Idrossiapatite: struttura, sintesi, cristalli e usi
L'idrossiapatite è un minerale di fosfato di calcio, la cui formula chimica è Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 . Insieme ad altri minerali e materiale organico rimane schiacciato e compattato, forma la materia prima conosciuta come roccia fosforica. Il termine "idrossi" si riferisce all'Onione.
Se invece di quell'anione fosse fluoruro, il minerale si chiamerebbe fluoroapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (F) 2, e così con altri anioni (Cl-, Br-, CO 3 2-, ecc.). l'idrossiapatite è il principale componente inorganico delle ossa e dello smalto dentale, prevalentemente in forma cristallina.
Quindi, è un elemento vitale nei tessuti ossei degli esseri viventi. La sua grande stabilità contro altri fosfati di calcio gli consente di resistere a condizioni fisiologiche, conferendo alle ossa la loro caratteristica durezza. L'idrossiapatite non è la sola: svolge la sua funzione accompagnata dal collagene, la proteina fibrosa dei tessuti connettivi.
L'idrossiapatite (o idrossiapatite) contiene ioni Ca2 +, ma può anche ospitare altri cationi (Mg2 +, Na +) nella sua struttura, impurità che intervengono in altri processi biochimici delle ossa (come il rimodellamento).
struttura
L'immagine in alto illustra la struttura dell'idrossiapatite di calcio. Tutte le sfere occupano il volume della metà di una "scatola" esagonale, dove l'altra metà è identica alla prima.
In questa struttura le sfere verdi corrispondono ai cationi di Ca2 +, mentre le sfere rosse corrispondono agli atomi di ossigeno, le sfere di colore arancione corrispondono agli atomi di fosforo e le sfere bianche corrispondono all'atomo di idrogeno di OH-.
Gli ioni fosfato in questa immagine hanno il difetto di non esibire una geometria tetraedrica; invece, sembrano piramidi con basi quadrate.
L'OH- dà l'impressione che si trovi lontano dal Ca2 +. Tuttavia, l'unità cristallina può ripetersi sul tetto del primo, mostrando così la stretta vicinanza tra entrambi gli ioni. Inoltre, questi ioni possono essere sostituiti da altri (Na + e F-, ad esempio).
sintesi
L'idrossiapatite può essere sintetizzata dalla reazione dell'idrossido di calcio con l'acido fosforico:
10 Ca (OH) 2 + 6 H 3 PO 4 => Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 18 H 2 O
L'idrossiapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) è espressa da due unità di formula Ca 5 (PO 4 ) 3 OH.
Allo stesso modo, l'idrossiapatite può essere sintetizzata attraverso la seguente reazione:
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
Il controllo della velocità di precipitazione consente a questa reazione di generare nanoparticelle di idrossiapatite.
Cristalli di idrossiapatite
Gli ioni sono compattati e crescono fino a formare un biocristallo rigido e resistente. Questo è usato come un biomateriale per la mineralizzazione delle ossa.
Tuttavia, ha bisogno di collagene, un supporto organico che funge da muffa per la sua crescita. Questi cristalli e i loro complicati processi di formazione dipenderanno dall'osso (o dal dente).
Questi cristalli crescono impregnati di materia organica, e l'applicazione delle tecniche di microscopia elettronica li dettagliava nei denti come aggregati con forme di verga chiamate prismi.
applicazioni
Uso medico e dentistico
A causa della sua somiglianza per dimensioni, cristallografia e composizione con tessuto umano duro, la nanoidrossiapatite è attraente per l'uso nelle protesi. Inoltre, la nanoidrossiapatite è biocompatibile, bioattiva e naturale, oltre a non essere tossica o infiammatoria.
Di conseguenza, le ceramiche nanoidrossiapatite hanno una varietà di applicazioni, che includono:
- Nella chirurgia del tessuto osseo viene utilizzato nel riempimento di cavità in chirurgia ortopedica, traumatologica, maxillo-facciale e dentale.
- È usato come rivestimento per protesi ortopediche e dentali. È un agente desensibilizzante utilizzato dopo lo sbiancamento dei denti. È anche usato come agente rimineralizzante nei dentifrici e nel trattamento precoce della carie.
- Gli impianti in acciaio inossidabile e titanio sono spesso rivestiti con idrossiapatite per ridurre il loro tasso di rifiuto.
- È un'alternativa agli innesti ossei allogenici e xenogenici. Il tempo di guarigione è più breve in presenza di idrossiapatite che in sua assenza.
- La nanoidrossiapatite sintetica imita l'idrossiapatite naturalmente presente nella dentina e l'apatite steroidea, quindi il suo uso è vantaggioso nella riparazione dello smalto e dell'incorporazione nei dentifrici, così come nei risciacqui della bocca
Altri usi di idrossiapatite
- L'idrossiapatite viene utilizzata nei filtri dell'aria dei veicoli a motore per aumentarne l'efficienza nell'assorbimento e nella decomposizione del monossido di carbonio (CO). Questo riduce l'inquinamento ambientale.
- Un complesso di alginato-idrossiapatite è stato sintetizzato che i test sul campo hanno indicato che è in grado di assorbire fluoro attraverso il meccanismo dello scambio ionico.
- L'idrossiapatite viene utilizzata come mezzo cromatografico per le proteine. Questo presenta cariche positive (Ca ++) e cariche negative (PO 4 -3), quindi può interagire con proteine caricate elettricamente e consentire la loro separazione per scambio ionico.
- L'idrossiapatite è stata anche utilizzata come supporto per l'elettroforesi degli acidi nucleici. Separare il DNA dall'RNA, così come il DNA da un singolo filamento di DNA a due eliche.
Proprietà fisiche e chimiche
L'idrossiapatite è un solido bianco in grado di acquisire tonalità grigiastre, gialle e verdi. Poiché è un solido cristallino, ha alti punti di fusione, indicativi di forti interazioni elettrostatiche; per l'idrossiapatite, si tratta di 1100 ° C.
È più denso dell'acqua, con una densità di 3, 05 - 3, 15 g / cm3. Inoltre, è praticamente insolubile in acqua (0, 3 mg / ml), che è dovuto agli ioni fosfato.
Tuttavia, nei terreni acidi (come in HCl) è solubile. Questa solubilità è dovuta alla formazione di CaCl 2, un sale altamente solubile in acqua. Inoltre, i fosfati sono protonati (HPO 4 2- e H 2 PO 4 -) e interagiscono in misura maggiore con l'acqua.
La solubilità dell'idrossiapatite negli acidi è importante nella fisiopatologia della carie. I batteri nella cavità orale secernono acido lattico, prodotto della fermentazione del glucosio, che abbassa il pH della superficie dentale a meno di 5, in modo che l'idrossiapatite inizi a dissolversi.
Il fluoro (F-) può sostituire gli ioni OH nella struttura cristallina. Quando ciò accade, contribuisce alla resistenza dell'idrossiapatite dello smalto dentale contro gli acidi.
Forse, questa resistenza può essere dovuta all'insolubilità del CaF 2 formato, rifiutando di "lasciare" il cristallo.
