Hydroksyapatittstruktur, syntese, krystaller og anvendelser



den hydroksyapatitt er et kalsiumfosfatmineral, hvis kjemiske formel er Ca10(PO4)6(OH)2. Sammen med andre mineraler og organisk materiale forblir knust og komprimert, danner det råstoffet kjent som fosforgjerde. Begrepet hydroksy refererer til OH-anionen-.

Hvis i stedet for det anionet det var fluor, ville mineralet bli kalt fluoroapatitt (Ca10(PO4)6(F)2; og så med andre anioner (Cl-, Br-, CO32-, etc.). På samme måte er hydroksyapatitt den viktigste uorganiske komponenten av bein og dental emalje, hovedsakelig tilstede 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, fibrøst protein av bindevev.

Hydroksyapatitt (eller hydroksylapatitt) inneholder Ca-ioner2+, men det kan også inneholde andre kationer i sin struktur (Mg2+, na+), urenheter som griper inn i andre biokjemiske prosesser av beinene (som remodeling).

index

  • 1 struktur
  • 2 Sammendrag
  • 3 Hydroksyapatittkrystaller
  • 4 bruksområder
    • 4.1 Medisinsk og dental bruk
    • 4.2 Andre anvendelser av hydroksyapatitt
  • 5 Fysiske og kjemiske egenskaper
  • 6 Referanser

struktur

Øvre bilde illustrerer strukturen av kalsiumhydroksyapatitt. Alle sfærene okkuperer volumet av halvparten av en sekskantet "skuff", der den andre halvparten er identisk med den første.

I denne strukturen tilsvarer de grønne kulene kationene Ca2+, mens de røde kulene til oksygenatomer, de oransje kulene til fosforatomene og de hvite kuler til hydrogenatomet i OH-.

Fosfationene i dette bildet har mangelen på ikke å utvise en tetraedral geometri; I stedet ser de ut som kvadratbaserte pyramider.

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:

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

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)2.4H2O + 6 NH4H2PO4 => Ca10(PO4)6(OH)2  +  20 NH4NO3  + 52 H2O

Ved å kontrollere hastigheten på nedbør tillater denne reaksjonen å danne hydroksyapatitt nanopartikler.

Hydroksyapatittkrystaller

Jonene komprimeres og vokser til å danne en stiv og motstandsdyktig biokrystall. Dette brukes som et biomaterial av beinmineralisering.

Men det trenger kollagen, en organisk støtte som fungerer som en form for vekst. Disse krystallene og deres kompliserte formasjonsprosesser vil avhenge av benet (eller tann).

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. Dessuten er nanohydroksyapatitt biokompatibel, bioaktiv og naturlig, i tillegg til ikke å være toksisk eller betennende.

Følgelig har nanohydroxyapatite-keramikk en rekke bruksområder, som inkluderer:

- I beinvevkirurgi brukes det til å fylle hulrom i ortopedisk, traumatologisk, maxillofacial og tannoperasjoner.

- Det 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 hydroksyapatitt nanohidroxiapatita etterligner naturlig tilstede i dentin og esmáltica apatitt, som er fordelaktig for bruk i reparasjon emalje og inkorporering i tannpastaer og munnvann

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 indikert at det er i stand til å absorbere fluor gjennom ionebytte-mekanismen.

- Hydroksyapatitt brukes som et kromatografisk medium for proteiner. Dette gir positive kostnader (Ca++) og negativ (PO4-3), slik at den kan interagere 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 tostrenget 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 1100ºC.

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 CaCl2, salt høyoppløselig i vann. Også fosfater er protonert (HPO)42- og H2PO4-) og samhandle bedre med vann.

Løseligheten av hydroksyapatitt i syrer er viktig i karies patofysiologi. Bakteriene i munnhulen utsett melkesyre, produkt av fermentering av glukose, noe som reduserer pH i tannoverflaten til mindre enn 5, slik at hydroksyapatitt begynner å oppløse seg.

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 CaF2 dannet, nektet å "forlate" krystallet.

referanser

  1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi (Fjerde utg., Side 349, 627). Mc Graw Hill.
  2. Fluidinova. (2017). Hidroxylapatite. Hentet 19. april 2018, fra: fluidinova.com
  3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroksyapatitt, dets betydning i mineralisert vev og dets biomedisinske applikasjon. TIP Specialized Journal i kjemisk-biologiske vitenskap, 9 (2): 90-95
  4. Gaiabulbanix. (November 05, 2015). Hydroksyapatitt. [Figur]. Hentet 19. april 2018, fra: commons.wikimedia.org
  5. Martin.Neitsov. (25. november 2015). Hüdroksüapatiidi kristallid. [Figur]. Hentet 19. april 2018, fra: commons.wikimedia.org
  6. Wikipedia. (2018). Hydroxylapatite. Hentet 19. april 2018, fra: en.wikipedia.org
  7. Fiona Petchey. Bone. Hentet 19. april 2018, fra: c14dating.com