Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гидроксиапатит
Mineraly.sk - hydroxylapatit.jpg
Кристаллы гидроксиапатита на матрице
Общий
КатегорияФосфатный минерал группа
апатита
Формула
(повторяющаяся единица)		Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)
Классификация Струнца8.BN.05
Кристаллическая системаШестиугольный
Кристалл классДипирамидальный (6 / м)
Символ HM (6 / м)
Космическая группаP 6 3 / м
Ячейкаа = 9,41 Å, с = 6,88 Å; Z = 2
Идентификация
Формула массы502,31 г / моль
ЦветБесцветный, белый, серый, желтый, желтовато-зеленый
Хрустальная привычкаВ виде пластинчатых кристаллов и сталагмитов, конкреций, от кристаллических до массивных корок.
РасщеплениеПлохо на {0001} и {10 1 0}
ПереломКонхоидальный
УпорствоХрупкий
Твердость по шкале Мооса5
БлескСтекловидное до полусмолистого, землистого
Полосабелый
ПрозрачностьОт прозрачного до полупрозрачного
Удельный вес3,14–3,21 (измерено), 3,16 (рассчитано)
Оптические свойстваОдноосный (-)
Показатель преломленияn ω = 1.651 n ε = 1.644
Двулучепреломлениеδ = 0,007
Рекомендации[1] [2] [3]
Гидроксиапатит
Игольчатые кристаллы гидроксиапатита на нержавеющей стали. Снимок с растрового электронного микроскопа Тартуского университета .
Наноразмерное покрытие Ca-HAp, изображение, полученное с помощью сканирующего зондового микроскопа
Трехмерная визуализация половины элементарной ячейки гидроксиапатита из рентгеновской кристаллографии.

Гидроксиапатит , также называемый гидроксилапатитом ( HA ), представляет собой природную минеральную форму апатита кальция с формулой Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH), но обычно ее пишут Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 для обозначения что элементарная ячейка кристалла состоит из двух частей . [4] Гидроксиапатит является концевым гидроксильным элементом сложной группы апатита . Ион ОН - можно заменить на фторид , хлорид или карбонат , с образованием фторапатита или хлорапатита . Он кристаллизуется в гексагональной кристаллической системе . Чистый порошок гидроксиапатита белого цвета. Однако встречающиеся в природе апатиты также могут иметь коричневый, желтый или зеленый цвет, сравнимый с изменением цвета при флюорозе зубов .

До 50% по объему и 70% по массе кости человека составляют модифицированная форма гидроксиапатита, известного как костный минерал . [5] Карбонизированный гидроксиапатит с дефицитом кальция является основным минералом, из которого состоят зубная эмаль и дентин . Кристаллы гидроксиапатита также встречаются в небольших кальцификациях в шишковидной железе и других структурах, известных как корпоративные тела или «мозговой песок». [6]

Химический синтез [ править ]

Гидроксиапатит может быть синтезирован несколькими методами, такими как влажное химическое осаждение, биомиметическое осаждение, золь-гель метод (влажное химическое осаждение) или электроосаждение. [7] Суспензию нанокристаллов гидроксиапатита можно приготовить реакцией влажного химического осаждения, следуя приведенному ниже уравнению реакции: [8]

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

Кальций-дефицитный гидроксиапатит [ править ]

Кальций-дефицитный (нестехиометрический) гидроксиапатит, Ca 10− x (PO 4 ) 6− x (HPO 4 ) x (OH) 2− x (где x находится между 0 и 1), имеет отношение Ca / P от 1,67 до 1.5. Отношение Са / Р часто используется при обсуждении фаз фосфата кальция. [9] Стехиометрический апатит Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 имеет соотношение Ca / P 10: 6, обычно выражаемое как 1,67. Нестехиометрические фазы имеют структуру гидроксиапатита с катионными вакансиями (Ca 2+ ) и анионом (OH -) свободные места. Места, занятые исключительно фосфатными анионами в стехиометрическом гидроксиапатите, заняты фосфатными или гидрофосфатными анионами HPO 4 2- . [9] Приготовление этих фаз с дефицитом кальция может быть получено путем осаждения из смеси нитрата кальция и диаммонийфосфата с желаемым соотношением Са / Р, например, для получения образца с соотношением Са / Р 1,6: [10 ]

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

Спекание этих нестехиометрических фаз приводит к образованию твердой фазы, которая представляет собой однородную смесь трикальцийфосфата и гидроксиапатита, называемую двухфазным фосфатом кальция : [11]

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

Биологическая функция [ править ]

Креветка-богомол [ править ]

Дубинчатые придатки Odontodactylus scyllarus (креветки павлиньих богомолов) сделаны из чрезвычайно плотной формы минерала, который имеет более высокую удельную прочность; это привело к его исследованию на предмет возможного синтеза и инженерного использования. [12] Их дактильные отростки обладают отличной ударопрочностью.из-за того, что область удара состоит в основном из кристаллического гидроксиапатита, который обладает значительной твердостью. Периодический слой под ударным слоем, состоящий из гидроксиапатита с более низким содержанием кальция и фосфора (что приводит к гораздо более низкому модулю упругости), препятствует росту трещин, заставляя новые трещины менять направление. Этот периодический слой также уменьшает энергию, передаваемую через оба слоя из-за большой разницы в модулях, даже отражая часть падающей энергии. [13]

Млекопитающее / примат / человек [ править ]

Гидроксиапатит присутствует в костях и зубах ; Кость состоит в основном из кристаллов HA, вкрапленных в коллагеновый матрикс - от 65 до 70% массы кости составляет HA. Точно так же ГК составляет от 70 до 80% массы дентина и эмали зубов. В эмали матрица для HA образована амелогенинами и эмелинами вместо коллагена. [14]

Отложения гидроксиапатита в сухожилиях вокруг суставов вызывают кальцифицирующий тендинит . [15]

Использует [ редактировать ]

Косметика [ править ]

Гидроксиапатит добавляют в некоторые разновидности детской присыпки на основе кукурузного крахмала, такие как порошок алоэ и витамина Е от Johnson. [16] Согласно веб-сайту, минерал добавлен в качестве смягчающего средства, чтобы «помочь увлажнить и смягчить кожу». [17]

Медицинский [ править ]

Гибкий композит гидрогель-ГК, в котором соотношение минеральных и органических веществ в матрице приближается к таковому в человеческой кости.

ГК все чаще используется для изготовления материалов для костной пластики, а также для протезирования и ремонта зубов . Некоторые имплантаты, например протезы бедра , зубные имплантаты и имплантаты костной проводимости , покрыты ГК. [14] Поскольку естественная скорость растворения гидроксиапатита in vivo, около 10 мас.% В год, значительно ниже, чем скорость роста новообразованной костной ткани, при его использовании в качестве материала для замены кости, ищутся способы улучшить его степень растворимости и, таким образом, способствует лучшей биологической активности. [18]

Гидроксиапатит добавляют в специальные зубные пасты в качестве добавки для предотвращения кариеса и снижения чувствительности зубов. [19]

Дополнение [ править ]

Гидроксиапатит зарастает биоматериал

Микрокристаллический гидроксиапатит (MCHA) продается как «строящая кость» добавка с превосходной абсорбцией по сравнению с кальцием. [20]

Это добавка кальция второго поколения, полученная из бычьей кости. [20] В 1980-х годах было обнаружено, что кальциевые добавки из костной муки содержат тяжелые металлы, [20] и хотя производители заявляют, что их MCHA не содержит загрязняющих веществ, это не рекомендуется, потому что его влияние на организм не очень хорошо. -проверено. [20]

Хроматография [ править ]

Механизм хроматографии гидроксиапатита сложен и был описан как «смешанный режим». Он включает ионные взаимодействия между положительно заряженными группами на биомолекуле (часто белке) и фосфатными группами в гидроксиапатите, а также хелатирование металлов между ионами гидроксиапатита кальция и отрицательно заряженными фосфатными и / или карбоксильными группами на биомолекуле. Может быть трудно предсказать эффективность хроматографии на гидроксиапатите, основываясь на физических и химических свойствах желаемого очищаемого белка. Для элюирования обычно используется буфер с увеличивающейся концентрацией фосфата и / или нейтральной соли.

Использование в археологии [ править ]

В археологии гидроксиапатит из останков человека и животных может быть проанализирован, чтобы реконструировать древние диеты , миграции и палеоклимат. Минеральные фракции костей и зубов действуют как резервуар микроэлементов , включая углерод, кислород и стронций. Стабильный изотопный анализ гидроксиапатита человека и фауны может быть использован для определения того, была ли диета преимущественно наземной или морской (углерод, стронций); [21] географическое происхождение и миграционные привычки животного или человека (кислород, стронций) [22] и реконструировать прошлые температуры и климатические сдвиги (кислород). [23]Пост-депозиционные изменения кости могут способствовать разложению костного коллагена, белка, необходимого для анализа стабильных изотопов. [24]

Дефторирование [ править ]

Гидроксиапатита является потенциальным Адсорбент для defluoridation из питьевой воды , так как она образует фторапатитовой в три этапа. Гидроксиапатит удаляет F - из воды, заменяя OH - образующий фторапатит. Однако во время процесса дефторирования гидроксиапатит растворяется и увеличивает pH и концентрацию фосфат- ионов, что делает дефторированную воду непригодной для питья. [25] Недавно была предложена технология дефторирования «гидроксиапатита с поправками на кальций» для преодоления выщелачивания фосфата из гидроксиапатита. [25] Этот метод также может повлиять на лечение флюороза путем подачи обогащенной кальцием щелочной питьевой воды на пораженные флюорозом участки.

См. Также [ править ]

  • Гидроксифосфат кальция
  • Кальцифицирующий тендинит
  • Механические свойства биоматериалов

Ссылки [ править ]

  1. ^ Гидроксилапатит на Миндате
  2. ^ Гидроксилапатит на Webmineral
  3. ^ Энтони, Джон В .; Бидо, Ричард А .; Bladh, Kenneth W .; Николс, Монте С., ред. (2000). «Гидроксилапатит». Справочник по минералогии (PDF) . IV (арсенаты, фосфаты, ванадаты). Шантильи, Вирджиния, США: Минералогическое общество Америки. ISBN 978-0962209734. Архивировано (PDF) из оригинала 29.09.2018 . Проверено 29 августа 2010 .
  4. ^ Сингх, Анамика; Тивари, Атул; Баджпай, Джая; Баджпай, Анил К. (2018-01-01), Тивари, Атул (ред.), «3 - Антимикробные покрытия на основе полимеров как потенциальные биоматериалы: от действия к применению» , Справочник по антимикробным покрытиям , Elsevier, стр. 27– 61, DOI : 10.1016 / b978-0-12-811982-2.00003-2 , ISBN 978-0-12-811982-2, получено 18 ноября 2020 г.
  5. ^ Junqueira, Луис Карлос; Хосе Карнейро (2003). Фолтин, Джанет; Лебовиц, Харриет; Бойл, Питер Дж. (Ред.). Основы гистологии, текст и атлас (10-е изд.). Компании McGraw-Hill. п. 144 . ISBN 978-0-07-137829-1. Неорганическое вещество составляет около 50% от сухого веса кости ... кристаллы имеют дефекты и не идентичны гидроксиапатиту, содержащемуся в минералах породы.
  6. ^ Angervall, Леннарт; Бергер, Свен; Рёкерт, Ганс (2009). «Микрорадиографические и рентгеноструктурные исследования кальция в шишковидной железе и внутричерепных опухолях». Acta Pathologica et Microbiologica Scandinavica . 44 (2): 113–119. DOI : 10.1111 / j.1699-0463.1958.tb01060.x . PMID 13594470 . 
  7. ^ Ферраз, депутат; Monteiro, FJ; Мануэль, CM (2004). «Наночастицы гидроксиапатита: обзор методик получения». Журнал прикладных биоматериалов и биомеханики: JABB . 2 (2): 74–80. PMID 20803440 . 
  8. ^ Bouyer, E .; Гитцхофер, Ф .; Булос, Мичиган (2000). «Морфологическое исследование суспензии нанокристаллов гидроксиапатита». Журнал материаловедения: материалы в медицине . 11 (8): 523–31. DOI : 10,1023 / A: 1008918110156 . PMID 15348004 . S2CID 35199514 .  
  9. ^ а б Рей, C .; Гребни, Ц .; Drouet, C .; Гроссин, Д. (2011). «1.111 - Биоактивная керамика: физическая химия». В Ducheyne, Пол (ред.). Комплексные биоматериалы . 1 . Эльзевир. С. 187–281. DOI : 10.1016 / B978-0-08-055294-1.00178-1 . ISBN 978-0-08-055294-1.
  10. ^ Raynaud, S .; Чемпион, E .; Bernache-Assollant, D .; Томас, П. (2002). «Апатиты фосфата кальция с переменным атомным соотношением Ca / P I. Синтез, характеристика и термическая стабильность порошков». Биоматериалы . 23 (4): 1065–72. DOI : 10.1016 / S0142-9612 (01) 00218-6 . PMID 11791909 . 
  11. ^ Valletregi, М. (1997). «Синтез и характеристика кальциево-дефицитного апатита». Ионика твердого тела . 101–103: 1279–1285. DOI : 10.1016 / S0167-2738 (97) 00213-0 .
  12. ^ Уивер, JC; Миллирон, ГВт; Miserez, A .; Evans-Lutterodt, K .; Herrera, S .; Gallana, I .; Mershon, WJ; Swanson, B .; Zavattieri, P .; Dimasi, E .; Кисаилус, Д. (2012). "Клуб Stomatopod Dactyl: грозный устойчивый к повреждениям биологический молот" . Наука . 336 (6086): 1275–80. Bibcode : 2012Sci ... 336.1275W . DOI : 10.1126 / science.1218764 . PMID 22679090 . S2CID 8509385 . Архивировано 13 сентября 2020 года . Проверено 2 декабря 2017 .  
  13. ^ Таннер, KE (2012). «Маленький, но чрезвычайно прочный». Наука . 336 (6086): 1237–8. Bibcode : 2012Sci ... 336.1237T . DOI : 10.1126 / science.1222642 . PMID 22679085 . S2CID 206541609 .  
  14. ^ a b Хабиба, TU; Солсбери, HG (январь 2018 г.). «Биоматериалы, гидроксиапатит» . PMID 30020686 . Архивировано 28 марта 2020 года . Проверено 12 августа 2018 .  Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  15. ^ Карсия, CR; Scibek, JS (март 2013 г.). «Причинно-следственная связь и лечение кальцифицирующего тендинита и периартрита». Текущее мнение в ревматологии . 25 (2): 204–9. DOI : 10,1097 / bor.0b013e32835d4e85 . PMID 23370373 . S2CID 36809845 .  
  16. ^ "Архивная копия" . Архивировано 13 сентября 2020 года . Проверено 25 июля 2019 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  17. ^ "Архивная копия" . Архивировано 01 сентября 2019 года . Проверено 25 июля 2019 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  18. ^ Чжу, H .; и другие. (2018). «Наноструктурное понимание поведения растворения гидроксиапатита, легированного Sr». Журнал Европейского керамического общества . 38 (16): 5554–5562. arXiv : 1910.10610 . DOI : 10.1016 / j.jeurceramsoc.2018.07.056 . S2CID 105932012 . 
  19. ^ Вано, М .; Derchi, G .; Barone, A .; Pinna, R .; Usai, P .; Ковани, У (январь 2018 г.). «Снижение гиперчувствительности дентина с помощью зубной пасты с наногидроксиапатитом: двойное слепое рандомизированное контролируемое исследование». Клинические устные исследования . 22 (1): 313–320. DOI : 10.1007 / s00784-017-2113-3 . ISSN 1432-6981 . PMID 28361171 . S2CID 24712149 .   
  20. ^ a b c d Штрауб, Д.А. (2007). «Добавки кальция в клинической практике: обзор форм, доз и показаний». Питание в клинической практике . 22 (3): 286–96. DOI : 10.1177 / 0115426507022003286 . PMID 17507729 . 
  21. ^ Ричардс, член парламента; Schulting, RJ; Хеджес, REM (2003). «Археология: резкий сдвиг в диете в начале неолита» (PDF) . Природа . 425 (6956): 366. Bibcode : 2003Natur.425..366R . DOI : 10.1038 / 425366a . PMID 14508478 . S2CID 4366155 . Архивировано из оригинального (PDF) 07 марта 2011 года . Проверено 28 августа 2015 .   
  22. ^ Бриттон, К .; Grimes, V .; Dau, J .; Ричардс, член парламента (2009). «Реконструкция миграций фауны с использованием внутризубных проб и анализов изотопов стронция и кислорода: пример современного карибу ( Rangifer tarandus granti )». Журнал археологической науки . 36 (5): 1163–1172. DOI : 10.1016 / j.jas.2009.01.003 .
  23. ^ Дэниел Брайант, J .; Luz, B .; Froelich, PN (1994). «Изотопный состав кислорода ископаемого фосфата лошадиных зубов как отчет континентального палеоклимата». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология . 107 (3–4): 303–316. Bibcode : 1994PPP ... 107..303D . DOI : 10.1016 / 0031-0182 (94) 90102-3 .
  24. ^ Ван Клинкен, GJ (1999). «Индикаторы качества костного коллагена для палеодиетических и радиоуглеродных измерений» . Журнал археологической науки . 26 (6): 687–695. DOI : 10,1006 / jasc.1998.0385 . Архивировано 13 сентября 2020 года . Проверено 2 декабря 2017 .
  25. ^ а б Санканнавар, Рави; Чаудхари, Санджив (2019). «Необходимый подход к смягчению последствий флюороза: внесение поправок в водный раствор кальция для подавления растворения гидроксиапатита при дефторировании» . Журнал экологического менеджмента . 245 : 230–237. DOI : 10.1016 / j.jenvman.2019.05.088 . PMID 31154169 . Архивировано 18 мая 2020 года . Проверено 3 июня 2019 . 

Внешние ссылки [ править ]

СМИ, связанные с гидроксилапатитом, на Викискладе?