Struktura hidroksiapatita, sinteza, kristali i uporabe

hidroksiapatita je mineral kalcijev fosfat, čija je kemijska formula Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Zajedno s ostalim mineralima i organskim tvarima ostaje drobljen i zbijen, tvori sirovinu poznatu kao fosforna stijena. Izraz hidroksi se odnosi na OH anion^-.

Ako je umjesto aniona bio fluorid, mineral bi se nazvao fluoroapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; i tako s drugim anionima (Cl^-, br^-, CO₃^2-, itd.) Isto tako, hidroksiapatit je glavna anorganska komponenta kostiju i zubne cakline, uglavnom prisutna u kristalnom obliku..

Zatim, to je vitalni element u koštanom tkivu živih bića. Njegova velika stabilnost prema drugim kalcijevim fosfatima omogućuje mu da izdrži fiziološke uvjete, dajući kostima njihovu karakterističnu tvrdoću. Hidroksiapatit nije sam: ispunjava svoju funkciju praćen kolagenom, vlaknastim proteinima vezivnog tkiva.

Hidroksiapatit (ili hidroksilapatit) sadrži ione Ca²⁺, ali također može sadržavati i druge katione u svojoj strukturi (Mg²⁺, na⁺), nečistoće koje interveniraju u drugim biokemijskim procesima kostiju (kao što je remodeliranje).

indeks

• 1 Struktura
• 2 Sažetak
• 3 Kristali hidroksiapatita
• 4 Upotreba
  • 4.1 Medicinska i stomatološka uporaba
  • 4.2 Ostale primjene hidroksiapatita
• 5 Fizikalna i kemijska svojstva
• 6 Reference

struktura

Gornja slika prikazuje strukturu kalcijevog hidroksiapatita. Sve sfere zauzimaju volumen polovice šesterokutne "ladice", gdje je druga polovica identična prvoj..

U toj strukturi zelene kugle odgovaraju kationima Ca²⁺, dok su crvene sfere do atoma kisika, narančaste sfere do atoma fosfora, i bijele sfere do vodikovog atoma OH^-.

Fosfatni ioni na ovoj slici imaju defekt koji ne pokazuje tetraedarnu geometriju; umjesto toga, izgledaju kao piramide na četvrtastoj osnovi.

OH^- daje dojam da se nalazi daleko od Ca²⁺. Međutim, kristalna jedinica se može ponoviti na krovu prvog, pokazujući tako blisku blizinu oba iona. Također, ti ioni se mogu zamijeniti drugim (Na⁺ i F^-, na primjer).

sinteza

Hidroksilapatit se može sintetizirati reakcijom kalcijevog hidroksida s fosfornom kiselinom:

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

Hidroksiapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) izražava se s dvije jedinice formule Ca₅(PO₄)₃OH. 

Isto tako, hidroksiapatit se može sintetizirati slijedećom reakcijom:

10 Ca (NO₃)_2.4H₂O + 6 NH₄H₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂  +  NH₄NE₃  + 52 H₂O

Kontroliranje brzine taloženja omogućuje ovoj reakciji stvaranje nanočestica hidroksiapatita.

Kristali hidroksiapatita

Ioni su zbijeni i rastu tako da tvore kruti i otporni biokristal. Koristi se kao biomaterijal mineralizacije kostiju.

Međutim, potrebna mu je kolagen, organska potpora koja služi kao kalup za njegov rast. Ti kristali i njihovi komplicirani procesi formiranja ovisit će o kosti (ili zubu).

Ovi kristali rastu impregnirani organskom tvari, a primjena tehnika elektronske mikroskopije ih opisuje u zubima kao agregati s oblicima šipki nazvanih prizme..

aplikacije

Medicinska i stomatološka uporaba

Zbog svoje sličnosti u veličini, kristalografiji i sastavu s tvrdim ljudskim tkivom, nanohidroksiapatit je atraktivan za upotrebu u protezama. Također, nanohidroksiapatit je biokompatibilan, bioaktivan i prirodan, osim što nije toksičan ili upalni.

U skladu s tim, nanohidroksiapatitna keramika ima različite primjene, koje uključuju:

- U kirurgiji koštanog tkiva koristi se za ispunjavanje šupljina u ortopedskim, traumatološkim, maksilofacijalnim i stomatološkim ordinacijama.

- Koristi se kao premaz za ortopedske i zubne implantate. To je sredstvo za smanjivanje osjetljivosti koje se koristi nakon izbjeljivanja zuba. Također se koristi kao remineralizirajući agens u zubnim pastama iu ranom liječenju karijesa..

- Implantati od nehrđajućeg čelika i titana često su presvučeni hidroksiapatitom kako bi se smanjila njihova brzina odbacivanja.

- To je alternativa alogenskim i ksenogenim koštanim transplantatima. Vrijeme izlječenja je kraće u prisutnosti hidroksiapatita nego u njegovoj odsutnosti.

- Sintetski nanohidroksiapatit oponaša hidroksiapatit koji je prirodno prisutan u dentinu i steroidnom apatitu, pa je njegova uporaba pogodna za popravak cakline i ugradnju u zubne paste, kao i ispiranje usta.

Ostale primjene hidroksiapatita

- Hidroksiapatit se koristi u zračnim filtrima motornih vozila kako bi se povećala njihova učinkovitost u apsorpciji i razgradnji ugljičnog monoksida (CO). Time se smanjuje zagađenje okoliša.

- Sintetiziran je kompleks alginat-hidroksiapatita koji je pokazao da je sposoban apsorbirati fluor kroz mehanizam ionske izmjene..

- Hidroksiapatit se koristi kao kromatografski medij za proteine. Ovo predstavlja pozitivne naboje (Ca⁺⁺) i negativno (PO₄^-3), tako da može djelovati s električki nabijenim proteinima i omogućiti njihovo odvajanje ionskom izmjenom.

- Hidroksiapatit se također koristi kao potpora za elektroforezu nukleinskih kiselina. Odvojite DNA od RNA, kao i DNK iz jednog lanca dvolančane DNA.

Fizikalna i kemijska svojstva

Hidroksiapatit je bijela krutina koja može dobiti sivkaste, žute i zelene tonove. Budući da je kristalinična krutina, ima visoke točke taljenja, što ukazuje na jake elektrostatske interakcije; za hidroksiapatit, to je 1100 ° C.

Gustija je od vode, gustoće od 3,05 do 3,15 g / cm³. Osim toga, praktički je netopljiv u vodi (0,3 mg / mL), što je posljedica fosfatnih iona.

Međutim, u kiselom mediju (kao u HCl) on je topiv. Ova topljivost je posljedica stvaranja CaCl₂, sol vrlo topiva u vodi. Također, fosfati su protonirani (HPO)₄^2- i H₂PO₄^-) i bolje reagirati s vodom.

Topljivost hidroksiapatita u kiselinama važna je u patofiziologiji karijesa. Bakterije u usnoj šupljini izlučuju mliječnu kiselinu, produkt fermentacije glukoze, koja smanjuje pH površine zuba na manje od 5, tako da se hidroksiapatit počinje otapati..

Fluorid (F^-) može zamijeniti OH ione^- u kristalnoj strukturi. Kada se to dogodi, doprinosi otpornosti na hidroksiapatit zubne cakline protiv kiselina.

Moguće je da ova otpornost može biti posljedica netopivosti CaF₂ formirana, odbijajući "napustiti" kristal.

reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija (Četvrto izdanje, str. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hidroxylapatite. Preuzeto 19. travnja 2018. iz: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hidroksiapatit, njegova važnost u mineraliziranim tkivima i njegova biomedicinska primjena. TIP Specialized Journal u Chemical-Biological Sciences, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (5. studenoga 2015.) Hidroksiapatita. [Slika]. Preuzeto 19. travnja 2018. s adrese: commons.wikimedia.org
5. Martin.Neitsov. (25. studenog 2015.) Hüdroksüapatiidi kristallid. [Slika]. Preuzeto 19. travnja 2018. s adrese: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018.). Hidroksilapatit. Preuzeto 19. travnja 2018. s adrese: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. kost. Preuzeto 19. travnja 2018. iz: c14dating.com