HYDROXYAPATIT: STRUKTURA, SYNTÉZA, KRYSTALY A POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Hydroxyapatitu je fosforečnan vápenatý minerální, jehož chemický vzorec je Ca ₁₀ (PO ₄) ₆ (OH) ₂. Spolu s jinými minerály a zbytky drcené a zhutněné organické hmoty tvoří surovinu známou jako fosfátová hornina. Termín hydroxy označuje OH ^- anion.

Pokud by místo toho aniontu to byl fluorid, byl by minerál nazýván fluoroapatit (Ca ₁₀ (PO ₄) ₆ (F) ₂; a tak s jinými anionty (Cl ^-, Br ^-, CO ₃ ^2– atd.)., hydroxyapatit je hlavní anorganická složka kostí a zubního skloviny, převážně přítomná v krystalické formě.

Je tedy životně důležitým prvkem v kostních tkáních živých bytostí. Jeho vysoká stabilita vůči jiným fosforečnanům vápenatým mu umožňuje odolávat fyziologickým podmínkám a dává kostem jejich charakteristickou tvrdost. Hydroxyapatit není sám: plní svou funkci doprovázený kolagenem, vláknitým proteinem v pojivových tkáních.

Hydroxyapatit (nebo hydroxylapatit) obsahuje ionty Ca ²⁺, ale ve své struktuře může také obsahovat jiné kationty (Mg ²⁺, Na ⁺), nečistoty, které zasahují do dalších biochemických procesů v kostech (jako je jejich remodelace).

Struktura

Horní obrázek ukazuje strukturu hydroxyapatitu vápenatého. Všechny koule zabírají objem jedné poloviny hexagonální „zásuvky“, kde druhá polovina je identická s první.

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

Fosfátové ionty na tomto obrázku mají vadu nevykazující tetrahedrální geometrii; místo toho vypadají jako pyramidy se čtvercovými základnami.

OH ^- vyvolává dojem, že se nachází daleko od Ca ²⁺. Krystalická jednotka se však může opakovat na střeše prvního, což ukazuje těsnou vzdálenost mezi oběma ionty. Podobně mohou být tyto ionty nahrazeny jinými (například Na ⁺ a F ^-).

Syntéza

Hydroxylapatit lze syntetizovat reakcí hydroxidu vápenatého s kyselinou fosforečnou:

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

Hydroxyapatit (Ca ₁₀ (PO ₄) ₆ (OH) ₂), je vyjádřena dvěma jednotkami vzorce Ca ₅ (PO ₄) ₃ OH.

Podobně lze hydroxyapatit syntetizovat následující reakcí:

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

Řízení rychlosti srážení umožňuje této reakci vytvářet hydroxyapatitové nanočástice.

Krystaly hydroxyapatitu

Ionty se zhutňují a rostou a vytvářejí silný a tuhý biokrystal. Používá se jako biomateriál pro mineralizaci kostí.

Potřebuje však kolagen, organickou podporu, která funguje jako forma pro jeho růst. Tyto krystaly a jejich komplikované formovací procesy budou záviset na kosti (nebo zubu).

Tyto krystaly rostou napuštěné organickou hmotou a aplikace technik elektronové mikroskopie je podrobně popisuje na zubech jako tyčinkovité agregáty nazývané hranoly.

Aplikace

Lékařské a stomatologické použití

Díky své podobnosti ve velikosti, krystalografii a složení s tvrdou lidskou tkání je nanohydroxyapatit atraktivní pro použití v protetice. Také nanohydroxyapatit je kromě toho, že je netoxický nebo zánětlivý, biokompatibilní, bioaktivní a přírodní.

V důsledku toho má nanohydroxyapatitová keramika celou řadu aplikací, včetně:

- Při chirurgii kostních tkání se používá k vyplňování dutin při ortopedických, traumatických, maxilofaciálních a stomatologických operacích.

- Používá se jako povlak pro ortopedické a zubní implantáty. Jedná se o desenzibilizační činidlo používané po bělení zubů. Používá se také jako remineralizační činidlo v zubních pastách a při časném ošetření dutin.

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

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

- Syntetický nanohydroxyapatit napodobuje hydroxyapatit, který je přirozeně přítomen v apatitu dentinu a skloviny, což je výhodné pro použití při opravě a začlenění skloviny do zubních past, jakož i do ústních vod.

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 schopen absorbovat fluorid prostřednictvím iontoměničového mechanismu.

- Hydroxyapatit se používá jako chromatografické médium pro bílkoviny. Má kladné náboje (Ca ⁺⁺) a záporné náboje (PO ₄ ^-3), takže může interagovat s elektricky nabitými proteiny a umožnit jejich separaci iontovou výměnou.

- Hydroxyapatit byl také používán jako podpora elektroforézy nukleových kyselin. Je možné oddělit DNA od RNA a jednovláknovou DNA od dvouvláknové DNA.

Fyzikální a chemické vlastnosti

Hydroxyapatit je bílá pevná látka, která může přijímat šedivé, žluté a zelenkavé tóny. Protože je to krystalická pevná látka, má vysoké teploty tání, což ukazuje na silné elektrostatické interakce; pro hydroxyapatit je to 1100 ° C.

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

V kyselém prostředí (jako v HCI) je však rozpustný. Tato rozpustnost je v důsledku tvorby chloridu vápenatého ₂, vysoce rozpustné soli ve vodě. Podobně jsou fosfáty protonovány (HPO ₄ ^2– a H ₂ PO ₄ ^-) a lépe reagují s vodou.

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

Fluor (F ^-) může nahradit OH ^- ionty v krystalové struktuře. Když k tomu dojde, poskytuje odolnost vůči hydroxyapatitu zubního skloviny proti kyselinám.

Je možné, že tento odpor může být v důsledku nerozpustnosti CAF ₂ vytvořené, odmítá „dovolené“ krystalu.

Reference

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