鈦在20世紀50年代，首次被引入外科手術。它現在是假體、內固定、體內裝置和儀器的首選金屬。鈦被用於從頭到腳的生物醫學植入物。鈦可以用在神經外科、骨傳導助聽器、假眼植入物、脊柱融合籠，起搏器、腳趾移植、肩部/肘部/臀部/膝蓋替換以及更多方面。

鈦經常用於人體的主要原因是鈦的生物相容性以及經過表面改性的生物活性表面。影響生物相容性的表面特徵有表面特性空間位阻、結合位點和疏水性(潤溼)。這些特徵被最佳化以產生理想的細胞反應。一些醫用植入物以及手術器械的部分都塗有氮化鈦。 鈦由於其抗體液腐蝕、生物惰性、骨結合能力和高疲勞極限，被認為是最好的生物相容性金屬。

鈦耐受身體惡劣環境的能力是在氧氣存在下自然形成保護性氧化膜的結果。氧化膜粘附牢固，不溶，化學性質不可滲透，防止金屬與周圍環境發生反應。 有人認為鈦的骨癒合能力源於其表面氧化物的高介電常數，它不會使蛋白質變性。鈦與骨骼物理結合的能力使其優於其他需要使用粘合劑保持附著的材料。鈦植入物的壽命更長，與替代物相比，需要更大的力來打破將它們連線到身體上的結合。

生物材料的表面特性在決定細胞對材料的反應(細胞粘附和增殖)方面起著重要作用。鈦的微結構和高表面能使其能夠誘導血管生成，這有助於骨癒合過程。 根據鈦的氧化狀態，鈦可以具有許多不同的標準電極電位。固體鈦有一個標準電極電勢標準電極電位較高的材料更容易還原，成為更好的氧化劑。固體鈦更喜歡氧化，使其成為更好的還原劑。

鈦自然鈍化，形成一層氧化膜，氧化膜隨著暴露於身體環境的時間而變得不均勻和極化。隨著時間的推移，這導致羥基、脂蛋白和糖脂的吸附增加。這些化合物的吸附改變了材料與人體的相互作用，並能改善生物相容性。在鈦合金例如鈦鋯和鈦鈮中，由於腐蝕而釋放的鋯和鈮離子不會釋放到患者體內，而是被新增到鈍化層中。鈍化層中的合金元素增加了一定程度的生物相容性和耐腐蝕性，這取決於腐蝕前主體金屬的原始合金成分。

透過增加潤溼性，植入物可以透過允許細胞更容易地結合到植入物表面來減少骨癒合所需的時間。鈦的潤溼可以透過最佳化工藝引數如溫度、時間和壓力來改變。具有主要由二氧化鈦組成的穩定氧化物層的鈦導致植入物與生理流體接觸的潤溼性改善。

目前金屬鈦在很多方面都有著非常廣泛的應用，因為在同等的強度之下，金屬鈦的重量只有鋼鐵的一半，其質量輕且硬度高的特點，所以金屬鈦非常適合用於航天。

目前鈦的產量還可以用來衡量一個國家的軍事水平。並且將金屬鈦扔進海水中浸泡很長時間，鈦也不會有任何的問題，這是因為鈦和氧有著很強的親和力，所以在接觸到氧氣的時候，會在表面形成一層緻密的氧化膜從而阻止反應的繼續進行。

由於鈦在自然界中存在分散並難於提取，所以被認為是稀有金屬，不過其相對豐富，在所有元素中位居第十位。

因為金屬鈦為親生物金屬，所以其生物相容性非常好。生物相容性就是指生物材料在機體特定部位產生各種複雜的生物、物理、化學的反應，比如某些材料或者藥物與人體接觸或者植入體內能夠“相容”而不會對人體造成傷害。

正是因為鈦的“親生物”性，於是在人體內，鈦能抵抗分泌物的腐蝕且無毒，對於任何的殺菌方法都適應。

因此鈦被廣泛應用於制醫療器械，製造人體髖關節、膝關節、肩關節、脅關節、頭蓋骨等等。可以說鈦是醫用材料科學的一個重要分支，我們可以用鈦治療或替代人體組織、器官或增進其功能、所以鈦也是具有高技術含量和高經濟價值的新型載體材料，當新的肌肉纖維環包在這些“鈦骨”上時，這些鈦骨就就會維繫人體的正常活動。

鈦在生物醫用材料市場潛在需求巨大，因此加大醫用鈦材的研發力度勢在必行。

補充兩點:1、鈦的彈性模量與其他金屬相比，與人體骨骼的模量更接近，並且滿足強度要求。

2、鈦雖然生物相容性好，但不適宜用鈦合金，如TC4合金，合金元素AI,V會對人體產生毒性，一般用純鈦會更好。

答：鈦金屬之所以具有較好的生物相容性，主要是因為鈦能在表面形成緻密的氧化物薄膜，其氧化物的化學性質非常穩定，在生物體內不會被腐蝕，也不會影響生物體神經、生物電化學反應等等。

鈦是化學元素週期表中第22號元素，在航空航天領域，鈦合金有著很廣泛的應用，在醫學領域，鈦金屬有著非常好的生物相容性，常用作假肢、體內植入物等等。

鈦在地球元素含量中排第十，含量可以說非常豐富，比我們常見的銅含量還高，但是金屬鈦的價格比銅高，這是因為鈦的化學性質活潑，在自然界中很難提取，對冶煉的要求很高。

一種物質要作為生物材料，需要該物質具有穩定的化學性質，鈦和氧具有很強的親和力，並在表面生成一層非常薄的緻密氧化物，可以抵抗強酸強鹼的腐蝕，甚至連王水也奈何不了。

於是鈦金屬在生物體內能和體液共存，可以和機體直接接觸而不發生排異反應（過敏），對器官、神經也不產生影響，與生物具有很好的相容性。唯一不好地方，就是鈦金屬的熱傳導效率比機體高，大件植入體內會影響機體的熱平衡，給人的感覺就是植入部位發“涼”。

金屬鈦還具有非常優良的物理性質，密度4.5克每立方厘米，差不多隻有鋼鐵的一半，但強度是鋼鐵的兩倍，具有很高的耐疲勞極限，以及很好的韌性，而且液態的鈦能溶解幾乎所有金屬，然後與之形成鈦合金，產生優良的合金性質。

正是因為如此，鈦合金在醫學領域有著獨特的用途，比如做假肢、血管支架、關節連線物、人造骨骼等等。鈦在高溫下也具有較高的穩定性，所以鈦合金成為航空航天的重要材料，被譽為空間金屬，如果把金屬鈦磨製成細粉，還能作為非常好的火箭燃料。

鈦在1791年被發現，其化合物分佈很廣，我們在河邊隨便抓一把泥沙，其中都含有不少鈦元素。

另外，鈦還是非常好的順磁性物質，即便在很強的磁場中也不會被磁化，如果作為潛艇的防護材料，不僅具有比鋼鐵還高的強度，還可以起到很好的反偵察效果，所以關於金屬鈦，在未來還有著很大的應用潛力。

鈦合金是骨骼和關節植入物、顱骨板、牙種植體根部、人工眼和耳釘、心臟瓣膜、脊柱融合甚至尿道狹窄的優良外科材料。鈦合金之所以成為髖關節置換術和骨折骨釘的首選材料,是因為鈦具有無與倫比的高強度重量比,這使得人體植入物重量更輕,而且鈦還具有與人類骨骼相同的彈性，而且在人體內不會被排斥。

純鈦其實很容易被氧化的，一般用在人體的都是鈦合金，與鈦有相似功能的還有黃金，可惜黃金太軟，又貴，所以強度高，重量輕的鈦合金就成了人造骨骼的最好材料，鈦本身作為一種活潑的金屬，它的表面容易被氧化形成一層緻密的惰性氧化膜，這層氧化膜使鈦在王水中都不會被腐蝕，保護鈦免受腐蝕的二氧化鈦薄層,也使其成為植入人體最安全的材料。

鈦種植體內後，首先與水接觸，在很短時間內，水就能在鈦表面形成水化層，無機離子和大量有機物都是以水溶液的形式存在，所以更加表現出親生物性。人體中有很多不同的體液，鈦合金能在這些體液中保持原有化學和物理形態，不溢位或者吸收電子，不易變形。

研究表明,鈦植入物會觸發人體免疫系統直接在鈦表面生長骨骼,這一過程稱為骨整合。說明鈦是完全“生物相容的”,這意味著它無毒,不會引起過敏和排異反應,甚至可以與人體組織和骨骼融合。

鈦合金是骨骼和關節植入物、顱骨板、牙種植體根部、人工眼和耳釘、心臟瓣膜、脊柱融合甚至尿道狹窄的優良外科材料。鈦合金之所以成為髖關節置換術和骨折骨釘的首選材料,是因為鈦具有無與倫比的高強度重量比,這使得人體植入物重量更輕,而且鈦還具有與人類骨骼相同的彈性，而且在人體內不會被排斥。

隨著現代醫學的進步，免疫學的發展，20世紀70年代的時候提出了第一代生物相容性材料，而第一代生物相容性材料主要強調的是毒性反應和穩定性（惰性材料），雖然這種材料無毒，但是其自生的侷限性是相當明顯的，身體與材料之間會有明顯的界限。比如骨科常用的鋼板，在體內常常會形成骨痂。舉個簡單的例子，就像“刺”長時間紮在手指中，周圍會形成一個痂一樣。第二代生物相容性材料強調的是生物活性，材料表面離子會溶出一些反應，使得材料表面形成一層類似於骨的磷灰石層，為後續形成新骨骼創造良好的環境，我們這裡說的鈦合金就是第二代生物相容性材料。第三代材料更強調的是分子水平針對細胞行為的調控，這個階段是伴隨細胞生物學的發展來設計材，我們這裡還是著重介紹鈦合金這種材料。

純鈦其實很容易被氧化的，一般用在人體的都是鈦合金，與鈦有相似功能的還有黃金，可惜黃金太軟，又貴，所以強度高，重量輕的鈦合金就成了人造骨骼的最好材料，鈦本身作為一種活潑的金屬，它的表面容易被氧化形成一層緻密的惰性氧化膜，這層氧化膜使鈦在王水中都不會被腐蝕，保護鈦免受腐蝕的二氧化鈦薄層,也使其成為植入人體最安全的材料。

鈦種植體內後，首先與水接觸，在很短時間內，水就能在鈦表面形成水化層，無機離子和大量有機物都是以水溶液的形式存在，所以更加表現出親生物性。人體中有很多不同的體液，鈦合金能在這些體液中保持原有化學和物理形態，不溢位或者吸收電子，不易變形。

研究表明,鈦植入物會觸發人體免疫系統直接在鈦表面生長骨骼,這一過程稱為骨整合。說明鈦是完全“生物相容的”,這意味著它無毒,不會引起過敏和排異反應,甚至可以與人體組織和骨骼融合。