HYDROXYAPATIT: STRUKTUR, SYNTES, KRISTALLER OCH ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2026

Den Hydroxiapatit är en kalciumfosfatmineral, vars kemiska formel är Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ . Tillsammans med andra mineraler och rester av krossat och komprimerat organiskt material bildar det råmaterialet känt som fosfatberg. Uttrycket hydroxi hänför sig till den OH ^- anjonen .

Om istället för den anjonen var det fluor, skulle mineralet kallas fluoroapatit (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (F) ₂ ; och så med andra anjoner (Cl ^- , Br ^- , CO ₃ ^2– , etc.). hydroxyapatit är den huvudsakliga oorganiska komponenten i ben och tandemalje, främst närvarande i kristallin form.

Så det är ett viktigt element i benvävnaderna hos levande varelser. Dess stora stabilitet mot andra kalciumfosfater gör att den kan motstå fysiologiska förhållanden, vilket ger benen den karakteristiska hårdheten. Hydroxyapatit är inte ensam: den uppfyller sin funktion åtföljd av kollagen, ett fibröst protein i bindvävnader.

Hydroxyapatit (eller hydroxylapatit) innehåller Ca ²⁺ -joner , men den kan också hysa andra katjoner (Mg ²⁺ , Na ⁺ ) i dess struktur , föroreningar som ingriper i andra biokemiska processer av ben (t.ex. deras ombyggnad).

Strukturera

Den översta bilden illustrerar strukturen för kalciumhydroxiapatit. Alla sfärer upptar volymen på den ena halvan av en sexkantig "låda", där den andra halvan är identisk med den första.

I denna struktur motsvarar de gröna sfärerna Ca2 ⁺ -katjonerna , medan de röda sfärerna motsvarar syreatomerna, de orange sfärerna till fosforatomerna och de vita sfärerna till väteatomen i OH ^- .

Fosfatjonerna i denna bild har defekten av att inte uppvisa en tetraedrisk geometri; istället ser de ut som pyramider med fyrkantiga baser.

OH ^- ger intrycket att det ligger långt från Ca ²⁺ . Den kristallina enheten kan emellertid upprepa sig på det första taket och därmed visa närheten mellan båda jonerna. På samma sätt kan dessa joner ersättas av andra (Na ⁺ och F ^- till exempel).

Syntes

Hydroxylapatit kan syntetiseras genom att reagera kalciumhydroxid med fosforsyra:

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

Hydroxiapatit (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ ) uttrycks av två enheter med formeln Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH.

På liknande sätt kan hydroxyapatit syntetiseras genom följande 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

Reglering av fällningshastigheten tillåter denna reaktion att generera hydroxyapatit-nanopartiklar.

Hydroxyapatitkristaller

Jonerna kompakteras och växer till en stark och stel biokristall. Detta används som ett biomaterial för mineralisering av ben.

Men det behöver kollagen, ett organiskt stöd som fungerar som en form för dess tillväxt. Dessa kristaller och deras komplicerade bildningsprocesser kommer att bero på benet (eller tanden).

Dessa kristaller växer impregnerade med organiskt material, och tillämpningen av elektronmikroskopitekniker detaljerar dem på tänderna som stavformade aggregat som kallas prismor.

tillämpningar

Medicinsk och tandvård

På grund av dess likhet i storlek, kristallografi och sammansättning med hård mänsklig vävnad är nanohydroxyapatit attraktiv för användning i proteser. Nanohydroxyapatit är också biokompatibel, bioaktiv och naturlig, förutom att den är icke-toxisk eller inflammatorisk.

Följaktligen har nanohydroxyapatitkeramik olika applikationer, inklusive:

- Vid benvävskirurgi används det för att fylla håligheter i ortopediska, trauma-, maxillofacial- och tandkirurgiska operationer.

- Det används som beläggning för ortopediska implantat och tandimplantat. Det är ett desensibiliserande medel som används efter tandblekning. Det används också som ett remineraliseringsmedel i tandkräm och vid tidig behandling av hålrum.

- Rostfritt stål och titanimplantat beläggs ofta med hydroxyapatit för att minska deras avstötningshastighet.

- Det är ett alternativ till allogena och xenogena bentransplantat. Läkningstiden är kortare i närvaro av hydroxyapatit än i dess frånvaro.

- Syntetisk nanohydroxyapatit efterliknar hydroxyapatiten som är naturligt närvarande i dentin och emaljapatit, vilket gör det fördelaktigt för användning vid emaljreparation och införlivande i tandkräm, såväl som i munvatten

Andra användningar av hydroxyapatit

- Hydroxyapatite används i luftfilter för motorfordon för att öka deras effektivitet när det gäller att absorbera och sönderdela kolmonoxid (CO). Detta minskar miljöföroreningen.

- Ett alginat-hydroxiapatitkomplex har syntetiserats att fälttester har visat att det kan absorbera fluor genom jonbytarmekanismen.

- Hydroxyapatit används som kromatografiskt medium för proteiner. Det har positiva laddningar (Ca ⁺⁺ ) och negativa laddningar (PO ₄ ^-3 ), så det kan interagera med elektriskt laddade proteiner och tillåta deras separering genom jonbyte.

- Hydroxyapatit har också använts som stöd för nukleinsyraelektrofores. Det är möjligt att separera DNA från RNA såväl som enkelsträngat DNA från tvåsträngat DNA.

Fysiska och kemiska egenskaper

Hydroxyapatit är ett vitt fast ämne som kan ta gråaktiga, gula och grönaktiga toner. Eftersom det är ett kristallint fast ämne, har det höga smältpunkter, vilket indikerar starka elektrostatiska interaktioner; för hydroxyapatit är detta 1100 ºC.

Det är tätare än vatten, med en densitet på 3,05 - 3,15 g / cm ³ . Dessutom är det praktiskt taget olösligt i vatten (0,3 mg / ml), vilket beror på fosfatjoner.

I sura medier (som i HCl) är det emellertid lösligt. Denna löslighet beror på bildningen av CaCl ₂ , en i hög grad lösligt salt i vatten. På samma sätt protoneras fosfater (HPO ₄ ^2– och H ₂ PO ₄ ^- ) och samverkar i bättre grad med vatten.

Lösligheten av hydroxyapatit i syror är viktig i karies patofysiologi. Bakterier i munhålan utsöndrar mjölksyra, en produkt från glukosfermentering, som sänker tandytans pH till mindre än 5, så hydroxyapatiten börjar lösa sig.

Fluor (F ^- ) kan ersätta OH ^- joner i kristallstrukturen. När detta inträffar ger det motstånd mot hydroxiapatiten i tandemaljen mot syror.

Eventuellt kan detta motstånd bero på olösligheten hos den CaF ₂ bildas, vägrar att "ledighet" kristallen.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan, sid. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hydroxylapatit. Hämtad den 19 april 2018 från: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroxyapatit, dess betydelse i mineraliserade vävnader och dess biomedicinska tillämpning. TIP Specialized Journal in Chemical-Biology Sciences, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (5 november 2015). Hydroxyapatit. . Hämtad den 19 april 2018 från: commons.wikimedia.org
5. Martin Neitsov. (2015, 25 november). Hüdroksüapatiidi kristallid. . Hämtad den 19 april 2018 från: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hydroxylapatit. Hämtad 19 april 2018 från: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. Ben. Hämtad den 19 april 2018 från: c14dating.com