ไฮดรอกซีอะพาไทต์: โครงสร้างการสังเคราะห์ผลึกและการใช้ประโยชน์
ไฮดรอกซีอะพาไทต์ เป็นแร่แคลเซียมฟอสเฟตซึ่งมีสูตรทางเคมีคือ Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 เมื่อรวมกับแร่ธาตุอื่น ๆ และอินทรียวัตถุก็ยังคงถูกบดและบดอัดเป็นวัตถุดิบที่เรียกว่าหินฟอสฟอริก คำว่า "ไฮดรอกซี" หมายถึง OH-anion
หากแทนที่จะเป็นไอออนนั้นคือฟลูออไรด์แร่จะถูกเรียกว่าฟลูออโรอะพาไทต์ (Ca 10 (PO 4 ) 6 (F) 2 และอื่น ๆ กับแอนไอออนอื่น ๆ (Cl-, Br-, CO 3 2- เป็นต้น) ไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นองค์ประกอบหลักของอนินทรีย์ของกระดูกและเคลือบฟันซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในรูปผลึก
จากนั้นเป็นองค์ประกอบสำคัญในเนื้อเยื่อกระดูกของสิ่งมีชีวิต ความเสถียรที่ยอดเยี่ยมของแคลเซียมฟอสเฟตอื่น ๆ ช่วยให้สามารถทนต่อสภาพร่างกายทำให้กระดูกมีความแข็ง ไฮดรอกซีอะพาไทต์ไม่ได้อยู่คนเดียวมันเติมเต็มการทำงานของมันพร้อมกับคอลลาเจนโปรตีนเส้นใยของเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน
ไฮดรอกซีอะพาไทต์ (หรือไฮดรอกซีแอปาไทต์) มีไอออนของ Ca2 + แต่มันยังสามารถเก็บประจุบวกอื่น ๆ (Mg2 +, Na +) ในโครงสร้างของมันสิ่งสกปรกที่เข้ามาแทรกแซงในกระบวนการชีวเคมีอื่น ๆ
โครงสร้าง
ภาพด้านบนแสดงให้เห็นถึงโครงสร้างของแคลเซียมไฮดรอกซีแอปาไทต์ ทรงกลมทั้งหมดครอบครองปริมาตรของครึ่งหนึ่งของ "กล่อง" หกเหลี่ยมซึ่งอีกครึ่งหนึ่งเหมือนกันกับครึ่งแรก
ในโครงสร้างนี้ทรงกลมสีเขียวสอดคล้องกับ Ca2 + ไพเพอร์ในขณะที่ทรงกลมสีแดงสอดคล้องกับอะตอมออกซิเจนทรงกลมสีส้มตรงกับอะตอมฟอสฟอรัสและทรงกลมสีขาวสอดคล้องกับอะตอมไฮโดรเจนของ OH-
ไอออนของฟอสเฟตในภาพนี้มีข้อบกพร่องที่จะไม่แสดงรูปทรงเรขาคณิตแบบเตตราจูด แต่ดูเหมือนว่าปิรามิดที่มีฐานสี่เหลี่ยมแทน
OH- ให้ความประทับใจว่าอยู่ไกลจาก Ca2 + อย่างไรก็ตามหน่วยผลึกสามารถทำซ้ำตัวเองบนหลังคาของแรกจึงแสดงความใกล้ชิดระหว่างไอออนทั้งสอง นอกจากนี้ไอออนอื่น ๆ สามารถถูกแทนที่ด้วยอื่น ๆ (เช่น Na + และ F-)
การสังเคราะห์
ไฮดรอกซีแอปาไทต์สามารถสังเคราะห์ได้โดยปฏิกิริยาของแคลเซียมไฮดรอกไซด์กับกรดฟอสฟอริก:
10 Ca (OH) 2 + 6 H 3 PO 4 => Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 18 H 2 O
ไฮดรอกซีแอปาไทต์ (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) แสดงโดยสูตรสองหน่วย Ca 5 (PO 4 ) 3 OH
ในทำนองเดียวกันไฮดรอกซีอะพาไทต์สามารถสังเคราะห์ผ่านปฏิกิริยาต่อไปนี้:
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
การควบคุมอัตราการตกตะกอนช่วยให้ปฏิกิริยานี้สร้างอนุภาคนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์
ผลึกไฮดรอกซีอะพาไทต์
ไอออนจะถูกบีบอัดและเติบโตขึ้นเพื่อสร้างผลึกชีวภาพที่แข็งแกร่งและทนทาน ใช้เป็นวัสดุชีวภาพสำหรับการสร้างกระดูก
อย่างไรก็ตามมันต้องการคอลลาเจนซึ่งเป็นสารอินทรีย์ที่ทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์ในการเติบโต ผลึกเหล่านี้และกระบวนการก่อตัวที่ซับซ้อนจะขึ้นอยู่กับกระดูก (หรือฟัน)
ผลึกเหล่านี้จะถูกทำให้อิ่มตัวด้วยสารอินทรีย์และการประยุกต์ใช้เทคนิคกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนรายละเอียดพวกเขาในฟันเป็นมวลรวมกับรูปแบบของแท่งที่เรียกว่าปริซึม
การใช้งาน
ใช้ในทางการแพทย์และทันตกรรม
เนื่องจากความคล้ายคลึงกันในขนาดผลึกและองค์ประกอบกับเนื้อเยื่อแข็งของมนุษย์ nanohydroxyapatite จึงเป็นที่น่าสนใจสำหรับใช้ในขาเทียม นอกจากนี้ nanohydroxyapatite สามารถเข้ากันได้ทางชีวภาพและธรรมชาติรวมทั้งไม่เป็นพิษหรืออักเสบ
ดังนั้นเซรามิกส์ nanohydroxyapatite จึงมีการใช้งานที่หลากหลายซึ่งรวมถึง:
- ในการผ่าตัดเนื้อเยื่อกระดูกจะใช้ในการกรอกฟันผุในการผ่าตัดศัลยกรรมกระดูก, เกี่ยวกับบาดแผล, ใบหน้าและใบหน้า
- ใช้เป็นสารเคลือบสำหรับรากฟันเทียมและทันตกรรม มันเป็นตัวแทน desensitizing ใช้หลังการฟอกสีฟัน มันยังใช้เป็นตัวแทน remineralizing ในยาสีฟันและในการรักษาโรคฟันผุในช่วงต้น
- การปลูกถ่ายสแตนเลสและไทเทเนียมมักเคลือบด้วยไฮดรอกซีอะพาไทต์เพื่อลดอัตราการปฏิเสธ
- เป็นทางเลือกทดแทนการปลูกถ่ายอวัยวะ allogenic และ xenogenic bone เวลาในการรักษาจะสั้นลงในที่ที่มีไฮดรอกซีอะพาไทต์มากกว่าที่ไม่มี
- นาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์สังเคราะห์เลียนแบบไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่มีอยู่ตามธรรมชาติในเนื้อฟันและอะพาไทต์สเตอรอยด์ดังนั้นการใช้งานจึงมีประโยชน์ในการซ่อมแซมเคลือบฟันและการรวมตัวในยาสีฟัน
การใช้ไฮดรอกซีอะพาไทต์อื่น ๆ
- ไฮดรอกซีอะพาไทต์ใช้ในตัวกรองอากาศของยานยนต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของสิ่งเหล่านี้ในการดูดซับและการสลายตัวของคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เป็นการลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม
- อัลจิเนต - ไฮดรอกซีอะพาไทต์คอมเพล็กซ์ได้รับการสังเคราะห์ว่าการทดสอบภาคสนามแสดงให้เห็นว่ามันสามารถดูดซับฟลูออรีนผ่านกลไกการแลกเปลี่ยนไอออน
- ไฮดรอกซีอะพาไทต์ถูกใช้เป็นสื่อกลางทางโครมาโตกราฟีสำหรับโปรตีน สิ่งนี้นำเสนอประจุบวก (Ca ++) และประจุลบ (PO 4 -3) ดังนั้นจึงสามารถโต้ตอบกับโปรตีนที่มีประจุไฟฟ้าและอนุญาตให้แยกได้โดยการแลกเปลี่ยนไอออน
- ไฮดรอกซีอะพาไทต์ยังถูกใช้เพื่อสนับสนุนอิเล็กโทรโฟริซิสของกรดนิวคลีอิก แยก DNA จาก RNA และ DNA จากสายเดี่ยวของ DNA แบบสองสาย
คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
ไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นของแข็งสีขาวที่สามารถรับโทนสีเทาเหลืองและเขียว เนื่องจากเป็นผลึกของแข็งจึงมีจุดหลอมเหลวสูงบ่งบอกถึงการมีปฏิสัมพันธ์ของไฟฟ้าสถิตที่แข็งแกร่ง สำหรับไฮดรอกซีอะพาไทต์นี่คือ 1100 ºC
มันหนาแน่นกว่าน้ำมีความหนาแน่น 3.05 - 3.15 g / cm3 นอกจากนี้ยังไม่ละลายในน้ำ (0.3 mg / mL) ซึ่งเกิดจากฟอสเฟตไอออน
อย่างไรก็ตามในสื่อที่เป็นกรด (เช่นเดียวกับใน HCl) จะละลายได้ ความสามารถในการละลายนี้เกิดจากการก่อตัวของ CaCl 2 ซึ่งเป็นเกลือที่ละลายในน้ำได้สูง นอกจากนี้ฟอสเฟตจะถูกจุดชนวน (HPO 4 2 และ H 2 PO 4 -) และมีปฏิสัมพันธ์กับน้ำในระดับที่สูงขึ้น
ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีอะพาไทต์ในกรดเป็นสิ่งสำคัญในพยาธิสรีรวิทยาของโรคฟันผุ แบคทีเรียในช่องปากหลั่งกรดแลคติคซึ่งเป็นผลมาจากการหมักกลูโคสซึ่งช่วยลดค่า pH ของพื้นผิวฟันให้น้อยกว่า 5 เพื่อให้ไฮดรอกซีอะพาไทต์เริ่มละลาย
ฟลูออรีน (F-) สามารถแทนที่ OH- ions ในโครงสร้างผลึก เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นมันก่อให้เกิดความต้านทานต่อไฮดรอกซีอะพาไทต์ของสารเคลือบฟันกับกรด
อาจเป็นไปได้ความต้านทานนี้อาจเกิดจากการละลายของ CaF 2 ที่ เกิดขึ้นไม่ยอม "ปล่อย" คริสตัล
