Hüdroksüapatiidi struktuur, süntees, kristallid ja kasutusalad



The hüdroksüapatiit on kaltsiumfosfaadi mineraal, mille keemiline valem on Ca10(PO4)6(OH)2. Koos teiste mineraalide ja orgaaniliste ainetega jääb see purustatud ja tihendatud tooraineks, mida tuntakse fosforikivina. Termin hüdroksü viitab OH-anioonile-.

Kui selle aniooni asemel oli see fluoriid, nimetatakse mineraali fluoroapatiidiks (Ca10(PO4)6(F)2; ja nii teiste anioonidega (Cl-, Br-, CO32-, jne). Samuti on hüdroksüapatiit luude ja hammaste emaili peamine anorgaaniline komponent, mis esineb peamiselt kristallilises vormis.

Siis on see elusolendite luukoe oluline element. Selle suur stabiilsus teiste kaltsiumfosfaatide vastu võimaldab tal taluda füsioloogilisi tingimusi, andes luudele iseloomuliku kõvaduse. Hüdroksüapatiit ei ole üksi: see täidab oma funktsiooni, millega kaasneb kollageen, sidekudede kiuline valk.

Hüdroksüapatiit (või hüdroksüülapatiit) sisaldab Ca-iioone2+, kuid see võib sisaldada ka teisi struktuure sisaldavaid katioone (Mg2+, Na+) lisandid, mis sekkuvad luude teistesse biokeemilistesse protsessidesse (näiteks ümberkujundamine).

Indeks

  • 1 Struktuur
  • 2 Kokkuvõte
  • 3 Hüdroksüapatiidi kristallid
  • 4 Kasutamine
    • 4.1 Meditsiiniline ja hambaravi
    • 4.2 Hüdroksüapatiidi muud kasutusalad
  • 5 Füüsikalised ja keemilised omadused
  • 6 Viited

Struktuur

Ülemine pilt illustreerib kaltsiumhüdroksüapatiidi struktuuri. Kõik sfäärid on heksagonaalse "sahtli" poole mahuga, kus teine ​​pool on identne esimese.

Selles struktuuris vastavad rohelised kerad katioonidele Ca2+, samal ajal kui punased sfäärid hapniku aatomitele, oranž sfäärid fosfori aatomitele ja valged sfäärid OH vesinikuaatomile-.

Selles pildis olevate fosfaatioonide defekt on, et neil ei ole tetraeedrilist geomeetriaid; selle asemel näevad nad välja nagu ruudukujulised püramiidid.

OH- jätab mulje, et see asub Ca'st kaugel2+. Siiski võib kristalliline üksus end esimese katusel korrata, näidates seega mõlema iooni lähedust. Samuti võib neid ioone asendada teistega (Na+ ja F-, näiteks).

Süntees

Hüdroksüülapatiiti võib sünteesida kaltsiumhüdroksiidi reageerimisel fosforhappega:

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

Hüdroksüapatiit (Ca10(PO4)6(OH)2) väljendatakse kahe ühikuga valemiga Ca5(PO4)3OH. 

Samuti võib hüdroksüapatiiti sünteesida järgmise reaktsiooni abil:

10 Ca (NO3)2.4H2O + 6 NH4H2PO4 => Ca10(PO4)6(OH)2  +  20 NH4EI3  + 52 H2O

Sadestamise kiiruse reguleerimine võimaldab sellel reaktsioonil tekitada hüdroksüapatiidi nanoosakesi.

Hüdroksüapatiidi kristallid

Ioonid tihendatakse ja kasvavad, et moodustada jäik ja vastupidav biokristall. Seda kasutatakse luu mineralisatsiooni biomaterjalina.

Siiski vajab see kollageeni, orgaanilist tuge, mis toimib selle kasvuks. Need kristallid ja nende keerulised moodustumisprotsessid sõltuvad luust (või hambast)..

Need kristallid kasvavad immutatud orgaanilise ainega ja elektronmikroskoopia tehnikate kasutamine hammastes on detailide kujul, mille moodustavad vardad, mida nimetatakse prismaks..

Kasutamine

Meditsiiniline ja hambaravi

Tänu oma suurusele, kristallograafiale ja kompositsioonile kõva inimese koega on nanohüdroksüapatiit atraktiivne proteeside kasutamiseks. Samuti on nanohüdroksüapatiit bioloogiliselt sobiv, bioaktiivne ja loomulik, lisaks ei ole toksiline ega põletikuline..

Sellest tulenevalt on nanohüdroksüapatiidi keraamikal mitmesuguseid rakendusi, mis hõlmavad:

- Luukoe kirurgias kasutatakse seda ortopeediliste, traumatoloogiliste, maxillofacial- ja hambaarstide õõnsuste täitmiseks.

- Seda kasutatakse ortopeediliste ja hambaimplantaatide kattena. See on desensitiseeriv aine, mida kasutatakse pärast hammaste valgendamist. Seda kasutatakse ka remineraliseeriva vahendina hambapastades ja kaariese varases ravis..

- Roostevabast terasest ja titaanist implantaadid kaetakse sageli hüdroksüapatiidiga, et vähendada nende tagasilükkamise määra.

- See on alternatiiv allogeensetele ja ksenogeensetele luu siirikutele. Hüdroksüapatiidi juuresolekul on paranemisaeg lühem kui selle puudumisel.

- Sünteetiline nanohüdroksüapatiit imiteerib dentiinis ja steroidi apatiidis looduslikult esinevat hüdroksüapatiiti, mistõttu selle kasutamine on kasulik emaili parandamisel ja hambapastades, samuti suu loputamisel.

Hüdroksüapatiidi muud kasutusalad

- Mootorsõidukite õhufiltrites kasutatakse hüdroksüapatiiti, et suurendada nende efektiivsust süsinikmonooksiidi (CO) imendumisel ja lagunemisel. See vähendab keskkonnareostust.

- Sünteesiti alginaat-hüdroksüapatiidi kompleks, et välikatsed on näidanud, et see on võimeline absorbeerima fluori ioonivahetusmehhanismi kaudu.

- Hüdroksüapatiiti kasutatakse valkude kromatograafilise söötmena. See näitab positiivseid laenguid (Ca++) ja negatiivsed (PO4-3), nii et see võib interakteeruda elektriliselt laetud valkudega ja võimaldada nende eraldamist ioonvahetusega.

- Hüdroksüapatiiti on kasutatud ka nukleiinhapete elektroforeesi toetuseks. Eraldage DNA RNA-st, samuti DNA kaheahelalise DNA ühest ahelast.

Füüsikalised ja keemilised omadused

Hüdroksüapatiit on valge tahke aine, mis võib saada hallikas, kollase ja rohelise tooni. Kuna tegemist on kristallilise tahke ainega, on sellel kõrge sulamistemperatuur, mis näitab tugevat elektrostaatilist koostoimet; hüdroksüapatiidi puhul on see 1100ºC.

See on tihedam kui vesi, tihedusega 3,05 - 3,15 g / cm3. Lisaks sellele on see praktiliselt lahustumatu vees (0,3 mg / ml), mis on tingitud fosfaatioonidest.

Kuid happelises keskkonnas (nagu HCl-s) on see lahustuv. See lahustuvus tuleneb CaCl moodustumisest2, vees hästi lahustuv sool. Samuti protoneeritakse fosfaate (HPO)42- ja H2PO4-) ja suhelda paremini veega.

Hüdroksüapatiidi lahustuvus hapetes on oluline kaariese patofüsioloogias. Suuõõne bakterid sekreteerivad piimhapet, mis on glükoosi kääritamise produkt, mis vähendab hambapinna pH vähem kui 5, nii et hüdroksüapatiit hakkab lahustuma.

Fluoriid (F-) võib asendada OH ioone- kristallstruktuuris. Kui see juhtub, aitab see kaasa hammaste emaili hüdroksüapatiidi suhtes hapete suhtes.

Võimalik, et see resistentsus võib olla tingitud CaF-i lahustumatusest2 moodustunud, keeldudes kristallist loobumast.

Viited

  1. Shiver & Atkins. (2008). Anorgaaniline keemia (Neljas väljaanne, lk 349, 627). Mc Grawi mägi.
  2. Fluidinova. (2017). Hüdroksüülapatiit. Välja otsitud 19. aprillil 2018 kellelt: fluidinova.com
  3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hüdroksüapatiit, selle tähtsus mineraliseerunud kudedes ja selle biomeditsiiniline rakendus. TIP Spetsiifiline ajakiri keemia-bioloogia teaduses, 9 (2): 90-95
  4. Gaiabulbanix. (5. november 2015). Hüdroksüapatiit. [Joonis] Välja otsitud 19. aprillil 2018 kellelt: commons.wikimedia.org
  5. Martin.Neitsov. (25. november 2015). Hüdr digitaapatiidi kristallid. [Joonis] Välja otsitud 19. aprillil 2018 kellelt: commons.wikimedia.org
  6. Wikipedia. (2018). Hüdroksüülapatiit. Välja otsitud 19. aprillil 2018 kellelt: en.wikipedia.org
  7. Fiona Petchey. Luu. Välja otsitud 19. aprillil 2018 kellelt: c14dating.com