Hydroxyapatitová struktura, syntéza, krystaly a použití

hydroxyapatit je minerál fosforečnanu vápenatého, jehož chemický vzorec je Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Spolu s dalšími minerály a organickou hmotou zůstává rozdrcená a zhutněná, tvoří surovinu známou jako fosforečná skála. Termín hydroxy označuje OH anion^-.

Jestliže místo toho anionu to byl fluorid, minerál by byl nazýván fluoroapatite (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; a tak s jinými anionty (Cl^-, Br^-, CO₃^2-, atd.). Podobně je hydroxyapatit hlavní anorganickou složkou kostí a zubní skloviny, převážně přítomné v krystalické formě.

Pak je životně důležitým prvkem v kostních tkáních živých bytostí. Jeho velká stabilita vůči ostatním fosforečnanům vápenatým umožňuje odolávat fyziologickým podmínkám a dodává kostem jejich charakteristickou tvrdost. Hydroxyapatit není sám: plní svou funkci doprovázenou kolagenem, vláknitým proteinem pojivových tkání.

Hydroxyapatit (nebo hydroxylapatit) obsahuje ionty Ca²⁺, ale může také obsahovat další kationty ve své struktuře (Mg²⁺, Na⁺), nečistoty, které zasahují do jiných biochemických procesů kostí (např. remodelace).

Index

• 1 Struktura
• 2 Souhrn
• 3 Krystaly hydroxyapatitu
• 4 Použití
  • 4.1 Lékařské a stomatologické použití
  • 4.2 Další použití hydroxyapatitu
• 5 Fyzikální a chemické vlastnosti
• 6 Odkazy

Struktura

Horní obrázek znázorňuje strukturu hydroxyapatitu vápenatého. Všechny koule zabírají objem poloviny šestihranné "zásuvky", kde druhá polovina je totožná s první polovinou..

V této struktuře odpovídají zelené kuličky Ca²⁺, zatímco červené koule k atomům kyslíku, oranžové kuličky k atomům fosforu a bílé kuličky k atomu vodíku OH^-.

Fosforečnanové ionty v tomto obrázku mají defekt nevykazující tetraedrickou geometrii; místo toho vypadají jako čtvercové pyramidy.

OH^- dává dojem, že se nachází daleko od Ca²⁺. Krystalická jednotka se však může opakovat na střeše prvního, což ukazuje těsnou blízkost mezi oběma ionty. Tyto ionty mohou být také nahrazeny jinými (Na⁺ a F^-, například).

Syntéza

Hydroxylapatit lze syntetizovat reakcí hydroxidu vápenatého s kyselinou fosforečnou:

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

Hydroxyapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) je vyjádřen dvěma jednotkami vzorce Ca₅(PO₄)₃OH. 

Podobně lze hydroxyapatit syntetizovat následující reakcí:

10 Ca (NO₃)_2.4H₂O + 6 NH₄H₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂  +  20 NH₄NE₃  + 52 H₂O

Řízení rychlosti srážení umožňuje, aby tato reakce generovala nanočástice hydroxyapatitu.

Krystaly hydroxyapatitu

Ionty se zhutňují a rostou za vzniku pevného a odolného biokrystalu. To se používá jako biomateriál mineralizace kostí.

Potřebuje však kolagen, organický nosič, který slouží jako forma pro jeho růst. Tyto krystaly a jejich komplikované procesy tvorby budou záviset na kosti (nebo zubu).

Tyto krystaly rostou impregnované organickou hmotou a aplikace technik elektronové mikroskopie je podrobně rozebírá v zubech jako agregáty s formami prutů nazývaných hranoly.

Použití

Lékařské a stomatologické použití

Vzhledem ke své podobnosti velikosti, krystalografie a složení tvrdé lidské tkáně je nanohydroxyapatit atraktivní pro použití v protézách. Nanohydroxyapatit je navíc biokompatibilní, bioaktivní a přírodní, kromě toho, že není toxický nebo zánětlivý.

Proto nanohydroxyapatitová keramika má řadu aplikací, mezi které patří:

- V chirurgii kostní tkáně se používá k vyplnění dutin v ortopedické, traumatologické, maxilofaciální a zubní ordinaci..

- Používá se jako nátěr pro ortopedické a zubní implantáty. Je to desenzibilizační činidlo používané po bělení zubů. Používá se také jako remineralizační prostředek v zubních pastách a při včasné léčbě zubního kazu..

- Implantáty z nerezové oceli a titanu jsou často potaženy hydroxyapatitem, aby se snížila jejich míra odmítnutí.

- Je alternativou k alogenním a xenogenním kostním štěpům. Doba hojení je kratší v přítomnosti hydroxyapatitu než v jeho nepřítomnosti.

- Syntetický nanohydroxyapatit napodobuje hydroxyapatit, který je přirozeně přítomný v dentinu a steroidním apatitu, takže jeho použití je výhodné při opravě skloviny a zabudování do zubních past, jakož i ústních výplachů.

Další použití hydroxyapatitu

- Hydroxyapatit se používá ve vzduchových filtrech motorových vozidel ke zvýšení jejich účinnosti při absorpci a rozkladu oxidu uhelnatého (CO). To snižuje znečištění životního prostředí.

- Alginát-hydroxyapatitový komplex byl syntetizován tak, že terénní testy ukázaly, že je schopný absorbovat fluor prostřednictvím mechanismu iontové výměny..

- Hydroxyapatit se používá jako chromatografické médium pro proteiny. To představuje kladné náboje (Ca⁺⁺) a negativní (PO₄^-3), takže může interagovat s elektricky nabitými proteiny a umožnit jejich separaci výměnou iontů.

- Hydroxyapatit byl také použit jako podpora pro elektroforézu nukleových kyselin. Oddělte DNA od RNA, stejně jako DNA z jednoho řetězce dvouvláknové DNA.

Fyzikální a chemické vlastnosti

Hydroxyapatit je bílá pevná látka, která může získat šedivé, žluté a zelené tóny. Protože se jedná o krystalickou pevnou látku, má vysoké teploty tání, což svědčí o silných elektrostatických interakcích; pro hydroxyapatit je to 1100 ° C.

Je hustší než voda s hustotou 3,05 - 3,15 g / cm³. Navíc je prakticky nerozpustný ve vodě (0,3 mg / ml), což je způsobeno fosfátovými ionty.

Nicméně v kyselém prostředí (jako v HCl) je rozpustný. Tato rozpustnost je způsobena tvorbou CaCl₂, sůl vysoce rozpustná ve vodě. Také fosfáty jsou protonovány (HPO)₄^2- a H₂PO₄^-) a lépe spolupracovat s vodou.

Rozpustnost hydroxyapatitu v kyselinách je důležitá v patofyziologii zubního kazu. Bakterie v ústní dutině vylučují kyselinu mléčnou, produkt fermentace glukózy, což snižuje pH zubního povrchu na méně než 5, takže se hydroxyapatit začíná rozpouštět..

Fluorid (F^-) mohou nahradit OH ionty^- v krystalové struktuře. Pokud k tomu dojde, přispívá k odolnosti vůči hydroxyapatitu zubní skloviny proti kyselinám.

Tato rezistence může být pravděpodobně způsobena nerozpustností CaF₂ tvořil a odmítal „opustit“ krystal.

Odkazy

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chemie (Čtvrté vydání, str. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hydroxylapatit. Získáno 19. dubna 2018, z: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroxyapatit, jeho význam v mineralizovaných tkáních a jeho biomedicínské aplikace. TIP Specialized Journal v Chemical-Biological Sciences, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (05.11.2015). Hydroxyapatit. [Obrázek] Získáno 19. dubna 2018, z: commons.wikimedia.org
5. Martin.Neitsov. (25. listopadu 2015). Hüdroksüapatiidi kristallid. [Obrázek] Získáno 19. dubna 2018, z: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hydroxylapatit. Získáno 19. dubna 2018, z: en.wikipedia.org
7. Fiona Petcheyová. Kost. Získáno 19. dubna 2018, z: c14dating.com