Hydroksyapatitt: Struktur, syntese, krystaller og anvendelser
Hydroksyapatitt er et kalsiumfosfatmineral, hvis kjemiske formel er Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 . Sammen med andre mineraler og organisk materiale forblir knust og komprimert, danner det råstoffet kjent som fosforgjerde. Betegnelsen "hydroksy" refererer til OH-anionen.
Hvis i stedet for det anionet var fluor, ville mineralet bli kalt fluoroapatitt (Ca 10 (PO 4 ) 6 (F) 2, og så med andre anioner (Cl-, Br-, CO 3 2-, etc.)., hydroksyapatitt er den viktigste uorganiske komponenten av bein og dental emalje, hovedsakelig i krystallinsk form.
Deretter er det et viktig element i beinvev av levende vesener. Den gode stabiliteten mot andre kalsiumfosfater gjør det mulig å motstå fysiologiske forhold, noe som gir bein sin karakteristiske hardhet. Hydroksyapatitt er ikke alene: den oppfyller sin funksjon ledsaget av kollagen, det fibrøse protein i bindevev.
Hydroksyapatitt (eller hydroksylapatitt) inneholder Ca2 + -ioner, men det kan også havne andre kationer (Mg2 +, Na +) i sin struktur, urenheter som griper inn i andre biokjemiske prosesser av beinene (som remodeling).
struktur
Øvre bilde illustrerer strukturen av kalsiumhydroksyapatitt. Alle sfærer okkuperer volumet av halvparten av en sekskantet "boks", der den andre halvparten er identisk med den første.
I denne strukturen korresponderer de grønne kulene med Ca2 + kationene, mens de røde kuler samsvarer med oksygenatomer, de oransje sfærene tilsvarer fosforatomene, og de hvite kuler samsvarer med hydrogenatomet i OH-.
Fosfationene i dette bildet har mangelen på ikke å utvise en tetraedral geometri; I stedet ser de ut som pyramider med firkantede baser.
OH- gir inntrykk av at den ligger langt fra Ca2 +. Den krystallinske enheten kan imidlertid gjenta seg selv på taket til den første, og viser dermed nærheten mellom begge ioner. Også disse ioner kan erstattes av andre (Na + og F-, for eksempel).
syntese
Hydroksylapatitt kan syntetiseres ved omsetning av kalsiumhydroksyd med fosforsyre:
10 Ca (OH) 2 + 6 H3P04 => Ca 10 (PO4) 6 (OH) 2 + 18H20
Hydroksyapatitt (Ca10 (PO4) 6 (OH) 2 ) uttrykkes av to enheter med formel Ca5 (PO4) 3OH.
På samme måte kan hydroksyapatitt syntetiseres gjennom følgende reaksjon:
10 Ca (NO3) 2. 4H20 + 6NH4H2P04 => Ca 10 (PO4) 6 (OH) 2 + 20 NH4NO3 + 52H20
Ved kontroll av nedbørhastigheten kan denne reaksjonen generere hydroksyapatitt nanopartikler.
Hydroksyapatittkrystaller
Jonene komprimeres og vokser til å danne en stiv og motstandsdyktig biokrystall. Dette brukes som biomateriale for beinmineralisering.
Men det trenger kollagen, en organisk støtte som fungerer som en form for vekst. Disse krystallene og deres kompliserte formasjonsprosesser vil avhenge av beinet (eller tannen).
Disse krystallene vokser impregnerte med organisk materiale, og anvendelsen av elektronmikroskopiteknikker beskriver dem i tennene som aggregater med stenger som kalles prismer.
søknader
Medisinsk og dental bruk
På grunn av dens likhet i størrelse, krystallografi og sammensetning med hardt humant vev, er nanohydroksyapatitt attraktiv for bruk i proteser. Også, nanohydroxyapatite er biokompatibel, bioaktiv og naturlig, så vel som ikke å være toksisk eller inflammatorisk.
Følgelig har nanohydroxyapatite-keramikk en rekke bruksområder, som inkluderer:
- I operasjonen av benvev brukes i fylling av hulrom i ortopediske, traumatologiske, maxillofaciale og dentaloperasjoner.
- Den brukes som et belegg for ortopediske og dentalimplantater. Det er et desensibiliserende middel som brukes etter tannbleking. Det brukes også som remineraliseringsmiddel i tannkrem og i tidlig behandling av karies.
- Rustfritt stål og titanimplantater er ofte belagt med hydroksyapatitt for å redusere deres avvisningsrate.
- Det er et alternativ til allogene og xenogene bentransplantater. Helbredelsestiden er kortere i nærvær av hydroksyapatitt enn i fraværet.
- Syntetisk nanohydroksyapatitt etterligner hydroksyapatitten som er naturlig tilstede i dentin og steroidapatitt, slik at bruken er fordelaktig ved reparasjon av emalje og inkorporering i tannkrem, samt munnspyling
Andre anvendelser av hydroksyapatitt
- Hydroksyapatitt brukes i luftfiltre av motorvogner for å øke effektiviteten av disse ved absorpsjon og dekomponering av karbonmonoksid (CO). Dette reduserer miljøforurensning.
- Et alginat-hydroksyapatittkompleks er blitt syntetisert at feltforsøk har vist at det er i stand til å absorbere fluor gjennom mekanismen for ionebytte.
- Hydroksyapatitt brukes som et kromatografisk medium for proteiner. Dette gir positive ladninger (Ca ++) og negative ladninger (PO 4 -3), slik at det kan samhandle med elektrisk ladede proteiner og tillate separasjon ved ionbytte.
- Hydroksyapatitt har også blitt brukt som en støtte for elektroforese av nukleinsyrer. Separat DNA fra RNA, så vel som DNA fra en enkelt streng av to-streng DNA.
Fysiske og kjemiske egenskaper
Hydroksyapatitt er et hvitt fast stoff som kan skaffe grå, gul og grønn tone. Som det er et krystallinsk fast stoff, har det høye smeltepunkter, som indikerer sterke elektrostatiske interaksjoner; for hydroksyapatitt, dette er 1100 ºC.
Den er tettere enn vann, med en tetthet på 3, 05 - 3, 15 g / cm3. I tillegg er det praktisk talt uoppløselig i vann (0, 3 mg / ml), som skyldes fosfationer.
Imidlertid er det i surt medium (som i HCl) det oppløselig. Denne oppløseligheten skyldes dannelsen av CaCl 2, et salt som er meget oppløselig i vann. Også fosfater protoneres (HPO 4 2- og H 2 PO 4 -) og samhandler i større grad med vann.
Løseligheten av hydroksyapatitt i syrer er viktig i karies patofysiologi. Bakteriene i munnhulen utsett melkesyre, produkt av fermentering av glukose, som senker pH i tannoverflaten til mindre enn 5, slik at hydroksyapatitt begynner å oppløses.
Fluor (F-) kan erstatte OH-ioner i krystallstrukturen. Når dette skjer, bidrar det motstand mot hydroksyapatitten av tannemalen mot syrene.
Muligvis kan denne motstanden skyldes uoppløseligheten av den dannede CaF 2, og nekter å "forlate" krystallet.
