HYDROXYAPATITE: STRUKTUR, SINTESIS, KRISTAL DAN KEGUNAAN - KIMIA - 2026

The Hydroxyapatite adalah mineral kalsium fosfat, yang formula kimia adalah Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ . Bersama dengan mineral lain dan sisa bahan organik yang dihancurkan dan dipadatkan, ia membentuk bahan mentah yang dikenali sebagai batuan fosfat. Istilah hidroksi merujuk kepada OH ^- anion .

Sekiranya bukan anion ini adalah fluorida, mineral itu akan dipanggil fluoroapatite (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (F) ₂ ; dan seterusnya dengan anion lain (Cl ^- , Br ^- , CO ₃ ^2– , dll.). , hidroksiapatit adalah komponen anorganik utama tulang dan enamel pergigian, terutamanya terdapat dalam bentuk kristal.

Jadi, ia adalah elemen penting dalam tisu tulang makhluk hidup. Kestabilannya yang tinggi terhadap kalsium fosfat lain memungkinkannya untuk menahan keadaan fisiologi, memberikan ciri-ciri kekerasan pada tulang. Hydroxyapatite tidak bersendirian: ia memenuhi fungsinya disertai dengan kolagen, protein berserat dalam tisu penghubung.

Hydroxyapatite (atau hydroxylapatite) mengandungi ion Ca ²⁺ , tetapi ia juga dapat menempatkan kation lain (Mg ²⁺ , Na ⁺ ) dalam strukturnya , kekotoran yang campur tangan dalam proses biokimia tulang lain (seperti pembentukan semula mereka).

Struktur

Gambar atas menggambarkan struktur kalsium hidroksiapatit. Semua sfera menempati isipadu satu setengah dari "laci" heksagon, di mana separuh yang lain sama dengan yang pertama.

Dalam struktur ini, sfera hijau sesuai dengan kation Ca ²⁺ , sementara sfera merah sesuai dengan atom oksigen, sfera oren ke atom fosfor, dan sfera putih ke atom hidrogen OH ^- .

Ion fosfat dalam gambar ini mempunyai kecacatan tidak menunjukkan geometri tetrahedral; sebaliknya mereka kelihatan seperti piramid dengan asas persegi.

OH ^- memberikan gambaran bahawa ia terletak jauh dari Ca ²⁺ . Walau bagaimanapun, unit kristal dapat mengulang dirinya di bumbung yang pertama, sehingga menunjukkan kedekatan antara kedua-dua ion. Begitu juga, ion-ion ini boleh digantikan oleh yang lain ( contohnya Na ⁺ dan F ^- ).

Sintesis

Hydroxylapatite dapat disintesis dengan bertindak balas kalsium hidroksida dengan asid fosforik:

10 Ca (OH) ₂ + 6 H ₃ PO ₄ => Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ + 18 H ₂ O

Hydroxyapatite (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ ) dinyatakan oleh dua unit formula Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH.

Begitu juga, hidroksiapatit dapat disintesis melalui tindak balas berikut:

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

Mengawal kadar pemendakan membolehkan tindak balas ini menghasilkan nanopartikel hidroksiapatit.

Kristal hidroksiapatit

Ion padat dan tumbuh untuk membentuk biokristal yang kuat dan tegar. Ini digunakan sebagai biomaterial untuk mineralisasi tulang.

Namun, ia memerlukan kolagen, sokongan organik yang bertindak sebagai acuan untuk pertumbuhannya. Kristal ini dan proses pembentukannya yang rumit akan bergantung pada tulang (atau gigi).

Kristal ini tumbuh diresapi dengan bahan organik, dan penerapan teknik mikroskop elektron memperincikannya pada gigi sebagai agregat berbentuk batang yang disebut prisma.

Permohonan

Penggunaan perubatan dan pergigian

Oleh kerana persamaannya dalam ukuran, kristalografi, dan komposisi dengan tisu manusia yang keras, nanohidroksiapatit menarik untuk digunakan dalam prostetik. Juga, nanohydroxyapatite bersifat biokompatibel, bioaktif dan semula jadi, selain tidak beracun atau radang.

Oleh itu, seramik nanohydroxyapatite mempunyai pelbagai aplikasi, termasuk:

- Dalam pembedahan tisu tulang, ia digunakan untuk mengisi rongga pada pembedahan ortopedik, trauma, rahang atas dan gigi.

- Ia digunakan sebagai salutan untuk implan ortopedik dan gigi. Ia adalah agen desensitizing yang digunakan selepas pemutihan gigi. Ia juga digunakan sebagai agen penyegar semula ubat gigi dan rawatan rongga awal.

- Implan keluli tahan karat dan titanium sering dilapisi dengan hidroksiapatit untuk mengurangkan kadar penolakannya.

- Ini adalah alternatif untuk cantuman tulang allogeneic dan xenogeneic. Masa penyembuhan lebih pendek apabila terdapat hidroksiapatit daripada ketiadaannya.

- nanohydroxyapatite sintetik meniru hidroksiapatit yang terdapat secara semula jadi dalam dentin dan apel enamel, menjadikannya bermanfaat untuk digunakan dalam pembaikan dan penggabungan enamel pada pasta gigi, dan juga pada ubat kumur

Penggunaan hidroksiapatit lain

- Hydroxyapatite digunakan dalam penapis udara kenderaan bermotor untuk meningkatkan kecekapan mereka dalam menyerap dan menguraikan karbon monoksida (CO). Ini mengurangkan pencemaran alam sekitar.

- Kompleks alginat-hidroksiapatit telah disintesis bahawa ujian lapangan menunjukkan bahawa ia mampu menyerap fluorida melalui mekanisme pertukaran ion.

- Hydroxyapatite digunakan sebagai medium kromatografi untuk protein. Ia mempunyai cas positif (Ca ⁺⁺ ) dan cas negatif (PO ₄ ^-3 ), sehingga dapat berinteraksi dengan protein yang dicas elektrik dan membiarkannya terpisah dengan pertukaran ion.

- Hydroxyapatite juga telah digunakan sebagai sokongan untuk elektroforesis asid nukleik. Adalah mungkin untuk memisahkan DNA dari RNA, dan juga DNA untai tunggal dari DNA dua helai.

Sifat fizikal dan kimia

Hydroxyapatite adalah pepejal putih yang dapat menerima warna kelabu, kuning dan kehijauan. Oleh kerana ia adalah pepejal kristal, ia mempunyai titik lebur yang tinggi, menunjukkan adanya interaksi elektrostatik yang kuat; untuk hidroksiapatit, ini ialah 1100ºC.

Lebih padat daripada air, dengan ketumpatan 3.05 - 3.15 g / cm ³ . Selain itu, praktikalnya tidak larut dalam air (0.3 mg / mL), disebabkan oleh ion fosfat.

Walau bagaimanapun, dalam media berasid (seperti dalam HCl) ia larut. Kelarutan ini disebabkan oleh pembentukan CaCl ₂ , garam yang sangat larut dalam air. Begitu juga, fosfat dilindungi (HPO ₄ ^2– dan H ₂ PO ₄ ^- ) dan berinteraksi dengan air dengan tahap yang lebih baik.

Kelarutan hidroksiapatit dalam asid penting dalam patofisiologi karies. Bakteria di rongga mulut mengeluarkan asid laktik, produk penapaian glukosa, yang menurunkan pH permukaan gigi menjadi kurang dari 5, sehingga hidroksiapatit mulai larut.

Fluorine (F ^- ) boleh menggantikan OH ^- ion dalam struktur kristal. Apabila ini berlaku, ia memberikan ketahanan terhadap hidroksiapatit enamel gigi terhadap asid.

Mungkin, rintangan ini mungkin disebabkan oleh larutan CaF _{2 yang tidak} larut , enggan "meninggalkan" kristal.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat, ms 349, 627). Bukit Mc Graw.
2. Fluidinova. (2017). Hidroksilapatit. Diakses pada 19 April 2018, dari: fluidinova.com
3. Victoria M., García Garduño, Reyes J. (2006). Hydroxyapatite, kepentingannya dalam tisu mineral dan aplikasi bioperubatannya. TIP Jurnal Khusus dalam Sains Kimia-Biologi, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix. (5 November 2015). Hidroksiapatit. . Diakses pada 19 April 2018, dari: commons.wikimedia.org
5. Martin Neitsov. (2015, 25 November). Hüdroksüapatiidi kristallid. . Diakses pada 19 April 2018, dari: commons.wikimedia.org
6. Wikipedia. (2018). Hidroksilapatit. Diakses pada 19 April 2018, dari: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey. Tulang. Diakses pada 19 April 2018, dari: c14dating.com