Hydroxyapatietstructuur, synthese, kristallen en toepassingen

de hydroxyapatiet is een calciumfosfaatmineraal, waarvan de chemische formule Ca is₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Samen met andere mineralen en organisch materiaal blijft verbrijzeld en gecompacteerd, vormt het de grondstof bekend als fosfor rots. De term hydroxy verwijst naar het OH-anion^-.

Als in plaats van dat anion het fluoride was, zou het mineraal fluorapatiet worden genoemd (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; en dus met andere anionen (Cl^-, Br^-, CO₃^2-, etc.). Evenzo is hydroxyapatiet de belangrijkste anorganische component van botten en tandglazuur, overwegend aanwezig in kristallijne vorm.

Dan is het een vitaal element in de botweefsels van levende wezens. De grote stabiliteit tegen andere calciumfosfaten maakt het bestand tegen fysiologische omstandigheden en geeft de botten hun karakteristieke hardheid. Hydroxyapatite is niet de enige: het vervult zijn functie in combinatie met collageen, vezelachtig eiwit van bindweefsels.

Hydroxyapatite (of hydroxylapatiet) bevat Ca-ionen²⁺, maar het kan ook andere kationen in zijn structuur bevatten (Mg²⁺, na⁺), onzuiverheden die tussenkomen in andere biochemische processen van de botten (zoals hermodellering).

index

• 1 structuur
• 2 Samenvatting
• 3 Hydroxyapatite kristallen
• 4 Gebruik
  • 4.1 Medisch en tandheelkundig gebruik
  • 4.2 Andere toepassingen van hydroxyapatiet
• 5 Fysische en chemische eigenschappen
• 6 Referenties

structuur

Het bovenste beeld illustreert de structuur van calciumhydroxyapatiet. Alle bollen bezetten het volume van de helft van een zeshoekige "lade", waarbij de andere helft identiek is aan de eerste.

In deze structuur komen de groene bollen overeen met de kationen Ca²⁺, terwijl de rode bollen naar de zuurstofatomen, de oranje bollen naar de fosforatomen en de witte bollen naar het waterstofatoom van de OH^-.

De fosfaationen in dit beeld hebben het nadeel dat ze geen tetraëdrische geometrie vertonen; in plaats daarvan zien ze eruit als vierkante piramides.

De OH^- wekt de indruk dat het ver van de Ca ligt²⁺. De kristallijne eenheid kan zich echter op het dak van de eerste herhalen, waardoor de nabijheid tussen beide ionen duidelijk wordt. Ook kunnen deze ionen worden vervangen door anderen (Na⁺ en F^-, bijvoorbeeld).

synthese

Hydroxylapatite kan worden gesynthetiseerd door de reactie van calciumhydroxide met fosforzuur:

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

Hydroxyapatite (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) wordt uitgedrukt door twee eenheden met formule Ca₅(PO₄)₃OH. 

Evenzo kan hydroxyapatiet door de volgende reactie worden gesynthetiseerd:

10 Ca (NO₃)_2.4H₂O + 6 NH₄H₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂  +  20 NH₄NO₃  + 52 H₂O

Door de snelheid van precipitatie te regelen, kan deze reactie hydroxyapatiet nanodeeltjes genereren.

Hydroxyapatite kristallen

De ionen worden gecompacteerd en groeien om een ​​stijf en resistent biokristal te vormen. Dit wordt gebruikt als biomateriaal voor botmineralisatie.

Het heeft echter collageen nodig, een organische ondersteuning die dient als een schimmel voor zijn groei. Deze kristallen en hun gecompliceerde vormingsprocessen zullen afhangen van het bot (of de tand).

Deze kristallen groeien geïmpregneerd met organische materie, en de toepassing van elektronenmicroscopische technieken detailleerde ze in de tanden als aggregaten met vormen van staven genaamd prisma's.

toepassingen

Medisch en tandheelkundig gebruik

Vanwege de gelijkenis in grootte, kristallografie en samenstelling met hard menselijk weefsel, is nanohydroxyapatite aantrekkelijk voor gebruik in prothesen. Ook is nanohydroxyapatite biocompatibel, biologisch actief en natuurlijk, naast dat het niet toxisch of inflammatoir is.

Dienovereenkomstig hebben nanohydroxyapatiet keramische materialen een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder:

- Bij botchirurgische ingrepen wordt het gebruikt voor het opvullen van holtes in orthopedische, traumatologische, maxillofaciale en tandheelkundige operaties.

- Het wordt gebruikt als een coating voor orthopedische en tandheelkundige implantaten. Het is een desensibiliserend middel dat wordt gebruikt na het bleken van tanden. Het wordt ook gebruikt als een remineraliserend middel in tandpasta's en in de vroege behandeling van cariës..

- Roestvrijstalen en titanium implantaten zijn vaak bedekt met hydroxyapatiet om hun afstotingssnelheid te verminderen.

- Het is een alternatief voor allogene en xenogene bottransplantaten. De hersteltijd is korter in aanwezigheid van hydroxyapatiet dan in afwezigheid.

- Synthetisch nanohydroxyapatiet bootst het hydroxyapatiet na dat van nature aanwezig is in dentine en steroïde apatiet, dus het gebruik ervan is voordelig bij het herstel van glazuur en opname in tandpasta's, evenals mondspoelingen.

Andere toepassingen van hydroxyapatiet

- Hydroxyapatite wordt gebruikt in de luchtfilters van motorvoertuigen om de efficiëntie hiervan bij de absorptie en afbraak van koolmonoxide (CO) te verhogen. Dit vermindert milieuvervuiling.

- Een alginaat-hydroxyapatietcomplex is gesynthetiseerd dat veldproeven hebben aangetoond dat het in staat is fluor te absorberen via het ionenuitwisselingsmechanisme.

- Hydroxyapatite wordt gebruikt als een chromatografisch medium voor eiwitten. Dit levert positieve ladingen op (Ca⁺⁺) en negatief (PO₄^-3), zodat het kan interageren met elektrisch geladen eiwitten en hun scheiding kan toestaan ​​door ionenuitwisseling.

- Hydroxyapatiet is ook gebruikt als een drager voor de elektroforese van nucleïnezuren. Afzonderlijk DNA van RNA, evenals DNA van een enkele streng van tweestrengig DNA.

Fysische en chemische eigenschappen

Hydroxyapatite is een witte vaste stof die grijze, gele en groene tinten kan krijgen. Omdat het een kristallijne vaste stof is, heeft het hoge smeltpunten, wat wijst op sterke elektrostatische interacties; voor hydroxyapatiet is dit 1100ºC.

Het is dichter dan water, met een dichtheid van 3,05 - 3,15 g / cm³. Bovendien is het vrijwel onoplosbaar in water (0,3 mg / ml), wat te wijten is aan fosfaationen.

In zure media (zoals HCl) is het echter oplosbaar. Deze oplosbaarheid is te wijten aan de vorming van CaCl₂, zout sterk oplosbaar in water. Ook zijn fosfaten geprotoneerd (HPO)₄^2- en H₂PO₄^-) en hebben een betere interactie met water.

De oplosbaarheid van hydroxyapatiet in zuren is belangrijk in de pathofysiologie van cariës. De bacteriën in de mondholte scheiden melkzuur af, het product van de fermentatie van glucose, dat de pH van het tandoppervlak tot minder dan 5 verlaagt, zodat hydroxyapatiet begint op te lossen.

Fluoride (F^-) kan OH-ionen vervangen^- in de kristalstructuur. Wanneer dit gebeurt, draagt ​​het bij aan de weerstand tegen het hydroxyapatiet van het tandglazuur tegen de zuren.

Mogelijk is deze weerstand te wijten aan de onoplosbaarheid van CaF₂ gevormd, weigerend om het kristal te "verlaten".

referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische chemie (Vierde editie, pagina 349, 627). Mc Graw Hill.
2. Fluidinova. (2017). Hidroxylapatite. Opgehaald op 19 april 2018, van: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroxyapatite, het belang ervan in gemineraliseerde weefsels en de biomedische toepassing ervan. TIP Specialised Journal in Chemical-Biological Sciences, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (05 november 2015). Hydroxyapatiet. [Afbeelding]. Opgehaald op 19 april 2018, van: commons.wikimedia.org
5. Martin.Neitsov. (25 november 2015). Hüdroksüapatiidi kristallid. [Afbeelding]. Opgehaald op 19 april 2018, van: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hydroxylapatiet. Opgehaald op 19 april 2018, vanaf: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. bot. Opgehaald op 19 april 2018, vanaf: c14dating.com