Hidroxiapatita: Estrutura, Síntese, Cristais e Usos - Ciência - 2023

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Hidroxiapatita: Estrutura, Síntese, Cristais e Usos - Ciência
Hidroxiapatita: Estrutura, Síntese, Cristais e Usos - Ciência

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o hidroxiapatita é um mineral de fosfato de cálcio, cuja fórmula química é Ca10(PO4)6(OH)2. Junto com outros minerais e restos de matéria orgânica triturada e compactada, forma a matéria-prima conhecida como rocha fosfática. O termo hidroxi refere-se ao ânion OH–.

Se em vez desse ânion fosse flúor, o mineral se chamaria fluoroapatita (Ca10(PO4)6(F)2; e assim com outros ânions (Cl–, Br–, CO32–, etc.). Da mesma forma, a hidroxiapatita é o principal componente inorgânico dos ossos e do esmalte dentário, predominantemente presente na forma cristalina.

Portanto, é um elemento vital nos tecidos ósseos dos seres vivos. A sua grande estabilidade face a outros fosfatos de cálcio permite-lhe resistir às condições fisiológicas, conferindo aos ossos a sua dureza característica. A hidroxiapatita não está sozinha: ela cumpre sua função acompanhada pelo colágeno, uma proteína fibrosa do tecido conjuntivo.


Hidroxiapatita (ou hidroxilapatita) contém íons de Ca2+, mas também pode abrigar outros cátions em sua estrutura (Mg2+, N / D+), impurezas que intervêm em outros processos bioquímicos dos ossos (como sua remodelação).

Estrutura

A imagem superior ilustra a estrutura da hidroxiapatita de cálcio. Todas as esferas ocupam o volume da metade de uma "gaveta" hexagonal, onde a outra metade é idêntica à primeira.

Nesta estrutura as esferas verdes correspondem aos cátions Ca2+, enquanto as esferas vermelhas para os átomos de oxigênio, a laranja para os átomos de fósforo e a branca para os átomos de hidrogênio de OH–.

Os íons fosfato nesta imagem têm o defeito de não exibir uma geometria tetraédrica; em vez disso, eles se parecem com pirâmides com bases quadradas.


O OH– dá a impressão de que está localizado longe do Ca2+. No entanto, a unidade cristalina pode se repetir no teto da primeira, mostrando assim a proximidade entre os dois íons. Da mesma forma, esses íons podem ser substituídos por outros (Na+ e F–, por exemplo).

Síntese

A hidroxilapatita pode ser sintetizada pela reação de hidróxido de cálcio com ácido fosfórico:

10 Ca (OH)2 + 6 H3PO4 => Ca10(PO4)6(OH)2 + 18 H2OU

Hidroxiapatita (Ca10(PO4)6(OH)2) é expresso por duas unidades da fórmula Ca5(PO4)3OH.

Da mesma forma, a hidroxiapatita pode ser sintetizada por meio da seguinte reação:

10 Ca (NÃO3)2.4h2O + 6 NH4H2PO4 => Ca10(PO4)6(OH)2 + 20 NH4NÃO3 + 52 H2OU


O controle da taxa de precipitação permite que essa reação gere nanopartículas de hidroxiapatita.

Cristais de hidroxiapatita

Os íons se compactam e crescem para formar um biocristal forte e rígido. É usado como biomaterial para a mineralização dos ossos.

Porém, necessita de colágeno, suporte orgânico que atua como molde para seu crescimento. Esses cristais e seus complicados processos de formação dependem do osso (ou dente).

Esses cristais crescem impregnados de matéria orgânica e a aplicação de técnicas de microscopia eletrônica detalha-os nos dentes como agregados em forma de bastão chamados prismas.

Formulários

Uso médico e odontológico

Devido à sua semelhança em tamanho, cristalografia e composição com o tecido humano duro, a nano-hidroxiapatita é atraente para uso em próteses. Além disso, a nanoidroxiapatita é biocompatível, bioativa e natural, além de atóxica ou inflamatória.

Consequentemente, a cerâmica de nanoidroxiapatita tem uma variedade de aplicações, incluindo:

- Na cirurgia do tecido ósseo, é utilizado para preencher cavidades em cirurgias ortopédicas, traumáticas, maxilofaciais e dentais.

- É utilizado como revestimento para implantes ortopédicos e dentários. É um agente dessensibilizante utilizado após o clareamento dos dentes. Também é usado como agente remineralizante em cremes dentais e no tratamento precoce de cáries.

- Os implantes de titânio e aço inoxidável são frequentemente revestidos com hidroxiapatita para reduzir sua taxa de rejeição.

- É uma alternativa aos enxertos ósseos alogênicos e xenogênicos. O tempo de cicatrização é menor na presença de hidroxiapatita do que em sua ausência.

- A nanoidroxiapatita sintética mimetiza a hidroxiapatita naturalmente presente na dentina e na apatita do esmalte, tornando-a vantajosa para uso no reparo do esmalte e incorporação em dentifrícios, bem como em colutórios

Outros usos da hidroxiapatita

- A hidroxiapatita é usada em filtros de ar de veículos motorizados para aumentar sua eficiência na absorção e decomposição do monóxido de carbono (CO). Isso reduz a poluição ambiental.

- Foi sintetizado um complexo de alginato-hidroxiapatita que os testes de campo indicaram que ele é capaz de absorver flúor através do mecanismo de troca iônica.

- A hidroxiapatita é usada como meio cromatográfico para proteínas. Apresenta cargas positivas (Ca++) e negativo (PO4-3), para que possa interagir com proteínas eletricamente carregadas e permitir sua separação por troca iônica.

- A hidroxiapatita também tem sido usada como suporte para eletroforese de ácido nucléico. É possível separar DNA de RNA, bem como DNA de fita simples de DNA de duas fitas.

Propriedades físicas e químicas

A hidroxiapatita é um sólido branco que pode assumir tons acinzentados, amarelos e esverdeados. Por se tratar de um sólido cristalino, apresenta altos pontos de fusão, indicativos de fortes interações eletrostáticas; para hidroxiapatita, é 1100ºC.

É mais denso que a água, com densidade de 3,05 - 3,15 g / cm3. Além disso, é praticamente insolúvel em água (0,3 mg / mL), o que se deve aos íons fosfato.

No entanto, em meio ácido (como no HCl) é solúvel. Esta solubilidade é devido à formação de CaCl2, sal altamente solúvel em água. Além disso, os fosfatos são protonados (HPO42– e H2PO4–) e interagir melhor com a água.

A solubilidade da hidroxiapatita em ácidos é importante na fisiopatologia da cárie. As bactérias na cavidade oral secretam ácido lático, um produto da fermentação da glicose, que reduz o pH da superfície do dente para menos de 5, de modo que a hidroxiapatita começa a se dissolver.

Flúor (F–) pode substituir os íons OH– na estrutura cristalina. Quando isso acontece, oferece resistência à hidroxiapatita do esmalte dentário contra ácidos.

Possivelmente, essa resistência pode ser devido à insolubilidade do CaF2 formado, recusando-se a "deixar" o cristal.

Referências

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