Hydroxyapatitová štruktúra, syntéza, kryštály a použitia

hydroxyapatit je minerál fosforečnan vápenatý, ktorého chemický vzorec je Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Spolu s inými minerálmi a organickou hmotou zostáva rozdrvený a zhutnený, tvorí surovinu známu ako fosforová hornina. Termín hydroxy označuje OH anión^-.

Ak by namiesto tohto aniónu bol fluorid, minerál by sa nazýval fluoroapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; a tak s inými aniónmi (Cl^-, br^-, CO₃^2-, atď.). Podobne je hydroxyapatit hlavnou anorganickou zložkou kostí a zubnej skloviny, prevažne v kryštalickej forme.

Potom je životne dôležitým prvkom v kostných tkanivách živých bytostí. Jeho veľká stabilita voči iným fosforečnanom vápenatým mu umožňuje odolávať fyziologickým podmienkam, ktoré dávajú kostiam charakteristickú tvrdosť. Hydroxyapatit nie je sám: plní svoju funkciu sprevádzanú kolagénom, vláknitým proteínom spojivového tkaniva.

Hydroxyapatit (alebo hydroxylapatit) obsahuje ióny Ca²⁺, ale môže tiež obsahovať iné katióny vo svojej štruktúre (Mg²⁺, na⁺), nečistoty, ktoré zasahujú do iných biochemických procesov kostí (napr. remodelácia).

index

• 1 Štruktúra
• 2 Zhrnutie
• 3 Kryštály hydroxyapatitu
• 4 Použitie
  • 4.1 Lekárske a stomatologické použitie
  • 4.2 Iné použitia hydroxyapatitu
• 5 Fyzikálne a chemické vlastnosti
• 6 Referencie

štruktúra

Horný obrázok znázorňuje štruktúru hydroxyapatitu vápenatého. Všetky sféry zaberajú objem polovice šesťuholníkovej "zásuvky", kde druhá polovica je identická s prvou polovicou..

V tejto štruktúre zelené guľôčky zodpovedajú katiónom Ca²⁺, zatiaľ čo červené guľôčky k atómom kyslíka, oranžové guľôčky k atómom fosforu a biele guľôčky k atómu vodíka OH^-.

Fosfátové ióny v tomto obraze majú defekt nevykazujúci tetraedrickú geometriu; namiesto toho vyzerajú ako štvorcové pyramídy.

OH^- vyvoláva dojem, že sa nachádza ďaleko od Ca²⁺. Kryštalická jednotka sa však môže opakovať na streche prvého, čím sa ukazuje blízkosť medzi oboma iónmi. Tieto ióny môžu byť tiež nahradené inými (Na⁺ a F^-, napríklad).

syntéza

Hydroxylapatit môže byť syntetizovaný reakciou hydroxidu vápenatého s kyselinou fosforečnou:

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

Hydroxyapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) je vyjadrená dvoma jednotkami vzorca Ca₅(PO₄)₃OH. 

Podobne môže byť hydroxyapatit syntetizovaný nasledujúcou reakciou:

10 Ca (NO₃)_2.4H₂0 + 6 NH₄H₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂  +  20 NH₄NO₃  + 52 H₂O

Riadenie rýchlosti zrážania umožňuje tejto reakcii vytvárať nanočastice hydroxyapatitu.

Kryštály hydroxyapatitu

Ióny sú zhutnené a rastú, čím vytvárajú pevný a odolný biokryštál. Používa sa ako biomateriál mineralizácie kostí.

Potrebuje však kolagén, organickú podporu, ktorá slúži ako forma pre jeho rast. Tieto kryštály a ich komplikované procesy tvorby budú závisieť od kosti (alebo od zuba)..

Tieto kryštály rastú impregnované organickou hmotou a použitie techník elektrónovej mikroskopie ich podrobne opisuje v zuboch ako agregáty s tvarmi tyčiniek nazývaných hranoly.

aplikácie

Lekárske a stomatologické použitie

Vzhľadom na svoju podobnosť vo veľkosti, kryštalografii a zložení s tvrdým ľudským tkanivom je nanohydroxyapatit atraktívny na použitie v protézach. Okrem toho je nanohydroxyapatit biologicky kompatibilný, bioaktívny a prirodzený, okrem toho, že nie je toxický alebo zápalový.

Nanohydroxyapatitová keramika má preto rôzne aplikácie, medzi ktoré patrí:

- V chirurgii kostného tkaniva sa používa na vyplnenie dutín v ortopedickej, traumatologickej, maxilofaciálnej a zubnej ordinácii..

- Používa sa ako náter na ortopedické a zubné implantáty. Je to desenzibilizačné činidlo používané po bielení zubov. Používa sa tiež ako remineralizačné činidlo v zubných pastách a pri včasnej liečbe zubného kazu..

- Implantáty z nehrdzavejúcej ocele a titánu sú často potiahnuté hydroxyapatitom, aby sa znížila ich miera odmietnutia.

- Je alternatívou k alogénnym a xenogénnym kostným štepom. Doba hojenia je kratšia v prítomnosti hydroxyapatitu ako v jeho neprítomnosti.

- Syntetické nanohydroxyapatity napodobňujú hydroxyapatit, ktorý je prirodzene prítomný v dentíne a steroidnom apatite, takže jeho použitie je výhodné pri opravách skloviny a zapracovaní do zubných pást, ako aj pri oplachovaní úst.

Iné použitia hydroxyapatitu

- Hydroxyapatit sa používa vo vzduchových filtroch motorových vozidiel na zvýšenie ich účinnosti pri absorpcii a rozklade oxidu uhoľnatého (CO). To znižuje znečistenie životného prostredia.

- Alginát-hydroxyapatitový komplex bol syntetizovaný tak, že testy v teréne ukázali, že je schopný absorbovať fluór mechanizmom iónovej výmeny..

- Hydroxyapatit sa používa ako chromatografické médium pre proteíny. To predstavuje kladné poplatky (Ca⁺⁺) a negatívne (PO₄^-3), takže môže interagovať s elektricky nabitými proteínmi a umožniť ich separáciu iónovou výmenou.

- Hydroxyapatit bol tiež použitý ako nosič pre elektroforézu nukleových kyselín. Oddeľte DNA od RNA, ako aj DNA z jedného vlákna dvojvláknovej DNA.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Hydroxyapatit je biela pevná látka, ktorá môže získať sivasté, žlté a zelené tóny. Keďže ide o kryštalickú pevnú látku, má vysoké teploty topenia, čo svedčí o silných elektrostatických interakciách; pre hydroxyapatit je to 1100 ° C.

Je hustejšia ako voda s hustotou 3,05 - 3,15 g / cm³. Okrem toho je prakticky nerozpustný vo vode (0,3 mg / ml), čo je spôsobené fosfátovými iónmi.

Avšak v kyslých médiách (ako v HCl) je rozpustný. Táto rozpustnosť je spôsobená tvorbou CaCl₂, soľ vysoko rozpustná vo vode. Fosforečnany sú tiež protonizované (HPO)₄^2- a H₂PO₄^-) a lepšie reagujú s vodou.

Rozpustnosť hydroxyapatitu v kyselinách je dôležitá v patofyziológii zubného kazu. Baktérie v ústnej dutine vylučujú kyselinu mliečnu, produkt fermentácie glukózy, ktorá znižuje pH zubného povrchu na menej ako 5, takže sa hydroxyapatit začína rozpúšťať..

Fluorid (F^-) môže nahradiť OH ióny^- v kryštálovej štruktúre. Keď k tomu dôjde, prispieva k odolnosti voči hydroxyapatitu zubnej skloviny voči kyselinám.

Táto rezistencia môže byť spôsobená nerozpustnosťou CaF₂ tvorili, odmietajúc „opustiť“ kryštál.

referencie

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chémia (Štvrté vydanie, Strana 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hidroxylapatite. Získané 19. apríla 2018, z: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroxyapatit, jeho význam v mineralizovaných tkanivách a jeho biomedicínske použitie. TIP Specialized Journal v Chemical-Biological Sciences, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (05.11.2015). Hydroxyapatit. [Obrázok]. Získané 19. apríla 2018, z: commons.wikimedia.org
5. Martin.Neitsov. (25. novembra 2015). Hüdroksüapatiidi kristallid. [Obrázok]. Získané 19. apríla 2018, z: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hydroxylapatit. Získané 19. apríla 2018, z: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. kosť. Získané 19. apríla 2018, z: c14dating.com