HYDROXYAPATIT: STRUKTUR, SYNTESE, KRYSTALLER OG ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den Hydroxyapatit er en calciumphosphatmineralet, den kemiske formel Ca ₁₀ (PO ₄) ₆ (OH) ₂. Sammen med andre mineraler og rester af knust og komprimeret organisk stof danner det råmaterialet kendt som fosfatberg. Udtrykket hydroxy henviser til OH ^- anionen.

Hvis det i stedet for denne anion var fluor, ville mineralet kaldes fluoroapatit (Ca ₁₀ (PO ₄) ₆ (F) ₂; og så med andre anioner (Cl ^-, Br ^-, CO ₃ ^2– osv.)). hydroxyapatit er den vigtigste uorganiske komponent i knogler og tandemalje, overvejende til stede i krystallinsk form.

Så det er et vigtigt element i levende væseners knoglevæv. Dens store stabilitet mod andre calciumphosphater gør det muligt for den at modstå fysiologiske tilstande, hvilket giver knogler deres karakteristiske hårdhed. Hydroxyapatit er ikke alene: det udfører sin funktion ledsaget af kollagen, et fibrøst protein i bindevæv.

Hydroxyapatit (eller hydroxylapatit) indeholder Ca ²⁺ -ioner, men det kan også huse andre kationer (Mg ²⁺, Na ⁺) i dens struktur, urenheder, der griber ind i andre biokemiske processer af knogler (såsom deres ombygning).

Struktur

Det øverste billede illustrerer strukturen af ​​calciumhydroxyapatit. Alle kugler optager volumen på den ene halvdel af en sekskantet "skuffe", hvor den anden halvdel er identisk med den første.

I denne struktur svarer de grønne kugler til Ca ²⁺ -kationerne, mens de røde kugler svarer til oxygenatomerne, de orange kugler til de fosforatomer og de hvide kugler til hydrogenatomet i OH ^-.

Fosfationerne i dette billede har den mangel, at de ikke udviser en tetrahedrisk geometri; i stedet ligner de pyramider med firkantede baser.

OH ^- giver indtryk af, at det ligger langt fra Ca ²⁺. Imidlertid kan den krystallinske enhed gentage sig selv på taget af den første og således vise den tætte afstand mellem begge ioner. Ligeledes kan disse ioner erstattes af andre (Na ⁺ og F ^- for eksempel).

syntese

Hydroxylapatit kan syntetiseres ved omsætning af calciumhydroxid med fosforsyre:

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) udtrykkes ved to enheder med formlen Ca ₅ (PO ₄) ₃ OH.

Ligeledes kan hydroxyapatit syntetiseres gennem den følgende reaktion:

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

Styring af nedbørshastigheden tillader denne reaktion at generere hydroxyapatit-nanopartikler.

Hydroxyapatitkrystaller

Iionerne komprimerer og vokser til at danne en stærk og stiv biokrystall. Dette bruges som et biomateriale til mineralisering af knogler.

Dog har det brug for kollagen, en organisk støtte, der fungerer som en form for dens vækst. Disse krystaller og deres komplicerede dannelsesprocesser afhænger af knoglen (eller tanden).

Disse krystaller vokser imprægneret med organisk materiale, og anvendelsen af ​​elektronmikroskopiteknikker detaljerer dem på tænderne som stavformede aggregater kaldet prismer.

Applikationer

Medicinsk og dental brug

På grund af dens lighed i størrelse, krystallografi og sammensætning med hårdt humant væv er nanohydroxyapatit attraktiv til anvendelse i proteser. Nanohydroxyapatit er også biokompatibel, bioaktiv og naturlig ud over at være ikke-toksisk eller inflammatorisk.

Følgelig har nanohydroxyapatitkeramik en række anvendelser, herunder:

- I knoglevævskirurgi bruges det til at fylde hulrum i ortopædiske, traumer, maxillofaciale og tandkirurgiske operationer.

- Det bruges som belægning til ortopædiske og tandimplantater. Det er et desensibiliserende middel, der bruges efter tandblegning. Det bruges også som et remineraliseringsmiddel i tandpastaer og i den tidlige behandling af hulrum.

- Implantater af rustfrit stål og titan overtrækkes ofte med hydroxyapatit for at reducere deres afvisningshastighed.

- Det er et alternativ til allogene og xenogene knogletransplantater. Helingstiden er kortere i nærvær af hydroxyapatit end i dens fravær.

- Syntetisk nanohydroxyapatit efterligner hydroxyapatit, der naturligt findes i dentin og emalje-apatit, hvilket gør det fordelagtigt til brug ved emalje reparation og inkorporering i tandpastaer samt i mundskylvogne

Andre anvendelser af hydroxyapatit

- Hydroxyapatit bruges i luftfiltre til motorkøretøjer for at øge deres effektivitet til at absorbere og nedbryde kulilte (CO). Dette reducerer miljøforurening.

- Et alginat-hydroxyapatit-kompleks er blevet syntetiseret, idet feltforsøg har indikeret, at det er i stand til at absorbere fluor gennem ionbyttermekanismen.

- Hydroxyapatit bruges som kromatografisk medium til proteiner. Det har positive ladninger (Ca ⁺⁺) og negative ladninger (PO ₄ ^-3), så det kan interagere med elektrisk ladede proteiner og tillade deres separering ved ionbytning.

- Hydroxyapatit er også blevet brugt som en støtte til nukleinsyreelektroforese. Det er muligt at adskille DNA fra RNA såvel som enkeltstrenget DNA fra to-strenget DNA.

Fysiske og kemiske egenskaber

Hydroxyapatit er et hvidt fast stof, der kan antage grålige, gule og grønlige toner. Da det er et krystallinsk fast stof, har det høje smeltepunkter, hvilket indikerer stærke elektrostatiske interaktioner; for hydroxyapatit er dette 1100 ºC.

Det er tungere end vand, med en massefylde på 3,05 - 3,15 g / cm ³. Derudover er det praktisk taget uopløselig i vand (0,3 mg / ml), hvilket skyldes phosphationer.

I sure medier (som i HCI) er det imidlertid opløselig. Denne opløselighed skyldes dannelsen af CaCl ₂, et stærkt opløseligt salt i vand. Ligeledes protoneres fosfater (HPO ₄ ^2– og H ₂ PO ₄ ^-) og interagerer i bedre grad med vand.

Opløselighed af hydroxyapatit i syrer er vigtig i karies patofysiologi. Bakterier i mundhulen udskiller mælkesyre, et produkt af glukosefermentering, der sænker pH-værdien på tandoverfladen til mindre end 5, så hydroxyapatit begynder at opløses.

Fluor (F ^-) kan erstatte OH ^- ioner i krystalstrukturen. Når dette sker, giver det resistens over for hydroxyapatit i tandemaljen mod syrer.

Eventuelt kan denne modstand skyldes uopløseligheden af CaF ₂ dannet, nægter at "tilladelse" krystallen.

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave, s. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hydroxylapatit. Hentet den 19. april 2018 fra: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroxyapatit, dets betydning i mineraliseret væv og dets biomedicinske anvendelse. TIP Specialized Journal in Chemical-Biology Sciences, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (5. november 2015). Hydroxyapatit.. Hentet den 19. april 2018 fra: commons.wikimedia.org
5. Martin Neitsov. (2015, 25. november). Hüdroksüapatiidi kristallid.. Hentet den 19. april 2018 fra: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hydroxylapatit. Hentet 19. april 2018 fra: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. Knogle. Hentet den 19. april 2018 fra: c14dating.com