Структура гидроксиапатита, синтез, кристаллы и использование

гидроксиапачу минерал фосфата кальция, химическая формула которого Ca₁₀(РО₄)₆(ОН)₂. Вместе с другими минералами и органическим веществом остается раздробленным и уплотненным, он образует сырье, известное как фосфорная порода. Термин гидрокси относится к аниону ОН^-.

Если бы вместо этого аниона был фторид, минерал назвали бы фторапатит (Са₁₀(РО₄)₆(F)₂; и так с другими анионами (кл^-, бром^-, Колорадо₃^2-, и т.д.). Аналогично, гидроксиапатит является основным неорганическим компонентом костей и зубной эмали, преимущественно присутствующим в кристаллической форме..

Затем, это жизненно важный элемент в костных тканях живых существ. Его высокая устойчивость к другим фосфатам кальция позволяет ему противостоять физиологическим условиям, придающим костям характерную твердость. Гидроксиапатит не одинок: он выполняет свою функцию в сопровождении коллагена, волокнистого белка соединительной ткани..

Гидроксиапатит (или гидроксилапатит) содержит ионы Са²⁺, но он также может содержать другие катионы в своей структуре (Mg²⁺, не доступно⁺), примеси, которые вмешиваются в другие биохимические процессы в костях (например, ремоделирование).

индекс

• 1 структура
• 2 Резюме
• 3 кристалла гидроксиапатита
• 4 использования
  • 4.1 Медицинское и стоматологическое использование
  • 4.2 Другие виды применения гидроксиапатита
• 5 Физико-химические свойства
• 6 Ссылки

структура

Верхнее изображение иллюстрирует структуру гидроксиапатита кальция. Все сферы занимают объем половины шестиугольного «ящика», где другая половина идентична первой.

В этой структуре зеленые сферы соответствуют катионам Ca²⁺, в то время как красные сферы для атомов кислорода, оранжевые сферы для атомов фосфора и белые сферы для атома водорода ОН^-.

Ионы фосфата на этом изображении имеют дефект, не имеющий тетраэдрической геометрии; вместо этого они выглядят как квадратные пирамиды.

ОН^- создается впечатление, что он находится далеко от²⁺. Однако кристаллический блок может повторяться на крыше первого, демонстрируя тем самым тесную близость между обоими ионами. Также эти ионы могут быть заменены другими (Na⁺ и F^-, например).

синтез

Гидроксилапатит может быть синтезирован реакцией гидроксида кальция с фосфорной кислотой:

10 Ca (OH)₂ + 6 ч₃ПО₄ => Ca₁₀(РО₄)₆(ОН)₂ + 18 ч₂О

Гидроксиапатит (Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂) выражается двумя единицами формулы Ca₅(РО₄)₃Огайо. 

Аналогично, гидроксиапатит может быть синтезирован посредством следующей реакции:

10 Ca (НЕТ₃)_2.4H₂O + 6 NH₄H₂ПО₄ => Ca₁₀(РО₄)₆(ОН)₂  +  20 NH₄НЕТ₃  + 52 Н₂О

Контроль скорости осаждения позволяет этой реакции генерировать наночастицы гидроксиапатита.

Кристаллы гидроксиапатита

Ионы уплотняются и растут, образуя жесткий и устойчивый биокристалл. Используется в качестве биоматериала минерализации костей..

Однако ему нужен коллаген, органическая поддержка, которая служит плесенью для его роста. Эти кристаллы и их сложные процессы формирования будут зависеть от кости (или зуба).

Эти кристаллы пропитываются органическим веществом, и применение методов электронной микроскопии детализирует их в зубах как агрегаты с формами стержней, называемых призмами..

приложений

Медицинское и стоматологическое использование

Из-за своего сходства по размеру, кристаллографии и составу с твердой человеческой тканью наногидроксиапатит является привлекательным для использования в протезах. Кроме того, наногидроксиапатит является биосовместимым, биологически активным и натуральным, а также не токсичным или воспалительным..

Соответственно, наногидроксиапатитовая керамика имеет множество применений, которые включают:

- В хирургии костной ткани его используют для заполнения полостей при ортопедических, травматологических, челюстно-лицевых и стоматологических операциях.

- Используется в качестве покрытия для ортопедических и зубных имплантатов. Это десенсибилизирующее средство, используемое после отбеливания зубов. Он также используется в качестве реминерализующего агента в зубных пастах и ​​при раннем лечении кариеса..

- Имплантаты из нержавеющей стали и титана часто покрывают гидроксиапатитом, чтобы снизить скорость их отторжения.

- Это альтернатива аллогенным и ксеногенным костным трансплантатам. Время заживления в присутствии гидроксиапатита короче, чем при его отсутствии.

- Синтетический наногидроксиапатит имитирует гидроксиапатит, естественным образом присутствующий в дентине и стероидном апатите, поэтому его использование выгодно для восстановления эмали и включения в зубные пасты, а также для полоскания рта.

Другие применения гидроксиапатита

- Гидроксиапатит используется в воздушных фильтрах автомобилей, чтобы повысить их эффективность при поглощении и разложении окиси углерода (СО). Это уменьшает загрязнение окружающей среды.

- Синтезирован альгинатно-гидроксиапатитовый комплекс. Полевые испытания показали, что он способен поглощать фтор по механизму ионного обмена..

- Гидроксиапатит используется в качестве хроматографической среды для белков. Это представляет положительные заряды (Ca⁺⁺) и отрицательный (ПО₄^-3), поэтому он может взаимодействовать с электрически заряженными белками и обеспечивать их разделение ионным обменом.

- Гидроксиапатит также использовался в качестве основы для электрофореза нуклеиновых кислот. Отделить ДНК от РНК, а также ДНК от одной цепи двухцепочечной ДНК.

Физико-химические свойства

Гидроксиапатит представляет собой белое твердое вещество, которое может приобретать сероватый, желтый и зеленый тона. Поскольку это кристаллическое твердое вещество, оно имеет высокие температуры плавления, что свидетельствует о сильных электростатических взаимодействиях; для гидроксиапатита это 1100ºC.

Плотнее воды, плотностью 3,05 - 3,15 г / см.³. Кроме того, он практически нерастворим в воде (0,3 мг / мл), что связано с фосфат-ионами.

Однако в кислых средах (как в HCl) он растворим. Эта растворимость обусловлена ​​образованием CaCl₂, соль хорошо растворяется в воде. Также, фосфаты протонируются (HPO)₄^2- и H₂ПО₄^-) и лучше взаимодействовать с водой.

Растворимость гидроксиапатита в кислотах важна в патофизиологии кариеса. Бактерии в полости рта выделяют молочную кислоту, продукт ферментации глюкозы, который снижает pH поверхности зубов до уровня менее 5, так что гидроксиапатит начинает растворяться.

Фтор (F^-) может заменить ионы ОН^- в кристаллической структуре. Когда это происходит, это способствует устойчивости гидроксиапатита зубной эмали к кислотам..

Возможно, это сопротивление может быть связано с нерастворимостью CaF₂ образовался, отказавшись «отказаться» от кристалла.

ссылки

1. Дрожь и Аткинс. (2008). Неорганическая химия (Четвертое изд., Стр. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hidroxylapatite. Получено 19 апреля 2018 г.
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Гидроксиапатит, его значение в минерализованных тканях и его биомедицинское применение. TIP Специализированный журнал по химико-биологическим наукам, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (05 ноября 2015 г.) Гидроксиапатита. [Рисунок]. Получено 19 апреля 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org.
5. Martin.Neitsov. (25 ноября 2015 г.) Hüdroksüapatiidi kristallid. [Рисунок]. Получено 19 апреля 2018 г. с сайта commons.wikimedia.org.
6. Wikipedia. (2018). Гидроксилапатитная. Получено 19 апреля 2018 г. с сайта en.wikipedia.org
7. Фиона Петчей. кость. Получено 19 апреля 2018 г. с сайта: c14dating.com