La superficie di un materiale è la parte più esterna di una struttura estesa, è tridimensionale e generalmente dotata di un potenziale energetico, l'energia di superficie. Su scala atomica questa energia si manifesta sotto forma di legame indeterminato (insaturo). In un ambiente potenzialmente reattivo come l'aria o l'acqua, i legami reagiscono in un tempo brevissimo (molto meno di un secondo) con la superficie metallica per formare nuovi legami e composti, quindi perdono energia superficiale. Di conseguenza, solitamente, la superficie di un materiale ha una composizione differente rispetto alla sua massa, come avviene, per esempio, con gli strati di ossido su quasi tutti i tipi di metallo. Un altro esempio sono le superfici in ceramica idrossilata: persino le loro superfici, macroscopicamente inerti, ma contenenti materiali come l'oro o il diamante, hanno la tendenza a diminuire la loro energia superficiale tramite legami presenti su scala atomica: il diamante può avere infatti legami terminali C-H sulla superficie. Dunque, quando una superficie stabile dal punto di vista reattivo è collocata in un ambiente nuovo, può reagire nuovamente per diminuire l'energia del sistema. Esiste una forza termodinamica intrinseca che guida reazioni di vario tipo quando queste possono avvenire all'interfaccia tessuto-materiale. Solo in due casi eccezionali non avvengono reazioni: quando il materiale reattivo ed il sistema sono allo stato termodinamico più basso o quando vengono interposte delle barriere che prevengono ogni tipo di reazione 72,73,74 . Il titanio, che è usato per impianti dentali 75 ed in apparecchi ortopedici 76,77 , fornisce un chiaro esempio di quest'ultimo caso. Quando il titanio appena ricavato viene esposto all'aria reagisce rapidamente con l'ossigeno atmosferico formando una superficie di ossido che è spessa solitamente un paio di nanometri (milionesimi di millimetro).La composizione e lo spessore di questo strato di ossido è stato attentamente 72 Kasemo B, Lausmaa J. Surface science aspects on inorganic biomaterials. CRC crit Rev Biocomp 1986; 2: 335-380. 73 Kasemo B, Lausmaa J. Biomaterials from a surface science perspective. In: Surface Characterization of Biomaterials (Ratner BD, ed). New York: Elsevier, 1988; 1-12. 74 Kasemo B, Lausmaa J. The biomaterial-tissue interface and its analogues in surface science and technology. In: The Bone-Biomaterials Interface (Davies JE, ed). Toronto: university of Toronto Press, 1991; 19-32. 75 Brånemark P-I, Zarb GA, Albrektsson T, eds. Tissue Integrated Prostheses: Osseointegration in Clinical Practice. Chicago: Quintessence, 1985. 76 Luckey H.A, Kubli F Jr, eds. Titanium alloys in surgical implants. ASTM Special Technical Publications, Vol 796. Philadelphia American Society for Testing and Materials, 1983. 77 Willims DF. Titanium as a metal for implantion. J Med Eng Technol 1977; 1: 266-270.esaminato con svariate condizioni di trattamento 78,79,80,81,82,83,84,85 ; la sua formula bruta è TiO 2 . Se la temperatura di ossidazione è inferiore a 200°C l'ossido appare amorfo e simile al vetro, mentre se il processo ossidativo avviene a temperature più elevate o tramite ossidazione elettrochimica si forma un ossido più spesso e più cristallino 86,87 .La superficie dell'ossido di titanio (TiO 2 ), però, non è mai perfettamente pura perché gli atomi agli estremi della molecola di TiO 2 tendono a formare legami che li uniscono a molecole o ad atomi presenti nell'ambiente circostante, formando così uno strato monomolecolare. Tipicamente vengono catturati gli idrocarburi presenti in piccole quantità come impurità nell'atmosfera 88,89 .