Hidroksapatīta struktūra, sintēze, kristāli un lietošanas veidi

The hidroksilapatīts ir kalcija fosfāta minerāls, kura ķīmiskā formula ir Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Kopā ar citām minerālvielām un organiskajām vielām paliek saspiesta un saspiesta, tā veido izejvielu, kas pazīstama kā fosfora klints. Termins hidroksi nozīmē OH anjonu^-.

Ja šī anjona vietā tā būtu fluorīds, minerālu sauc par fluorapatītu (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; un tā arī ar citiem anjoniem (Cl^-, Br^-, CO₃^2-, utt.). Tāpat hidroksilapatīts ir kaulu un zobu emaljas galvenā neorganiskā sastāvdaļa, kas pārsvarā atrodas kristāliskā formā..

Tad tas ir būtisks elements dzīvo būtņu kaulu audos. Tā lielā stabilitāte pret citiem kalcija fosfātiem ļauj izturēt fizioloģiskos apstākļus, piešķirot kauliem raksturīgo cietību. Hidroksapatīts nav viens pats: tas pilda savu funkciju kopā ar kolagēnu, saistaudu šķiedru olbaltumvielu.

Hidroksapatīts (vai hidroksilapatīts) satur Ca jonus²⁺, bet tā var saturēt arī citus katjonus tās struktūrā (Mg²⁺, Na⁺), piemaisījumi, kas iejaucas citos kaulu bioķīmiskos procesos (piemēram, remodeling).

Indekss

• 1 Struktūra
• 2 Kopsavilkums
• 3 Hidroksapatīta kristāli
• 4 Lietojumi
  • 4.1 Medicīniskā un zobārstniecības lietošana
  • 4.2 Citi hidroksilapatīta lietošanas veidi
• 5 Fizikālās un ķīmiskās īpašības
• 6 Atsauces

Struktūra

Augšējais attēls parāda kalcija hidroksilapatīta struktūru. Visas sfēras aizņem sešstūra "atvilktnes" pusi, kur otra puse ir identiska pirmajai.

Šajā struktūrā zaļās sfēras atbilst katjoniem Ca²⁺, kamēr sarkanās sfēras līdz skābekļa atomiem, oranžās sfēras pie fosfora atomiem un baltās sfēras OH OH ūdeņraža atoms.^-.

Šajā attēlā esošajiem fosfātu joniem ir defekts, ka tiem nav tetraedriska ģeometrija; tā vietā tie izskatās kā kvadrātveida piramīdas.

OH^- rada iespaidu, ka tā atrodas tālu no Ca²⁺. Tomēr kristāliskā vienība var atkārtoties pats uz pirmā jumta, tādējādi parādot tuvu starp abiem joniem. Arī šos jonus var aizstāt ar citiem (Na⁺ un F^-, piemēram).

Sintēze

Hidroksilapatītu var sintezēt, reaģējot ar kalcija hidroksīdu ar fosforskābi:

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

Hidroksapatīts (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) ir izteikta ar divām formulas Ca vienībām₅(PO₄)₃OH. 

Tāpat hidroksilapatītu var sintezēt ar šādu reakciju:

10 Ca (NO₃)_2.4H₂O + 6 NH₄H₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂  +  20 NH₄NĒ₃  + 52 H₂O

Nokrišņu ātruma kontrole ļauj šai reakcijai veidot hidroksilapatīta nanodaļiņas.

Hidroksapatīta kristāli

Jonus saspiež un aug, veidojot cietu un izturīgu biokristālu. To izmanto kā kaulu mineralizācijas biomateriālu.

Tomēr tam ir vajadzīgs kolagēns, organisks atbalsts, kas kalpo kā pelējums tās augšanai. Šie kristāli un to sarežģītie veidošanās procesi būs atkarīgi no kaula (vai zoba)..

Šie kristāli aug piesūcināti ar organiskām vielām, un elektronu mikroskopijas metožu pielietošana zobos ir detalizēta kā agregāti ar stieņu formām, ko sauc par prizmām..

Lietojumi

Medicīniskā un zobārstniecības lietošana

Pateicoties lieluma, kristālogrāfijas un kompozīcijas līdzībai ar cietiem cilvēka audiem, nanohidroksapatīts ir pievilcīgs lietošanai protēzes. Arī nanohidroksapatīts ir bioloģiski saderīgs, bioaktīvs un dabīgs, turklāt tas nav toksisks vai iekaisīgs..

Attiecīgi nanohidroksapatīta keramikai ir dažādi pielietojumi, kas ietver:

- Kaulu audu ķirurģijā to izmanto, lai aizpildītu dobumus ortopēdiskās, traumatoloģiskās, žokļu un zobu ķirurģijas operācijās..

- To izmanto kā pārklājumu ortopēdiskiem un zobu implantiem. Tas ir desensibilizējošs līdzeklis, ko izmanto pēc zobu balināšanas. To lieto arī kā remineralizējošu līdzekli zobu pastās un kariesa agrīnā ārstēšanā..

- Nerūsējošā tērauda un titāna implanti bieži tiek pārklāti ar hidroksilapatītu, lai samazinātu atgrūšanas koeficientu.

- Tā ir alternatīva alogēniem un ksenogēniem kaulu potzariem. Ārstēšanas laiks ir īsāks hidroksilapatīta klātbūtnē nekā tā neesamības gadījumā.

- Sintētiskais nanohidroksipatīts atdarina hidroksilapatītu, kas dabiski atrodas dentīnā un steroīdu apatītā, tāpēc tā lietošana ir izdevīga emaljas remontā un iekļaušanā zobu pastās, kā arī mutes skalošanā.

Citi hidroksilapatīta lietošanas veidi

- Hidroksapatīts tiek izmantots mehānisko transportlīdzekļu gaisa filtros, lai palielinātu to efektivitāti oglekļa monoksīda (CO) absorbcijā un sadalīšanā. Tas samazina vides piesārņojumu.

- Ir sintezēts algināta-hidroksilapatīta komplekss, ka lauka testi liecina, ka tas spēj absorbēt fluoru caur jonu apmaiņas mehānismu..

- Hidroksapatītu izmanto kā hromatogrāfisku vidi proteīniem. Tas rada pozitīvus lādiņus (Ca⁺⁺) un negatīvs (PO₄^-3), tāpēc tā var mijiedarboties ar elektriski uzlādētiem proteīniem un ļaut to atdalīt ar jonu apmaiņu.

- Hidroksapatīts ir izmantots arī kā nukleīnskābju elektroforēzes atbalsts. Atdaliet DNS no RNS, kā arī DNS no vienas šķipsnas DNS.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Hydroxyapatite ir balta cieta viela, kas var iegūt pelēcīgus, dzeltenus un zaļus toņus. Tā kā tā ir kristāliska cietviela, tai ir augsts kušanas punkts, kas norāda uz spēcīgu elektrostatisko mijiedarbību; hidroksilapatīta gadījumā tas ir 1100ºC.

Tas ir blīvāks par ūdeni, ar blīvumu 3,05 - 3,15 g / cm³. Turklāt tas praktiski nešķīst ūdenī (0,3 mg / ml), kas ir saistīts ar fosfātu joniem.

Tomēr skābā vidē (kā HCl) tā ir šķīstoša. Šī šķīdība ir saistīta ar CaCl veidošanos₂, sāls, kas labi šķīst ūdenī. Arī fosfāti ir protonēti (HPO)₄^2- un H₂PO₄^-) un labāk mijiedarboties ar ūdeni.

Hidroksilapatīta šķīdība skābēs ir svarīga kariesa patofizioloģijā. Baktērijas mutes dobumā izdalās pienskābe, kas ir glikozes fermentācijas produkts, kas samazina zobu virsmas pH līdz mazāk nekā 5, tādējādi hidroksilapatīts sāk izšķīst.

Fluorīds (F^-) var aizstāt OH jonus^- kristāla struktūrā. Ja tas notiek, tas veicina pret zobu emaljas hidroksilapatītu pret skābēm.

Iespējams, šī pretestība var būt CaF nešķīstības dēļ₂ veidojas, atsakoties "pamest" kristālu.

Atsauces

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija (Ceturtais izdevums, 349., 627. lpp.). Mc Graw kalns.
2. Fluidinova. (2017). Hidroksilapatīts. Saturs iegūts 2018. gada 19. aprīlī no: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hidroksapatīts, tā nozīme mineralizētajos audos un to biomedicīniskais pielietojums. TIP Specializētais žurnāls ķīmijas-bioloģijas zinātnē, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (2015. gada 5. novembris). Hidroksapatīts. [Attēls] Saturs iegūts 2018. gada 19. aprīlī no: commons.wikimedia.org
5. Martin.Neitsov. (2015. gada 25. novembris). Hüdr direktiiviapatiidi kristallid. [Attēls] Saturs iegūts 2018. gada 19. aprīlī no: commons.wikimedia.org
6. Vikipēdija. (2018). Hidroksilapatīts. Saturs iegūts 2018. gada 19. aprīlī no: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. Kaulu. Saturs iegūts 2018. gada 19. aprīlī no: c14dating.com