โครงสร้างไฮดรอกซีอะพาไทต์การสังเคราะห์ผลึกและการใช้ประโยชน์

ไฮดรอกซี เป็นแร่แคลเซียมฟอสเฟตซึ่งมีสูตรทางเคมีคือ Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. เมื่อรวมกับแร่ธาตุอื่น ๆ และอินทรียวัตถุก็ยังคงถูกบดและบดอัดเป็นวัตถุดิบที่เรียกว่าหินฟอสฟอริก คำว่าไฮดรอกซีหมายถึงประจุลบ OH^-.

ถ้าเป็นประจุลบแทนมันจะเป็นฟลูออไรด์แร่จะถูกเรียกว่าฟลูออโรอะพาไทต์ (แคลิฟอร์เนีย₁₀(PO₄)₆(F)₂; และอื่น ๆ ด้วยแอนไอออน (Cl^-, br^-, CO₃^2-, ฯลฯ ) ในทำนองเดียวกันไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นองค์ประกอบหลักของกระดูกและเคลือบฟันซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปผลึก.

จากนั้นเป็นองค์ประกอบสำคัญในเนื้อเยื่อกระดูกของสิ่งมีชีวิต ความเสถียรที่ดีเยี่ยมของแคลเซียมฟอสเฟตอื่น ๆ ช่วยให้สามารถทนต่อสภาพร่างกายได้ทำให้กระดูกมีความแข็ง ไฮดรอกซีแอปาไทต์ไม่ได้อยู่คนเดียวมันเติมเต็มการทำงานของมันด้วยคอลลาเจนโปรตีนเส้นใยของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน.

ไฮดรอกซีแอปาไทต์ (หรือไฮดรอกซีแอปาไทต์) ประกอบด้วยไอออนไอออน²⁺, แต่มันยังสามารถบรรจุไพเพอร์อื่น ๆ ในโครงสร้างของมันได้ (Mg²⁺, นา⁺) สิ่งสกปรกที่เข้าแทรกแซงในกระบวนการทางชีวเคมีอื่น ๆ ของกระดูก (เช่นการเปลี่ยนแปลง).

ดัชนี

• 1 โครงสร้าง
• 2 สรุป
• 3 ผลึกไฮดรอกซีแอปาไทต์
• 4 ใช้
  • 4.1 การใช้ทางการแพทย์และทันตกรรม
  • 4.2 การใช้ไฮดรอกซีอะพาไทต์อื่น ๆ
• 5 คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
• 6 อ้างอิง

โครงสร้าง

ภาพด้านบนแสดงให้เห็นถึงโครงสร้างของแคลเซียมไฮดรอกซีแอปาไทต์ ทรงกลมทั้งหมดครอบครองปริมาตรของครึ่งหนึ่งของ "ลิ้นชัก" หกเหลี่ยมซึ่งอีกครึ่งหนึ่งเหมือนกันกับครึ่งแรก.

ในโครงสร้างนี้ทรงกลมสีเขียวสอดคล้องกับไพเพอร์ Ca²⁺, ในขณะที่ทรงกลมสีแดงกับอะตอมออกซิเจนทรงกลมสีส้มกับอะตอมฟอสฟอรัสและทรงกลมสีขาวกับอะตอมไฮโดรเจนของ OH^-.

ไอออนของฟอสเฟตในภาพนี้มีข้อบกพร่องที่จะไม่แสดงรูปทรงเรขาคณิตแบบเตตราจูด พวกมันดูเหมือนปิรามิดที่เป็นรูปสี่เหลี่ยมแทน.

โอ้^- ให้การแสดงผลที่ตั้งอยู่ไกลจาก Ca²⁺. อย่างไรก็ตามหน่วยผลึกสามารถทำซ้ำตัวเองบนหลังคาของแรกจึงแสดงความใกล้ชิดระหว่างไอออนทั้งสอง นอกจากนี้ไอออนอื่น ๆ สามารถถูกแทนที่ด้วยอื่น ๆ (นา⁺ และ F^-, ตัวอย่าง).

การสังเคราะห์

ไฮดรอกซีแอปาไทต์สามารถสังเคราะห์ได้โดยปฏิกิริยาของแคลเซียมไฮดรอกไซด์กับกรดฟอสฟอริก:

10 Ca (OH)₂ + 6 ชม₃PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 18 ชม₂O

ไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂) แสดงโดยสองหน่วยของสูตร Ca₅(PO₄)₃OH. 

เช่นเดียวกันไฮดรอกซีอะพาไทต์สามารถสังเคราะห์ผ่านปฏิกิริยาต่อไปนี้:

10 Ca (ไม่ใช่₃)_2.4H₂O + 6 NH₄H₂PO₄ => Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂  +  20 NH₄NO₃  + 52 ชั่วโมง₂O

การควบคุมความเร็วของการตกตะกอนช่วยให้ปฏิกิริยานี้สร้างอนุภาคนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์.

ผลึกไฮดรอกซีอะพาไทต์

ไอออนจะถูกบีบอัดและเติบโตขึ้นเพื่อสร้างผลึกชีวภาพที่แข็งแกร่งและทนทาน ใช้เป็นวัสดุชีวภาพในการสร้างกระดูก.

อย่างไรก็ตามมันต้องการคอลลาเจนซึ่งเป็นสารอินทรีย์ที่ทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์ในการเติบโต ผลึกเหล่านี้และกระบวนการก่อตัวที่ซับซ้อนจะขึ้นอยู่กับกระดูก (หรือฟัน).

ผลึกเหล่านี้จะถูกทำให้อิ่มตัวด้วยสารอินทรีย์และการประยุกต์ใช้เทคนิคกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนรายละเอียดพวกเขาในฟันเป็นมวลรวมกับรูปแบบของแท่งที่เรียกว่าปริซึม.

การใช้งาน

ใช้ในทางการแพทย์และทันตกรรม

เนื่องจากความคล้ายคลึงกันในขนาดผลึกและองค์ประกอบกับเนื้อเยื่อแข็งของมนุษย์ nanohydroxyapatite จึงเป็นที่น่าสนใจสำหรับใช้ในขาเทียม นอกจากนี้ nanohydroxyapatite สามารถเข้ากันได้ทางชีวภาพและธรรมชาตินอกเหนือจากการไม่เป็นพิษหรือการอักเสบ.

ดังนั้นเซรามิก nanohydroxyapatite จึงมีการใช้งานที่หลากหลายซึ่งรวมถึง:

- ในการผ่าตัดเนื้อเยื่อกระดูกจะใช้ในการเติมฟันผุในการผ่าตัดออร์โธพีดิกส์, บาดแผล, แม็กซิลโลเฟเชียลและการผ่าตัดทางทันตกรรม.

- มันถูกใช้เป็นสารเคลือบสำหรับการปลูกถ่ายกระดูกและฟัน มันเป็นตัวแทน desensitizing ใช้หลังการฟอกสีฟัน มันยังใช้เป็นตัวแทน remineralizing ในยาสีฟันและในการรักษาโรคฟันผุในช่วงต้น.

- สแตนเลสและไททาเนียมปลูกถ่ายมักจะเคลือบด้วยไฮดรอกซีอะพาไทต์เพื่อลดอัตราการปฏิเสธของพวกเขา.

- มันเป็นทางเลือกทดแทนการปลูกถ่ายอวัยวะ allogenic และ xenogenic กระดูก เวลาในการรักษาจะสั้นลงในที่ที่มีไฮดรอกซีอะพาไทต์มากกว่าที่ไม่มี.

- นาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์สังเคราะห์เลียนแบบไฮดรอกซีอะพาไทต์ตามธรรมชาติที่มีอยู่ในเนื้อฟันและอะพาไทต์สเตอรอยด์ดังนั้นการใช้งานจึงมีประโยชน์ในการซ่อมแซมเคลือบฟันและการรวมตัวกันในยาสีฟันรวมถึงการล้างปาก

การใช้ไฮดรอกซีอะพาไทต์อื่น ๆ

- ไฮดรอกซีอะพาไทต์ใช้ในตัวกรองอากาศของยานยนต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของสิ่งเหล่านี้ในการดูดซับและการสลายตัวของคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เป็นการลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม.

- คอมเพล็กซ์อัลจิเนต - ไฮดรอกซีอะพาไทต์ได้รับการสังเคราะห์ว่าการทดสอบภาคสนามระบุว่าสามารถดูดซับฟลูออรีนผ่านกลไกการแลกเปลี่ยนไอออน.

- ไฮดรอกซีอะพาไทต์ถูกใช้เป็นสื่อกลางทางโครมาโตกราฟีสำหรับโปรตีน สิ่งนี้นำเสนอประจุบวก (Ca⁺⁺) และลบ (PO₄^-3) ดังนั้นมันสามารถโต้ตอบกับโปรตีนที่มีประจุไฟฟ้าและอนุญาตให้แยกออกจากกันโดยการแลกเปลี่ยนไอออน.

- ไฮดรอกซีอะพาไทต์ยังถูกใช้เพื่อสนับสนุนอิเล็กโทรโฟริซิสของกรดนิวคลีอิก แยก DNA ออกจาก RNA และ DNA จากสายเดี่ยวของ DNA สองเส้น.

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

ไฮดรอกซีแอปาไทต์เป็นของแข็งสีขาวที่สามารถรับโทนสีเทาเหลืองและเขียว เนื่องจากเป็นผลึกของแข็งจึงมีจุดหลอมเหลวสูงบ่งบอกถึงการมีปฏิสัมพันธ์ของไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่ง สำหรับไฮดรอกซีอะพาไทต์นี่คือ1100ºC.

มันหนาแน่นกว่าน้ำมีความหนาแน่น 3.05 - 3.15 g / cm³. นอกจากนี้ยังไม่ละลายในน้ำ (0.3 mg / mL) ซึ่งเกิดจากฟอสเฟตไอออน.

อย่างไรก็ตามในสื่อที่เป็นกรด (เช่นเดียวกับใน HCl) จะละลายได้ ความสามารถในการละลายนี้เกิดจากการก่อตัวของ CaCl₂, เกลือละลายในน้ำสูง นอกจากนี้ฟอสเฟตจะถูกจุดชนวน (HPO)₄^2- และเอช₂PO₄^-) และโต้ตอบกับน้ำได้ดีขึ้น.

ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีอะพาไทต์ในกรดเป็นสิ่งสำคัญในพยาธิสรีรวิทยาของโรคฟันผุ แบคทีเรียในช่องปากหลั่งกรดแลคติคซึ่งเป็นผลมาจากการหมักกลูโคสซึ่งจะช่วยลดค่า pH ของพื้นผิวฟันให้น้อยกว่า 5 เพื่อให้ไฮดรอกซีอะพาไทต์เริ่มละลาย.

ฟลูออไรด์ (F^-) สามารถแทนที่ไอออน OH^- ในโครงสร้างผลึก เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นมันก่อให้เกิดความต้านทานต่อไฮดรอกซีอะพาไทต์ของสารเคลือบฟันกับกรด.

อาจเป็นไปได้ว่าการต่อต้านนี้อาจเกิดจากการละลายของ CaF₂ เกิดขึ้น, ปฏิเสธที่จะ "ละทิ้ง" คริสตัล.

การอ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์ (ฉบับที่สี่, หน้า 349, 627) Mc Graw Hill.
2. Fluidinova (2017) Hidroxylapatite สืบค้นเมื่อวันที่ 19 เมษายน 2018 จาก: fluidinova.com
3. Victoria M. , GarcíaGarduño, Reyes J. (2006) ไฮดรอกซีอะพาไทต์มีความสำคัญต่อเนื้อเยื่อแร่และการประยุกต์ใช้ทางชีวการแพทย์ TIP สมุดรายวันเฉพาะในวิทยาศาสตร์เคมีชีวภาพ, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix (05 พฤศจิกายน 2558) ไฮดรอกซี [รูป] สืบค้นเมื่อวันที่ 19 เมษายน 2018 จาก: commons.wikimedia.org
5. Martin.Neitsov (25 พฤศจิกายน 2558) Hüdroksüapatiidi kristallid [รูป] สืบค้นเมื่อวันที่ 19 เมษายน 2018 จาก: commons.wikimedia.org
6. วิกิพีเดีย (2018) hydroxylapatite สืบค้นเมื่อวันที่ 19 เมษายน 2018 จาก: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. กระดูก. สืบค้นเมื่อวันที่ 19 เมษายน 2018 จาก: c14dating.com