Hydroxipatitstruktur, syntes, kristaller och användningar

den hydroxiapatit är ett kalciumfosfatmineral, vars kemiska formel är Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Tillsammans med andra mineraler och organiskt material kvarstår krossat och komprimerat, bildar det det råmaterial som kallas fosforgaller. Termen hydroxi hänför sig till OH-anjonen^-.

Om istället för den anjonen det var fluor, skulle mineralet kallas fluorapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; och så med andra anjoner (Cl^-, Br^-, CO₃^2-, etc). På samma sätt är hydroxiapatit den huvudsakliga oorganiska komponenten av ben och tandemalj, övervägande närvarande i kristallin form.

Då är det ett viktigt element i levande varelser i benvävnaderna. Dess stora stabilitet mot andra kalciumfosfater gör det möjligt att motstå fysiologiska förhållanden, vilket ger benen sin karaktäristiska hårdhet. Hydroxipatit är inte ensam: den uppfyller sin funktion åtföljd av kollagen, fibröst protein i bindväv.

Hydroxiapatit (eller hydroxylapatit) innehåller Ca-joner²⁺, men det kan också innehålla andra katjoner i sin struktur (Mg²⁺, na⁺), orenheter som ingriper i andra biokemiska processer av benen (såsom ombyggnad).

index

• 1 struktur
• 2 Sammanfattning
• 3 hydroxiapatitkristaller
• 4 användningsområden
  • 4.1 Medicin och dental användning
  • 4.2 Andra användningar av hydroxiapatit
• 5 Fysikaliska och kemiska egenskaper
• 6 referenser

struktur

Den övre bilden illustrerar strukturen av kalciumhydroxipatit. Alla sfärer upptar halvvolymen av en hexagonal "låda", där den andra halvan är identisk med den första.

I denna struktur motsvarar de gröna kulorna kationerna Ca²⁺, medan de röda kulerna till syreatomerna, de orangefärgade kulorna till fosforatomerna och de vita kulorna till väteatomen i OH^-.

Fosfatjonerna i denna bild har defekten att inte uppvisa en tetraedral geometri; istället ser de ut som kvadratbaserade pyramider.

OH^- ger intrycket att det ligger långt ifrån Ca²⁺. Den kristallina enheten kan dock upprepa sig på första taket, vilket visar närheten mellan båda jonerna. Även dessa joner kan ersättas av andra (Na⁺ och F^-, till exempel).

syntes

Hydroxylapatit kan syntetiseras genom reaktionen av kalciumhydroxid med fosforsyra:

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

Hydroxiapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) uttrycks av två enheter med formel Ca₅(PO₄)₃OH. 

På samma sätt kan hydroxiapatit syntetiseras genom följande reaktion:

10 Ca (NO₃)_2.4H₂O + 6 NH₄H₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂  +  20 NH₄NEJ₃  + 52 H₂O

Reglering av fällningshastigheten medger att denna reaktion alstrar hydroxipapitit nanopartiklar.

Hydroxiapatitkristaller

Jonerna komprimeras och växer för att bilda en stel och resistent biokristall. Detta används som ett biomaterial av benmineralisering.

Det behöver dock kollagen, ett organiskt stöd som fungerar som en form för tillväxten. Dessa kristaller och deras komplicerade bildningsförfaranden beror på benet (eller tand).

Dessa kristaller växer impregneras med organiskt material, och tillämpningen av elektronmikroskopitekniker beskriver dem i tänderna som aggregat med former av stavar som kallas prismor.

tillämpningar

Medicin och dental användning

På grund av dess likhet i storlek, kristallografi och komposition med hård human vävnad är nanohydroxipatit attraktiv för användning i proteser. Dessutom är nanohydroxipatit biokompatibelt, bioaktivt och naturligt, förutom att det inte är giftigt eller inflammatoriskt.

Följaktligen har nanohydroxiapatitkeramik en mängd olika tillämpningar, vilka innefattar:

- I benvävsoperation används det för att fylla hålrum i ortopediska, traumatologiska, maxillofaciala och dentala operationer.

- Den används som beläggning för ortopediska och tandimplantat. Det är ett desensibiliserande medel som används efter tandblekning. Det används också som ett remineraliseringsmedel i tandkräm och vid tidig behandling av karies..

- Rostfritt stål och titanimplantat är ofta belagda med hydroxiapatit för att minska deras avstötningsgrad.

- Det är ett alternativ till allogena och xenogena bentransplantat. Läkningstiden är kortare i närvaro av hydroxiapatit än i dess frånvaro.

- Syntetisk nanohydroxipatit efterliknar hydroxiapatiten som är naturligt närvarande i dentin och steroidapatit, så dess användning är fördelaktig vid reparation av emalj och införlivande i tandkräm, såväl som munsköljningar.

Andra användningar av hydroxiapatit

- Hydroxiapatit används i motorfilters luftfilter för att öka effektiviteten hos dessa vid absorption och sönderdelning av kolmonoxid (CO). Detta minskar miljöföroreningarna.

- Ett alginat-hydroxiapatitkomplex har syntetiserats att fälttest har indikerat att det kan absorbera fluor genom jonbytarmekanismen.

- Hydroxiapatit används som ett kromatografiskt medium för proteiner. Detta ger positiva avgifter (Ca⁺⁺) och negativ (PO₄^-3), så det kan interagera med elektriskt laddade proteiner och tillåta deras separation genom jonbyte.

- Hydroxiapatit har också använts som ett stöd för elektrofores av nukleinsyror. Separat DNA från RNA, såväl som DNA från en enkelsträng av tvåsträngad DNA.

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Hydroxipatit är ett vitt fast ämne som kan förvärva gråaktiga, gula och gröna toner. Eftersom det är ett kristallint fast ämne har det höga smältpunkter, vilket indikerar starka elektrostatiska interaktioner; för hydroxiapatit, detta är 1100ºC.

Den är tätare än vatten, med en densitet av 3,05 - 3,15 g / cm³. Dessutom är det praktiskt taget olösligt i vatten (0,3 mg / ml), vilket beror på fosfatjoner.

I sura medier (som i HCl) är det emellertid lösligt. Denna löslighet beror på bildningen av CaCl₂, salt mycket lösligt i vatten. Även fosfater protoneras (HPO)₄^2- och H₂PO₄^-) och interagera bättre med vatten.

Lösligheten av hydroxiapatit i syror är viktig i karies patofysiologi. Bakterierna i munhålan utsöndrar mjölksyra, produkt av fermentering av glukos, vilket minskar pH-värdet på dentala ytan till mindre än 5, så att hydroxiapatit börjar lösa upp.

Fluorid (F^-) kan ersätta OH-joner^- i kristallstrukturen. När detta händer bidrar det motståndet mot dentala emaljens hydroxiapatit mot syrorna.

Eventuellt kan detta motstånd bero på olösligheten hos CaF₂ bildades och vägrade att "överge" kristallen.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi (Fjärde red., Sid 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hidroxylapatite. Hämtad den 19 april 2018, från: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroxiapatit, dess betydelse i mineraliserade vävnader och dess biomedicinska applikation. TIP Specialized Journal in Chemical-Biological Sciences, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (November 05, 2015). Hydroxyapatit. [Bild]. Hämtad den 19 april 2018, från: commons.wikimedia.org
5. Martin.Neitsov. (25 november 2015). Hüdroksüapatiidi kristallid. [Bild]. Hämtad den 19 april 2018, från: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hydroxylapatit. Hämtad den 19 april 2018, från: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. Bone. Hämtad den 19 april 2018, från: c14dating.com