Кіріспе

Табиғи минералдық формасы кальций апатиті. Гидроксиапатит (IMA атауы: гидроксилапатит) (Hap, HAp немесе HA) – формуласы Ca5(PO4)3(OH) болатын кальций апатитінің табиғи минералдық формасы, көбінесе Ca10(PO4)6(OH)2 деп жазылады, бұл кристалдық бірлік жасуша екі бірліктерден тұратынын көрсетеді. Бұл апатит тобының гидроксилдік түрі. |OH− ионы фтор немесе хлоридпен алмастырылып, фторпатит немесе хлорапатит түзеді. Алтыбұрышты кристалл жүйесінде кристалданады. Таза гидроксиапатит ұнтағы ақ түсті. Табиғатта кездесетін апатит қоңыр, сары немесе жасыл түсті болуы мүмкін, бұл тіс флюорозының түс өзгерістеріне ұқсас. Адам сүйегінің көлемі бойынша 50%-ға дейін және салмағы бойынша 70%-ға дейін сүйек минералы деп аталатын гидроксиапатиттің өзгертілген түрінен тұрады. Карбонатты кальций тапшылығы бар гидроксиапатит – тіс эмалі мен дентиннің негізгі минералы. Гидроксиапатит кристалдары сондай-ақ аналық бездегі және мидың басқа құрылымдарындағы (корпуса аренацеа немесе "ми құмы") патологиялық кальцификацияларда кездеседі.

Сүтқоректілер мен адам

Гидроксилапатит сүйектер мен тістерде кездеседі; сүйек негізінен коллаген матрицасына сіңген HA кристалдарынан тұрады – сүйектің массасының 65-70% HA құрайды. Сол сияқты, тіс дентині мен эмалінің массасының 70-80% HA құрайды. Эмальде HA үшін матрицаны коллагеннің орнына амелогениндер мен эмалиндер құрайды. Буын маңындағы сіңірлерде гидроксилапатит жинақталуы кальцификациялық тендинит деп аталатын медициналық жағдайға алып келеді. Гидроксилапатит кальций фосфаты бүйрек тастарының құрамында болады.

Тіс эмалының реминерализациясы

Тіс эмалын реминерализациялау – бұл деминерализацияланған эмальге минералды иондарды қайта енгізу процесі. Гидроксиапатит – тістердегі эмальдің негізгі минералды құрауы. Деминерализация кезінде кальций және фосфор иондары гидроксиапатиттен шығарылады. Реминерализация кезінде енгізілген минералды иондар гидроксиапатит кристалдарының құрылымын жаңартады.

Мантис-шаян

Odontodactylus scyllarus (павлин тасты бақасы) клубкалы мүшелері минералдың өте тығыз түрінен жасалған, оның нақты беріктігі жоғары; бұл оның синтездеу және инженерлік қолдану мүмкіндіктерін зерттеуге алып келді. Олардың дактильді мүшелері әсер ететін аймақ негізінен айтарлықтай қаттылықты қамтамасыз ететін кристалды гидроксиапатиттен құралғандықтан, соққыға өте төзімді. Гидроксиапатиттен тұратын, кальций мен фосфордың төмен мөлшері бар (соның салдарынан модульі әлдеқайда төмен) кезеңді қабат, жарықтардың өсуін тежейді, жаңа жарықтарды бағытын өзгертуге мәжбүрлейді. Бұл кезеңдік қабат, модульдің үлкен айырмашылығына байланысты екі қабат арасында берілетін энергияны азайтады, тіпті түскен энергияның бір бөлігін кері қайтарады.

Тіс дәрігерлігінде қолдану

, гидроксиапатит немесе оның синтетикалық түрде жасалған, нано гидроксиапатиті әлі кең қолданылмайды. Кейбір зерттеулер оның тіс майысқан қабатының сезімталдығын азайтуға, тіс ағартудан кейін сезімталдықтың алдын алуға және кариестің дамуын тоқтатуға көмектесетінін көрсетеді. Құс жұмыртқа қабығының гидроксиапатиті ауыз хирургиясында сүйек тінін жаңару процедураларында қолданылатын тиімді материал бола алады.

Тіс сезімталдығы

Наногидроксиапатит тістердің минералдану процесін күшейтетін биоактивті компоненттерге ие, соның арқасында тіс жоғары сезімталдығынан құтылуға болады. Тіс жоғары сезімталдығының себебі дентин түтікшелеріндегі сұйықтықтардың бұзылуы деп саналады. Гидроксиапатит дентиннің жоғары сезімталдығына қарсы орташа және ұзақ мерзімді десенсибилизациялық әсерін көрсетті, бұл эффекттің бағалануына булану стимулдары мен визуалды аналогтық шкала (калий нитраты, аргинин, гидроксиэтилметакрилатпен глютаральдегид, гидроксиапатит, адгезивті жүйелер, шыны иономерлі цементтер және лазер) қолданылды.

Ағарту үшін қосалқы агенттер

Тіс ағарту заттары эмальді зақымдайтын реактивті оттегі түрлерін бөліп шығарады. Реминерализациядан өзге, in vitro зерттеулер көрсеткендей, наногидроксиапатит қосылған тіс пасталары тіс эмалінің және шайыр негізіндегі композиттік беттердің үстінде биожұқақтардың (биофильмнің) қалыптасуын азайтуға қабілетті.

Тіс материалдары ретінде

Гидроксиапатит химиялық құрамының қатты тіндерге ұқсас болғандықтан стоматологияда және ауыз және жақ-бет хирургиясында кеңінен қолданылады. Болашақта тіндерді жаңарту және инженериялау үшін наногидроксиапатитті пайдалану мүмкіндігі қарастырылуда. Наногидроксиапатиттің басты және ең артықшылықты қасиеті – оның биологиялық үйлесімділігі. Ол химиялық тұрғыдан табиғи гидроксиапатитке ұқсас және организмдегі жасушадан тыс матрицада кездесетін құрылымдардың құрылымын және биологиялық функциясын имитациялай алады. Сондықтан оны сүйек және цемент сияқты тіндерді инженериялау үшін негіз ретінде қолдануға болады. Еуропалық комиссияның Тұтынушылар қауіпсіздігі жөніндегі ғылыми комитеті (SCCS) 2023 жылы жаңартылған пікірін қайта жариялады, онда таяқша тәрізді наногидроксиапатит генотоксикалық қауіптен босатылды, бұл тұтыну тауарларында тіс пасталарында наногидроксиапатиттің 10%-ға дейін және ауыз шаю ерітінділерінде 0,465%-ға дейін концентрациясында болуына жол береді. Дегенмен, ине тәрізді наногидроксиапатит және шашыратқыш өнімдерде ингаляция жасау қаупі туралы ескерту жасалды. Онда мынадай мәлімдеме бар:

Хроматография

Гидроксиапатит медициналық қолданысымен қатар, жылтырату сатысындағы аралас режимдегі хроматографияда төменгі сатыдағы қолдануларда да қолданылады. Гидроксиапатит бетіндегі иондар оны биомолекулалық қоспаларды ерекше таңдау, бөлу және тазарту үшін идеалды кандидат етеді. Аралас режимдегі хроматографияда гидроксиапатит хроматографиялық бағандардағы тұрақты фаза ретінде қолданылады. Кальций иондарының (C орындары) және фосфаттық орындарының (P орындары) бірлескен болуы металлмен байланысу және ион алмасу қасиеттерін қамтамасыз етеді. Шаиырдың бетіндегі C орындары биомолекулалардағы фосфат немесе карбоксил топтарымен металлмен байланысу арқылы өзара әрекеттеседі. Сонымен қатар, осы оң зарядталған C орындары биомолекулалардағы оң зарядталған функционалдық топтарды (мысалы, амино топтарды) кері итеруге бейім. P орындары биомолекулалардағы оң зарядталған функционалдық топтармен катиондық алмасуға түседі. Олар биомолекулалардағы теріс зарядталған функционалдық топтармен электростатикалық кері итеруді көрсетеді. Молекулаларды элюциялау үшін жоғары концентрациялы фосфат және натрий хлориді бар буфер қолданылады. Гидроксиапатит бетіндегі әртүрлі зарядталған иондардың сипаты биомолекулалардың ерекше таңдаулылығы мен байланысуына жағдай жасайды, бұл биомолекулаларды берік бөлуге мүмкіндік береді. Гидроксиапатит ақуызды тазарту мақсатында әртүрлі формада және әртүрлі өлшемде қолжетімді. Гидроксиапатит ортасының артықшылықтары – жоғары өнімділіктің тұрақтылығы және өндіріс кезіндегі әртүрлі партиялардың біркелкілігі. Гидроксиапатит көбінесе моноклональды антиденелерді жылтырату, эндотоксинсіз плазмидтерді бөліп алу, ферменттерді және вирус бөлшектерін тазарту үшін қолданылады.

Археологияда қолдану

Археологияда адам және жануарлардың қалдықтарынан алынған гидроксиапатитті ежелгі диеталарды, көші-қондарды және палеоклиматты қайта құру үшін талдауға болады. Сүйек пен тістің минералдық фракциялары көміртек, оттегі және стронций сияқты іздік элементтердің резервуары ретінде қызмет етеді. Адам және жануарлардың гидроксиапатитіне жасалған тұрақты изотоптық талдау, диетаның негізінен құрлықтағы немесе теңіздегі тағамдардан тұрғанын (көміртек, стронций), жануар немесе адамның географиялық шығу тегі мен көшіп-қону әдеттерін (оттегі, стронций) және бұрынғы температуралар мен климаттың өзгеруін (оттегі) анықтауға мүмкіндік береді. Сүйектің кейіннен өзгеруі сүйек коллагенінің – тұрақты изотоптық талдау үшін қажетті белоктың – бұзылуына себеп болуы мүмкін.

Фторсыздандыру

Гидроксилапатит – ауыз суды фторсыздандыруға мүмкіндік беретін адсорбент, себебі ол үш кезеңді процесте фторпатитті түзетіп шығарады. Гидроксилапатит судан F− иондарын алып тастап, орнына OH− иондарын қосып, фторпатит құрайды. Алайда, фторсыздандыру процесінде гидроксилапатит еріп, pH деңгейі мен фосфат иондарының концентрациясын арттырады, бұл фторсыздандырылған суды ішуге жарамсыз етеді. Жақында гидроксилапатиттен фосфаттың шаюын болдырмау үшін "кальций қосылған гидроксилапатит" деп аталатын фторсыздандыру әдісі ұсынылды. Бұл әдіс сондай-ақ, флюорозға шалдыққан аймақтарға кальцийге тоқ сілтілі су беріп, флюороздың кері қайтысына да әсер ете алады.