HYDROXYAPATITE: STRUKTUR, SYNTESE, KRYSTALLER OG BRUK - KJEMI - 2026

Den Hydroksyapatitt er et kalsiumfosfat mineral, hvis kjemiske formel er Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ . Sammen med andre mineraler og rester av knust og komprimert organisk materiale, danner det råmaterialet kjent som fosfatberg. Begrepet hydroksy refererer til OH ^- anionen .

Hvis det i stedet for dette anionet var fluor, ville mineralet blitt kalt fluoroapatitt (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (F) ₂ ; og så videre med andre anioner (Cl ^- , Br ^- , CO ₃ ^2– , etc.). , hydroksyapatitt er den viktigste uorganiske komponenten i bein og tannemalje, hovedsakelig til stede i krystallinsk form.

Så det er et viktig element i beinvevet til levende vesener. Den store stabiliteten mot andre kalsiumfosfater gjør at den tåler fysiologiske forhold, og gir benene deres karakteristiske hardhet. Hydroxyapatite er ikke alene: den oppfyller sin funksjon ledsaget av kollagen, et fibrøst protein i bindevev.

Hydroxyapatite (eller hydroxylapatite) inneholder Ca ²⁺ -ioner , men den kan også huse andre kationer (Mg ²⁺ , Na ⁺ ) i sin struktur , urenheter som griper inn i andre biokjemiske prosesser av bein (som for eksempel ombygging).

Struktur

Toppbildet illustrerer strukturen til kalsiumhydroksyapatitt. Alle kulene opptar volumet til den ene halvdelen av en sekskantet "skuff", der den andre halvdelen er identisk med den første.

I denne strukturen tilsvarer de grønne kulene Ca ²⁺ -kationene , mens de røde kulene tilsvarer oksygenatomer, de oransje kulene til fosforatomer, og de hvite kulene til hydrogenatom i OH ^- .

Fosfationene i dette bildet har mangelen ved å ikke utvise en tetraedrisk geometri; i stedet ser de ut som pyramider med firkantede baser.

OH ^- gir inntrykk av at det ligger langt fra Ca ²⁺ . Imidlertid kan den krystallinske enheten gjenta seg på taket til den første, og dermed vise nærheten mellom begge ioner. På samme måte kan disse ionene erstattes av andre (Na ⁺ og F ^- for eksempel).

syntese

Hydroksylapatitt kan syntetiseres ved å reagere kalsiumhydroksyd med fosforsyre:

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

Hydroksyapatitt (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ ) uttrykkes ved hjelp av to enheter av formel Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH.

På samme måte kan hydroksyapatitt syntetiseres gjennom følgende reaksjon:

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

Styring av nedbørshastigheten tillater denne reaksjonen å generere hydroksyapatitt-nanopartikler.

Hydroksyapatittkrystaller

Ionene komprimerer og vokser til å danne en sterk og stiv biokrystall. Dette brukes som et biomateriale for mineralisering av bein.

Imidlertid trenger den kollagen, en organisk støtte som fungerer som en form for dens vekst. Disse krystallene og deres kompliserte formasjonsprosesser vil avhenge av beinet (eller tannen).

Disse krystallene vokser impregnert med organisk materiale, og anvendelsen av elektronmikroskopiteknikker detaljert dem på tennene som stavformede aggregater kalt prismer.

applikasjoner

Medisinsk og tannleg bruk

På grunn av dens likhet i størrelse, krystallografi og sammensetning med hardt humant vev, er nanohydroxyapatite attraktiv for bruk i proteser. Nanohydroxyapatite er også biokompatibel, bioaktiv og naturlig, i tillegg til at den er giftfri eller inflammatorisk.

Følgelig har nanohydroxyapatite keramikk en rekke bruksområder, inkludert:

- I beinvevskirurgi brukes den til å fylle hulrom i ortopediske, traumer, maxillofacial og tannoperasjoner.

- Det brukes som belegg for ortopediske og tannimplantater. Det er et desensibiliserende middel som brukes etter tannbleking. Det brukes også som et remineraliseringsmiddel i tannkrem og i den tidlige behandlingen av hulrom.

- Implantater av rustfritt stål og titan er ofte belagt med hydroksyapatitt for å redusere avvisningshastigheten.

- Det er et alternativ til allogene og xenogene beintransplantasjoner. Helbredelsestiden er kortere i nærvær av hydroksyapatitt enn i dens fravær.

- Syntetisk nanohydroksyapatitt etterligner hydroksyapatitt naturlig til stede i dentin og emalje-apatitt, noe som gjør det fordelaktig å bruke i emaljereparasjon og innarbeiding i tannkrem, så vel som i munnvann.

Andre anvendelser av hydroksyapatitt

- Hydroxyapatite brukes i luftfilter for motorvogner for å øke effektiviteten deres i å absorbere og nedbryte karbonmonoksid (CO). Dette reduserer miljøforurensning.

- Et alginat-hydroksyapatittkompleks er blitt syntetisert som feltforsøk har indikert at det er i stand til å absorbere fluor gjennom ionebyttermekanismen.

- Hydroxyapatite brukes som kromatografisk medium for proteiner. Den har positive ladninger (Ca ⁺⁺ ) og negative ladninger (PO ₄ ^-3 ), slik at den kan samhandle med elektrisk ladede proteiner og tillate at de separeres ved ionebytte.

- Hydroxyapatite har også blitt brukt som støtte for nukleinsyreelektroforese. Det er mulig å skille DNA fra RNA, så vel som enkeltstrenget DNA fra to-trådet DNA.

Fysiske og kjemiske egenskaper

Hydroxyapatite er et hvitt fast stoff som kan ta på seg grålige, gule og grønlige fargetoner. Ettersom det er et krystallinsk fast stoff, har det høye smeltepunkter, noe som indikerer sterke elektrostatiske interaksjoner; for hydroksyapatitt er dette 1100 ºC.

Det er tettere enn vann, med en tetthet på 3,05 - 3,15 g / cm ³ . I tillegg er den praktisk talt uoppløselig i vann (0,3 mg / ml), noe som skyldes fosfationer.

Imidlertid er det i sure medier (som i HCl) løselig. Denne oppløselighet er på grunn av dannelsen av CaCl ₂ , en meget oppløselig salt i vann. På samme måte protoneres fosfater (HPO ₄ ^2– og H ₂ PO ₄ ^- ) og samvirker i bedre grad med vann.

Løseligheten av hydroksyapatitt i syrer er viktig i patofysiologien til karies. Bakterier i munnhulen utskiller melkesyre, et produkt av glukosegjæring, som senker pH-verdien på tannoverflaten til under 5, så hydroksyapatitten begynner å oppløses.

Fluor (F ^- ) kan erstatte OH ^- ioner i krystallstrukturen. Når dette skjer, gir det motstand mot hydroksyapatitt i tannemaljen mot syrer.

Muligvis kan denne motstanden skyldes uoppløseligheten av den dannede CaF ₂ , og nekter å "forlate" krystallen.

referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave, s. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hydroxylapatite. Hentet 19. april 2018, fra: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroxyapatite, dens betydning i mineraliserte vev og dens biomedisinske anvendelse. TIP Spesialisert tidsskrift i kjemisk-biologiske vitenskaper, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (5. november 2015). Hydroksyapatitt. . Hentet 19. april 2018, fra: commons.wikimedia.org
5. Martin Neitsov. (2015, 25. november). Hüdroksüapatiidi kristallid. . Hentet 19. april 2018, fra: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hydroxylapatite. Hentet 19. april 2018, fra: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. Bein. Hentet 19. april 2018, fra: c14dating.com