Структура гідроксиапатиту, синтез, кристали і застосування

The гідроксиапатит є мінералом фосфату кальцію, хімічна формула якого є Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Разом з іншими мінералами і органічними речовинами залишається подрібненим і ущільненим, він утворює сировину, відому як фосфорна порода. Термін "гідрокси" відноситься до аніону OH^-.

Якщо замість цього аніона це фторид, мінерал буде називатися фторопатітом (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; і так з іншими аніонами (Cl^-, Br^-, CO₃^2-, тощо). Крім того, гідроксиапатит є основним неорганічним компонентом кісток і зубної емалі, переважно в кристалічній формі.

Потім вона є життєво важливим елементом у кісткових тканинах живих істот. Його велика стійкість проти інших фосфатів кальцію дозволяє йому витримувати фізіологічні умови, надаючи кістках їх характерну твердість. Гідроксиапатит не самотній: він виконує свою функцію в супроводі колагену, фіброзного білка сполучних тканин.

Гідроксиапатит (або гідроксилапатит) містить іони Са²⁺, але він також може містити інші катіони у своїй структурі (Mg²⁺, Na⁺), домішки, які втручаються в інші біохімічні процеси кісток (наприклад, ремоделювання).

Індекс

• 1 Структура
• 2 Резюме
• 3 Кристали гідроксиапатиту
• 4 Використання
  • 4.1 Медичне та стоматологічне використання
  • 4.2 Інші застосування гідроксиапатиту
• 5 Фізико-хімічні властивості
• 6 Посилання

Структура

Верхнє зображення ілюструє структуру гідроксиапатиту кальцію. Всі сфери займають обсяг половини гексагонального "ящика", де інша половина ідентична першій..

У цій структурі зелені сфери відповідають катионам Ca²⁺, в той час як червоні сфери до атомів кисню, помаранчеві сфери до атомів фосфору, і білі сфери до атома водню OH^-.

Іони фосфату в цьому зображенні мають дефект не виражає тетраедричної геометрії; замість цього вони виглядають як квадратні піраміди.

OH^- створюється враження, що він знаходиться далеко від Са²⁺. Однак кристалічна одиниця може повторюватися на даху першого, тим самим демонструючи близьку близькість між обома іонами. Також ці іони можуть бути замінені іншими (Na⁺ і F^-, наприклад).

Синтез

Гідроксилапатит може бути синтезований реакцією гідроксиду кальцію з фосфорною кислотою:

10 Ca (OH)₂ + 6 H₃PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 18 H₂O

Гідроксиапатит (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) виражають двома одиницями формули Ca₅(PO₄)₃OH. 

Аналогічно, гідроксиапатит можна синтезувати за допомогою наступної реакції: \ t

10 Ca (NO₃)_2.4H₂O + 6 NH₄H₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂  +  20 NH₄NO₃  + 52 H₂O

Контроль швидкості осадження дозволяє цій реакції генерувати наночастинки гідроксиапатиту.

Кристали гідроксиапатиту

Іони ущільнюються і ростуть, утворюючи жорсткий і стійкий біокристал. Це використовується як біоматеріал мінералізації кісток.

Тим не менш, вона потребує колагену, органічної опори, яка служить формою для свого зростання. Ці кристали та їх складні процеси формування залежатимуть від кістки (або зуба).

Ці кристали ростуть просоченими органічними речовинами, а застосування методів електронної мікроскопії деталізують їх у зубах як агрегати з формами стрижнів, які називаються призмами.

Використання

Медичне та стоматологічне використання

Завдяки подібності за розмірами, кристалографії та композиції з твердими тканинами людини, наногидроксиапатит є привабливим для використання в протезах. Крім того, наногидроксиапатит є біосумісним, біоактивним і природним, на додаток до того, що він не є токсичним або запальним.

Відповідно, наногидроксиапатитная кераміка має безліч застосувань, які включають:

- При хірургії кісткової тканини її використовують для заповнення порожнин в ортопедичних, травматологічних, щелепно-лицевих та стоматологічних кабінетах..

- Використовується як покриття для ортопедичних та зубних імплантатів. Це десенсибілізуючий засіб, що застосовується після відбілювання зубів. Він також використовується як ремінералізуючий засіб у зубних паст і в ранньому лікуванні карієсу..

- Імплантати з нержавіючої сталі і титану часто покривають гідроксиапатитом, щоб зменшити їхню частоту відторгнення.

- Це альтернатива аллогенним і ксеногенним кістковим трансплантатам. Час загоєння коротше в присутності гідроксиапатиту, ніж у його відсутності.

- Синтетичний наногидроксиапатит імітує гідроксиапатит, що природно присутній у дентині та стероїдному апатиті, тому його використання є вигідним при ремонті емалі та включенні в зубні пасти, а також у полоскання рота.

Інші застосування гідроксиапатиту

- Гідроксиапатит використовується в повітряних фільтрах автотранспортних засобів для підвищення ефективності їх при поглинанні і розкладанні оксиду вуглецю (СО). Це зменшує забруднення навколишнього середовища.

- Синтезовано альгінат-гідроксиапатитний комплекс, який показав, що він здатний поглинати фтор через іонообмінний механізм..

- Гідроксиапатит використовується як хроматографічне середовище для білків. Це створює позитивні заряди (Ca⁺⁺) і негативні (PO₄^-3), тому він може взаємодіяти з електрично зарядженими білками і дає можливість їх поділу шляхом іонного обміну.

- Гідроксиапатит також використовували в якості опори для електрофорезу нуклеїнових кислот. Відокремлюють ДНК з РНК, а також ДНК з однієї нитки дволанцюжкової ДНК.

Фізико-хімічні властивості

Гідроксиапатит являє собою білу тверду речовину, яка може придбати сіруватий, жовтий і зелений тони. Оскільки вона є кристалічною твердою речовиною, вона має високі точки плавлення, що свідчить про сильні електростатичні взаємодії; для гідроксиапатиту це 1100ºC.

Він щільніше води, з щільністю 3,05 - 3,15 г / см³. Крім того, він практично нерозчинний у воді (0,3 мг / мл), що обумовлено фосфатними іонами.

Однак у кислих середовищах (як у HCl) він розчинний. Ця розчинність обумовлена ​​утворенням CaCl₂, сіль високо розчинна у воді. Також протоніровані фосфати (HPO)₄^2- і Н₂PO₄^-) і краще взаємодіють з водою.

Розчинність гідроксиапатиту в кислотах важлива в патофізіології карієсу. Бактерії в порожнині рота виділяють молочну кислоту, продукт ферментації глюкози, яка знижує рН поверхні зубів до менш ніж 5, так що гідроксиапатит починає розчинятися.

Фторид (F^-) може замінити іони OH^- в кристалічній структурі. При цьому він сприяє стійкості до гідроксиапатиту зубної емалі проти кислот.

Можливо, ця стійкість може бути обумовлена ​​нерозчинністю CaF₂ утворився, відмовляючись "відмовитися" від кристала.

Список літератури

1. Shiver & Atkins. (2008). Неорганічна хімія (Четверта редакція, с. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Флюидинова. (2017). Гідроксилапатит. Отримано 19 квітня 2018 р. З: fluidinova.com
3. Вікторія М., Гарсія Гардуно, Рейес Дж. (2006). Гідроксиапатит, його значення в мінералізованих тканинах і його біомедичне застосування. Спеціальний журнал TIP у хіміко-біологічних науках, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (05 листопада 2015 р.) Гідроксиапатит. [Малюнок] Отримано 19 квітня 2018 року від: commons.wikimedia.org
5. Мартін.Нейцов. (25 листопада 2015 року). Hüdroksüapatiidi kristallid. [Малюнок] Отримано 19 квітня 2018 року від: commons.wikimedia.org
6. Вікіпедія. (2018). Гідроксилапатит. Отримано 19 квітня 2018 р. З: en.wikipedia.org
7. Фіона Петчі. Кістка. Отримано 19 квітня 2018 р. З: c14dating.com