Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен с Hydroxylapatite )
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 с помощью рентгеновской кристаллографии.

Гидроксиапатит , также называемый гидроксилапатитом ( HA ), представляет собой природную минеральную форму апатита кальция с формулой Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH), но обычно пишется Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 для обозначения что элементарная ячейка кристалла состоит из двух частей . [4] Гидроксиапатит является концевым гидроксильным членом 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 коричневую, желтую или зеленую окраску, сравнимую с изменением цвета при флюорозе зубов .

До 50% по объему и 70% по массе кости человека составляет 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 можно синтезировать 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

Способность синтетически воспроизводить гидроксиапатит имеет неоценимое клиническое значение, особенно в стоматологии. Каждый метод дает кристаллы гидроксиапатита различных характеристик, таких как размер и форма. [9] Эти изменения оказывают заметное влияние на биологические и механические свойства соединения, и поэтому эти продукты из гидроксиапатита имеют различное клиническое применение. [10]

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 Ca / P часто используется при обсуждении фаз фосфата кальция. [11] 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- . [11] 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: [12 ]

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 : [13]

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. [14] 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. [15]

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. [16]

Отложения гидроксиапатита в сухожилиях вокруг суставов приводят к заболеванию кальцифицирующим тендинитом . [17]

Гидроксиапатит в реминерализации зубной эмали [ править ]

Реминерализация зубной эмали включает повторное введение минеральных ионов в деминерализованную эмаль. [18] Гидроксиапатит является основным минеральным компонентом эмали зубов. [19] Во время деминерализации ионы кальция и фосфора выводятся из гидроксиапатита. Минеральные ионы, введенные во время реминерализации, восстанавливают структуру кристаллов гидроксиапатита [19] .

Общее использование гидроксиапатита [ править ]

В настоящее время использование гидроксиапатита или его синтетической формы, наногидроксиапатита, еще не является обычной практикой. Однако некоторые исследования показывают, что это полезно для противодействия гиперчувствительности дентина, предотвращения чувствительности после процедур отбеливания зубов и предотвращения кариеса [20] [21] [22].

Чувствительность дентина [ править ]

Нано-гидроксиапатит обладает биологически активными компонентами, которые могут ускорить процесс минерализации зубов, устраняя гиперчувствительность. Считается, что гиперчувствительность зубов регулируется жидкостью в дентинных канальцах. [20] Считается, что движение этой жидкости в результате различных стимулов возбуждает рецепторные клетки в пульпе и вызывает болевые ощущения. [20] Физические свойства наногидроксиапатита могут проникать и закрывать канальцы, останавливая циркуляцию жидкости и, следовательно, болевые ощущения от раздражителей. [21] Нано-гидроксиапатит был бы предпочтительнее, поскольку он параллелен естественному процессу реминерализации поверхности. [22]

Соагент по отбеливанию [ править ]

Средства для отбеливания зубов выделяют активные формы кислорода, которые могут разрушать эмаль. [21] Чтобы предотвратить это, в отбеливающий раствор можно добавить наногидроксиапатит, чтобы уменьшить воздействие отбеливающего агента за счет блокирования пор внутри эмали. [21] Это снижает чувствительность после отбеливания. [22]

Профилактика кариеса [ править ]

Нано-гидроксиапатит обладает реминерализующим действием на зубы и может использоваться для предотвращения повреждений от кариозных атак. [22] В случае кислотной атаки кариесогенных бактерий частицы наногидроксиапатита могут проникнуть в поры на поверхности зуба, образуя защитный слой. [21] Кроме того, наногидроксиапатит может иметь способность восстанавливать повреждения от кариозных атак, либо напрямую заменяя поврежденные поверхностные минералы, либо действуя как связывающий агент для потерянных ионов. [21]

В будущем есть возможности использования наногидроксиапатита для тканевой инженерии и восстановления. Основной и наиболее выгодной особенностью наногидроксиапатита является его биосовместимость. [23] Он химически подобен встречающемуся в природе гидроксиапатиту и может имитировать структуру и биологическую функцию структур, обнаруженных в резидентном внеклеточном матриксе. [24] Следовательно, его можно использовать в качестве основы для инженерных тканей, таких как кость и цемент. [21] Его можно использовать для восстановления расщелины губ и неба и улучшения существующих практик, таких как сохранение альвеолярной кости после удаления для лучшего размещения имплантата. [21]

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 на основании физических и химических свойств 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. Анализ стабильных изотопов гидроксиапатита человека и фауны может быть использован для определения того, была ли диета преимущественно наземной или морской по природе (углерод, стронций); [25] географическое происхождение и миграционные привычки животного или человека (кислород, стронций) [26] и реконструировать прошлые температуры и климатические сдвиги (кислород). [27]Пост-депозиционные изменения кости могут способствовать деградации костного коллагена, белка, необходимого для анализа стабильных изотопов. [28]

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- иона, что делает дефторированную воду непригодной для питья. [29] Недавно была предложена технология дефторирования «гидроксиапатита с поправками на кальций» для преодоления выщелачивания фосфата из гидроксиапатита. [29] 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 К., 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. ^ Мохда Pu'ad, NAS; Абдул Хак, Р.Х .; Mohd Noh, H .; Абдулла, HZ; Идрис, Мичиган; Ли, ТК (01.01.2020). «Метод синтеза гидроксиапатита: обзор» . Материалы сегодня: Материалы . 4-я конференция по передовым материалам 2018 г., 4-я конференция AMC 2018 г., 27 и 28 ноября 2018 г., отель Hilton Kuching, Кучинг, Саравак, Малайзия. 29 : 233–239. DOI : 10.1016 / j.matpr.2020.05.536 . ISSN 2214-7853 . 
  10. ^ Кокс, Софи С .; Уолтон, Ричард I .; Маллик, Каджал К. (01.03.2015). «Сравнение технологий синтеза гидроксиапатита» . Bioinspired, биомиметики и нанобиоматериалы . 4 (1): 37–47. DOI : 10.1680 / bbn.14.00010 . ISSN 2045-9858 . 
  11. ^ 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.
  12. ^ 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 . 
  13. ^ Valletregi, М. (1997). «Синтез и характеристика кальциево-дефицитного апатита». Ионика твердого тела . 101–103: 1279–1285. DOI : 10.1016 / S0167-2738 (97) 00213-0 .
  14. ^ 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 .  
  15. Перейти ↑ Tanner, KE (2012). «Маленький, но чрезвычайно прочный». Наука . 336 (6086): 1237–8. Bibcode : 2012Sci ... 336.1237T . DOI : 10.1126 / science.1222642 . PMID 22679085 . S2CID 206541609 .  
  16. ^ Habibah, ТУ; Солсбери, HG (январь 2018 г.). «Биоматериалы, гидроксиапатит» . PMID 30020686 . Архивировано 28 марта 2020 года . Проверено 12 августа 2018 .  Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  17. ^ 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 .  
  18. ^ Abou Ниль, Ensanya Али; Альджабо, Анас; Странно, Адам; Ибрагим, Салва; Коутап, Мелани; Янг, Энн М .; Бозек, Лоран; Мудера, Вивек (2016). «Динамика деминерализации-реминерализации в зубах и костях» . Международный журнал наномедицины . 11 : 4743–4763. DOI : 10.2147 / IJN.S107624 . ISSN 1178-2013 . PMC 5034904 . PMID 27695330 .   
  19. ^ а б Пепла, Эрлинд; Бешарат, Лайт Константинос; Палая, Гаспаре; Тенор, Джанлука; Мильяу, Гвидо (июль 2014 г.). «Нано-гидроксиапатит и его применение в профилактической, восстановительной и регенеративной стоматологии: обзор литературы» . Annali Di Stomatologia . 5 (3): 108–114. ISSN 1824-0852 . PMC 4252862 . PMID 25506416 .   
  20. ^ a b c де Мело Аленкар, Кристиана; де Паула, Бренда Люси Фрейтас; Гуанипа Ортис, Мариангела Иветте; Барауна Маньо, Марсела; Мартинс Сильва, Сеси; Копл Майя, Лучанна (март 2019 г.). «Клиническая эффективность наногидроксиапатита при гиперчувствительности дентина: систематический обзор и метаанализ» . Журнал стоматологии . 82 : 11–21. DOI : 10.1016 / j.jdent.2018.12.014 . ISSN 1879-176X . PMID 30611773 .  
  21. ^ a b c d e f g h Бордя, Иоана Роксана; Кандреа, Себастьян; Алексеску, Габриэла Теодора; Бран, Симион; Бэчуш, Михаэла; Бэчуг, Григоре; Лукачиу, Ундина; Дину, Кристиан Михаил; Тодея, Дойна Адина (2020-04-02). «Использование нано-гидроксиапатита в стоматологии: систематический обзор» . Обзоры метаболизма лекарств . 52 (2): 319–332. DOI : 10.1080 / 03602532.2020.1758713 . ISSN 0360-2532 . 
  22. ^ a b c d Pepla, Erlind; Бешарат, Лайт Константинос; Палая, Гаспаре; Тенор, Джанлука; Мильяу, Гвидо (20 ноября 2014 г.). «Нано-гидроксиапатит и его применение в профилактической, восстановительной и регенеративной стоматологии: обзор литературы» . Annali di Stomatologia . 5 (3): 108–114. ISSN 1824-0852 . PMC 4252862 . PMID 25506416 .   
  23. ^ Шеперд, JH; Friederichs, RJ; Бест, С.М. (01.01.2015), Мукало, Майкл (редактор), «11 - Синтетический гидроксиапатит для применения в тканевой инженерии» , Гидроксиапатит (Hap) для биомедицинских приложений , Серия изданий Woodhead по биоматериалам, Издательство Woodhead Publishing, стр. 235 –267, ISBN 978-1-78242-033-0, дата обращения 06.03.2021
  24. ^ "Наноразмерные частицы гидроксиапатита для инженерии костной ткани" . Acta Biomaterialia . 7 (7): 2769–2781. 2011-07-01. DOI : 10.1016 / j.actbio.2011.03.019 . ISSN 1742-7061 . 
  25. ^ 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 .   
  26. ^ Бриттон, К .; Grimes, V .; Dau, J .; Ричардс, член парламента (2009). «Реконструкция миграций фауны с использованием внутризубного отбора проб и анализа изотопов стронция и кислорода: исследование современного карибу ( Rangifer tarandus granti )». Журнал археологической науки . 36 (5): 1163–1172. DOI : 10.1016 / j.jas.2009.01.003 .
  27. ^ 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 .
  28. ^ Ван Klinken, 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 .
  29. ^ а б Санканнавар, Рави; Чаудхари, Санджив (2019). «Обязательный подход к смягчению последствий флюороза: изменение водного раствора 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?