Hydroksyapatyt - Hydroxyapatite
Hydroksyapatyt | |
---|---|
Ogólny | |
Kategoria |
Minerał fosforanowy Grupa apatytów |
Formuła (jednostka powtarzalna) |
Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) |
Klasyfikacja Strunza | 8.BN.05 |
Kryształowy system | Sześciokątny |
Klasa kryształu | Dipiramidalny (6/m) Symbol HM (6/m) |
Grupa kosmiczna | P 6 3 /m² |
Komórka elementarna | a = 9,41 Å, c = 6,88 Å; Z = 2 |
Identyfikacja | |
Masa formuły | 502,31 g/mol |
Kolor | Bezbarwny, biały, szary, żółty, żółtawy zielony |
Kryształowy zwyczaj | W postaci kryształów tabelarycznych i stalagmitów, guzków, w krystalicznej lub masywnej skorupie |
Łupliwość | Słabe na {0001} i {10 1 0} |
Pęknięcie | Muszlakowata |
Wytrwałość | Kruchy |
Twardość skali Mohsa | 5 |
Połysk | Od szklistego do podżywicznego, ziemisty |
Pasemko | biały |
Przezroczystość | Przezroczysty do półprzezroczystego |
Środek ciężkości | 3,14-3,21 (zmierzone), 3,16 (obliczone) |
Właściwości optyczne | Jednoosiowy (-) |
Współczynnik załamania światła | n ω = 1,651 n ε = 1,644 |
Dwójłomność | = 0,007 |
Bibliografia |
Hydroksyapatyt , zwany również na hydroksyapatycie ( HA ) jest naturalnym mineralnych forma wapnia apatytu z wzoru Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH), ale zwykle jest napisane Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 w celu określenia że komórka elementarna kryształu zawiera dwie jednostki. Hydroksyapatyt jest końcowym członem hydroksylowym złożonej grupy apatytu . OH - jonowy może być zastąpiony przez fluorek , chlorek lub węglan , produkcji fluoroapatyt lub chlorapatyt . Krystalizuje w heksagonalnym układzie kryształów . Czysty proszek hydroksyapatytu jest biały. Naturalnie występujące apatyty mogą jednak mieć również brązowe, żółte lub zielone zabarwienie, porównywalne z przebarwieniami fluorozy zębów .
Do 50% objętości i 70% masy ludzkiej kości to zmodyfikowana forma hydroksyapatytu, znana jako minerał kostny . Gazowany hydroksyapatyt z niedoborem wapnia jest głównym minerałem, z którego składa się szkliwo i zębina . Kryształy hydroksyapatytu znajdują się również w małych zwapnieniach w szyszynce i innych strukturach, znanych jako corpora arenacea lub „piasek mózgowy”.
Synteza chemiczna
Hydroksyapatyt można zsyntetyzować kilkoma metodami, takimi jak osadzanie chemiczne na mokro, osadzanie biomimetyczne, metoda zol-żel (wytrącanie chemiczne na mokro) lub elektroosadzanie. Zawiesinę nanokryształów hydroksyapatytu można wytworzyć w reakcji chemicznego strącania na mokro zgodnie z poniższym równaniem reakcji:
10 Ca(OH) 2 + 6 H 3 PO 4 → Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 18 H 2 O
Zdolność do syntetycznej replikacji hydroksyapatytu ma nieocenione implikacje kliniczne, zwłaszcza w stomatologii. Każda technika daje kryształy hydroksyapatytu o różnych właściwościach, takich jak wielkość i kształt. Te zmiany mają wyraźny wpływ na biologiczne i mechaniczne właściwości związku, dlatego te produkty hydroksyapatytowe mają różne zastosowania kliniczne.
Hydroksyapatyt z niedoborem wapnia
Hydroksyapatyt z niedoborem wapnia (niestechiometryczny), Ca 10− x (PO 4 ) 6− x (HPO 4 ) x (OH) 2− x (gdzie x wynosi od 0 do 1) ma stosunek Ca/P od 1,67 do 1.5. Stosunek Ca/P jest często używany w dyskusji na temat faz fosforanu wapnia. Apatyt stechiometryczny Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ma stosunek Ca/P 10:6, zwykle wyrażony jako 1,67. Fazy niestechiometryczne mają strukturę hydroksyapatytową z wakancjami kationowymi (Ca 2+ ) i anionowymi (OH − ). Miejsca zajęte wyłącznie przez aniony fosforanowe w stechiometrycznym hydroksyapatytu są zajęte przez aniony fosforanowe lub wodorofosforanowe, HPO 4 2- , aniony. Przygotowanie tych faz z niedoborem wapnia można przygotować przez wytrącenie z mieszaniny azotanu wapnia i fosforanu diamonu o pożądanym stosunku Ca/P, na przykład, aby uzyskać próbkę o stosunku Ca/P wynoszącym 1,6:
- 9,6 Ca(NO 3 ) 2 + 6 (NH 4 ) 2 HPO 4 → Ca 9,6 (PO 4 ) 5,6 (HPO 4 ) 0,4 (OH) 1,6
Spiekanie tych niestechiometrycznych faz tworzy fazę stałą, która jest jednolitą mieszaniną fosforanu trójwapniowego i hydroksyapatytu, określaną jako dwufazowy fosforan wapnia :
- Ca 10− x (PO 4 ) 6− x (HPO 4 ) x (OH) 2− x → (1 − x ) Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 3 x Ca 3 (PO 4 ) 2
Funkcja biologiczna
Modliszka krewetka
Wypusty klubbingu Spośród Rawka błazen (Peacock Inne skorupiaki) wykonane są z niezwykle zwartej postaci minerału, który ma wyższą wytrzymałość szczególnego; doprowadziło to do zbadania możliwości potencjalnej syntezy i wykorzystania inżynieryjnego. Ich wyrostki daktylowe mają doskonałą odporność na uderzenia, ponieważ obszar uderzenia składa się głównie z krystalicznego hydroksyapatytu, który zapewnia znaczną twardość. Okresowa warstwa pod warstwą uderzeniową złożona z hydroksyapatytu o niższej zawartości wapnia i fosforu (co skutkuje znacznie niższym modułem) hamuje rozwój pęknięć, zmuszając nowe pęknięcia do zmiany kierunku. Ta warstwa okresowa zmniejsza również energię przenoszoną przez obie warstwy ze względu na dużą różnicę w module, nawet odzwierciedlając część energii padającej.
Ssak/naczelny/człowiek
Hydroksyapatyt jest obecny w kościach i zębach ; kość składa się głównie z kryształów HA umieszczonych w macierzy kolagenowej — 65 do 70% masy kości to HA. Podobnie HA stanowi 70 do 80% masy zębiny i szkliwa zębów. W szkliwie macierz HA jest tworzona przez amelogeniny i emaliny zamiast kolagenu.
Złogi hydroksyapatytu w ścięgnach wokół stawów powodują stan chorobowy zwapniającego zapalenia ścięgna .
Hydroksyapatyt w remineralizacji szkliwa zębów
Remineralizacja szkliwa zębów polega na ponownym wprowadzeniu jonów mineralnych do zdemineralizowanego szkliwa. Hydroksyapatyt jest głównym składnikiem mineralnym szkliwa w zębach. Podczas demineralizacji z hydroksyapatytu wyciągane są jony wapnia i fosforu. Jony mineralne wprowadzone podczas remineralizacji przywracają strukturę kryształów hydroksyapatytu.
Zastosowanie w stomatologii
Od 2019 r. stosowanie hydroksyapatytu lub jego syntetycznie wytworzonej formy, nanohydroksyapatytu, nie jest jeszcze powszechną praktyką. Niektóre badania sugerują jego przydatność w przeciwdziałaniu nadwrażliwości zębiny, zapobieganiu nadwrażliwości po zabiegach wybielania zębów oraz zapobieganiu próchnicy. Hydroksyapatyt skorupek jaja ptasiego może być żywotnym materiałem wypełniającym w procedurach regeneracji kości w chirurgii jamy ustnej.
Wrażliwość zębiny
Nano-hydroksyapatyt posiada bioaktywne składniki, które mogą przyspieszyć proces mineralizacji zębów, niwelując nadwrażliwość. Uważa się, że nadwrażliwość zębów jest regulowana przez płyn w kanalikach zębinowych. Mówi się, że ruch tego płynu w wyniku różnych bodźców pobudza komórki receptorowe w miazdze i wywołuje uczucie bólu. Fizyczne właściwości nano-hydroksyapatytu mogą przenikać i uszczelniać kanaliki, zatrzymując krążenie płynu, a tym samym odczuwanie bólu wywołanego bodźcami. Preferowany byłby nano-hydroksyapatyt, ponieważ odpowiada on naturalnemu procesowi remineralizacji powierzchni.
W porównaniu z alternatywnymi metodami leczenia nadwrażliwości zębiny, leczenie zawierające nano-hydroksyapatyt ma lepsze wyniki kliniczne. Udowodniono, że nano-hydroksyapatyt jest lepszy niż inne metody leczenia w zmniejszaniu wrażliwości na bodźce parowania, takie jak podmuch powietrza i bodźce dotykowe, takie jak stukanie zęba instrumentem dentystycznym. Nie zaobserwowano jednak różnicy między nano-hydroksyapatytem a innymi metodami leczenia bodźców zimna. Hydroksyapatyt wykazał znaczące średnio- i długoterminowe działanie odczulające na nadwrażliwość zębiny za pomocą bodźców parowania i wizualnej skali analogowej (wraz z azotanem potasu, argininą, aldehydem glutarowym z metakrylanem hydroksyetylu, hydroksyapatytem, systemami adhezyjnymi, cementami glasjonomerowymi i laserem).
Współśrodek do wybielania
Środki wybielające zęby uwalniają reaktywne formy tlenu, które mogą degradować szkliwo. Aby temu zapobiec, do roztworu wybielającego można dodać nanohydroksyapatyt, aby zmniejszyć wpływ środka wybielającego poprzez zablokowanie porów w szkliwie. Zmniejsza to wrażliwość po procesie wybielania.
Zapobieganie próchnicy
Nanohydroksyapatyt ma działanie remineralizujące zęby i może być stosowany w celu zapobiegania uszkodzeniom spowodowanym atakami próchnicy. W przypadku ataku kwasu przez bakterie próchnicogenne, cząsteczki nanohydroksyapatytu mogą przenikać przez pory na powierzchni zęba, tworząc warstwę ochronną. Co więcej, nanohydroksyapatyt może mieć zdolność odwracania uszkodzeń spowodowanych próchnicowymi atakami poprzez bezpośrednie zastąpienie uszkodzonych minerałów powierzchniowych lub działanie jako środek wiążący utracone jony.
W przyszłości istnieją możliwości wykorzystania nanohydroksyapatytu do inżynierii tkankowej i naprawy. Główną i najbardziej korzystną cechą nanohydroksyapatytu jest jego biokompatybilność. Jest chemicznie podobny do naturalnie występującego hydroksyapatytu i może naśladować strukturę i funkcję biologiczną struktur znajdujących się w rezydentnej macierzy zewnątrzkomórkowej. Dlatego może być stosowany jako rusztowanie dla tkanek inżynieryjnych, takich jak kość i cement. Może być stosowany do przywracania rozszczepów warg i podniebienia oraz udoskonalania istniejących praktyk, takich jak zachowanie kości wyrostka zębodołowego po ekstrakcji w celu lepszego umieszczenia implantu.
Jako materiał dentystyczny
Hydroksyapatyt jest szeroko stosowany w stomatologii oraz chirurgii szczękowo-twarzowej , ze względu na chemiczne podobieństwo do tkanek twardych.
W niektórych pastach do zębów hydroksyapatyt występuje w postaci nanokryształów (ponieważ łatwo się rozpuszczają). W ostatnich latach nanokryształy hydroksyapatytu (nHA) były stosowane w pastach do zębów w celu zwalczania nadwrażliwości zębów. Wspomagają naprawę i remineralizację szkliwa , zapobiegając w ten sposób nadwrażliwości zębów. Szkliwo zębów może ulec demineralizacji pod wpływem różnych czynników, w tym erozji kwasowej i próchnicy zębów . Nieleczona może prowadzić do odsłonięcia zębiny i późniejszego odsłonięcia miazgi zębowej . W różnych badaniach zastosowanie nanohydroksyapatytu w paście do zębów wykazało pozytywne wyniki we wspomaganiu remineralizacji szkliwa zębów.
Udowodniono, że syntetyczny hydroksyapatyt (SHA) zapewnia pomyślne wyniki w ochronie zębodołu wyrostka zębodołowego. Przeszczep zębodołu z użyciem syntetycznego hydroksyapatytu może skutkować udaną regeneracją kości.
Względy bezpieczeństwa
Komisja Europejska jest Komitet Naukowy ds Bezpieczeństwa Konsumentów (SCCS) wydał oficjalnego stanowiska w 2021 roku, gdzie uważany czy hydroksyapatyt nanomateriał był bezpieczny przy stosowaniu w pozostawiana na włosach i spłukiwany skóry i kosmetycznych ustny produktów, przy uwzględnieniu racjonalnie przewidywalnym warunki ekspozycji. Stwierdzono:
Po rozważeniu dostarczonych danych i innych istotnych informacji dostępnych w literaturze naukowej SCCS nie może stwierdzić bezpieczeństwa hydroksyapatytu złożonego z nanocząstek w kształcie pręcika do stosowania w produktach kosmetycznych do pielęgnacji jamy ustnej w maksymalnych stężeniach i specyfikacjach podanych w niniejszej opinii. Dzieje się tak, ponieważ dostępne dane/informacje nie są wystarczające, aby wykluczyć obawy dotyczące potencjału genotoksycznego HAP-nano.
Chromatografia
Mechanizm chromatografii hydroksyapatytowej jest skomplikowany i został opisany jako „tryb mieszany”. Polega ona na oddziaływaniach jonowych między dodatnio naładowanymi grupami na biocząsteczce (często białku) a grupami fosforanowymi w hydroksyapatytu oraz chelatowaniu metali między hydroksyapatytowymi jonami wapnia a ujemnie naładowanymi grupami fosforanowymi i/lub karboksylowymi na biocząsteczce. Przewidywanie skuteczności chromatografii hydroksyapatytowej na podstawie fizycznych i chemicznych właściwości pożądanego białka, które ma być oczyszczone, może być trudne. Do elucji typowo stosuje się bufor o wzrastającym stężeniu fosforanu i/lub soli obojętnej.
Użyj w archeologii
W archeologii hydroksyapatyt ze szczątków ludzkich i zwierzęcych może być analizowany w celu odtworzenia dawnych diet , migracji i paleoklimatu. Frakcje mineralne kości i zębów pełnią funkcję rezerwuaru pierwiastków śladowych , w tym węgla, tlenu i strontu. Analiza stabilnych izotopów ludzkiego i zwierzęcego hydroksyapatytu może być wykorzystana do wskazania, czy dieta miała głównie charakter lądowy czy morski (węgiel, stront); pochodzenie geograficzne i zwyczaje migracyjne zwierzęcia lub człowieka (tlen, stront) oraz rekonstrukcja temperatur i zmian klimatycznych w przeszłości (tlen). Post-depozycyjna zmiana kości może przyczynić się do degradacji kolagenu kostnego, białka wymaganego do analizy stabilnych izotopów.
Odfluoryzacja
Hydroksyapatyt jest potencjalnym adsorbentu do defluoridation z wodą do picia , tak że tworzy fluoroapatyt w procesie trójstopniowym. Hydroksyapatyt usuwa F − z wody w celu zastąpienia OH − tworząc fluoroapatyt. Jednak podczas procesu defluoryzacji hydroksyapatyt rozpuszcza się i zwiększa pH oraz stężenie jonów fosforanowych, co sprawia, że odfluorowana woda nie nadaje się do picia. Ostatnio zasugerowano technikę defluoryzacji „hydroksyapatytu z dodatkiem wapnia”, aby przezwyciężyć wymywanie fosforanów z hydroksyapatytu. Ta technika może również wpływać na cofanie się fluorozy poprzez dostarczanie alkalicznej wody pitnej wzbogaconej w wapń do obszarów dotkniętych fluorozą.
Zobacz też
Bibliografia
Zewnętrzne linki
Multimedia związane z hydroksyapatytem w Wikimedia Commons