هيدروكسيباتيت: هيكل ، توليف ، بلورات واستخدامات
هيدروكسيباتيت هو معدن فوسفات الكالسيوم ، الذي تركيبة كيميائية له هي Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 . جنبا إلى جنب مع غيرها من المعادن والمواد العضوية لا تزال سحق والمدمجة ، فإنه يشكل المواد الخام المعروفة باسم الصخور الفوسفورية. يشير المصطلح "hydroxy" إلى OH.
إذا كان الفلوريد بدلاً من ذلك الأنيون ، فسيُسمى الفلورأباتيت (Ca 10 (PO 4 ) 6 (F) 2 ، وهكذا مع الأنيونات الأخرى (Cl- ، Br- ، CO 3 2- ، إلخ). ، هيدروكسيباتيت هو المكون الرئيسي غير العضوي للعظام ومينا الأسنان ، في الغالب في شكل بلوري.
ثم ، هو عنصر حيوي في الأنسجة العظمية للكائنات الحية. استقرارها الكبير ضد فوسفات الكالسيوم الأخرى يسمح لها بمقاومة الظروف الفسيولوجية ، مما يعطي العظام صلابة مميزة. هيدروكسيباتيت ليس وحده: إنه يفي بوظيفته مصحوبة بالكولاجين ، وهو البروتين الليفي للأنسجة الضامة.
يحتوي Hydroxyapatite (أو hydroxylapatite) على أيونات Ca2 + ، ولكن يمكنه أيضًا إيواء الكاتيونات الأخرى (Mg2 + ، Na +) في بنيته ، الشوائب التي تتدخل في العمليات الكيميائية الحيوية الأخرى للعظام (مثل إعادة التشكيل).
هيكل
الصورة العليا توضح هيكل هيدروكسيباتيت الكالسيوم. تشغل جميع المجالات حجم نصف مربع "سداسي" ، حيث يكون النصف الآخر مطابقًا للنصف الأول.
في هذا الهيكل ، تتوافق الكرات الخضراء مع الكاتيونات Ca2 + ، في حين تتوافق الكرات الحمراء مع ذرات الأكسجين ، وتتوافق الكرات البرتقالية مع ذرات الفسفور ، وتتوافق الكرات البيضاء مع ذرة الهيدروجين في OH-.
عيوب أيونات الفوسفات في هذه الصورة هي عدم إظهار هندسة رباعية السطوح ؛ بدلاً من ذلك ، تبدو مثل الأهرامات ذات قواعد مربعة.
يعطي OH- الانطباع بأنه يقع بعيدًا عن Ca2 +. ومع ذلك ، يمكن للوحدة البلورية أن تكرر نفسها على سطح الأولى ، مما يدل على قربها من كلتا الأيونات. أيضًا ، يمكن استبدال هذه الأيونات بآخرين (Na + و F- ، على سبيل المثال).
تركيب
يمكن تصنيع هيدروكسيلباتيت بتفاعل هيدروكسيد الكالسيوم مع حمض الفوسفوريك:
10 Ca (OH) 2 + 6 H 3 PO 4 => Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 18 H 2 O
يتم التعبير عن هيدروكسيباتيت (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) بوحدتين من الصيغة Ca 5 (PO 4 ) 3 OH.
وبالمثل ، يمكن تصنيع هيدروكسيباتيت من خلال التفاعل التالي:
10 Ca (NO 3 ) 2. 4H 2 O + 6 NH 4 H 2 PO 4 => Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 20 NH 4 NO 3 + 52 H 2 O
السيطرة على معدل هطول الأمطار يسمح هذا التفاعل لتوليد جزيئات هيدروكسيباتيت النانوية.
بلورات هيدروكسيباتيت
يتم ضغط الأيونات وتنمو لتشكيل بلورة حيوية صلبة ومقاومة. يستخدم هذا كمواد حيوية لتمعدن العظام.
ومع ذلك ، فإنه يحتاج إلى الكولاجين ، وهو دعم عضوي يعمل بمثابة قالب لنموه. تعتمد هذه البلورات وعمليات تشكيلها المعقدة على العظام (أو السن).
تنمو هذه البلورات مشربة بالمواد العضوية ، وقد قام تطبيق تقنيات الفحص المجهري الإلكتروني بتفصيلها في الأسنان على أنها مجاميع بأشكال من القضبان تسمى المنشورات.
تطبيقات
الاستخدام الطبي وطب الأسنان
نظرًا لتشابهها في الحجم والتبلور والتكوين مع الأنسجة البشرية الصلبة ، فإن مادة النانو هيدروكسي أباتيت جذابة للاستخدام في الأطراف الصناعية. أيضا ، nanohydroxyapatite متوافق حيويا ، حيوي وطبيعي ، وكذلك لا يكون سامًا أو التهابيًا.
وفقًا لذلك ، يحتوي السيراميك النانوي هيدروكسيباتيت على مجموعة متنوعة من التطبيقات ، والتي تشمل:
- في جراحة أنسجة العظم تستخدم في ملء التجاويف في جراحات العظام والصدمات والوجه والفكين والأسنان.
- يستخدم كطلاء لجراحة العظام والأسنان. وهو عامل مزيل للتحسس يستخدم بعد تبييض الأسنان. كما أنه يستخدم كعامل إعادة التمعدن في معاجين الأسنان وفي العلاج المبكر للتسوس.
- غالبًا ما يتم طلاء الفولاذ المقاوم للصدأ وزرع التيتانيوم بهيدروكسيباتيت لتقليل معدل الرفض.
- إنه بديل لطعوم العظم الخيفي ونسج المنشأ. وقت الشفاء هو أقصر في وجود هيدروكسيباتيت من في غيابه.
- يحاكي nanohydroxyapatite التخليقي هيدروكسياباتيت الموجود بشكل طبيعي في الأنتيت والأنتين الستيرويد ، لذلك استخدامه مفيد في إصلاح المينا وإدخاله في معاجين الأسنان ، وكذلك يشطف الفم
استخدامات أخرى للهيدروكسيباتيت
- يستخدم هيدروكسيباتيت في مرشحات الهواء للسيارات لزيادة كفاءة هذه في امتصاص أول أكسيد الكربون (CO). هذا يقلل من التلوث البيئي.
- تم تجميع مركب ألجينات هيدروكسيباتيت أن الاختبارات الحقلية أشارت إلى أنه قادر على امتصاص الفلور من خلال آلية التبادل الأيوني.
- يستخدم هيدروكسيباتيت كوسيط كروماتوغرافي للبروتينات. يقدم هذا شحنة موجبة (Ca ++) وشحنات سالبة (PO 4 -3) ، بحيث يمكنه التفاعل مع البروتينات المشحونة كهربائيًا والسماح بفصلها بواسطة التبادل الأيوني.
- كما تم استخدام هيدروكسيباتيت كدعم للالكهربائي للأحماض النووية. فصل الحمض النووي من الحمض النووي الريبي ، وكذلك الحمض النووي من حبلا واحد من الحمض النووي المزدوج حبلا.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية
هيدروكسيباتيت هو مادة صلبة بيضاء يمكنها الحصول على نغمات رمادية وصفراء وخضراء. نظرًا لكونها مادة صلبة بلورية ، فهي تحتوي على نقاط انصهار عالية ، مما يدل على التفاعلات الإلكتروستاتية القوية ؛ لهيدروكسيباتيت ، وهذا هو 1100 درجة مئوية.
إنها أكثر كثافة من الماء ، بكثافة تتراوح بين 3.05 - 3.15 جم / سم 3. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه غير قابل للذوبان عملياً في الماء (0.3 ملغ / مل) ، والذي يرجع إلى أيونات الفوسفات.
ومع ذلك ، في الوسائط الحمضية (كما هو الحال في حمض الهيدروكلوريك) فإنه قابل للذوبان. هذا الذوبان يرجع إلى تكوين CaCl 2 ، وهو ملح شديد الذوبان في الماء. أيضا ، يتم البروتونات الفوسفات (HPO 4 2- و H 2 PO 4 -) وتتفاعل بدرجة أكبر مع الماء.
ذوبان هيدروكسيباتيت في الأحماض مهم في الفيزيولوجيا المرضية للتسوس. تفرز البكتيريا الموجودة في التجويف الفموي حمض اللبنيك ، وهو منتج لتخمر الجلوكوز ، مما يقلل من درجة الحموضة في سطح الأسنان إلى أقل من 5 ، بحيث يبدأ هيدروكسيباتيت في الذوبان.
يمكن أن يحل الفلور (F-) محل الأكسجين في التركيب البلوري. عندما يحدث هذا فإنه يساهم في مقاومة هيدروكسيباتيت من مينا الأسنان ضد الأحماض.
ربما ، قد تكون هذه المقاومة بسبب عدم قابلية CaF 2 المشكلة ، ورفض "ترك" البلورة.
