ХИДРОКСИАПАТИТ: СТРУКТУРА, СИНТЕЗ, КРИСТАЛИ И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На хидроксиапатит е калциев фосфат минерални, чиято химична формула е Ca ₁₀ (РО ₄) ₆ (ОН) ₂. Наред с други минерали и останки от смачкана и уплътнена органична материя, тя образува суровината, известна като фосфатна скала. Терминът хидрокси се отнася до ОН ^- анион.

Ако вместо този анион беше флуор, минералът би се нарекъл флуороапатит (Ca ₁₀ (PO ₄) ₆ (F) ₂; и така нататък с други аниони (Cl ^-, Br ^-, CO ₃ ^2– и т.н.)., хидроксиапатитът е основният неорганичен компонент на костите и зъбния емайл, присъстващ предимно в кристална форма.

Така че, той е жизненоважен елемент в костните тъкани на живите същества. Голямата му стабилност спрямо други калциеви фосфати му позволява да издържа на физиологични условия, придавайки на костите характерната им твърдост. Хидроксиапатитът не е сам: той изпълнява функцията си, придружен от колаген, фиброзен протеин в съединителните тъкани.

Хидроксиапатит (или хидроксилапатит) съдържа Ca ²⁺ йони, но може да съдържа и други катиони (Mg ²⁺, Na ⁺) в структурата си, примеси, които се намесват в други биохимични процеси на костите (като тяхното ремоделиране).

структура

Горното изображение илюстрира структурата на калциев хидроксиапатит. Всички сфери заемат обема на едната половина на шестоъгълно „чекмедже“, където другата половина е идентична с първата.

В тази структура зелените сфери съответстват на катионите Са ²⁺, докато червените сфери съответстват на кислородните атоми, оранжевите сфери на фосфорните атоми, а белите сфери на водородния атом на ОН ^-.

Фосфатните йони на това изображение имат дефекта да не проявяват тетраедрична геометрия; вместо това те приличат на пирамиди с квадратни основи.

OH ^- създава впечатление, че се намира далеч от Ca ²⁺. Кристалната единица обаче може да се повтори на покрива на първия, като по този начин показва близката близост между двата йона. По същия начин тези йони могат да бъдат заменени с други (Na ⁺ и F ^- например).

синтез

Хидроксилапатитът може да се синтезира чрез взаимодействие на калциев хидроксид с фосфорна киселина:

10 Ca (OH) ₂ + 6 H ₃ PO ₄ => Ca ₁₀ (PO ₄) ₆ (OH) ₂ + 18 H ₂ O

Хидроксиапатит (Ca ₁₀ (PO ₄) ₆ (OH) ₂) се изразява с две единици с формула Ca ₅ (PO ₄) ₃ OH.

По същия начин, хидроксиапатит може да бъде синтезиран чрез следната реакция:

10 Ca (NO ₃) _2. 4H ₂ O + 6 NH ₄ H ₂ PO ₄ => Ca ₁₀ (PO ₄) ₆ (OH) ₂ + 20 NH ₄ NO ₃ + 52 H ₂ O

Контролът на скоростта на утаяване позволява тази реакция да генерира хидроксиапатитни наночастици.

Хидроксиапатитни кристали

Йоните се компактират и растат, образувайки силен и твърд биокристал. Това се използва като биоматериал за минерализация на костите.

Той обаче се нуждае от колаген, органична опора, която действа като мухъл за растежа му. Тези кристали и техните сложни процеси на формиране ще зависят от костта (или зъба).

Тези кристали растат импрегнирани с органична материя и прилагането на електронните микроскопични техники ги детайлира върху зъбите като агрегати във формата на пръчки, наречени призми.

Приложения

Медицинска и дентална употреба

Поради сходството си по размер, кристалография и състав на твърдата човешка тъкан, нанохидроксиапатитът е привлекателен за използване в протезирането. Също така, нанохидроксиапатитът е биосъвместим, биоактивен и естествен, в допълнение към това, че е нетоксичен или възпалителен.

Следователно, нанохидроксиапатит керамиката има различни приложения, включително:

- В хирургията на костната тъкан се използва за запълване на кухини при ортопедични, травматични, лицево-челюстни и стоматологични операции.

- Използва се като покритие за ортопедични и зъбни импланти. Това е десенсибилизиращо средство, използвано след избелване на зъбите. Използва се и като реминерализиращо средство в пасти за зъби и при ранно третиране на кухини.

- Имплантатите от неръждаема стомана и титан често се покриват с хидроксиапатит, за да се намали скоростта на тяхното отхвърляне.

- Той е алтернатива на алогенните и ксеногенни костни присадки. Времето на заздравяване е по-кратко в присъствието на хидроксиапатит, отколкото при негово отсъствие.

- Синтетичен нанохидроксиапатит имитира хидроксиапатит, естествено присъстващ в дентина и емайла апатит, което го прави изгодно за използване при възстановяване на емайла и влагане в пасти за зъби, както и в устата за промиване на уста

Други приложения на хидроксиапатит

- Хидроксиапатитът се използва във въздушните филтри за моторни превозни средства, за да се увеличи тяхната ефективност при абсорбиране и разлагане на въглероден оксид (CO). Това намалява замърсяването на околната среда.

- Синтезиран е алгинат-хидроксиапатитен комплекс, че полеви тестове показват, че той е способен да абсорбира флуорид чрез йонообменния механизъм.

- Хидроксиапатитът се използва като хроматографска среда за протеини. Той има положителни заряди (Ca ⁺⁺) и отрицателни заряди (PO ₄ ^-3), така че може да взаимодейства с електрически заредени протеини и да позволи тяхното разделяне чрез йонен обмен.

- Хидроксиапатитът се използва и като опора за електрофореза с нуклеинова киселина. Възможно е отделяне на ДНК от РНК, както и едноверижна ДНК от двуверижна ДНК.

Физични и химични свойства

Хидроксиапатитът е бяло твърдо вещество, което може да придобие сивкави, жълти и зеленикави тонове. Тъй като е кристално твърдо вещество, то има високи точки на топене, което е показателно за силни електростатични взаимодействия; за хидроксиапатит, това е 1100ºC.

По-гъста е от водата, с плътност 3,05 - 3,15 g / cm ³. В допълнение, той е практически неразтворим във вода (0,3 mg / mL), което се дължи на фосфатните йони.

Въпреки това, в кисела среда (като в HCl) той е разтворим. Тази разтворимост се дължи на образуването на СаСЬ ₂, силно разтворима сол във вода. Освен това фосфатите се протонират (HPO ₄ ^2– и H ₂ PO ₄ ^-) и взаимодействат в по-добра степен с водата.

Разтворимостта на хидроксиапатит в киселини е важна в патофизиологията на кариеса. Бактериите в устната кухина отделят млечна киселина, продукт на глюкозна ферментация, която понижава pH на повърхността на зъба до по-малко от 5, така че хидроксиапатитът започва да се разтваря.

Флуорът (F ^-) може да замести OH ^- йони в кристалната структура. Когато това се случи, той осигурява устойчивост на хидроксиапатита на зъбния емайл срещу киселини.

Евентуално, тази резистентност може да се дължи на неразтворимост на кафето ₂ образува, отказ да "отпуска" кристала.

Препратки

1. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание, стр. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Хидроксиапатит. Произведено на 19 април 2018 г. от: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Хидроксиапатит, неговото значение в минерализираните тъкани и неговото биомедицинско приложение. TIP специализирано списание за химико-биологични науки, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (5 ноември 2015 г.). Хидроксиапатит., Произведено на 19 април 2018 г. от: commons.wikimedia.org
5. Мартин Нейцов. (2015 г., 25 ноември). Hüdroksüapatiidi kristallid., Произведено на 19 април 2018 г. от: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Хидроксиапатит. Произведено на 19 април 2018 г. от: en.wikipedia.org
7. Фиона Петчи. Костен. Произведено на 19 април 2018 г. от: c14dating.com