Kalcija fosfāts

Vikipēdijas lapa
Kalcija fosfāts

Kalcija fosfāta kristālrežģis

Kalcija fosfāta struktūrformula
CAS numurs 7758-87-4
Ķīmiskā formula Ca3(PO4)2
Molmasa 310,18 g/mol
Blīvums 3140 kg/m3
Kušanas temperatūra 1670 °C
Šķīdība ūdenī praktiski nešķīst

Kalcija fosfāts ir kalcija un fosforskābes sāls ar ķīmisko formulu Ca3(PO4)2. Tas arī zināms, kā tribāziskais kalcija fosfāts un kaļķu kaulu fosfāts. Tā ir balta, mazšķīstoša viela. Lielākā daļa komerciālo "trikalcija fosfāta" paraugu faktiski ir hidroksiapatīts.[1]

Tas eksistē trijās kristāliskajās polimorfajās formās α, α′, and β. α un α′ ir stabilas augstā temperatūrā.

Nomenklatūra[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Kalcija fosfāts attiecas uz daudziem materiāliem, kas sastāv no kalcija joniem (Ca2+) kopā ar ortofosfāta (PO43-), metafosfāta vai pirofosfāta (P2O74-) un reizēm ar oksīda un hidroksīda joniem. Jo īpaši parastajam minerālu apatītam ir formula Ca5(PO4)3X, kur X ir F, Cl, OH vai maisījums, tas pārsvarā ir hidroksiapatīts, ja papildu jons galvenokārt ir hidroksīds. Liela daļa tirgū esošā kalcija fosfāta faktiski ir pulverveida hidroksiapatīts.

Sagatavošana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Kalcija fosfātu ražo komerciāli, apstrādājot hidroksiapatītu ar fosforskābi un dzēstiem kaļķiem.

To nevar nogulsnēt tieši no ūdens šķīduma. Parasti tiek izmantotas dubultās sadalīšanās reakcijas, kas ietver šķīstošos fosfātu un kalcija sāļus, piemēram (NH4)2HPO4 + Ca(NO3)2, tiek veiktas kontolētos pH apstākļos.[2] Nogulsnes būs vai nu amorfs kalcija fosfāts vai kalcija deficīts hidroksiapatīts Ca9(HPO4)(PO4)5(OH).[2][3][4] Kristālisko kalcija fosfātu var iegūt kalcinējot nogulsnes. Parasti veidojas β-Ca3(PO4)2, lai iegūtu α-Ca3(PO4)2 nepieciešama augstāka temperatūra.

Alternatīva mitrajai procedūrai ir kalcija pirofosfāta un kalcija karbonāta karsēšana:[3]

CaCO3 + Ca2P2O7 → Ca3(PO4)2 + CO2

β-, α- un α′- Ca3(PO4)2 polimorfo formu struktūra[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Kalcija fosfātam ir 3 polimorfās formas, romboedriskā β forma (parādīta iepriekš) un divas augstas temperatūras formas, monoklīniska α un sešstūra α′. β formas kristalogrāfiskais blīvums ir 3,066 g/cm3, kamēr augstas temperatūras formas ir mazāk blīvas, α formai blīvums ir 2,866 g/cm3 un α′ - 2,702 g/cm3 un visām formām ir sarežģītas struktūras, kas sastāv no tetraedriskiem fosfātu centriem, kas caur skābekli ir saistīti ar kalcija joniem.[5] Augstas temperatūras formām ir divu veidu kolonnas, viena satur tikai kalcija jonus, bet otrā - gan kalcija, gan fosfāta jonus.[6]

Starp β un α formām ir atšķirības ķīmiskajās un bioloģiskajās īpašībās, α forma ir vairāk šķīstoša un bioloģiski noārdāma. Abas formas ir komerciāli pieejamas un tās ir preparātos, kurus izmanto medicīnā un zobārstniecībā.[6]

Atrašanās dabā[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Kalcija fosfāts ir viens no galvenajiem kaulu sadegšanas produktiem (kaulu pelni). Kalcija fosfātu parasti iegūst arī no neorganiskajiem avotiem, piemēram, minerāliem.[7] Kalcija fosfāts dabā ir sastopams vairākās formās ieskaitot:

Divfāzu kalcija fosfāts[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Divfāzu kalcija fosfāts, sākotnēji ziņots kā kalcija fosfāts, bet rentgendifrakcijas dati parāda, ka materiāls divu fāzu maisījums, hidroksiapatīta un β-kalcija fosfāta.[8] Tas ir keramisks.[9] Sagatavošana ietver saķepināšanu, izraisot kalcija deficīta apatīta neatgriezenisku sadalīšanos, ko alternatīvi dēvē nestehiometrisko apatītu vai bāzisko kalcija fosfātu.[10] Piemēram:[11]

Ca10−δ(PO4)6−δ(HPO4)δ(OH)2−δ → (1−δ) Ca10(PO4)6(OH)2 + 3δ Ca3(PO4)2

β-kalcija fosfāts var saturēt piemasījumus, piemēram, kalcija pirofosfātu Ca2P2O7 un apatītu. β-kalcija fosfāts ir bioresorbējams. Bionoārdīšanās process ietver β formas ātrāku izšķīšanu, kam seko hidroksiapatīta kristālu eliminācija. β forma nešķīst ķermeņa šķidrumos fizoloģiskā pH līmeni, izšķīdināšanai nepieciešama šūnu aktivitāte, kas rada skābāku vidi (pH).[3]

Izmantošana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Pārtikas piedeva[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Kalcija fosfātu izmanto pulverveida garšvielās, kā pretsalipes līdzekli, piemēram, lai novērstu galda sāls salipšanu. Tam ir piešķirts Eiropas pārtikas piedevas numurs E341.

Veselības un skaistumkopšanas produkti[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Tas ir arī bērnu pulverī, antacīdos un zobu pastā. Zobu pastas, kas satur funkcionalizētu β-kalcija fosfātu, var palīdzēt remineralizēt zobu emalju.[12][13][14]

Biomedicīna[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

To lieto arī kā uztura bagātinātāju un dabīgi ir sastopams govs pienā, lai gan visizplatītākie un lētākie uztura bagātinātāji ir kalcija karbonāts, kurš jālieto kopā ar ēdienu un kalcija citrāts, kuru var lietot bez ēdiena.[15][16] Ir dažas debates par dažādo kalcija sāļu atšķirīgo biopieejamību.

To var izmantot, kā audu aizstājēju kaulu defektu labošanai, ja autogēnā kaulu transplantācija nav iespējama.[17][18][19] To var lietot vienu pašu vai kombinācijā ar bioloģiski noārdāmu, resorbējamu polimēru, piemēram, poliglikolskābi.[20] To var kombinēt ar autologiem materiāliem kaulu transplantācijai.[21][22]

Porainas β-kalcija fosfāta sastatnes tiek izmantotas, kā zālu nesējsistēmas vietējai zāļu ievadīšanai kaulos.[23]

Atrašanās dabā[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Kalcija fosfāts dabā ir sastopams minerāla tuīta veidā dažos meteorītos. Tā veidošanas ir saistīta ar triecienmetamorfismu.[24]

Atsauces[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

  1. ↑ El Moussaoui, Youssef; Terrisse, Hélène; Quillard, Sophie; Ropers, Marie-Hélène; Humbert, Bernard (January 2023). "The True Nature of Tricalcium Phosphate Used as Food Additive (E341(iii))" (en). Nanomaterials 13 (12): 1823. doi:10.3390/nano13121823. ISSN 2079-4991. PMC 10303396. PMID 37368253.
  2. ↑ 2,0 2,1 Destainville, A.; Champion, E.; Bernache-Assollant, D.; Laborde, E. (2003). "Synthesis, characterization and thermal behavior of apatitic tricalcium phosphate". Materials Chemistry and Physics 80 (1): 269–277. doi:10.1016/S0254-0584(02)00466-2.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 Rey, C., Combes, C., Drouet, C., Grossin, D. «1.111 – Bioactive Ceramics: Physical Chemistry». In Paul Ducheyne. Comprehensive Biomaterials 1. Elsevier, 2011. 187–281. lpp. ISBN 978-0-08-055294-1. doi:10.1016/B978-0-08-055294-1.00178-1.
  4. ↑ Dorozhkin, Sergey V. (December 2012). "Amorphous calcium (ortho)phosphates". Acta Biomaterialia 6 (12): 4457–4475. doi:10.1016/j.actbio.2010.06.031. PMID 20609395.
  5. ↑ Yashima, M.; Sakai, A.; Kamiyama, T.; Hoshikawa, A. (2003). "Crystal structure analysis of β-tricalcium phosphate Ca3(PO4)2 by neutron powder diffraction". RNAl of Solid State Chemistry 175 (2): 272–277. Bibcode 2003JSSCh.175..272Y. doi:10.1016/S0022-4596(03)00279-2.
  6. ↑ 6,0 6,1 Carrodeguas, R.G.; De Aza, S. (2011). "α-Tricalcium phosphate: Synthesis, properties and biomedical applications". Acta Biomaterialia 7 (10): 3536–3546. doi:10.1016/j.actbio.2011.06.019. PMID 21712105.
  7. ↑ Yacoubou, Jeanne, MS. Vegetarian Journal's Guide To Food Ingredients "Guide to Food Ingredients". The Vegetarian Resource Group, n.d. Web. 14 Sept. 2012.
  8. ↑ G. Daculsi, R. Legeros. «17 – Tricalcium phosphate hydroxyapatite biphasic ceramics». In Tadashi Kokubo. Bioceramics and their Clinical Applications. Woodhead Publishing, 2008. 395–423. lpp. ISBN 978-1-84569-204-9. doi:10.1533/9781845694227.2.395.
  9. ↑ Salinas, Antonio J.; Vallet-Regi, Maria (2013). "Bioactive ceramics: from bone grafts to tissue engineering". RSC Advances 3 (28): 11116–11131. Bibcode 2013RSCAd...311116S. doi:10.1039/C3RA00166K.
  10. ↑ J.C. Elliott. «3 – Hydroxyapatite and Nonstoichiometric Apatites». Studies in Inorganic Chemistry 18. Elsevier, 1994. 111–189. lpp. ISBN 978-0-444-81582-8. doi:10.1016/B978-0-444-81582-8.50008-0.
  11. ↑ Vallet-Regí, M.; Rodríguez-Lorenzo, L.M. (November 1997). "Synthesis and characterisation of calcium deficient apatite". Solid State Ionics 101–103, Part 2: 1279–1285. doi:10.1016/S0167-2738(97)00213-0.
  12. ↑ Hamba H, Nakamura K, Nikaido T, Tagami J, Muramatsu T (October 2020). "Remineralization of enamel subsurface lesions using toothpaste containing tricalcium phosphate and fluoride: an in vitro µCT analysis". BMC Oral Health 20 (1): 292. doi:10.1186/s12903-020-01286-1. PMC 7590595. PMID 33109184.
  13. ↑ Meyer F, Amaechi BT, Fabritius HO, Enax J (2018). "Overview of Calcium Phosphates used in Biomimetic Oral Care". The Open Dentistry Journal 12: 406–423. doi:10.2174/1874210601812010406. PMC 5997847. PMID 29988215.
  14. ↑ Limeback H, Enax J, Meyer F (July 2023). "Improving Oral Health with Fluoride-Free Calcium-Phosphate-Based Biomimetic Toothpastes: An Update of the Clinical Evidence". Biomimetics (Basel, Switzerland) 8 (4). doi:10.3390/biomimetics8040331. PMC 10452078. PMID 37622936.
  15. ↑ Bonjour JP, Carrie AL, Ferrari S, Clavien H, Slosman D, Theintz G, Rizzoli R (March 1997). "Calcium-enriched foods and bone mass growth in prepubertal girls: a randomized, double-blind, placebo-controlled trial". J. Clin. Invest. 99 (6): 1287–1294. doi:10.1172/JCI119287. PMC 507944. PMID 9077538.
  16. ↑ Straub DA (June 2007). "Calcium supplementation in clinical practice: a review of forms, doses, and indications". Nutr Clin Pract 22 (3): 286–296. doi:10.1177/0115426507022003286. PMID 17507729.
  17. ↑ Paderni S, Terzi S, Amendola L (September 2009). "Major bone defect treatment with an osteoconductive bone substitute". Musculoskelet Surg 93 (2): 89–96. doi:10.1007/s12306-009-0028-0. PMID 19711008.
  18. ↑ Moore DC, Chapman MW, Manske D (1987). "The evaluation of a biphasic calcium phosphate ceramic for use in grafting long-bone diaphyseal defects". Journal of Orthopaedic Research 5 (3): 356–365. doi:10.1002/jor.1100050307. PMID 3040949.
  19. ↑ Lange TA, Zerwekh JE, Peek RD, Mooney V, Harrison BH (1986). "Granular tricalcium phosphate in large cancellous defects". Annals of Clinical and Laboratory Science 16 (6): 467–472. PMID 3541772.
  20. ↑ Cao H, Kuboyama N (September 2009). "A biodegradable porous composite scaffold of PGA/β-TCP for bone tissue engineering". Bone 46 (2): 386–395. doi:10.1016/j.bone.2009.09.031. PMID 19800045.
  21. ↑ Erbe EM, Marx JG, Clineff TD, Bellincampi LD (October 2001). "Potential of an ultraporous β-tricalcium phosphate synthetic cancellous bone void filler and bone marrow aspirate composite graft". European Spine Journal 10 Suppl. 2 (Suppl 2): S141–S146. doi:10.1007/s005860100287. PMC 3611552. PMID 11716011.
  22. ↑ Bansal S, Chauhan V, Sharma S, Maheshwari R, Juyal A, Raghuvanshi S (July 2009). "Evaluation of hydroxyapatite and beta-tricalcium phosphate mixed with bone marrow aspirate as a bone graft substitute for posterolateral spinal fusion". Indian Journal of Orthopaedics 43 (3): 234–239. doi:10.4103/0019-5413.49387. PMC 2762171. PMID 19838344.
  23. ↑ Kundu, B; Lemos A; Soundrapandian C; Sen PS; Datta S; Ferreira JMF; Basu D (2010). "Development of porous HAp and β-TCP scaffolds by starch consolidation with foaming method and drug-chitosan bilayered scaffold based drug delivery system". J. Mater. Sci. Mater. Med. 21 (11): 2955–2969. doi:10.1007/s10856-010-4127-0. PMID 20644982.
  24. ↑ Tuite. Mindat.org
Saturs iegūts no "https://lv.wikipedia.org/w/index.php?title=Kalcija_fosfāts&oldid=3955153"