HIDROKSIAPATITAS: STRUKTŪRA, SINTEZĖ, KRISTALAI IR PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Hidroksiapatitas yra kalcio fosfatas mineralinė, kurio cheminė formulė yra Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ . Kartu su kitais mineralais ir susmulkintų bei sutankintų organinių medžiagų likučiais jis sudaro žaliavą, žinomą kaip fosfato uoliena. Terminas hidroksi reiškia OH ^- anijoną .

Jei vietoje to anijono tai būtų fluoras, mineralas būtų vadinamas fluoroatitu (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (F) ₂ ; taip pat ir su kitais anionais (Cl ^- , Br ^- , CO ₃ ² - ir tt)). , hidroksiapatitas yra pagrindinis neorganinis kaulų ir dantų emalio komponentas, vyraujantis kristalų pavidalu.

Taigi, tai yra gyvybiškai svarbus elementas gyvų būtybių kauliniuose audiniuose. Puikus stabilumas kitų kalcio fosfatų atžvilgiu leidžia atlaikyti fiziologines sąlygas, suteikiant kaulams jų kietumą. Hidroksiapatitas yra ne vienas: jis atlieka savo funkciją kartu su kolagenu - pluoštiniu baltymu jungiamuosiuose audiniuose.

Hidroksiapatite (arba hidroksilapatite) yra Ca ²⁺ jonų , tačiau jo struktūroje gali būti ir kitų katijonų (Mg ²⁺ , Na ⁺ ), priemaišų, kurios įsiterpia į kitus kaulų biocheminius procesus (pvz., Jų rekonstravimą).

Struktūra

Viršutinis paveikslėlis parodo kalcio hidroksiapatito struktūrą. Visos sferos užima šešiakampio „stalčiaus“ pusės tūrį, kur kita pusė yra identiška pirmajai.

Šioje struktūroje žaliosios sferos atitinka Ca ²⁺ katijonus , o raudonosios sferos atitinka deguonies atomus, oranžinės sferos - fosforo atomus, o baltos sferos - vandenilio atomą OH ^- .

Šiame paveikslėlyje esantys fosfato jonai neturi tetraedrinės geometrijos; jie atrodo kaip piramidės su kvadratinėmis bazėmis.

OH ^- susidaro įspūdis, kad jis yra toli nuo Ca ²⁺ . Tačiau kristalinis mazgas gali pasikartoti ant pirmojo stogo, taip parodydamas artimą atstumą tarp abiejų jonų. Taip pat, šie jonai gali būti pakeisti kitais (Na ⁺ ir F ^- , pavyzdžiui).

Sintezė

Hidroksilapatitą galima susintetinti reaguojant kalcio hidroksidui su fosforo rūgštimi:

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

Hidroksiapatitas (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ ) išreiškiamas dviem vienetais, kurių formulė Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH.

Taip pat hidroksiapatitą galima sintetinti vykdant šią reakciją:

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

Kritulių greičio valdymas leidžia šiai reakcijai generuoti hidroksiapatito nanodaleles.

Hidroksiapatito kristalai

Jonai sutankėja ir auga, sudarydami stiprų ir tvirtą biokristalą. Tai naudojama kaip biomedžiaga kaulams mineralizuoti.

Tačiau tam reikalingas kolagenas, organinė atrama, veikianti kaip pelėsis jo augimui. Šie kristalai ir jų sudėtingi formavimosi procesai priklausys nuo kaulo (arba danties).

Šie kristalai tampa įmirkyti organinėmis medžiagomis, o elektroninės mikroskopijos metodai juos detalizuoja ant dantų kaip lazdelės formos agregatus, vadinamus prizmėmis.

Programos

Medicinos ir stomatologijos reikmėms

Dėl savo dydžio, kristalografijos ir sudėties panašumo į kietus žmogaus audinius nanohidroksiapatitas yra patrauklus protezavimui. Be to, nanohidroksiapatitas yra biologiškai suderinamas, biologiškai aktyvus ir natūralus, be to, netoksiškas ar uždegiminis.

Taigi nanohidroksiapatito keramika gali būti naudojama įvairiai, įskaitant:

- Kaulinio audinio chirurgijoje jis naudojamas ortopedinėms, traumos, žandikaulių ir dantų chirurgijos ertmėms užpildyti.

- Jis naudojamas kaip ortopedinių ir dantų implantų danga. Tai desensibilizuojanti priemonė, naudojama po dantų balinimo. Jis taip pat naudojamas kaip remineralizuojanti priemonė dantų pastose ir ankstyvajam ertmių gydymui.

- Nerūdijančio plieno ir titano implantai dažnai yra padengiami hidroksiapatitu, kad sumažėtų jų atmetimo greitis.

- Tai yra alternatyva alogeniniams ir ksenogeniniams kaulų transplantatams. Gydant hidroksiapatitą, gijimo laikas yra trumpesnis nei jo neturint.

- Sintetinis nanohidroksiapatitas imituoja hidroksipatitą, natūraliai esantį dentine ir emalio apatite, todėl jis yra naudingas emalio taisymui ir įmaišymui į dantų pastas, taip pat burnos skalavimo skysčiams.

Kiti hidroksiapatito naudojimo būdai

- Hidroksiapatitas naudojamas motorinių transporto priemonių oro filtruose, siekiant padidinti jų efektyvumą sugeriant ir skaidant anglies monoksidą (CO). Tai sumažina aplinkos taršą.

- Susintetintas alginato-hidroksiapatito kompleksas, kurio lauko bandymai parodė, kad jis gali absorbuoti fluoridą per jonų mainų mechanizmą.

- Hidroksiapatitas naudojamas kaip baltymų chromatografinė terpė. Jis turi teigiamus krūvius (Ca ⁺⁺ ) ir neigiamus krūvius (PO ₄ ^-3 ), todėl gali sąveikauti su elektra įkrautais baltymais ir leisti juos atskirti jonų mainų būdu.

- Hidroksiapatitas taip pat buvo naudojamas kaip atrama nukleorūgščių elektroforezei. Galima atskirti DNR nuo RNR, taip pat viengrandę DNR nuo dvipusio DNR.

Fizinės ir cheminės savybės

Hidroksiapatitas yra balta kieta medžiaga, galinti įgyti pilkšvą, geltoną ir žalsvą tonus. Kadangi tai yra kristalinė kieta medžiaga, ji turi aukštą lydymosi temperatūrą, tai rodo stiprią elektrostatinę sąveiką; hidroksiapatitui tai yra 1100ºC.

Jis yra tankesnis už vandenį, jo tankis yra 3,05–3,15 g / cm ³ . Be to, jis praktiškai netirpsta vandenyje (0,3 mg / ml), kurį lemia fosfato jonai.

Tačiau rūgščioje terpėje (kaip ir HCl) jis tirpsta. Tai tirpumas yra dėl to, kad CaCl formavimo ₂ , labai tirpios druskos vandenyje. Taip pat, fosfatai yra protonuoto (HPO ₄ ^2- ir H ₂ PO ₄ ^- ) ir su juo sąveikauja geriau laipsnis su vandeniu.

Hidroksiapatito tirpumas rūgštyse yra svarbus ėduonies patofiziologijoje. Burnos ertmėje esančios bakterijos išskiria pieno rūgštį, gliukozės fermentacijos produktą, kuris sumažina danties paviršiaus pH iki mažiau kaip 5, todėl hidroksiapatitas pradeda tirpti.

Fluoro (F ^- ) gali pakeisti OH ^- jonai į kristalinės struktūros. Kai tai atsitiks, jis atsparus dantų emalio hidroksiapatitui nuo rūgščių.

Šis atsparumas gali atsirasti dėl susidariusio CaF ₂ netirpumo , atsisakius „palikti“ kristalą.

Nuorodos

1. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas, p. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hidroksilapatitas. Gauta 2018 m. Balandžio 19 d. Iš: fluidinova.com
3. Viktorija M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hidroksiapatitas, jo svarba mineralizuotuose audiniuose ir jo biomedicininis pritaikymas. TIP chemijos-biologijos mokslų specialusis žurnalas, 9 (2): 90–95
4. „Gaiabulbanix“. (2015 m. Lapkričio 5 d.). Hidroksiapatitas. . Gauta 2018 m. Balandžio 19 d. Iš: commons.wikimedia.org
5. Martinas Neitsovas. (2015 m. Lapkričio 25 d.). Hüdroksüapatiidi kristallid. . Gauta 2018 m. Balandžio 19 d. Iš: commons.wikimedia.org
6. Vikipedija. (2018 m.). Hidroksilapatitas. Gauta 2018 m. Balandžio 19 d. Iš: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. Kaulai. Gauta 2018 m. Balandžio 19 d. Iš: c14dating.com