- Rakenne
- Synteesi
- Hydroksiapatiittikiteet
- Sovellukset
- Lääketieteelliseen ja hammaslääketieteelliseen käyttöön
- Hydroksiapatiitin muut käyttötavat
- Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
- Viitteet
Hydroksiapatiitti on kalsiumfosfaatti mineraali, jonka kemiallinen kaava on Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2. Yhdessä muiden mineraalien ja murskatun ja tiivistetyn orgaanisen aineen jäännösten kanssa se muodostaa raaka-aineen, jota kutsutaan fosfaattikiviksi. Termi hydroksi viittaa OH - aniooniin.
Jos tämän anionin sijasta se olisi fluoria, mineraaleja kutsutaan fluoropatiitiksi (Ca 10 (PO 4) 6 (F) 2; ja niin edelleen muiden anionien kanssa (Cl -, Br -, CO 3 2– jne.)., hydroksiapatiitti on luiden ja hammaskiillen tärkein epäorgaaninen komponentti, läsnä pääasiassa kiteisessä muodossa.
Joten, se on tärkeä elementti elävien olentojen luukudoksissa. Sen suuri stabiilisuus muita kalsiumfosfaatteja vastaan antaa sille kestää fysiologiset olosuhteet antaen luille luonteenomaisen kovuuden. Hydroksiapatiitti ei ole yksin: se suorittaa tehtävänsä kollageenin, sidekudosten kuituproteiinin, mukana.
Hydroksiapatiitti (tai hydroksilapatiitti) sisältää Ca 2+ -ioneja, mutta se voi myös rakentaa muita kationeja (Mg 2+, Na +) rakenteessaan, epäpuhtauksia, jotka puuttuvat muihin luiden biokemiallisiin prosesseihin (kuten niiden uudelleenmuodostukseen).
Rakenne
Yläkuva kuvaa kalsiumhydroksiapatiitin rakennetta. Kaikki pallot vievät kuusikulmaisen "laatikon" puolikkaan tilavuuden, jolloin toinen puoli on identtinen ensimmäisen kanssa.
Tässä rakenteessa vihreät pallot vastaavat Ca 2+ -kationeja, kun taas punaiset pallat vastaavat happiatomeja, oranssit pallot fosforiatomeihin ja valkoiset pallot OH - vetyatomiin.
Tämän kuvan fosfaatti-ioneilla on virhe siinä, että niissä ei ole tetraedrista geometriaa; sen sijaan ne näyttävät pyramidit neliömäinen pohja.
OH - antaa kuvan siitä, että se sijaitsee kaukana Ca 2+: sta. Kiteinen yksikkö voi kuitenkin toistaa itsensä ensimmäisen katon päällä osoittaen siten läheisyyden molempien ionien välillä. Samoin nämä ionit voidaan korvata muilla (esimerkiksi Na + ja F -).
Synteesi
Hydroksilapatiitti voidaan syntetisoida saattamalla kalsiumhydroksidi reagoimaan fosforihapon kanssa:
10 Ca (OH) 2 + 6 H 3 PO 4 => Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 + 18 H 2 O
Hydroksiapatiitti (Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2) ilmaistaan kaksi yksikköä, joilla on kaava Ca 5 (PO 4) 3: lla.
Samoin hydroksiapatiitti voidaan syntetisoida seuraavan reaktion avulla:
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
Saostumisnopeuden säätäminen sallii tämän reaktion tuottaa hydroksiapatiitin nanohiukkasia.
Hydroksiapatiittikiteet
Ionit tiivistyvät ja kasvavat muodostaen vahvan ja jäykän biokiteen. Tätä käytetään biomateriaalina luiden mineralisaatioon.
Se tarvitsee kuitenkin kollageenia, orgaanista tukea, joka toimii homeena kasvulleen. Nämä kiteet ja niiden monimutkaiset muodostumisprosessit riippuvat luusta (tai hammasta).
Nämä kiteet kasvavat kyllästetyillä orgaanisilla aineilla, ja elektronimikroskopiatekniikoiden soveltaminen tarkentaa niitä hampaissa sauvanmuotoisina aggregaateina, joita kutsutaan prismoiksi.
Sovellukset
Lääketieteelliseen ja hammaslääketieteelliseen käyttöön
Nanohydroksiapatiitti on kooltaan, kristallografialtaan ja koostumukseltaan samankaltaisudeltaan kovan ihmisen kudoksen kanssa houkutteleva käytettäväksi proteesissa. Nanohydroksiapatiitti on myös biologisesti yhteensopivaa, bioaktiivista ja luonnollista, sen lisäksi, että se ei ole myrkyllistä tai tulehduksellista.
Tämän seurauksena nanohydroksiapatiittikeramiikalla on monia sovelluksia, mukaan lukien:
- Luukudosleikkauksessa sitä käytetään onteloiden täyttämiseen ortopedisten, trauma-, leuka- ja hammasleikkausten yhteydessä.
- Sitä käytetään ortopedisten ja hammasimplanttien pinnoitteena. Se on herkistävää ainetta, jota käytetään hampaiden valkaisun jälkeen. Sitä käytetään myös remineralisoivana aineena hammastahnoissa ja onteloiden varhaisessa hoidossa.
- Ruostumattomat teräs- ja titaani-implantit päällystetään usein hydroksiapatiitilla niiden hylkimisnopeuden vähentämiseksi.
- Se on vaihtoehto allogeenisille ja ksenogeenisille luusiirteille. Paranemisaika on lyhyempi hydroksiapatiitin läsnä ollessa kuin ilman sitä.
- Synteettinen nanohydroksiapatiitti jäljittelee dentiinissä ja emali-apatiitissa luonnollisesti esiintyvää hydroksiapatiittiä, mikä tekee siitä hyödyllisen käytettäväksi emalien korjaamisessa ja sisällyttämisessä hammastahnoihin sekä suuvesiin
Hydroksiapatiitin muut käyttötavat
- Hydroksiapatiittia käytetään moottoriajoneuvojen ilmansuodattimissa parantamaan niiden tehokkuutta hiilimonoksidin (CO) imeytymisessä ja hajottamisessa. Tämä vähentää ympäristön pilaantumista.
- Syntetisoitiin alginaatti-hydroksiapatiitikompleksi, jonka kenttäkokeet ovat osoittaneet kykenevän absorboimaan fluoria ioninvaihtomekanismin kautta.
- Hydroksiapatiittiä käytetään proteiinien kromatografisena väliaineena. Sillä on positiivisia varauksia (Ca ++) ja negatiivisia varauksia (PO 4 -3), joten se voi olla vuorovaikutuksessa sähköisesti varautuneiden proteiinien kanssa ja sallia niiden erottumisen ioninvaihdolla.
- Hydroksiapatiitti on käytetty myös nukleiinihappoelektroforeesin tukena. On mahdollista erottaa DNA RNA: sta, samoin kuin yksijuosteinen DNA kaksijuosteisesta DNA: sta.
Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
Hydroksiapatiitti on valkoinen kiinteä aine, joka voi saada harmahtavia, keltaisia ja vihertäviä sävyjä. Koska se on kiteinen kiinteä aine, sillä on korkeat sulamispisteet, mikä osoittaa voimakkaita sähköstaattisia vuorovaikutuksia; hydroksiapatiitille tämä on 1100ºC.
Se on tiheämpää kuin vettä, jonka tiheys on 3,05-3,15 g / cm 3. Lisäksi se on käytännössä liukenematon veteen (0,3 mg / ml), mikä johtuu fosfaatti-ioneista.
Happuissa väliaineissa (kuten HCI: ssä) se kuitenkin liukenee. Tämä liukoisuus on muodostumisen vuoksi CaCI 2, joka on erittäin liukoinen suola veteen. Samoin, fosfaatit protonoidaan (HPO 4 2- ja H 2 PO 4 -) ja vuorovaikutuksessa parempi määrin veden kanssa.
Hydroksiapatiitin liukoisuus happoihin on tärkeä karieteen patofysiologiassa. Suuontelon bakteerit erittävät maitohappoa, glukoosikäynnistyksen tuotetta, joka alentaa hampaan pinnan pH-arvoon alle 5, joten hydroksiapatiitti alkaa liuentua.
Fluori (F -) voidaan korvata OH - ionien kiderakenne. Kun tämä tapahtuu, se antaa vastustuskyvyn hammaskiillon hydroksiapatiitille happoja vastaan.
Mahdollisesti tämä vastus voi johtua liukenemattomuudesta CaF 2 on muodostettu, kieltäytyy "vapaan" kiteen.
Viitteet
- Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos, s. 349, 627). Mc Graw Hill.
- Fluidinova. (2017). Hydroxylapatite. Haettu 19. huhtikuuta 2018, osoitteesta fluidinova.com
- Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroksiapatiitti, sen merkitys mineralisoiduissa kudoksissa ja sen lääketieteellinen käyttö. TIP: n erikoislehti kemiallis-biologisissa tieteissä, 9 (2): 90-95
- Gaiabulbanix. (5. marraskuuta 2015). Hydroksiapatiitti.. Haettu 19. huhtikuuta 2018, osoitteesta: commons.wikimedia.org
- Martin Neitsov. (2015, 25. marraskuuta). Hüdroksüapatiidi kristallid.. Haettu 19. huhtikuuta 2018, osoitteesta: commons.wikimedia.org
- Wikipedia. (2018). Hydroxylapatite. Haettu 19. huhtikuuta 2018, osoitteesta: en.wikipedia.org
- Fiona Petchey. Luun. Haettu 19. huhtikuuta 2018, osoitteesta: c14dating.com