym, medycznym (protezy dentystyczne, ortopedyczne klamry), procesach metalurgicznych. Pierwiastek ten został odkryty przez Williama Gregora w 1791 roku, a nazwę pochodzącą od bóstw z mitologii greckiej zawdzięcza Martinowi Heinrichowi Klaprothowi. To on stwierdził, że rutyl zawiera nowy pierwiastek i postanowił nazwać go tytanem. Tytan występuje w skorupie ziemskiej w ilościach rzędu 0,61%, a jego postacie mineralne są szeroko rozpowszechnione na Ziemi. Jego najbardziej rozpoznawalny związek dwutlenek tytanu znajduje zastosowanie w produkcji białych pigmentów, np. biel tytanowa, która jest jedynym produkowanym w Polsce pigmentem dwutlenku tytanu i służy do produkcji: papieru, żywności, tworzyw sztucznych, kosmetyków, farmaceutyków, porcelany, farb, emalii oraz jako stabilizator koloru szkliw. Inne związki zawierające tytan to czterochlorek tytanu używany do zasłon dymnych oraz jako katalizator, trójchlorek tytanu, który stosowany jest jako katalizator w produkcji polipropylenu. Znane są dwie odmiany alotropowe tytanu, które zostaną omówione w dalszej części artykułu. Właściwości fizykochemiczne tytanu są podobne do cyrkonu. Przez lata próbowano otrzymać czysty tytan, jednak nie udawało się tego dokonać zwyczajnymi metodami poprzez ogrzewanie tlenku w obecności węgla, ponieważ powstawał węglik tytanu zamiast spodziewanej redukcji tlenku do metalu. W 1910 roku Matthew A. Hunter otrzymał czysty (w 99,9%) metaliczny tytan poprzez ogrzewanie TiCl 4 z sodem w bombie stalowej w temperaturze 700-800 C. Dopiero jednak William Justin Kroll opracował w miarę opłacalny sposób otrzymywania metalicznego tytanu poprzez redukcję czterochlorku tytanu magnezem. Technologia ta została nazwana od jego nazwiska procesem Krolla. 1
Pomimo badań nad tańszym i wydajniejszym sposobem otrzymywania tytanu, proces Krolla jest nadal używany do komercyjnego pozyskiwania metalu. Tytan o wyjątkowo wysokiej czystości udało się otrzymać zespołowi Antona Eduarda van Arkela i Jana Hendrik de Boera w procesie jodkowym już w 1925 roku. Tytan poddaje się rafinacji w próżni w zamkniętym reaktorze. Pary jodu wchodzą w reakcje z technicznym tytanem tworząc czterojodek tytanu, który dalej ulega rozkładowi na ogrzanym oporowo cienkim drucie wolframowym, pogrubiając go w miarę postępowania procesu. W latach 50 i 60 minionego wieku Związek Radziecki zapoczątkował wykorzystywanie tytanu do celów militarnych (np. w okrętach podwodnych). W tym samym czasie tytan był szeroko stosowany w lotnictwie wojskowym, szczególnie w odrzutowcach o wysokich parametrach silnika. W Stanach Zjednoczonych Departament Obrony zdał sobie sprawę z ogromnego znaczenia tytanu i rozpoczął magazynowanie tego metalu przez całą zimną wojnę. Pokrótce przedstawiono najważniejsze informacje na temat tytanu, można zatem przejść do bardziej wnikliwych analiz przedstawionych w kolejnej części. W następnym punkcie omówione zostaną właściwości tytanu z podziałem na fizyczne oraz chemiczne. W dalszej części będzie krótko wspomniane o występowaniu i otrzymywaniu tytanu, aż wreszcie ostatnie dwa punkty poświęcone będą typowym zastosowaniom tytanu. 2. WŁAŚCIWOŚCI Właściwości fizyczne Tytan to pierwiastek metaliczny, który znany jest ze swojej wysokiej wytrzymałości mechanicznej w stosunku do niskiego ciężaru. Jest lekki (gęstość 4507 kg/m³), a przy wysokiej czystości jest ciągliwy (zwłaszcza w atmosferze redukcyjnej). Charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia: 1668 C. Jest błyszczący, posiada biały, metaliczny kolor. Handlowy tytan o czystości 99,2% ma wytrzymałość na rozciąganie 434 MPa, co upodabnia go do stopów stali, jednak jest lżejszy od nich o 45%, jest natomiast cięższy o 60% od aluminium. Wytrzymałość na rozciąganie spada przy podgrzaniu powyżej temperatury 430 C. Tytan posiada wysoką twardość (ale nie dorównuje niektórym hartowanym stalom), występują ponadto trudności przy jego obróbce. Metal występuje w dwóch odmianach alotropowych α i β: odmiana Ti-α jest trwała do temperatury 882 C, krystalizuje w układzie heksagonalnym A3; Ti-β jest trwała od 882 C do temperatury topnienia 1668 C i krystalizuje w układzie regularnym przestrzennie centrowanym A2. Ta druga odmiana ma lepsze właściwości plastyczne i dlatego nadaje się do mechanicznej obróbki. Jak widać na wykresach (rys. 1, 2), w przypadku stopu (za sprawą dodatków stopowych) wytrzymałość na rozciąganie wzrasta niemal dwukrotnie. 2
Rys. 1 Krzywa rozciągania dla czystego tytanu klasy II (Grade 2) Właściwości chemiczne Rys. 2 Krzywa rozciągania dla stopu tytanu Ti-6Al-7Nb Najpowszechniejszą właściwością chemiczną tytanu jest jego doskonała odporność na korozję, porównywalna do platyny. Jest również odporny na działanie rozcieńczonych kwasów np. siarkowego, solnego i większości kwasów organicznych, chloru gazowego oraz roztworów zasadowych, czy morskiej wody. Czysty tytan roztworzyć mogą tylko stężone kwasy. Jest także jednym z nielicznych pierwiastków, które gwałtownie reagują z czystym azotem. Reakcja ma miejsce powyżej temperatury 800 C i następuje z wytworzeniem azotku tytanu. Jest paramagnetykiem oraz wykazuje stosunkowo niską przewodność zarówno elektryczną jak i cieplną. 3
W wyniku kontaktu tytanu z tlenem na powierzchni tworzy się pasywacyjna warstwa tlenku tytanu o grubości rzędu ok. 2 nm. Warstwa ta również podnosi odporność na korozję. 3. WYSTĘPOWANIE I OTRZYMYWANIE TYTANU Występowanie tytanu Główni producenci tytanu Australia 8% 14% 31% Republika Południowej Afryki Kanada 9% Norwegia 18% 20% Ukraina Pozostałe państwa Rys. 3 Główni producenci tytanu na świecie Źródło: Opracowanie własne na podstawie danych z Produkcja dwutlenku tytanu 2003 Tytan zazwyczaj występuje w rudach innych pierwiastków. Pod względem występowania na Ziemi zajmuje dziewiątą pozycję w rankingu i siódmą jako metal. Najczęściej spotykany jest w skałach magmowych oraz skałach osadowych. Jego udział w ziemiach wynosi w przybliżeniu 0,5-1,5%. Jest rozpowszechniony, a występuje głównie pod postacią minerałów: anatazu, brukitu, ilmenitu, perowskitu, rutylu, tytanitu oraz w wielu rudach żelaza. Z wymienionych minerałów tylko ilmenit i rutyl odgrywają dość istotne znaczenie ekonomiczne. Znaczące złoża tytanu znajdują się w zachodniej Australii, Kanadzie, Nowej Zelandii, Norwegii i Ukrainie, natomiast duże ilości rutylu są eksploatowane w Ameryce Północnej i Republice Południowej Afryki, co obrazuje wykres przedstawiony powyżej (rys. 3). Roczna produkcja wynosi 90 000 ton metalu i 4,3 milionów ton dwutlenku tytanu. Całkowite zasoby tytanu na Ziemi szacowane są na ponad 600 milionów ton. Tytan występuje również w meteorytach, jego obecność zauważono m.in. na Słońcu. Otrzymywanie tytanu Proces otrzymywania metalicznego tytanu z wykorzystaniem metody Krolla obejmuje pięć podstawowych etapów: 1) przeróbka rud tytanu, 2) otrzymanie czterochlorku tytanu TiCl 4, 3) redukcja TiCl 4 magnezem, 4) proces jodkowy, czyli oczyszczenie tytanu, 5) topienie tytanu. Tytan ulega reakcjom z tlenem przy wysokich temperaturach, dlatego nie otrzymuje się go przez redukcję dwutlenku tytanu. Pomimo wysokich kosztów ciągle stosuje się proces Krolla. Reakcje zachodzące podczas tego procesu: 2TiFeO 3 + 7Cl 2 + 6C (900 C) 2TiCl 4 + 2FeCl 3 + 6CO TiCl 4 + 2Mg (1100 C) 2MgCl 2 + Ti Dużym problemem jest proces topienia tytanu, ponieważ jego temperatura topnienia jest wysoka 1668 C, a także tytan jest aktywny chemicznie w tej temperaturze. Obecnie 4
topienie przeprowadza się w piecach łukowych, indukcyjnych, plazmowych oraz elektronowych. 4. ZWIĄZKI I STOPY TYTANU PRZYKŁADY ZASTOSOWAŃ POZAMEDYCZNYCH Dwutlenek tytanu (TiO 2 występuje w formie proszku) to najpowszechniejszy związek tytanu, który ma bardzo szeroki zakres możliwych zastosowań. Jednym z nich jest przemysł metalurgiczny produkcja elektrod, stopów. Dość istotne znaczenie odgrywa także dwutlenek tytanu w przemyśle barwnym i lakierniczym, ponieważ daje intensywną białą barwę, a w papiernictwie natomiast wysoką jakość białego papieru. Stosowany jest zatem jako pigment w farbach (odpornych na niskie temperatury oraz środowisko wilgotne i słone, morskie), papierze, a nawet paście do zębów. Jego nietoksyczność pozwala na stosowanie go w produkcji włókien szklanych, a nawet w przemyśle spożywczym (barwnik E171). Również wyroby gumowe, a dokładniej naturalny oraz syntetyczny kauczuk wymagają przy wytwarzaniu obecności TiO 2. Może być dodatkiem do cementu, a równie dobrze sprawdzi się jako filtr oczyszczający powietrze czy ochrona przed promieniami UV. W przyrodzie dwutlenek tytanu występuje w postaci minerałów: m.in. anatazu, brukitu i rutylu. Minerały te są miękkie, ale wytrzymałe. Rutyl wykazuje termiczną stabilność, wysoki współczynnik załamania światła, wysoką twardość i moduł Younga [2]. Dwutlenek tytanu jest szeroko stosowany zastosowania optyczne i ochronne z powodu wysokiej przezroczystości, trwałości mechanicznej i chemicznej stabilności w roztworach wodnych [2]. Azotek tytanu (TiN) stosowany jest do pokrywania narzędzi tnących, skrawających, formujących, ślizgowych. Już niewielka warstwa TiN o grubości rzędu 0,5μm przyczynia się do wzrostu twardości powierzchniowej nawet do 2400 HV, a czas pracy pokrytych narzędzi wydłuża się kilkanaście razy. Powłoki z TiN mogą być także natryskiwane plazmowo na elementy robocze łopatek turbin oraz silników. Czterochlorek tytanu (TiCl 4 ) to ciecz bezbarwna, stosowana do produkcji dwutlenku tytanu lub tytanu w procesie Krolla. Węglik tytanu (TiC) znalazł zastosowanie w przemyśle narzędziowym, kosmicznym oraz w energetyce atomowej, a także w kompozytach diamentowo-węglikowych przeznaczonych na ostrza skrawające. Tytanian baru (BaTiO 3 ) wykorzystuje się w urządzeniach ultradźwiękowych, mikrofonach i urządzeniach do zapalania gazu w kuchenkach. Tytanian strontu (SrTiO 3 ) ma zastosowanie w produkcji szkła o dużym współczynniku załamania światła do soczewek, pryzmatów i biżuterii. Tytanian sodowy (Na 2 TiO 3 ) jest składnikiem pokryć prętów spawalniczych. Stale maraging (SM) zawierają 20-25% Ni z dodatkami 1,3-1,6% Ti, 0,15-0,30% Al, 0,3-0,5% Nb. 5
1,450% 0,400% 0,225% 22,500% 75,425% Fe Ni Ti Al. Nb Rys. 4 Średni skład procentowy przykładowej stali maraging Tytan w stopie takim jak stal maraging jest składnikiem umacniającym. Stale te są stosowane do budowy statków kosmicznych, w lotnictwie podwozia samolotów, konstrukcja samolotów myśliwskich, w przemyśle zbrojeniowym (lufy dział i broni palnej). Ponadto, stale maraging są istotne dla budowy maszyn i urządzeń, gdyż wykonane są z nich elementy turbin parowych, korbowody, wały napędowe samochodów wyścigowych, a również elementy wagonów kolejowych. Tytan i jego stopy świetnie nadają się do wytwarzania sprzętu sportowego, gdyż dają możliwość uzyskania dużej wytrzymałości przy możliwie najmniejszej masie wyrobu, np.: sprzęt do wspinaczek wysokogórskich, ramy rowerowe, rakiety do tenisa, narty, kije golfowe i hokejowe, a nawet sprzęt do wędkowania. Stopy tytanu występują w oprawkach okularów, dzięki czemu stają się one lekkie oraz wytrzymałe i nie powodujące alergii skórnej. Ich wadą jest jednak wysoka cena. Także w jubilerstwie znalazło się miejsce dla tytanu. Wykonuje się z niego obrączki, kolczyki, koperty i bransolety zegarków, które nie powodują reakcji alergicznych i nie niszczą się pod wpływem środowiska wodnego. Stop tytanu z aluminium i wanadem (Ti-6Al-4V) oraz stopy z innymi dodatkami spotykane są w silnikach i pokryciach samolotów (tabela 1), np. silnik Concorde. Tabela 1 Zawartość tytanu w przykładowych typach samolotów Typ Zawartość tytanu samolotu w tonach Boeing 777 58 Boeing 747 43 Boeing 737 18 Airbus A340 24 Airbus A330 17 Airbus A320 12 Airbus A380 77 Ił-86 20 5. ZASTOSOWANIE TYTANU W MEDYCYNIE Dużą podgrupę biomateriałów stanowią biomateriały metaliczne, do których zaliczają się: stal 316L, stop Co-Cr-Mo oraz stopy tytanu [3]. Właściwości użytkowe tych ostatnich można kształtować przez dobór i przeprowadzenie odpowiedniej obróbki powierzchniowej. Stopy tytanu najczęściej stosuje się do wykonywania trzpieni endoprotez i obejm panewek, ponieważ gwarantują lekkość, ale także wytrzymałość. 6
Czysty tytan (commercially pure, który zawiera niewielkie ilości takich pierwiastków jak: tlen, azot, węgiel, wodór, a w zależności od stopnia zawartości tlenu podzielono czysty tytan na cztery klasy) także może być stosowany w medycynie, szczególnie do wytwarzania warstw porowatych nanoszony na trzpienie endoprotez mocowanych bezcementowo oraz do wytwarzania implantów stomatologicznych. Tytan techniczny jest głównie stosowany w chirurgii na implanty. Na rynku dostępnych jest sześć głównych postaci tytanu cztery klasy czystego tytanu i dwa stopy, z których wykonywane są implanty: czysty tytan klasy I (cp I), czysty tytan klasy II (cp II), czysty tytan klasy III (cp III), czysty tytan klasy IV (cp IV), Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V (ELI extra low interstitial). Tytan klasy I, II, lub III stosuje się rzadko, głównie z powodu małej wytrzymałości mechanicznej. Najczęściej stosowanym materiałem tytanowym jest stop α+β Ti-6Al-4V zawierający 6% glinu (Al) i 4% wanadu (V), ponieważ stanowi on dobrą kompozycję właściwości takich jak: odporność na korozję, wytrzymałość i elastyczność. Implanty wykonane z tego stopu mają lepszą stabilność strukturalną niż te z czystego tytanu i mogą być wystawione na działanie większych obciążeń mechanicznych. Często wykorzystuje się ten stop w postaci ELI, która ma niższą zawartość pierwiastków międzywęzłowych żelaza, wodoru i tlenu, a dzięki temu lepszą odporność korozyjną, choć kosztem wytrzymałości. Postać ELI stosowana jest do produkcji silnie narażonych na siły zgryzowe elementów łącznikowych wszczepów, rzadziej do produkcji całych implantów. Stop ELI bywa określany również jako tytan klasy V, co mylnie sugeruje, że mamy do czynienia z czystym tytanem, a nie jego stopem. Przykłady medycznych zastosowań stopów tytanu: Protetyka dentystyczna ze względu na niskie przewodnictwo cieplne, dużą twardość, wytrzymałość mechaniczną oraz trwałość, a także brak reakcji alergicznych i odporność na korozję. Występuje możliwość leczenia zgryzu u dzieci dzięki odpowiednio wykonanym płytkom ze stopów wykazujących efekt pamięci kształtu, a zawierającym w swym składzie tytan. W stomatologii początkowo stosowano tytan przede wszystkim w formie gotowych fabrykatów (wszczepy, ćwieki kanałowe i okołomiazgowe). Gwałtowny rozwój technologii dał możliwość wykonywania z niego w warunkach laboratoryjnych większości konstrukcji protetycznych takich jak: wkłady i nakłady, korony i mosty licowane, szkielety protez częściowych, korony teleskopowe. Zastosowanie tytanowych wszczepów jako filarów protez daje możliwość odbudowy różnych braków zębowych. Sprzęt medyczny narzędzia chirurgiczne, wózki inwalidzkie, kule mogą być wykonane ze stopów tytanu. Leczenie złamań kości gdzie stosuje się stopy tytanu z Al, Nb i Ta oraz tytanu z Al i Nb (Ti-6Al-7Nb) elementy do zespalania odłamów kostnych np. wkręty. Endoprotezy stawowe, implanty zębów, kręgosłupa, "sztuczne dyski". Szczególnie implanty kręgosłupa są ważne dla naszego społeczeństwa, bowiem coraz więcej ludzi skarży się na dolegliwości z nim związane, zespoły bólowe odcinka lędźwiowego. Tam znajduje się środek ciężkości ciała człowieka i występują największe siły działające na kręgi i krążki międzykręgowe. Tytan i jego stopy spośród biomateriałów metalicznych jest obecnie najlepszym tworzywem na wszelakie implanty, posiada dobre własności mechaniczne, oraz bardzo dobrą odporność korozyjną i biokompatybilność, a w porównaniu do stali austenitycznych i stopów 7
kobaltu ma najniższy z nich ciężar właściwy i moduł Younga, co jest bardzo istotne w przypadku implantów. Dobra biotolerancja tytanu w środowisku żywego organizmu powoduje występowanie procesu osteointegracji, a więc następuje zrost tkanki kostnej z powierzchnią tytanowego implantu. Ponadto, tytan posiada duże powinowactwo do tlenu, co przyczynia się do tworzenia na jego powierzchni warstewki pasywnej TiO 2, która dodatkowo zabezpiecza przed korozją. Niemniej jednak wykonanie jakiegokolwiek implantu tytanowego pociąga za sobą duże nakłady finansowe, co wynika ze złożonego procesu wytwarzania. Z rozpatrywanych tu stopów produkowane są endoprotezy stawowe, kolanowe, gwoździe śródszpikowe, płytki, wkręty kostne, różnego rodzaju wyroby protetyczne (mosty) oraz wykorzystywany jest w kardiochirurgii i kardiologii zabiegowej (mechaniczna zastawka serca). Stopy tytanu które stosuje się w bioinżynierii można sklasyfikować w trzech grupach [4]: stopy jednofazowe α, stopy dwufazowe α+β, stopy jednofazowe β. Ze względu na zawartość w najpopularniejszym stopie Ti-6Al-4V (zastosowanie w chirurgii kostnej, jego nazwa handlowa to Protasul 64WF) wanadu, który uwolniony do organizmu wywołuje zaburzenia w prawidłowym funkcjonowaniu, zaczęto poszukiwać nowych tzw. bezwanadowych stopów tytanu, gdzie funkcję stabilizatorów fazy β spełniają pierwiastki akceptowalne przez organizm ludzki nawet w dużej ilości. Należą do nich: niob, tantal, oraz żelazo. Nowe stopy tytanu posiadają jeszcze wyższą odporność korozyjną, są lepiej tolerowane niż stop z wanadem oraz, oczywiście, cechują się niskim modułem Younga i dobrymi właściwościami mechanicznymi wytrzymałością zmęczeniową, twardością. Tytan i jego stopy, należą do biomateriałów długotrwałych, ponieważ ich czas przebywania w organizmie może przekroczyć nawet dwadzieścia pięć lat. W porównaniu do innych biomateriałów, stopy tytanu charakteryzują się: dobrą odpornością na korozję szczelinową, naprężeniową i ogólną w środowisku chlorków tytan oczywiście podlega zjawiskom chemicznym, w tym korozji, jednakże w znacznie mniejszym stopniu niż inne stosowane w medycynie metale; żaroodpornością (do 800 C) szczególnie w środkach utleniających; najwyższą biotolerancją spośród stosowanych obecnie biomateriałów metalicznych; korzystnym stosunkiem wytrzymałości na rozciąganie do granicy plastyczności; małą gęstością; najniższym spośród biomateriałów metalicznych modułem Younga; wysoką skłonnością do samopasywacji; właściwościami paramagnetycznymi; wysoką wytrzymałością zmęczeniową, co jest istotne w aspekcie trwałości elementów przeznaczonych do długookresowego przebywania w organizmie człowieka [5]. Obiecująco prezentują się właściwości fizyczne i biokompatybilność nowego stopu z niobem Ti-6Al-7Nb, który nie zawiera toksycznych jonów wanadu. W przypadku stopu Ti- 6Al-4V może nastąpić sytuacja, że zarówno jony tytanu jak i jony toksycznych dla organizmu metali glinu i wanadu mogą uwalniać się do okolicznych tkanek. Obecnie tendencja rynkowa wykazuje, iż producenci dążą do zwiększenia możliwości czystego tytanu klasy IV, który dzięki odpowiedniej obróbce dorówna parametrami fizycznymi stopom tytanu, a jednocześnie zachowa wysoką biozgodność i odporność na korozję. Na podstawie przeprowadzonych do tej pory badań in vitro oraz in vivo wykazano zdecydowanie większą odporność korozyjną i grubszą warstwę pasywacyjną (TiO 2 ) w przypadku czystego tytanu w porównaniu ze stopami tytanu. 8
Alergia na tytan występuje sporadycznie, dzięki czemu można w zasadzie bez obaw wykorzystywać jego unikalne właściwości, które czynią go materiałem wszechstronnym, wysoce biozgodnym i dają szansę opanowywania nowych obszarów zastosowania w medycynie i stomatologii pod warunkiem, że nie będzie on zawierał uczulających innych metali, a te pojawić się mogą w śladowych ilościach nawet w wyniku procesów przetwarzania. Jeśli chodzi o samą alergię na tytan, to występują drobne problemy z jej rozpoznawaniem, ponieważ brak jest ukierunkowanych na tytan testów. Skórny test płatkowy, stosowany z powodzeniem w przypadku innych alergii, nie jest odpowiedni w przypadku tytanu i sprawdza się jedynie w około 20% przypadków. 6. PODSUMOWANIE Tytan to pierwiastek nietoksyczny nawet w dość dużych dawkach i jak dotąd nie miał żadnego negatywnego wpływu na organizm ludzki. Każdego dnia człowiek spożywa w pokarmach około 0,8 mg tytanu, ale większość z tego nie jest przyswajana przez organizm. Ma on jednak tendencję do gromadzenia się w tkankach zawierających krzemionkę. Rośliny zawierają zazwyczaj około 1 ppm tytanu, choć np. skrzyp i pokrzywa mogą zawierać nawet do 80 ppm. Większość związków tytanu jest nieszkodliwych, do wyjątków należą związki z chlorem: TiCl 2, TiCl 3 i TiCl 4, które posiadają niebezpieczne własności dwuchlorek tytanu (ma postać czarnych kryształów) ulega samozapaleniu, a czterochlorek tytanu jest lotnym dymiącym się płynem. Wszystkie natomiast chlorki tytanu są żrące. Stopy tytanu charakteryzują się odpornością na korozję oraz możliwością przenoszenia dużych obciążeń. Tytan jest jednak jeszcze zbyt drogi, aby mógł być powszechnie używany np. w przeciętnych samochodach o możliwie rozsądnej cenie. Ciekły tytan reaguje z tlenem, azotem i wodorem, co stwarza trudności metalurgiczne, ale korzystne właściwości fizyczne i chemiczne dały mu zastosowanie w przemyśle, medycynie, chirurgii szczękowej, implantologii, ortodoncji i protetyce stomatologicznej. Dzięki zaobserwowanej klinicznie dobrej biotolerancji i osteointegracji, tytan i jego stopy wykorzystuje się do wytwarzania licznych elementów przydatnych w rozmaitych gałęziach medycyny. Choć ponownie wart uwagi jest aspekt ekonomiczny, że to od zamożności społeczeństwa zależy liczba wszczepianych implantów tytanowych, zarówno w Polsce jak i w innych krajach. Ponieważ tytan nie należy do grupy ferromagnetyków, pacjenci z implantami z niego wykonanymi mogą być bezpiecznie badani tomografem MRI (obrazowanie rezonansu magnetycznego). 7. LITERATURA [1] Titanium [w:] http://www.webelements.com/ [2] Li-Chin Chuang, Chin-Hsiang Luo, Shin-hao Yang: The structure and mechanical properties of thick rutile-tio2 films using different coating treatments. Wydawnictwo Elsevier, 2011. [w:] Applied Surface Science z dnia 19 sierpnia 2011. [3] Makuch K.: Analiza zawartości tytanu w błonie śluzowej pokrywającej dwuetapowe tytanowe wszczepy śródkostne w okresie ich wgajania. Wyd. Uniwersytetu Medycznego im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu. Poznań, 2011. [4] Materiały biomedyczne. LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH. Łódź, 2010. [w:] http://www.iim.p.lodz.pl/wyklady/nowe_2010. [5] Świeczko-Żurek B.: Ocena struktury i własności mechanicznych oraz odporności korozyjnej tworzyw metalowych na implanty dla chirurgii kostnej. Gdańsk, 2009. [w:] http://www.pg.gda.pl/~kkrzyszt/biomat3.pdf 9