ГІДРОКСИАПАТИТ: СТРУКТУРА, СИНТЕЗ, КРИСТАЛИ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Гідроксиапатиту є фосфат кальцію мінерал, хімічна формула якого Са ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (ОН) ₂ . Поряд з іншими мінералами та залишками подрібненої та ущільненої органічної речовини він утворює сировину, відому як фосфатна порода. Термін гідрокси позначає ОН ^- аніон .

Якби замість цього аніона це був фторид, мінерал називався б флуроапатитом (Са ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (F) ₂ ; тощо) з іншими аніонами (Cl ^- , Br ^- , CO ₃ ^2– тощо). , гідроксиапатит є основним неорганічним компонентом кісток і зубної емалі, присутні переважно у кристалічній формі.

Отже, він є життєво важливим елементом в кісткових тканинах живих істот. Його велика стійкість проти інших фосфатів кальцію дозволяє йому протистояти фізіологічним умовам, надаючи кісткам характерну твердість. Гідроксиапатит не один: він виконує свою функцію у супроводі колагену, волокнистого білка в сполучних тканинах.

Гідроксиапатит (або гідроксилапатит) містить іони Са ²⁺ , але він також може містити в своїй структурі інші катіони (Mg ²⁺ , Na ⁺ ), домішки, які втручаються в інші біохімічні процеси в кістках (такі як їх реконструкція).

Будова

Верхнє зображення ілюструє структуру гідроксиапатиту кальцію. Всі сфери займають об’єм однієї половини шестикутної «шухляди», де інша половина ідентична першій.

У цій структурі зелені сфери відповідають катіонам Са ²⁺ , тоді як червоні сфери відповідають атомам кисню, помаранчеві сфери - атомам фосфору, а білі - атому водню ОН ^- .

Фосфатні іони на цьому зображенні мають дефект не проявляти тетраедричну геометрію; натомість вони виглядають як піраміди з квадратними основами.

OH ^- створює враження, що він розташований далеко від Ca ²⁺ . Однак кристалічний блок може повторитися на даху першого, тим самим показуючи близьку близькість між обома іонами. Так само ці іони можуть бути замінені іншими (Na ⁺ і F ^- , наприклад).

Синтез

Гідроксилапатит може бути синтезований шляхом взаємодії гідроксиду кальцію з фосфорною кислотою:

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

Гідроксиапатит (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ ) виражається двома одиницями формули Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH.

Аналогічно, гідроксиапатит може бути синтезований за допомогою наступної реакції:

10 Са (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

Контроль швидкості осадження дозволяє цій реакції генерувати наночастинки гідроксиапатиту.

Кристали гідроксіапатиту

Іони ущільнюються і ростуть, утворюючи міцний і жорсткий біокристал. Це використовується як біоматеріал для мінералізації кісток.

Однак йому потрібен колаген, органічна підтримка, яка виступає як цвіль для його зростання. Ці кристали та їх складні процеси утворення залежатимуть від кістки (або зуба).

Ці кристали ростуть, просочені органікою, і застосування методів електронної мікроскопії деталізує їх на зубах у вигляді стрижневих агрегатів, що називаються призмами.

Програми

Медичне та стоматологічне використання

Завдяки подібності за розмірами, кристалографії та складу твердих тканин людини, наногідроксиапатит привабливий для використання в протезуванні. Також наногидроксиапатит є біосумісним, біоактивним і природним, крім того, що є нетоксичним або запальним.

Отже, наногидроксиапатитовая кераміка має різноманітне застосування, включаючи:

- У хірургії на кістковій тканині використовується для заповнення порожнин при ортопедичних, травматичних, щелепно-лицьових та стоматологічних операціях.

- Застосовується як покриття для ортопедичних та зубних імплантатів. Це десенсибілізуючий засіб, що застосовується після відбілювання зубів. Його також використовують як ремінералізуючий засіб в зубних пастах і на ранньому лікуванні порожнин.

- Імплантати з нержавіючої сталі та титану часто покривають гідроксиапатитом, щоб зменшити їх швидкість відторгнення.

- Це альтернатива алогенним та ксеногенним кістковим трансплантатам. Час загоєння при наявності гідроксиапатиту коротший, ніж при його відсутності.

- Синтетичний наногідроксиапатит імітує гідроксиапатит, природний присутні в дентині та емалі апатиту, що робить його вигідним для використання в ремонті емалі та включенні в зубні пасти, а також в полоскання рота

Інші види застосування гідроксиапатиту

- Гідроксиапатит використовується у повітряних фільтрах автомобілів для підвищення їх ефективності при поглинанні та розкладанні оксиду вуглецю (СО). Це зменшує забруднення навколишнього середовища.

- Синтезовано комплекс альгінатів-гідроксиапатиту, що польові випробування показали, що він здатний поглинати фтор через механізм іонообміну.

- Гідроксиапатит використовується як хроматографічне середовище для білків. Він має позитивні заряди (Са ⁺⁺ ) і негативні заряди (PO ₄ ^-3 ), тому може взаємодіяти з електрично зарядженими білками і допускати їх розділення іонообміном.

- Гідроксиапатит також використовувався як опора для електрофорезу нуклеїнових кислот. Можна відокремити ДНК від РНК, а також одноланцюжкову ДНК від дволанцюжкової ДНК.

Фізичні та хімічні властивості

Гідроксиапатит - це біле тверде речовина, яке може приймати сіруваті, жовті та зеленуваті тони. Оскільки це кристалічне тверде речовина, воно має високі температури плавлення, що свідчить про сильні електростатичні взаємодії; для гідроксиапатиту це 1100ºC.

Він щільніший за воду, густина 3,05 - 3,15 г / см ³ . Крім того, він практично нерозчинний у воді (0,3 мг / мл), що обумовлено іонами фосфатів.

Однак у кислих середовищах (як у HCl) він розчинний. Ця розчинність обумовлена ​​утворенням CaCl ₂ , високорозчинної солі у воді. Так само фосфати протоновані (HPO ₄ ^2– і H ₂ PO ₄ ^- ) і в більшій мірі взаємодіють з водою.

Розчинність гідроксиапатиту в кислотах важлива в патофізіології карієсу. Бактерії в ротовій порожнині виділяють молочну кислоту, продукт ферментації глюкози, яка знижує рН поверхні зуба до менше 5, тому гідроксиапатит починає розчинятися.

Фтор (F ^- ) може замінити ОН ^- іони в кристалічній структурі. Коли це відбувається, він забезпечує стійкість до гідроксиапатиту зубної емалі проти кислот.

Можливо, ця стійкість може бути пов'язана з нерозчинністю CaF _{2, що} утворюється, відмовляючись «залишати» кристал.

Список літератури

1. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання, стор. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Флуїдінова. (2017). Гідроксилапатит. Отримано 19 квітня 2018 року з: fluidinova.com
3. Вікторія М., Гарсія Гардуньо, Рейєс Дж. (2006). Гідроксиапатит, його значення в мінералізованих тканинах та його біомедичне застосування. Спеціалізований журнал TIP з хіміко-біологічних наук, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (5 листопада 2015 р.). Гідроксиапатит. . Отримано 19 квітня 2018 року з: commons.wikimedia.org
5. Мартін Нейцов. (2015 р., 25 листопада). Hüdroksüapatiidi kristallid. . Отримано 19 квітня 2018 року з: commons.wikimedia.org
6. Вікіпедія. (2018). Гідроксилапатит. Отримано 19 квітня 2018 року з: en.wikipedia.org
7. Фіона Петчі. Кістка. Отримано 19 квітня 2018 року з: c14dating.com