Struttura idrossiapatite, sintesi, cristalli e usi

il idrossiapatite è un minerale di calcio fosfato, la cui formula chimica è Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Insieme ad altri minerali e residui di materia organica frantumati e compattati, forma la materia prima nota come roccia fosfatica. Il termine idrossi si riferisce all'anione OH^-.

Se invece di quell'anione fosse fluoruro, il minerale si chiamerebbe fluoroapatite (Ca₁₀(PO₄)₆(F)₂; e così con altri anioni (Cl^-, Fr^-, CO₃^2-, ecc.). Allo stesso modo, l'idrossiapatite è il principale componente inorganico delle ossa e dello smalto dentale, prevalentemente in forma cristallina.

Quindi, è un elemento vitale nei tessuti ossei degli esseri viventi. La sua grande stabilità contro altri fosfati di calcio gli consente di resistere a condizioni fisiologiche, dando alle ossa la loro caratteristica durezza. L'idrossiapatite non è la sola: svolge la sua funzione accompagnata dal collagene, la proteina fibrosa dei tessuti connettivi.

L'idrossiapatite (o idrossiapatite) contiene ioni Ca²⁺, ma può anche contenere altri cationi nella sua struttura (Mg²⁺, Na⁺), impurità che intervengono in altri processi biochimici delle ossa (come il rimodellamento).

indice

• 1 struttura
• 2 Riepilogo
• 3 cristalli di idrossiapatite
• 4 usi
  • 4.1 Uso medico e dentistico
  • 4.2 Altri usi di idrossiapatite
• 5 Proprietà fisiche e chimiche
• 6 riferimenti

struttura

L'immagine in alto illustra la struttura dell'idrossiapatite di calcio. Tutte le sfere occupano il volume della metà di una "scatola" esagonale, dove l'altra metà è identica alla prima.

In questa struttura le sfere verdi corrispondono ai cationi Ca²⁺Mentre le sfere rosse all'ossigeno, arancione agli atomi di fosforo, bianco e l'atomo di idrogeno del OH^-.

Gli ioni fosfato in questa immagine hanno il difetto di non esibire una geometria tetraedrica; invece, sembrano piramidi a base quadrata.

L'OH^- dà l'impressione che si trovi lontano dal Ca²⁺. Tuttavia, l'unità cristallina può ripetersi sul tetto del primo, mostrando così la stretta vicinanza tra entrambi gli ioni. Inoltre, questi ioni possono essere sostituiti da altri (Na⁺ e F^-per esempio).

sintesi

L'idrossiapatite può essere sintetizzata dalla reazione dell'idrossido di calcio con l'acido fosforico:

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

Idrossiapatite (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) è espresso da due unità di formula Ca₅(PO₄)₃OH.

Allo stesso modo, l'idrossiapatite può essere sintetizzata attraverso la seguente reazione:

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

Il controllo della velocità di precipitazione consente a questa reazione di generare nanoparticelle di idrossiapatite.

Cristalli di idrossiapatite

Gli ioni sono compattati e crescono fino a formare una biocristallina rigida e resistente. Questo è usato come un biomateriale di mineralizzazione ossea.

Tuttavia, ha bisogno di collagene, supporto organico che funge da muffa per la sua crescita. Questi cristalli e i loro complicati processi di formazione dipenderanno dall'osso (o dal dente).

Questi cristalli crescono infusi con materia organica, e l'applicazione di tecniche di microscopia elettronica descritti nei denti come aggregati forme di aste chiamati prismi.

applicazioni

Uso medico e dentistico

A causa della sua somiglianza per dimensioni, cristallografia e composizione con tessuto umano duro, la nanoidrossiapatite è interessante per l'uso nelle protesi. Inoltre, la nanoidrossiapatite è biocompatibile, bioattiva e naturale, oltre a non essere tossica o infiammatoria.

Di conseguenza, le ceramiche nanoidrossiapatite hanno una varietà di applicazioni, che includono:

- In chirurgia ossea è utilizzato nel riempimento di cavità in chirurgia ortopedica, ortopedica, maxillo-facciale e dentale.

- È usato come rivestimento per protesi ortopediche e dentali. È un agente desensibilizzante utilizzato dopo lo sbiancamento dei denti. È anche usato come agente rimineralizzante nei dentifrici e nel trattamento precoce della carie.

- Gli impianti in acciaio inossidabile e titanio sono spesso rivestiti con idrossiapatite per ridurre il loro tasso di rifiuto.

- È un'alternativa agli innesti ossei allogenici e xenogenici. Il tempo di guarigione è più breve in presenza di idrossiapatite che in sua assenza.

- sintetici imita nanohidroxiapatita idrossiapatite naturalmente presenti nella dentina e esmáltica apatite, il che è vantaggioso per l'impiego nella riparazione smalto e incorporazione nei dentifrici e collutori in

Altri usi di idrossiapatite

- idrossiapatite è utilizzato in filtri d'aria degli autoveicoli per aumentare l'efficienza di questi assorbimento e decomposizione di monossido di carbonio (CO). Questo riduce l'inquinamento ambientale.

- Un complesso di alginato-idrossiapatite è stato sintetizzato che i test sul campo hanno indicato che è in grado di assorbire fluoro attraverso il meccanismo dello scambio ionico.

- L'idrossiapatite viene utilizzata come mezzo cromatografico per le proteine. Questo presenta cariche positive (Ca⁺⁺) e negativo (PO₄^-3), in modo che possa interagire con le proteine ​​caricate elettricamente e consentire la loro separazione per scambio ionico.

- L'idrossiapatite è stata anche utilizzata come supporto per l'elettroforesi degli acidi nucleici. Separare il DNA dall'RNA e il DNA da un singolo filamento di DNA a due eliche.

Proprietà fisiche e chimiche

L'idrossiapatite è un solido bianco in grado di acquisire tonalità grigiastre, gialle e verdi. Poiché è un solido cristallino, ha alti punti di fusione, indicativi di forti interazioni elettrostatiche; per l'idrossiapatite, si tratta di 1100 ° C.

È più denso dell'acqua, con una densità di 3,05 - 3,15 g / cm³. Inoltre, è praticamente insolubile in acqua (0,3 mg / ml), che è dovuto agli ioni fosfato.

Tuttavia, nei terreni acidi (come in HCl) è solubile. Questa solubilità è dovuta alla formazione di CaCl₂, sale altamente solubile in acqua. Inoltre, i fosfati sono protonati (HPO)₄^2- e H₂PO₄^-) e interagire meglio con l'acqua.

La solubilità dell'idrossiapatite negli acidi è importante nella fisiopatologia della carie. I batteri nella cavità orale secernono acido lattico, prodotto della fermentazione del glucosio, che abbassa il pH della superficie del dente a meno di 5, quindi l'idrossiapatite inizia a dissolversi.

Fluoruro (F^-) può sostituire gli ioni OH^- nella struttura cristallina. Quando ciò accade, dà resistenza all'idrossiapatite dello smalto dei denti contro gli acidi.

Forse, questa resistenza può essere dovuta all'insolubilità di CaF₂ formato, rifiutando di "abbandonare" il cristallo.

riferimenti

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