Хидроксиапатитна структура, синтез, кристали и приложения

на хидроксиапатит е минерал калциев фосфат, чиято химична формула е Са₁₀(PO₄)₆(ОН)₂. Заедно с други минерали и органична материя остава смачкан и уплътнен, той образува суровината, известна като фосфорна скала. Терминът хидрокси се отнася до ОН анион^-.

Ако вместо този анион беше флуорид, минералът ще се нарича флуорапатит (Са₁₀(PO₄)₆(F)₂; и с други аниони (Cl^-, Br^-, CO₃^2-, и т.н.). Също така, хидроксиапатитът е основният неорганичен компонент на костите и зъбния емайл, преобладаващо в кристална форма..

Тогава той е жизненоважен елемент в костните тъкани на живите същества. Неговата голяма устойчивост срещу други калциеви фосфати позволява да издържа на физиологични условия, придавайки на костите характерната им твърдост. Хидроксиапатитът не е сам: той изпълнява функцията си, придружен от колаген, влакнест протеин на съединителната тъкан.

Хидроксиапатит (или хидроксилапатит) съдържа Са йони²⁺, но може да съдържа и други катиони в своята структура (Mg²⁺, Na⁺), примеси, които се намесват в други биохимични процеси на костите (като ремоделиране).

индекс

• 1 Структура
• 2 Резюме
• 3 Кристали на хидроксиапатит
• 4 Използване
  • 4.1 Медицинска и стоматологична употреба
  • 4.2 Други приложения на хидроксиапатит
• 5 Физични и химични свойства
• 6 Препратки

структура

Горното изображение илюстрира структурата на калциев хидроксиапатит. Всички сфери заемат обема на половината от шестоъгълната "чекмедже", където другата половина е идентична с първата..

В тази структура зелените сфери отговарят на катионите Са²⁺, докато червените сфери до кислородните атоми, оранжевите сфери до фосфорните атоми и белите сфери до водородния атом на ОН^-.

Фосфатните йони в този образ имат дефект, който не показва тетраедрична геометрия; вместо това те приличат на квадратни пирамиди.

ОН^- създава впечатлението, че се намира далеч от Са²⁺. Въпреки това, кристалната единица може да се повтаря на покрива на първия, като по този начин показва близостта между двата йона. Също така, тези йони могат да бъдат заменени от други (Na⁺ и F^-, например).

синтез

Хидроксилапатитът може да се синтезира чрез реакция на калциев хидроксид с фосфорна киселина:

10 Ca (OH)₂ + 6 Н₃PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(ОН)₂ + 18 Н₂О

Хидроксиапатит (Са₁₀(PO₄)₆(ОН)₂) се изразява чрез две единици с формула Са₅(PO₄)₃OH. 

По същия начин, хидроксиапатитът може да бъде синтезиран чрез следната реакция:

10 Ca (NO₃)_2.4Н₂О + 6 NH₄Н₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(ОН)₂  +  20 NH₄NO₃  + 52 Н₂О

Контролирането на скоростта на утаяване позволява тази реакция да генерира наночастици от хидроксиапатит.

Кристали на хидроксиапатит

Ионите се уплътняват и растат, за да образуват твърд и устойчив биокристал. Той се използва като биоматериал на минерализация на костите.

Въпреки това, той се нуждае от колаген, органична поддръжка, която служи като матрица за неговия растеж. Тези кристали и техните сложни процеси на формиране ще зависят от костта (или зъба).

Тези кристали растат импрегнирани с органична материя, а прилагането на техники за електронна микроскопия ги описва в зъбите като агрегати с форми на пръчки, наречени призми..

приложения

Медицинска и стоматологична употреба

Поради своята сходство по размер, кристалография и състав с твърда човешка тъкан, нанохидроксиапатитът е привлекателен за използване в протези. Също така, нанохидроксиапатитът е биосъвместим, биоактивен и естествен, освен че не е токсичен или възпалителен.

Съответно нанохидроксиапатитната керамика има разнообразни приложения, които включват:

- При хирургия на костната тъкан се използва за запълване на кухини в ортопедични, травматологични, лицево-челюстни и стоматологични кабинети..

- Използва се като покритие за ортопедични и зъбни импланти. Това е десенсибилизиращо средство, използвано след избелване на зъбите. Използва се и като реминерализиращ агент в пастите за зъби и в ранното лечение на кариес..

- Имплантите от неръждаема стомана и титан често се покриват с хидроксиапатит, за да се намали скоростта им на отхвърляне.

- Той е алтернатива на алогенните и ксеногенни костни присадки. Времето за заздравяване е по-кратко в присъствието на хидроксиапатит, отколкото в неговото отсъствие.

- Синтетичният нанохидроксиапатит имитира естествено присъстващия хидроксиапатит в дентина и стероидния апатит, така че използването му е благоприятно при възстановяването на емайла и включването му в пастите за зъби, както и при изплакване на устата.

Други приложения на хидроксиапатит

- Хидроксиапатитът се използва във въздушните филтри на моторните превозни средства, за да се повиши ефективността на тези при абсорбцията и разлагането на въглеродния оксид (СО). Това намалява замърсяването на околната среда.

- Синтезира се алгинат-хидроксиапатитен комплекс, който показва, че полевите тестове са способни да абсорбират флуор чрез йонообменния механизъм..

- Хидроксиапатитът се използва като хроматографска среда за протеини. Това представлява положителни заряди (Са⁺⁺) и отрицателен (PO₄^-3), така че може да взаимодейства с електрически заредени протеини и да позволи тяхното разделяне чрез йонен обмен.

- Хидроксиапатитът се използва и като поддръжка за електрофореза на нуклеинови киселини. Отделете ДНК от РНК, както и ДНК от единична верига от двуверижна ДНК.

Физични и химични свойства

Хидроксиапатитът е бяло твърдо вещество, което може да придобие сиви, жълти и зелени тонове. Тъй като това е кристално твърдо вещество, то има високи точки на топене, което е показателно за силни електростатични взаимодействия; за хидроксиапатит, това е 1100 ° С.

Той е по-плътен от вода, с плътност от 3,05 - 3,15 g / cm³. Освен това, той е практически неразтворим във вода (0.3 mg / mL), което се дължи на фосфатните йони.

Въпреки това, в кисела среда (като в HCl) тя е разтворима. Тази разтворимост се дължи на образуването на СаС1₂, сол, силно разтворима във вода. Също така, фосфатите са протонирани (HPO)₄^2- и Н₂PO₄^-) и да взаимодействат по-добре с вода.

Разтворимостта на хидроксиапатита в киселините е важна за патофизиологията на кариеса. Бактериите в устната кухина отделят млечна киселина, продукт на ферментацията на глюкоза, която намалява рН на повърхността на зъбите до по-малко от 5, така че хидроксиапатитът започва да се разтваря..

Флуорид (F^-) може да замести OH-йони^- в кристалната структура. Когато това се случи, той допринася за устойчивостта на хидроксиапатита на зъбния емайл срещу киселините.

Вероятно, тази устойчивост може да се дължи на неразтворимостта на CaF₂ формира, отказвайки да "изостави" кристала.

препратки

1. Shiver & Atkins. (2008 г.). Неорганична химия (Четвърто изд., Стр. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hidroxylapatite. Възстановен на 19 април 2018 г. от: fluidinova.com
3. Виктория М., García Garduño, Reyes J. (2006). Хидроксиапатит, неговото значение в минерализираните тъкани и неговото биомедицинско приложение. TIP Specialized Journal в Chemical-Biological Sciences, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (05 ноември 2015 г.). Хидроксиапатит. [Фигура]. Възстановен на 19 април 2018 г. от: commons.wikimedia.org
5. Martin.Neitsov. (25 ноември 2015 г.). Hüdroksüapatiidi kristallid. [Фигура]. Възстановен на 19 април 2018 г. от: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Хидроксиапатит. Възстановен на 19 април 2018 г. от: en.wikipedia.org
7. Фиона Петчи. кост. Възстановен на 19 април 2018 г. от: c14dating.com