HIDROKSIAPATIT: STRUKTURA, SINTEZA, KRISTALI IN UPORABE - KEMIJA - 2026

Hidroksiapatita je kalcijev fosfatni minerali, katerega kemijska formula Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ . Skupaj z drugimi minerali in ostanki zdrobljenih in stisnjenih organskih snovi tvori surovino, znano kot fosfatna kamnina. Izraz hidroksi se nanaša na OH ^- anion .

Če bi bil namesto tega aniona fluorid, bi mineral imenovali fluoroapatit (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (F) ₂ ; tako naprej z drugimi anioni (Cl ^- , Br ^- , CO ₃ ^2– itd.)). , hidroksiapatit je glavna anorganska komponenta kosti in zobne sklenine, ki je večinoma prisotna v kristalni obliki.

Torej, je vitalni element v kostnih tkivih živih bitij. Njegova velika stabilnost pred drugimi kalcijevimi fosfati mu omogoča, da prenesejo fiziološka stanja, kar daje kostim značilno trdoto. Hidroksiapatit ni sam: svojo funkcijo spremlja kolagen, vlaknasti protein v vezivnih tkivih.

Hidroksiapatit (ali hidroksilapatit) vsebuje ione Ca ²⁺ , lahko pa v svoji strukturi naseli tudi druge katione (Mg ²⁺ , Na ⁺ ), nečistoče, ki posegajo v druge biokemične procese kosti (na primer njihovo predelavo).

Struktura

Zgornja slika prikazuje strukturo kalcijevega hidroksiapatita. Vse krogle zasedajo prostornino ene polovice šesterokotnega "predala", kjer je druga polovica enaka prvi.

V tej strukturi zelene krogle ustrezajo kationom Ca ²⁺ , rdeče krogle pa ustrezajo atomom kisika, oranžne krogle pa atomom fosforja, bele krogle pa vodikovemu atomu OH ^- .

Fosfatni ioni na tej sliki nimajo pomanjkljivosti tetraedrske geometrije; namesto tega so videti kot piramide s kvadratnimi osnovami.

OH ^- daje vtis, da se nahaja daleč od Ca ²⁺ . Vendar se lahko kristalna enota ponovi na strehi prvega in tako pokaže tesno bližino obeh ionov. Prav tako lahko te ione nadomestimo z drugimi (na primer Na ⁺ in F ^- ).

Sinteza

Hidroksilapatit lahko sintetiziramo z reakcijo kalcijevega hidroksida s fosforno kislino:

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

Hidroksiapatit (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ ) je izražen z dvema enotama s formulo Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH.

Prav tako lahko hidroksiapatit sintetiziramo z naslednjo reakcijo:

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

Nadzor hitrosti padavin omogoča, da ta reakcija ustvari hidroksiapatitne nanodelce.

Kristali hidroksiapatita

Ioni se kompaktno razrastejo in tvorijo močan in tog biokristal. Ta se uporablja kot biomaterial za mineralizacijo kosti.

Vendar potrebuje kolagen, organsko oporo, ki deluje kot plesen za njegovo rast. Ti kristali in njihovi zapleteni procesi tvorjenja bodo odvisni od kosti (ali zoba).

Ti kristali rastejo prepojeni z organsko snovjo, uporaba elektronske mikroskopske tehnike pa jih na zobeh podrobno opisuje kot agregate v obliki palice, imenovane prizme.

Prijave

Medicinska in zobozdravstvena uporaba

Nanohidroksiapatit je zaradi svoje podobnosti po velikosti, kristalografiji in sestavi trdih človeških tkiv privlačen za uporabo pri protetiki. Tudi nanohidroksiapatit je biokompatibilen, bioaktiven in naraven, poleg tega da je nestrupen ali vneten.

Posledično ima nanohidroksiapatitna keramika različne možnosti, vključno z:

- Pri operacijah kostnega tkiva se uporablja za zapolnitev votlin pri ortopedskih, travmatičnih, maksilofacialnih in zobnih operacijah.

- Uporablja se kot obloga za ortopedske in zobne vsadke. Je sredstvo za desenzibilizacijo, ki se uporablja po beljenju zob. Uporablja se tudi kot remineralizirajoče sredstvo v zobnih pastah in pri zgodnji obdelavi votlin.

- vsadki iz nerjavečega jekla in titana so pogosto prevlečeni s hidroksiapatitom, da se zmanjša njihova stopnja zavrnitve.

- Je alternativa alogenskim in ksenogenim cepivom kosti. Čas celjenja je ob prisotnosti hidroksiapatita krajši kot v njegovi odsotnosti.

- Sintetični nanohidroksiapatit oponaša hidroksiapatit, ki je naravno prisoten v dentinu in apatitu sklenine, zaradi česar je ugoden za uporabo pri popravilu sklenine in vgradnji v zobne paste, pa tudi v vodne tekočine

Druge uporabe hidroksiapatita

- Hidroksiapatit se uporablja v zračnih filtrih za motorna vozila, da poveča njihovo učinkovitost pri absorpciji in razpadanju ogljikovega monoksida (CO). To zmanjšuje onesnaževanje okolja.

- Sintetiziran je bil kompleks alginata-hidroksiapatita, da so terenski testi pokazali, da lahko absorbira fluorid skozi mehanizem izmenjave ionov.

- Hidroksiapatit se uporablja kot kromatografski medij za beljakovine. Ima pozitivne naboje (Ca ⁺⁺ ) in negativne naboje (PO ₄ ^-3 ), zato lahko medsebojno deluje z električno nabitimi proteini in omogoča njihovo ločevanje z ionsko izmenjavo.

- Hidroksiapatit se uporablja tudi kot podpora elektroforezi nukleinske kisline. Možno je ločiti DNK od RNK, kot tudi enoverižno DNK od dvo verige DNK.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Hidroksiapatit je bela trdna snov, ki lahko prevzame sivkaste, rumene in zelenkaste tone. Ker gre za kristalno trdno snov, ima visoke tališča, kar kaže na močne elektrostatične interakcije; za hidroksiapatit je to 1100ºC.

Gostejša je od vode, z gostoto 3,05 - 3,15 g / cm ³ . Poleg tega je v vodi praktično 0,3% (0,3 mg / ml), kar je posledica fosfatnih ionov.

Vendar je v kislih medijih (kot v HCl) topen. Ta topnost nastane zaradi tvorbe CaCl ₂ , zelo topne soli v vodi. Tudi fosfati so protonirani (HPO ₄ ^2– in H ₂ PO ₄ ^- ) in v večji meri vplivajo na vodo.

Topnost hidroksiapatita v kislinah je pomembna pri patofiziologiji kariesa. Bakterije v ustni votlini izločajo mlečno kislino, produkt fermentacije glukoze, ki zniža pH zobne površine na manj kot 5, zato se hidroksiapatit začne raztapljati.

Fluor (F ^- ) lahko nadomesti kristale OH ^- v kristalni strukturi. Ko se to zgodi, zagotavlja odpornost na hidroksiapatit zobne sklenine proti kislinam.

Možno je, da se ta odpor lahko zaradi netopnosti CAF ₂ tvorjen, zavrnitvi "odsotnosti 'kristal.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrto izd., Str. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hidroksilapatit. Pridobljeno 19. aprila 2018 z: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hidroksiapatit, njegov pomen v mineraliziranih tkivih in njegova biomedicinska uporaba. Specializirani časopis TIP za kemijsko-biološke znanosti, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (5. november 2015). Hidroksiapatit. . Pridobljeno 19. aprila 2018 z: commons.wikimedia.org
5. Martin Neitsov. (2015, 25. novembra). Hüdroksüapatiidi kristallid. . Pridobljeno 19. aprila 2018 z: commons.wikimedia.org
6. Wikipedija. (2018). Hidroksilapatit. Pridobljeno 19. aprila 2018 z: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. Kost. Pridobljeno 19. aprila 2018 z: c14dating.com