HYDROXYAPATITE: โครงสร้างการสังเคราะห์คริสตัลและการใช้ประโยชน์ - เคมี - 2026

Hydroxyapatiteเป็นแร่แคลเซียมฟอสเฟตที่มีสูตรทางเคมีคือ Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) 2 นอกจากแร่ธาตุอื่น ๆ และซากอินทรียวัตถุที่บดและบดอัดแล้วยังเป็นวัตถุดิบที่เรียกว่าหินฟอสเฟต ไฮดรอกซีระยะหมายถึง OH ^-ไอออน

ถ้าแทนไอออนนี้เป็นฟลูออไรด์แร่จะถูกเรียกว่า fluoroapatite (Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (F) ₂และอื่น ๆ กับแอนไอออนอื่น ๆ (Cl ^- , Br ^- , CO ₃ ^2–ฯลฯ ) ไฮดรอกซีแอปาไทต์เป็นองค์ประกอบอนินทรีย์หลักของกระดูกและเคลือบฟันซึ่งส่วนใหญ่มีอยู่ในรูปผลึก

ดังนั้นจึงเป็นองค์ประกอบที่สำคัญในเนื้อเยื่อกระดูกของสิ่งมีชีวิต ความเสถียรที่ดีเยี่ยมเมื่อเทียบกับแคลเซียมฟอสเฟตอื่น ๆ ช่วยให้สามารถทนต่อสภาวะทางสรีรวิทยาทำให้กระดูกมีลักษณะแข็ง ไฮดรอกซีอะพาไทต์ไม่ได้อยู่เพียงอย่างเดียว: มันตอบสนองการทำงานของมันพร้อมกับคอลลาเจนซึ่งเป็นโปรตีนเส้นใยในเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน

ไฮดรอกซีแอปาไทต์ (หรือไฮดรอกซีแอปาไทต์) ประกอบด้วยไอออน Ca ²⁺แต่ยังสามารถกักเก็บไอออนบวกอื่น ๆ (Mg ²⁺ , Na ⁺ ) ในโครงสร้างของมันสิ่งสกปรกที่แทรกแซงกระบวนการทางชีวเคมีอื่น ๆ ของกระดูก (เช่นการเปลี่ยนแปลง)

โครงสร้าง

ภาพด้านบนแสดงโครงสร้างของแคลเซียมไฮดรอกซีอะพาไทต์ ทรงกลมทั้งหมดใช้ปริมาตรครึ่งหนึ่งของ "ลิ้นชัก" หกเหลี่ยมโดยที่อีกครึ่งหนึ่งเหมือนกันกับอันแรก

ในโครงสร้างนี้ทรงกลมสีเขียวสอดคล้องกับ Ca ²⁺ไพเพอร์ในขณะที่สีแดงทรงกลมตรงกับอะตอมออกซิเจนทรงกลมสีส้มอะตอมฟอสฟอรัสและทรงกลมสีขาวกับอะตอมไฮโดรเจนของ OH -

ฟอสเฟตไอออนในภาพนี้มีข้อบกพร่องที่จะไม่แสดงรูปเรขาคณิตเตตระฮีดอล แทนที่จะดูเหมือนปิรามิดที่มีฐานสี่เหลี่ยม

OH ^-ให้ความรู้สึกว่ามันตั้งอยู่ห่างไกลจาก Ca 2+ อย่างไรก็ตามหน่วยผลึกสามารถทำซ้ำได้บนหลังคาของตัวแรกดังนั้นจึงแสดงความใกล้ชิดระหว่างไอออนทั้งสอง ในทำนองเดียวกันไอออนเหล่านี้สามารถแทนที่ได้โดยคนอื่น ๆ (เช่น Na ⁺และ F ^- )

สังเคราะห์

Hydroxylapatite สามารถสังเคราะห์ได้โดยทำปฏิกิริยาแคลเซียมไฮดรอกไซด์กับกรดฟอสฟอริก:

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 ) แสดงโดยสองหน่วยของสูตร Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ OH

ในทำนองเดียวกันไฮดรอกซีแอปาไทต์สามารถสังเคราะห์ผ่านปฏิกิริยาต่อไปนี้:

10 Ca (ไม่₃ ) _2. 4H ₂ O + 6 NH ₄ H ₂ PO ₄ => Ca ₁₀ (PO ₄ ) ₆ (OH) ₂ + 20 NH ₄ไม่ใช่₃ + 52 H ₂ O

การควบคุมอัตราการตกตะกอนช่วยให้ปฏิกิริยานี้สร้างอนุภาคนาโนของไฮดรอกซีแอปาไทต์

ผลึกไฮดรอกซีอะพาไทต์

ไอออนมีขนาดกะทัดรัดและเติบโตจนกลายเป็นผลึกชีวภาพที่แข็งแรงและแข็ง ใช้เป็นวัสดุชีวภาพในการทำแร่กระดูก

อย่างไรก็ตามมันต้องการคอลลาเจนซึ่งเป็นสารสนับสนุนอินทรีย์ที่ทำหน้าที่เป็นแม่พิมพ์สำหรับการเจริญเติบโต ผลึกเหล่านี้และกระบวนการสร้างที่ซับซ้อนจะขึ้นอยู่กับกระดูก (หรือฟัน)

ผลึกเหล่านี้เติบโตขึ้นโดยมีอินทรียวัตถุและการใช้เทคนิคกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนให้รายละเอียดบนฟันเป็นมวลรวมรูปแท่งที่เรียกว่าปริซึม

การประยุกต์ใช้งาน

ใช้ทางการแพทย์และทันตกรรม

เนื่องจากความคล้ายคลึงกันในขนาดการตกผลึกและองค์ประกอบกับเนื้อเยื่อแข็งของมนุษย์ nanohydroxyapatite จึงมีความน่าสนใจสำหรับใช้ในขาเทียม นอกจากนี้ nanohydroxyapatite ยังเข้ากันได้ทางชีวภาพออกฤทธิ์ทางชีวภาพและเป็นธรรมชาตินอกจากจะไม่เป็นพิษหรือทำให้เกิดการอักเสบ

ดังนั้นเซรามิกนาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์จึงมีการใช้งานที่หลากหลาย ได้แก่ :

- ในการผ่าตัดเนื้อเยื่อกระดูกจะใช้เพื่ออุดฟันผุในการผ่าตัดกระดูก, การบาดเจ็บ, ใบหน้าขากรรไกรและฟัน

- ใช้เป็นสารเคลือบสำหรับกระดูกและรากฟันเทียม เป็นสารลดความไวแสงที่ใช้หลังการฟอกสีฟัน นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารเพิ่มแร่ธาตุในยาสีฟันและในการรักษาฟันผุในระยะเริ่มแรก

- รากฟันเทียมสแตนเลสและไทเทเนียมมักเคลือบด้วยไฮดรอกซีแอปาไทต์เพื่อลดอัตราการปฏิเสธ

- เป็นอีกทางเลือกหนึ่งของการปลูกถ่ายกระดูกแอลโลจีนิกและซีโนจีนอิก เวลาในการรักษาจะสั้นกว่าเมื่อไม่มีไฮดรอกซีแอปาไทต์มากกว่าในกรณีที่ไม่มี

- นาโนไฮดรอกซีอะพาไทต์สังเคราะห์เลียนแบบไฮดรอกซีอะพาไทต์ตามธรรมชาติที่มีอยู่ในเนื้อฟันและอะพาไทต์เคลือบฟันซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการใช้ในการซ่อมแซมเคลือบฟันและการรวมเข้ากับยาสีฟันและในน้ำยาบ้วนปาก

การใช้ประโยชน์อื่น ๆ ของไฮดรอกซีอะพาไทต์

- Hydroxyapatite ใช้ในเครื่องกรองอากาศของรถยนต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซับและย่อยสลายคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ซึ่งจะช่วยลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม

- มีการสังเคราะห์คอมเพล็กซ์อัลจิเนต - ไฮดรอกซีแอปาไทต์ที่การทดสอบภาคสนามระบุว่าสามารถดูดซับฟลูออไรด์ผ่านกลไกการแลกเปลี่ยนไอออน

- Hydroxyapatite ใช้เป็นสื่อโครมาโทกราฟีสำหรับโปรตีน มันมีประจุบวก (Ca ⁺⁺ ) และลบค่าใช้จ่าย(PO ₄ ^-3 ) ดังนั้นจึงสามารถโต้ตอบกับโปรตีนประจุไฟฟ้าและอนุญาตให้มีการแยกของพวกเขาโดยการแลกเปลี่ยนไอออน

- ยังใช้ไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นตัวรองรับอิเล็กโทรโฟรีซิสของกรดนิวคลีอิก เป็นไปได้ที่จะแยก DNA ออกจาก RNA เช่นเดียวกับ DNA ที่มีสายเดี่ยวจาก DNA แบบสองเส้น

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

ไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นของแข็งสีขาวที่สามารถใช้โทนสีเทาเหลืองและเขียว เนื่องจากเป็นของแข็งที่มีลักษณะเป็นผลึกจึงมีจุดหลอมเหลวสูงบ่งบอกถึงปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตที่รุนแรง สำหรับไฮดรอกซีอะพาไทต์นี่คือ1100ºC

มันเป็นความหนาแน่นมากกว่าน้ำที่มีความหนาแน่น 3.05 - การ 3.15 กรัม / ซม. 3 นอกจากนี้ยังไม่ละลายในน้ำ (0.3 มก. / มล.) ซึ่งเกิดจากฟอสเฟตไอออน

อย่างไรก็ตามในอาหารที่เป็นกรด (เช่นเดียวกับ HCl) จะละลายได้ ความสามารถในการละลายนี้เกิดจากการก่อตัวของ CaCl ₂ซึ่งเป็นเกลือที่ละลายน้ำได้สูงในน้ำ ในทำนองเดียวกันฟอสเฟตจะถูกโปรตอน (HPO ₄ ^2–และ H ₂ PO ₄ ^- ) และทำปฏิกิริยากับน้ำในระดับที่ดีขึ้น

ความสามารถในการละลายของไฮดรอกซีแอปาไทต์ในกรดมีความสำคัญในพยาธิสรีรวิทยาของโรคฟันผุ แบคทีเรียในช่องปากจะหลั่งกรดแลคติกซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการหมักกลูโคสซึ่งช่วยลด pH ของผิวฟันให้เหลือน้อยกว่า 5 ดังนั้นไฮดรอกซีแอปาไทต์จึงเริ่มละลาย

ฟลูออรีน (F ^- ) สามารถแทนที่ OH ^-ไอออนในโครงสร้างผลึกได้ เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นจะให้ความต้านทานต่อไฮดรอกซีแอปาไทต์ของเคลือบฟันต่อกรด

อาจเป็นไปได้ว่าการต่อต้านนี้อาจเกิดจากความไม่สามารถละลายได้ของ CaF _{2 ที่}ก่อตัวขึ้นโดยไม่ยอม "ทิ้ง" คริสตัล

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (ฉบับที่สี่, หน้า 349, 627) Mc Graw Hill
2. Fluidinova (2017) hydroxylapatite สืบค้นเมื่อวันที่ 19 เมษายน 2018 จาก: fluidinova.com
3. Victoria M. , GarcíaGarduño, Reyes J. (2006). ไฮดรอกซีอะพาไทต์ความสำคัญในเนื้อเยื่อแร่และการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ TIP วารสารเฉพาะทางด้านวิทยาศาสตร์เคมี - ชีววิทยา, 9 (2): 90-95
4. Gaiabulbanix (5 พฤศจิกายน 2558). ไฮดรอกซี . สืบค้นเมื่อ 19 เมษายน 2018 จาก: commons.wikimedia.org
5. Martin Neitsov (2558, 25 พฤศจิกายน). Hüdroksüapatiidi kristallid. . สืบค้นเมื่อ 19 เมษายน 2018 จาก: commons.wikimedia.org
6. วิกิพีเดีย (2018) hydroxylapatite สืบค้นเมื่อ 19 เมษายน 2561 จาก: en.wikipedia.org
7. Fiona Petchey กระดูก. สืบค้นเมื่อ 19 เมษายน 2018 จาก: c14dating.com