Hydroxyapatit Struktur, Synthese, Kristalle und Verwendungen

Die Hydroxylapatit ist ein Calciumphosphatmineral, dessen chemische Formel Ca ist₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Zusammen mit anderen Mineralien und organischen Materialresten, die zerkleinert und verdichtet werden, bildet es den Rohstoff Phosphatgestein. Der Begriff Hydroxy bezieht sich auf das OH-Anion^-.

Wenn dieses Anion Fluorid wäre, würde das Mineral Fluorapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; und so mit anderen Anionen (Cl^-, Br^-, CO₃^2-usw.). In ähnlicher Weise ist Hydroxylapatit die hauptsächliche anorganische Komponente der Knochen und des Zahnschmelzes, vorwiegend in kristalliner Form.

Es ist also ein lebenswichtiges Element im Knochengewebe von Lebewesen. Seine große Stabilität gegenüber anderen Calciumphosphaten ermöglicht es, physiologischen Bedingungen zu widerstehen und den Knochen ihre charakteristische Härte zu verleihen. Hydroxyapatit ist nicht allein: Er erfüllt seine Funktion in Verbindung mit Kollagen, dem Bindegewebe-Bindegewebe.

Hydroxyapatit (oder Hydroxylapatit) enthält Ca-Ionen²⁺, aber es kann auch andere Kationen in seiner Struktur enthalten (Mg²⁺, Na⁺), Verunreinigungen, die in andere biochemische Prozesse der Knochen eingreifen (wie Remodellierung).

Index

• 1 Struktur
• 2 Zusammenfassung
• 3 Hydroxyapatitkristalle
• 4 Verwendet
  • 4.1 Medizinische und zahnmedizinische Verwendung
  • 4.2 Andere Verwendungen von Hydroxyapatit
• 5 Physikalische und chemische Eigenschaften
• 6 Referenzen

Struktur

Das obere Bild zeigt die Struktur von Calciumhydroxyapatit. Alle Kugeln nehmen das Volumen der Hälfte einer hexagonalen "Box" ein, wobei die andere Hälfte identisch mit der ersten ist.

In dieser Struktur entsprechen die grünen Kugeln den Kationen Ca²⁺während die roten Kugeln zu den Sauerstoffatomen, die orangefarbenen Kugeln zu den Phosphoratomen und die weißen Kugeln zu dem Wasserstoffatom des OH^-.

Die Phosphationen in diesem Bild haben den Nachteil, keine tetraedrische Geometrie zu zeigen; stattdessen sehen sie aus wie quadratische Pyramiden.

Das OH^- vermittelt den Eindruck, dass es sich weit vom Ca entfernt befindet²⁺. Die kristalline Einheit kann sich jedoch auf dem Dach des ersten wiederholen und zeigt somit die große Nähe zwischen beiden Ionen. Diese Ionen können auch durch andere ersetzt werden (Na⁺ und F^-zum Beispiel).

Synthese

Hydroxylapatit kann durch die Reaktion von Calciumhydroxid mit Phosphorsäure synthetisiert werden:

10 Ca (OH)₂ + 6 Stunden₃PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 18 Stunden₂O

Hydroxyapatit (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) wird durch zwei Einheiten der Formel Ca ausgedrückt₅(PO₄)₃OH.

In ähnlicher Weise kann Hydroxyapatit durch die folgende Reaktion synthetisiert werden:

10 Ca (Nr₃)_2.4H₂O + 6 NH₄H₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 20 NH₄NEIN₃ + 52 Stunden₂O

Die Steuerung der Niederschlagsgeschwindigkeit ermöglicht die Bildung von Hydroxyapatit-Nanopartikeln.

Hydroxyapatitkristalle

Die Ionen werden verdichtet und wachsen zu einem starren und widerstandsfähigen Biokristall. Dies wird als Biomaterial der Knochenmineralisierung verwendet.

Es braucht jedoch Kollagen, organische Unterstützung, die als eine Form für sein Wachstum dient. Diese Kristalle und ihre komplizierten Bildungsprozesse hängen von dem Knochen (oder dem Zahn) ab.

Diese Kristalle wachsen mit organischem Material imprägniert, und die Anwendung von Elektronenmikroskopie-Techniken detailliert sie in den Zähnen als Aggregate mit Formen von Stäben genannt Prismen.

Verwendet

Medizinische und zahnmedizinische Verwendung

Aufgrund seiner Ähnlichkeit in der Größe, Kristallographie und Zusammensetzung mit hartem menschlichem Gewebe ist Nanohydroxyapatit für die Verwendung in Prothesen attraktiv. Außerdem ist Nanohydroxyapatit biokompatibel, bioaktiv und natürlich sowie nicht toxisch oder entzündlich.

Dementsprechend haben Nanohydroxyapatitkeramiken eine Vielzahl von Anwendungen, die umfassen:

- In der Chirurgie von Knochengewebe wird in der Füllung von Hohlräumen in orthopädischen, traumatologischen, maxillofazialen und zahnärztlichen Operationen eingesetzt.

- Es wird als Beschichtung für orthopädische und Zahnimplantate verwendet. Es ist ein Desensibilisierungsmittel, das nach der Zahnaufhellung verwendet wird. Es wird auch als Remineralisierungsmittel in Zahnpasten und in der frühen Behandlung von Karies verwendet.

- Edelstahl- und Titanimplantate werden oft mit Hydroxylapatit beschichtet, um die Abstoßungsrate zu reduzieren.

- Es ist eine Alternative zu allogenen und xenogenen Knochentransplantaten. Die Heilungszeit ist in Gegenwart von Hydroxylapatit kürzer als in Abwesenheit.

- Synthetisches Nanohydroxylapatit ahmt das Hydroxyapatit nach, das natürlicherweise in Dentin und Steroidapatit vorhanden ist, daher ist seine Verwendung bei der Reparatur von Zahnschmelz und bei der Inkorporation in Zahnpasten sowie bei Mundspülungen vorteilhaft

Andere Verwendungen von Hydroxylapatit

- Hydroxyapatit wird in Luftfiltern von Kraftfahrzeugen verwendet, um deren Effizienz bei der Absorption und Zersetzung von Kohlenmonoxid (CO) zu erhöhen. Dies reduziert die Umweltverschmutzung.

- Es wurde ein Alginat-Hydroxylapatit-Komplex synthetisiert, dessen Feldversuche gezeigt haben, dass er durch den Mechanismus des Ionenaustausches Fluor absorbieren kann.

- Hydroxyapatit wird als chromatographisches Medium für Proteine ​​verwendet. Dies ergibt positive Ladungen (Ca⁺⁺) und negativ (PO₄^-3), so kann es mit elektrisch geladenen Proteinen interagieren und deren Trennung durch Ionenaustausch ermöglichen.

- Hydroxyapatit wurde auch als Träger für die Elektrophorese von Nukleinsäuren verwendet. Trennen Sie DNA von RNA sowie DNA von einem einzelnen Strang von zweisträngiger DNA.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Hydroxyapatit ist ein weißer Feststoff, der gräuliche, gelbe und grüne Töne annehmen kann. Da es ein kristalliner Feststoff ist, hat es hohe Schmelzpunkte, was auf starke elektrostatische Wechselwirkungen hinweist; Für Hydroxylapatit sind dies 1100 ºC.

Es ist dichter als Wasser mit einer Dichte von 3,05 - 3,15 g / cm³. Außerdem ist es in Wasser praktisch unlöslich (0,3 mg / ml), was auf Phosphationen zurückzuführen ist.

In sauren Medien (wie in HCl) ist es jedoch löslich. Diese Löslichkeit ist auf die Bildung von CaCl zurückzuführen₂Salz sehr gut in Wasser löslich. Phosphate sind protoniert (HPO)₄^2- und H₂PO₄^-) und interagieren besser mit Wasser.

Die Löslichkeit von Hydroxylapatit in Säuren ist in der Pathophysiologie von Karies wichtig. Die Bakterien in der Mundhöhle sezernieren Milchsäure, ein Produkt der Fermentation von Glukose, das den pH-Wert der Zahnoberfläche auf weniger als 5 senkt, so dass sich der Hydroxylapatit aufzulösen beginnt.

Fluorid (F^-) können OH-Ionen ersetzen^- in der Kristallstruktur. Wenn dies geschieht, verleiht es dem Hydroxyapatit des Zahnschmelzes gegen Säuren Widerstand.

Möglicherweise ist dieser Widerstand auf die Unlöslichkeit von CaF zurückzuführen₂ gebildet, weigerte sich, den Kristall "aufzugeben".

Referenzen

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