Structura hidroxiapatitei, sinteza, cristalele și utilizările

hidroxiapatită este un mineral fosfat de calciu, al cărui formulă chimică este Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Împreună cu alte minerale și reziduuri de materie organică zdrobite și compactate, ele formează materia primă cunoscută sub numele de fosfat de rocă. Termenul hidroxi se referă la anionul OH^-.

Dacă în locul acelui anion ar fi fluor, mineralul ar fi numit fluoroapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; și astfel cu alți anioni (Cl^-Br^-, CO₃^2-, etc.). De asemenea, hidroxiapatita este principala componentă anorganică a oaselor și a smalțului dentar, predominant în formă cristalină.

Deci, este un element vital în țesuturile osoase ale ființelor vii. Stabilitatea sa mare față de alte fosfați de calciu îi permite să reziste condițiilor fiziologice, dând oase durității lor caracteristice. Hidroxiapatita nu este singura: își îndeplinește funcția însoțită de colagen, proteina fibroasă a țesuturilor conjunctive.

Hidroxiapatita (sau hidroxilapatita) conține ioni de Ca²⁺, dar poate conține și alte cationi în structura sa (Mg²⁺, Na⁺), impuritățile care intervin în alte procese biochimice ale oaselor (cum ar fi remodelarea).

index

• 1 Structura
• 2 Rezumat
• 3 cristale de hidroxiapatită
• 4 Utilizări
  • 4.1 Utilizarea medicală și stomatologică
  • 4.2 Alte utilizări ale hidroxiapatitei
• 5 Proprietăți fizice și chimice
• 6 Referințe

structură

Imaginea superioară ilustrează structura hidroxiapatitei de calciu. Toate sferele ocupă volumul jumătății unei "cutii" hexagonale, unde cealaltă jumătate este identică cu prima.

În această structură, sferele verzi corespund cationilor Ca²⁺, în timp ce sferele roșii la atomii de oxigen, sferele portocalii la atomii de fosfor și sferele albe la atomul de hidrogen al OH^-.

Ionii fosfați din această imagine au defectul de a nu prezenta o geometrie tetraedrică; în schimb, ele arata ca piramide pe bază de pătrat.

OH^- dă impresia că este situat departe de Ca²⁺. Cu toate acestea, unitatea cristalină se poate repeta pe acoperișul primului, demonstrând astfel apropierea apropiată dintre ambii ioni. De asemenea, acești ioni pot fi înlocuiți de alții (Na⁺ și F^-, de exemplu).

sinteză

Hidroxilapatita poate fi sintetizată prin reacția hidroxidului de calciu cu acidul fosforic:

10 Ca (OH)₂ + 6 H₃PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 18H₂O

Hidroxiapatita (Ca.₁₀(PO₄)₆(OH)₂) este exprimată prin două unități de formula Ca₅(PO₄)₃OH.

De asemenea, hidroxiapatita poate fi sintetizată prin următoarea reacție:

10 Ca (NO₃)_2.4H₂O + 6 NH₄H₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 20 NH₄NU₃ + 52 H₂O

Controlul vitezei de precipitare permite acestei reacții să genereze nanoparticule de hidroxiapatită.

Cristale de hidroxiapatită

Ioniile sunt compacte și cresc pentru a forma un biocristal rigid și rezistent. Acesta este folosit ca un biomaterial al mineralizării osoase.

Cu toate acestea, este nevoie de colagen, suport organic care servește ca o matriță pentru creșterea acestuia. Aceste cristale și procesele lor complicate de formare vor depinde de os (sau de dinte).

Aceste cristale cresc impregnate cu materii organice, iar aplicarea tehnicilor de microscopie electronică le detaliază în dinți ca agregate cu forme de tije numite prisme.

aplicații

Utilizarea medicală și dentară

Datorită asemănării sale în mărime, cristalografie și compoziție cu țesut uman dur, nanohydroxyapatite este atractiv pentru utilizare în proteze. De asemenea, nanohydroxyapatitele sunt biocompatibile, bioactive și naturale, dar nu sunt toxice sau inflamatorii.

În consecință, ceramica nanohydroxyapatite are o varietate de aplicații, care includ:

- În chirurgia țesutului osos se utilizează în umplerea cavităților în cabinetele ortopedice, traumatologice, maxilo-facial și dentare.

- Se utilizează ca acoperire pentru implanturi ortopedice și dentare. Este un agent de desensibilizare utilizat după albirea dinților. Este de asemenea utilizat ca agent de remineralizare în paste de dinți și în tratamentul precoce al cariilor.

- Implanturile din oțel inoxidabil și din titan sunt adesea acoperite cu hidroxiapatită pentru a reduce rata lor de respingere.

- Este o alternativă la grefele osoase alogene și xenogene. Timpul de vindecare este mai scurt în prezența hidroxiapatitei decât în ​​absența acesteia.

- sintetice imita nanohidroxiapatita hidroxiapatita prezente în mod natural în dentină și esmáltica apatita, ceea ce este avantajos pentru utilizarea în smalț repararea și încorporarea în pastele de dinți și mouthwashes în

Alte utilizări ale hidroxiapatitei

- hidroxiapatită este utilizat în filtre de aer ale autovehiculelor pentru a mări eficiența acestor absorbție și descompunerea monoxidului de carbon (CO). Acest lucru reduce poluarea mediului.

- S-a sintetizat un complex alginat-hidroxiapatit care a indicat faptul că este capabil să absoarbă fluor prin mecanismul schimbului de ioni.

- Hidroxiapatita este utilizată ca mediu cromatografic pentru proteine. Aceasta prezintă sarcini pozitive (Ca⁺⁺) și negativă (PO₄^-3), astfel încât să poată interacționa cu proteine ​​încărcate electric și să permită separarea lor prin schimb de ioni.

- Hidroxiapatita a fost, de asemenea, utilizată ca suport pentru electroforeza acizilor nucleici. ADN separat de ARN, precum și ADN dintr-o singură catenă de ADN cu două fire.

Proprietăți fizice și chimice

Hidroxiapatita este un solid alb care poate obține tonuri gri, galben și verde. Deoarece este un solid cristalin, are puncte de topire ridicate, care indică interacțiuni electrostatice puternice; pentru hidroxiapatită, aceasta este de 1100 ° C.

Este mai densă decât apa, cu o densitate de 3,05 - 3,15 g / cm³. În plus, este practic insolubil în apă (0,3 mg / ml), care se datorează ionilor fosfați.

Cu toate acestea, în mediu acid (ca în HCl) este solubil. Această solubilitate se datorează formării de CaCl₂, sare foarte solubilă în apă. De asemenea, fosfații sunt protonați (HPO)₄^2- și H₂PO₄^-) și să interacționeze mai bine cu apa.

Solubilitatea hidroxiapatitei în acizi este importantă în fiziopatologia cariilor. Bacteriile din cavitatea bucală secretă acidul lactic, produsul fermentării glucozei, care scade pH-ul suprafeței dintelui la mai puțin de 5, astfel încât hidroxiapatita începe să se dizolve.

Fluorura (F^-) poate înlocui ionii de OH^- în structura cristalină. Când se întâmplă acest lucru, aceasta dă rezistență la hidroxiapatita din smalțul dinților față de acizi.

Eventual, această rezistență se poate datora insolubilității CaF₂ format, refuzând să "abandoneze" cristalul.

referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică (Ediția a patra, pag. 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hidroxylapatite. Adus pe 19 aprilie 2018, de la: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hidroxiapatita, importanța acesteia în țesuturile mineralizate și aplicarea biomedicală a acesteia. TIP Jurnalul specializat în științe chimico-biologice, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (05 noiembrie 2015). Hidroxiapatita. [Figura]. Adus pe 19 aprilie 2018 de la: commons.wikimedia.org
5. Martin.Neitsov. (25 noiembrie 2015). Hüdroksüapatiidi kristallid. [Figura]. Adus pe 19 aprilie 2018 de la: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hidroxilapatită. Adus pe 19 aprilie 2018, de la: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey os. Adus pe 19 aprilie 2018, de la: c14dating.com