Hidroxiapatita: Estrutura, Síntese, Cristais e Usos
A hidroxiapatita é um mineral de fosfato de cálcio cuja fórmula química é o Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 . Juntamente com outros minerais e matéria orgânica permanece esmagado e compactado, forma a matéria-prima conhecida como rocha fosfórica. O termo "hidroxi" refere-se ao anião OH-.
Se, ao invés daquele ânion, fosse flúor, o mineral seria chamado fluoroapatita (Ca 10 (PO 4 ) 6 (F) 2, e assim com outros ânions (Cl-, Br-, CO 3 2-, etc.). A hidroxiapatita é o principal componente inorgânico dos ossos e esmalte dentário, predominantemente na forma cristalina.
Então, é um elemento vital nos tecidos ósseos dos seres vivos. Sua grande estabilidade contra outros fosfatos de cálcio permite suportar condições fisiológicas, dando aos ossos sua dureza característica. A hidroxiapatita não está sozinha: ela cumpre sua função acompanhada de colágeno, a proteína fibrosa dos tecidos conjuntivos.
A hidroxiapatita (ou hidroxilapatita) contém íons Ca2 +, mas também pode abrigar outros cátions (Mg2 +, Na +) em sua estrutura, impurezas que interferem em outros processos bioquímicos dos ossos (como a remodelação).
Estrutura
A imagem superior ilustra a estrutura da hidroxiapatita de cálcio. Todas as esferas ocupam o volume da metade de uma "caixa" hexagonal, onde a outra metade é idêntica à primeira.
Nesta estrutura, as esferas verdes correspondem aos cátions de Ca2 +, enquanto as esferas vermelhas correspondem aos átomos de oxigênio, as esferas laranja correspondem aos átomos de fósforo e as esferas brancas correspondem ao átomo de hidrogênio do OH-.
Os íons de 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. Além disso, esses íons podem ser substituídos por outros (Na + e F-, por exemplo).
Síntese
A hidroxiapatita pode ser sintetizada pela reação do hidróxido de cálcio com o ácido fosfórico:
10 Ca (OH) 2 + 6 H 3 PO 4 => Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 18 H 2 O
A hidroxiapatite (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) é expressa por duas unidades de fórmula Ca 5 (PO 4 ) 3 OH.
Da mesma forma, a hidroxiapatita pode ser sintetizada através da seguinte reação:
10 Ca (NO3) 2 4H2O + 6 NH4H2PO4 => Ca10 (PO4) 6 (OH) 2 + 20 NH4NO3 + 52 H2O
O controle da taxa de precipitação permite que essa reação gere nanopartículas de hidroxiapatita.
Cristais de hidroxiapatita
Os íons são compactados e crescem para formar um biocristal rígido e resistente. Isso é usado como um biomaterial para mineralização óssea.
No entanto, precisa de colágeno, um suporte orgânico que serve como molde para o seu crescimento. Esses cristais e seus complicados processos de formação dependerão do osso (ou do dente).
Estes cristais crescem impregnados com matéria orgânica, e a aplicação de técnicas de microscopia eletrônica os detalha nos dentes como agregados com formas de bastonetes chamados prismas.
Usos
Uso médico e odontológico
Devido à sua similaridade em tamanho, cristalografia e composição com tecido humano duro, a nano-hidroxiapatita é atraente para uso em próteses. Além disso, a nano-hidroxiapatita é biocompatível, bioativa e natural, além de não ser tóxica ou inflamatória.
Por conseguinte, as cerâmicas de nano-hidroxiapatite têm uma variedade de aplicações, que incluem:
- Na cirurgia de tecido ósseo é utilizado no preenchimento de cavidades em cirurgias ortopédicas, traumatológicas, maxilofaciais e odontológicas.
- É usado como revestimento para implantes ortopédicos e odontológicos. É um agente dessensibilizante usado após o clareamento dental. Também é usado como agente remineralizante em pastas de dentes e no tratamento precoce da cárie.
- Implantes de aço inoxidável e titânio 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 na sua ausência.
- A nano-hidroxiapatita sintética mimetiza a hidroxiapatita naturalmente presente na dentina e na apatita esteróide, por isso seu uso é vantajoso no reparo do esmalte e na incorporação em cremes dentais, bem como nas lavagens bucais
Outros usos da hidroxiapatita
- A hidroxiapatita é utilizada nos filtros de ar dos veículos automotivos para aumentar a eficiência destes na absorção e decomposição do monóxido de carbono (CO). Isso reduz a poluição ambiental.
- Um complexo de alginato-hidroxiapatita foi sintetizado que 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. Isto apresenta cargas positivas (Ca ++) e cargas negativas (PO 4 -3), podendo interagir com proteínas eletricamente carregadas e permitir sua separação por troca iônica.
- A hidroxiapatita também tem sido utilizada como suporte para a eletroforese de ácidos nucléicos. Separe o DNA do RNA, bem como o DNA de uma única fita de DNA de duas fitas.
Propriedades físicas e químicas
A hidroxiapatita é um sólido branco que pode adquirir tons acinzentados, amarelos e verdes. Por ser um sólido cristalino, possui altos pontos de fusão, indicativos de fortes interações eletrostáticas; para hidroxiapatita, isso é 1100 ºC.
É mais denso que a água, com uma densidade de 3, 05 - 3, 15 g / cm3. Além disso, é praticamente insolúvel em água (0, 3 mg / mL), devido aos íons fosfato.
No entanto, em meio ácido (como no HCl) é solúvel. Esta solubilidade é devida à formação de CaCl2, um sal altamente solúvel em água. Além disso, os fosfatos são protonados (HPO 4 2- e H 2 PO 4 -) e interagem em maior grau com a água.
A solubilidade da hidroxiapatita em ácidos é importante na fisiopatologia da cárie. As bactérias da cavidade oral secretam ácido lático, produto da fermentação da glicose, que reduz o pH da superfície dentária para menos de 5, de modo que a hidroxiapatita começa a se dissolver.
O flúor (F-) pode substituir os íons OH na estrutura cristalina. Quando isso acontece, contribui para a resistência à hidroxiapatita do esmalte dentário contra os ácidos.
Possivelmente, essa resistência pode ser devida à insolubilidade do CaF 2 formado, recusando-se a "deixar" o cristal.
