Struktura hidroksiapatita, sinteza, kristali in uporabe



The hidroksiapatita je mineral kalcijev fosfat, katerega kemična formula je Ca10(PO4)6(OH)2. Skupaj z drugimi minerali in organskimi snovmi ostane zdrobljen in stisnjen, tvori surovino, znano kot fosforna kamnina. Izraz hidroksi se nanaša na OH anion-.

Če bi bil namesto tega aniona fluorid, bi se mineral imenoval fluoroapatit (Ca10(PO4)6(F)2; in z drugimi anioni (Cl-, Br-, CO32-, itd.). Hkrati je hidroksiapatit glavna anorganska komponenta kosti in zobne sklenine, ki je pretežno prisotna v kristalni obliki..

Nato je pomemben element v kostnih tkivih živih bitij. Njegova velika stabilnost proti drugim kalcijevim fosfatom omogoča, da prenese fiziološke razmere, kar daje kostam značilno trdoto. Hidroksiapatit ni sam: izpolnjuje svojo funkcijo skupaj s kolagenom, vlaknastimi beljakovinami vezivnega tkiva.

Hidroksiapatit (ali hidroksilapatit) vsebuje Ca ione2+, lahko pa vsebuje tudi druge katione v svoji strukturi (Mg2+, Na+), nečistoče, ki posegajo v druge biokemične procese kosti (kot je preoblikovanje).

Indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Povzetek
  • 3 Kristali s hidroksiapatitom
  • 4 Uporabe
    • 4.1 Medicinska in zobozdravstvena uporaba
    • 4.2 Druge uporabe hidroksiapatita
  • 5 Fizikalne in kemijske lastnosti
  • 6 Reference

Struktura

Zgornja slika prikazuje strukturo kalcijevega hidroksiapatita. Vse krogle zavzemajo prostornino polovice šesterokotnega "predala", kjer je druga polovica enaka prvi..

V tej strukturi zelene krogle ustrezajo kationom Ca2+, medtem ko rdeče krogle do kisikovih atomov, oranžne krogle do fosforjevih atomov in bele krogle do vodikovega atoma OH-.

Fosfatni ioni na tej sliki imajo napako, da ne kažejo tetraedrične geometrije; namesto tega so videti kot kvadratne piramide.

OH- daje vtis, da se nahaja daleč od Ca2+. Vendar se lahko kristalna enota ponovi na strehi prvega, kar kaže na bližino obeh ionov. Tudi ti ioni se lahko zamenjajo z drugimi (Na+ in F-, na primer).

Sinteza

Hidroksilapatit se lahko sintetizira z reakcijo kalcijevega hidroksida s fosforno kislino:

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

Hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) se izrazi z dvema enotama formule Ca5(PO4)3OH. 

Podobno lahko hidroksiapatit sintetiziramo z naslednjo reakcijo: \ t

10 Ca (NO3)2.4H2O + 6 NH4H2PO4 => Ca10(PO4)6(OH)2  +  20 NH4Št3  + 52 H2O

Krmiljenje hitrosti padavin omogoča, da ta reakcija generira nanodelce hidroksiapatita.

Kristali hidroksiapatita

Ioni so stisnjeni in rastejo, da tvorijo tog in odporni biokristal. Uporablja se kot biomaterial mineralizacije kosti.

Vendar pa potrebuje kolagen, organsko podporo, ki služi kot kalup za njeno rast. Ti kristali in njihovi zapleteni procesi nastajanja bodo odvisni od kosti (ali zoba)..

Ti kristali rastejo impregnirani z organsko snovjo in jih z uporabo elektronskih mikroskopskih tehnik podrobneje razčlenijo v zobeh kot agregati z oblikami palic, ki se imenujejo prizme..

Uporabe

Medicinska in zobozdravstvena uporaba

Zaradi svoje podobnosti v velikosti, kristalografije in sestave s trdim človeškim tkivom je nanohidroksiapatit privlačen za uporabo pri protezah. Tudi nanohidroksiapatit je biokompatibilen, bioaktiven in naraven, poleg tega, da ni toksičen ali vneten.

V skladu s tem imajo nanohidroksiapatitne keramike različne aplikacije, ki vključujejo:

- V kirurgiji kostnega tkiva se uporablja za zapolnitev votlin v ortopedskih, travmatoloških, maksilofacialnih in zobozdravstvenih operacijah..

- Uporablja se kot premaz za ortopedske in zobne vsadke. To je desenzibilizacijsko sredstvo, ki se uporablja po beljenju zob. Uporablja se tudi kot remineralizacijsko sredstvo v zobnih pastah in pri zgodnjem zdravljenju kariesa..

- Implantati iz nerjavečega jekla in titana so pogosto obloženi s hidroksiapatitom, da se zmanjša njihova stopnja zavrnitve.

- Je alternativa alogenskim in ksenogenim kostnim presadkom. Čas zdravljenja je krajši v prisotnosti hidroksiapatita kot v njegovi odsotnosti.

- Sintetični nanohidroksiapatit posnema hidroksiapatit, ki je naravno prisoten v dentinu in steroidnem apatitu, zato je njegova uporaba koristna pri obnavljanju sklenine in vključitvi v zobne paste ter izpiranje ust.

Druge uporabe hidroksiapatita

- Hidroksiapatit se uporablja v zračnih filtrih motornih vozil za povečanje učinkovitosti teh pri absorpciji in razgradnji ogljikovega monoksida (CO). To zmanjšuje onesnaževanje okolja.

- Sintetiziran je bil kompleks alginatnih hidroksiapatitov, ki je pokazal, da je sposoben absorbirati fluor prek mehanizma ionske izmenjave..

- Hidroksiapatit se uporablja kot kromatografski medij za beljakovine. To predstavlja pozitivne naboje (Ca++) in negativno (PO4-3), tako da lahko medsebojno deluje z električno nabitimi proteini in omogoči njihovo ločevanje z ionsko izmenjavo.

- Hidroksiapatit se uporablja tudi kot podpora za elektroforezo nukleinskih kislin. Ločite DNA iz RNA, kot tudi DNA iz ene verige dvoverižne DNA.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Hidroksiapatit je bela trdna snov, ki lahko dobi sive, rumene in zelene tone. Ker je kristalinična trdna snov, ima visoka tališča, kar kaže na močne elektrostatične interakcije; za hidroksiapatit je to 1100 ° C.

Gostota je od vode, gostota 3,05 - 3,15 g / cm3. Poleg tega je praktično netopen v vodi (0,3 mg / ml), kar je posledica fosfatnih ionov.

Vendar je v kislem mediju (kot v HCl) topen. Ta topnost je posledica tvorbe CaCl2, sol zelo topna v vodi. Tudi fosfati so protonirani (HPO)42- in H2PO4-) in bolje komunicirajo z vodo.

Topnost hidroksiapatita v kislinah je pomembna pri patofiziologiji kariesa. Bakterije v ustni votlini izločajo mlečno kislino, produkt fermentacije glukoze, ki zmanjšuje pH površine zob na manj kot 5, tako da se hidroksiapatit začne raztapljati..

Fluorid (F-) lahko nadomestijo OH ione- v kristalni strukturi. Ko se to zgodi, prispeva k odpornosti proti hidroksiapatitu zobne sklenine proti kislinam.

Možno je, da je ta odpornost lahko posledica netopnosti CaF2 oblikovane, ki ne želijo "zapustiti" kristala.

Reference

  1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija (Četrta izdaja, stran 349, 627). Mc Graw Hill.
  2. Fluidinova. (2017). Hidroksilapatit. Vzpostavljeno 19. aprila 2018, iz: fluidinova.com
  3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hidroksiapatit, njegov pomen v mineraliziranih tkivih in njegova biomedicinska uporaba. TIP Specialized Journal v Chemical-Biological Sciences, 9 (2): 90-95
  4. Gaiabulbanix. (5. november 2015). Hidroksiapatit. [Slika] Pridobljeno 19. aprila 2018 od: commons.wikimedia.org
  5. Martin.Neitsov. (25. november 2015). Hüdroksüapatiidi kristallid. [Slika] Pridobljeno 19. aprila 2018 od: commons.wikimedia.org
  6. Wikipedija. (2018). Hidroksilapatit. Pridobljeno 19. aprila 2018 od: en.wikipedia.org
  7. Fiona Petchey. Bone. Pridobljeno 19. aprila 2018, iz: c14dating.com