Hydroxyapatite-rakenne, synteesi, kiteet ja käyttö

hydroksiapatiitista on kalsiumfosfaatin mineraali, jonka kemiallinen kaava on Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Yhdessä muiden mineraalien ja orgaanisten aineiden kanssa se jää murskatuksi ja tiivistetyksi, se muodostaa fosforikiveksi tunnetun raaka-aineen. Termi hydroksi viittaa OH-anioniin^-.

Jos tämän anionin sijasta se olisi fluoridi, mineraalia kutsutaan fluoroapatiitiksi (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; ja niin edelleen muiden anionien kanssa (Cl^-, br^-, CO₃^2-, jne). Samoin hydroksipatiitti on luiden ja hammaskiilteen pääasiallinen epäorgaaninen komponentti, joka on pääasiassa kiteisessä muodossa.

Sitten se on elävien olentojen luukudosten elintärkeä osa. Sen suuri vakaus muihin kalsiumfosfaatteihin mahdollistaa sen, että se kestää fysiologisia olosuhteita, jolloin luuille on ominaista kovuus. Hydroxyapatite ei ole yksin: se täyttää tehtävänsä, johon liittyy kollageenin, sidekudosten kuituproteiinin.

Hydroxyapatite (tai hydroksyylapatiitti) sisältää Ca-ioneja²⁺, mutta se voi sisältää myös muita kationeja sen rakenteessa (Mg²⁺, na⁺) epäpuhtaudet, jotka vaikuttavat muihin luiden biokemiallisiin prosesseihin (kuten remodeling).

indeksi

• 1 Rakenne
• 2 Yhteenveto
• 3 Hydroxyapatite-kiteet
• 4 Käyttö
  • 4.1 Lääketieteellinen ja hammaslääketieteellinen käyttö
  • 4.2 Muita hydroksiapatiitin käyttötarkoituksia
• 5 Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
• 6 Viitteet

rakenne

Ylempi kuva kuvaa kalsiumhydroksapapatiitin rakennetta. Kaikki pallot käyttävät kuusikulmaisen "laatikon" puolet, jolloin toinen puoli on sama kuin ensimmäinen.

Tässä rakenteessa vihreät pallot vastaavat kationeja Ca²⁺, kun taas punaiset pallot happiatomeihin, oranssit pallot fosforiatomeihin ja valkoiset pallot OH-vetyatomiin^-.

Tässä kuvassa olevilla fosfaatti-ioneilla on vika, että siinä ei ole tetraedristä geometriaa; sen sijaan ne näyttävät neliöpohjaisista pyramideista.

OH^- antaa vaikutelman, että se sijaitsee kaukana Ca: sta²⁺. Kiteinen yksikkö voi kuitenkin toistaa itsensä ensimmäisen katon päälle, mikä osoittaa molempien ionien läheisyyden. Nämä ionit voidaan myös korvata muilla (Na⁺ ja F^-, esimerkiksi).

synteesi

Hydroxylapatite voidaan syntetisoida kalsiumhydroksidin reaktiolla fosforihapon kanssa:

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

Hydroxyapatite (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) ilmaistaan ​​kahdella kaavan Ca yksiköllä₅(PO₄)₃OH. 

Samoin hydroksiapatiitti voidaan syntetisoida seuraavan reaktion avulla:

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

Saostumisnopeuden säätäminen sallii tämän reaktion tuottaa hydroksiapatiitti-nanohiukkasia.

Hydroxyapatite-kiteet

Ionit tiivistetään ja kasvavat muodostaen jäykän ja kestävän biokristallin. Tätä käytetään luun mineralisaation biomateriaalina.

Se tarvitsee kuitenkin kollageenia, orgaanista tukea, joka toimii muotina kasvulleen. Nämä kiteet ja niiden monimutkaiset muodostumisprosessit riippuvat luusta (tai hampaasta).

Nämä kiteet kasvavat kyllästyneinä orgaanisella aineella, ja elektronimikroskooppisten tekniikoiden soveltaminen yksityiskohtaisesti ne hampaissa aggregaatteina, joissa on prismoja kutsutut sauvat.

sovellukset

Lääketieteellinen ja hammaslääketieteellinen käyttö

Koska nanohydroksapatiitti on kooltaan samankaltainen, kiteinen ja koostumus kovan ihmiskudoksen kanssa, se on houkutteleva käytettäväksi proteeseissa. Myös nanohydroksapatiitti on biologisesti yhteensopiva, bioaktiivinen ja luonnollinen eikä ole myrkyllinen tai tulehduksellinen.

Niinpä nanohydroksapatiitti-keramiikalla on erilaisia ​​sovelluksia, jotka sisältävät:

- Luukudoksen leikkauksessa sitä käytetään täyttämään ortopedisten, traumatologisten, maxillofacial- ja hammaslääketieteen leikkauksia.

- Sitä käytetään ortopedisten ja hammasimplanttien pinnoitteena. Se on herkistävä aine, jota käytetään hampaiden valkaisun jälkeen. Sitä käytetään myös remineralisoivana aineena hammastahnoissa ja karieksen varhaisessa hoidossa..

- Ruostumattomasta teräksestä ja titaanista valmistetut implantit on usein päällystetty hydroksipatiitilla hylkäysmäärän vähentämiseksi.

- Se on vaihtoehto allogeenisille ja ksenogeenisille luunsiirroille. Parantumisaika on lyhyempi hydroksiapatiitin läsnä ollessa kuin sen puuttuessa.

- Synteettinen nanohydroksipatiitti jäljittelee dentiinissä ja steroidi-apatiitissa luonnostaan ​​esiintyvää hydroksapatiittia, joten sen käyttö on edullista emalion korjaamisessa ja hammastahnojen liittämisessä sekä suun huuhteluun.

Muita hydroksiapatiitin käyttötarkoituksia

- Moottoriajoneuvojen ilmansuodattimissa käytetään hydroksapatiittia näiden tehokkuuden lisäämiseksi hiilimonoksidin (CO) absorptiossa ja hajoamisessa. Tämä vähentää ympäristön saastumista.

- On syntetisoitu alginaatti-hydroksiapatiittikompleksi, jossa kenttätestit ovat osoittaneet, että se kykenee absorboimaan fluoria ioninvaihtomekanismin kautta.

- Hydroksapatiittia käytetään proteiinien kromatografisena väliaineena. Tämä aiheuttaa positiivisia varauksia (Ca⁺⁺) ja negatiivinen (PO₄^-3), joten se voi olla vuorovaikutuksessa sähköisesti varautuneiden proteiinien kanssa ja sallia niiden erottumisen ioninvaihdolla.

- Hydrokapatiittia on myös käytetty tukena nukleiinihappojen elektroforeesille. Erota DNA RNA: sta, samoin kuin DNA kaksisäikeisen DNA: n yhdestä juosteesta.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Hydroxyapatite on valkoinen kiinteä aine, joka voi saada harmaita, keltaisia ​​ja vihreitä sävyjä. Koska se on kiteinen kiinteä aine, sillä on korkeat sulamispisteet, jotka osoittavat voimakkaita sähköstaattisia vuorovaikutuksia; hydroksiapatiitin osalta tämä on 1100 ºC.

Se on tiheämpi kuin vesi, tiheys 3,05 - 3,15 g / cm³. Lisäksi se on käytännössä liukenematon veteen (0,3 mg / ml), joka johtuu fosfaatti-ioneista.

Happamassa väliaineessa (kuten HCl: ssä) se on kuitenkin liukoinen. Tämä liukoisuus johtuu CaCl: n muodostumisesta₂, suola liukenee hyvin veteen. Myös fosfaatit protonoidaan (HPO)₄^2- ja H₂PO₄^-) ja vuorovaikutuksessa paremmin veden kanssa.

Hydrokapatiitin liukoisuus happoihin on tärkeää karieksen patofysiologiassa. Suuontelon bakteerit erittävät maitohappoa, joka on glukoosin fermentoinnin tuote, joka vähentää hammaspinnan pH-arvoa alle 5: een siten, että hydroksiapatiitti alkaa liueta.

Fluoridi (F^-) voi korvata OH-ioneja^- kristallirakenteessa. Kun näin tapahtuu, se edistää vastustuskykyä hammaskiilteen hydroksapatiitille happoja vastaan.

Tämä resistanssi voi mahdollisesti johtua CaF: n liukenemattomuudesta₂ muodostunut, kieltäytyessään "hylkäämästä" kristallia.

viittaukset

1. Shiver & Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia (Neljäs ed., Sivu 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hidroxylapatite. Haettu 19.4.2018 osoitteesta: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydrokapatiitti, sen merkitys mineralisoiduissa kudoksissa ja sen biomedikaalinen käyttö. TIP Erikoislehti Chemical-Biological Sciences, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (05.11.2015). Hydroksiapatiitti. [Kuva]. Haettu 19.4.2018 osoitteesta: commons.wikimedia.org
5. Martin.Neitsov. (25. marraskuuta 2015). Hüdr sähköapatiidi kristallid. [Kuva]. Haettu 19.4.2018 osoitteesta: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hydroxylapatite. Haettu 19.4.2018 osoitteesta: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. luu. Haettu 19. huhtikuuta 2018 alkaen: c14dating.com