히드록시아파타이트

Hydroxyapatite
히드록시아파타이트
Mineraly.sk - hydroxylapatit.jpg
매트릭스상의 히드록시아파타이트 결정
일반
카테고리인산염 광물
아파타이트군
공식
(유닛)		Ca5(PO4)3OH
IMA 기호햅[1]
스트룬츠 분류8. BN.05
수정계육각형
크리스털 클래스쌍방향체 (6/m)
H-M 기호(6/m)
스페이스 그룹P63/m
단위 셀a = 9.41Ω, c = 6.88Ω, Z = 2
신분증
공식 질량502.31g/1g
색.무색, 흰색, 회색, 노란색, 황록색
수정 습관거대한 지각의 결정체, 석순, 결절과 같이 표상의 결정체로서
갈라짐{0001} 및 {1010}에서 불량
골절원추형
고집부서지기 쉽다
모스 척도 경도5
광택유리질에서 아농도로, 흙으로
스트릭하얀색
명료성투명에서 반투명
비중3.14 – 3.21 (표준), 3.16 (표준)
광학적 특성단축(-)
굴절률nω = 1.651ε n = 1.644
복굴절θ = 0.007
레퍼런스[2][3][4]
히드록시아파타이트
스테인리스강 위에 바늘 모양의 히드록시아파타이트 결정이 있습니다.타르투 대학의 전자 현미경 사진을 스캔하고 있습니다.
주사 프로브 현미경으로 촬영한 Ca-HAP의 나노스케일 코팅
X선 결정학에서 히드록시아파타이트 단위세포의 절반을 3D 시각화하는 방법

히드록시라파타이트(HA)라고도 불리는 히드록시아파타이트는 칼슘아파타이트의 자연발생 광물 형태이며, 식5 Ca4(3PO)(OH)는 보통 결정 단위 세포가 두 개의 [5]실체로 구성되어 있음을 나타내기 위해 Ca(PO4)(6OH)2로 표기됩니다10.히드록시아파타이트는 복합 아파타이트 그룹의 히드록실 엔드 멤버이다.OH 이온은− 플루오르화물, 염화물 또는 탄산염으로 대체될 수 있으며 플루오르아파타이트 또는 클로라파타이트를 생성합니다.그것은 육각형 결정계에서 결정된다.순수 히드록시아파타이트 분말은 흰색이다.그러나 자연적으로 발생하는 아파타이트는 갈색, 노란색 또는 녹색을 띠기도 하는데, 이는 치과용 불소증의 변색과 유사합니다.

인체 뼈의 부피 기준 최대 50%, 무게 기준 70%는 변형된 형태의 히드록시아파타이트로, 뼈 [6]미네랄로 알려져 있습니다.탄산칼슘 결핍 히드록시아파타이트는 치과용 에나멜과 상아틴을 구성하는 주요 광물이다.히드록시아파타이트 결정은 송과선과 코퍼라 아레나 또는 "뇌모래"[7]로 알려진 다른 구조물 내의 작은 석회화에서도 발견됩니다.

화학 합성

히드록시아파타이트는 습식화학증착, 생체모방증착, 솔겔루트(습식화학침전) 또는 [8]전착과 같은 몇 가지 방법을 통해 합성될 수 있다.하이드록시아파타이트 나노 결정 현탁액은 아래 [9]반응식에 따라 습식 화학 침전 반응을 통해 제조할 수 있습니다.

10 Ca(OH)2 + 6 HPO34 → Ca10(PO4)(6OH)2 + 182 HO

히드록시아파타이트를 합성 복제하는 능력은 특히 치과에서 매우 귀중한 임상적 의미를 가집니다.각 기술은 크기와 모양 [10]등 다양한 특성을 가진 히드록시아파타이트 결정을 생성합니다.이러한 변화는 화합물의 생물학적 및 기계적 특성에 현저한 영향을 미치므로 이러한 히드록시아파타이트 제품은 임상적으로 서로 다른 [11]용도로 사용됩니다.

칼슘 결핍 히드록시아파타이트

칼슘결핍(비스토키오메트리) 히드록시아파타이트10−x, Ca4(6−xPO4)(xHPO)(2−xOH)(여기서 x는 0~1)의 Ca/P비가 1.67~1.5이다.Ca/P 비율은 인산칼슘 [12]단계에 대한 논의에서 자주 사용됩니다.스토이치메트릭 아파타이트10 Ca(PO4)(6OH)2는 보통 1.67로 나타나는 10:6의 Ca/P 비율을 가진다.비스토이코메트릭 위상은 양이온 공실2+(Ca)과 음이온 공실−(OH)이 있는 히드록시아파타이트 구조를 가진다.화학측정학적 히드록시아파타이트에서 인산 음이온이 단독으로 차지하는 부위는 인산염 또는 인산수소, HPO42−, [12]음이온에 의해 점유된다.칼슘 결핍 단계의 준비는 질산칼슘과 인산디암모늄의 혼합물을 원하는 Ca/P 비율로 석출하여 예를 들어 1.6의 [13]Ca/P 비율로 시료를 만들 수 있다.

9.6 Ca(NO3)2 + 6(NH4)2 HPO4 → Ca9.6(PO4)(5.6HPO4)(0.4OH)1.6

이러한 비스토이코메트리상을 소결시키면 인산삼칼슘과 히드록시아파타이트(biphasic calcium phosphate)[14]가 밀접하게 혼합된 고체상을 형성합니다.

Ca10−x(PO4)(6−xHPO4)(xOH)2−x → (1 - x) Ca10(PO4)(6OH)2 + 3x3 Ca(PO4)2

생물학적 기능

갯가제비

Odontodactylus skyllarus(피콕 사마귀 새우)의 곤봉 부속물은 비강도가 높은 매우 조밀한 형태의 광물로 만들어졌으며, 이로 인해 잠재적인 합성 및 공학적 [15]용도를 조사하게 되었다.이들의 닥틸 부속물은 충격 부위가 주로 결정성 히드록시아파타이트로 구성되어 있어 충격 저항성이 우수하며 상당한 경도를 제공한다.저칼슘 및 인 함유량의 히드록시아파타이트로 이루어진 충격층 하부의 주기층(따라서 훨씬 낮은 계수)은 새로운 균열을 강제로 방향을 바꾸도록 함으로써 균열 성장을 억제한다.이 주기적 층은 또한 계수의 큰 차이로 인해 두 층에 걸쳐 전달되는 에너지를 감소시킵니다. 심지어 입사 [16]에너지의 일부를 반영하기도 합니다.

포유류/인간

하이드록시아파타이트는 뼈와 치아에 존재하며 뼈는 주로 콜라겐 매트릭스에 배치된 HA 결정으로 구성되어 있습니다. 뼈 질량의 65~70%는 HA입니다.마찬가지로 HA는 치아에 있는 상아질과 법랑질 질량의 70-80%이다.에나멜에서 HA의 [17]매트릭스는 콜라겐 대신 아멜로게닌과 에나멜린에 의해 형성된다.

관절 주위의 힘줄에 히드록시아파타이트가 침착되면 의학적 상태가 석회성 [18]건염으로 이어진다.

치아 에나멜의 재메네랄화 히드록시아파타이트

치아 에나멜의 재메네랄화는 미네랄 이온의 탈메네랄화 [19]에나멜 재도입을 포함한다.히드록시아파타이트는 치아 [20]에나멜의 주요 미네랄 성분이다.탈염 중에 히드록시아파타이트에서 칼슘과 인이온이 추출된다.재메네랄화 과정에서 도입된 미네랄 이온은 히드록시아파타이트 [20]결정의 구조를 복구합니다.재미네랄화 중에 불소 이온이 존재하는 경우, 물 불소화 또는 불소 함유 치약의 사용을 통해 하이드록시아파타이트 [21]결정 대신 보다 강하고 내산성이 높은 불소아파타이트 결정이 형성된다.

치과에서 사용

2019년 현재 히드록시아파타이트 또는 그 합성 제조 형태인 나노히드록시아파타이트의 사용은 아직 일반적이지 않다.일부 연구에 따르면 상아질 과민증을 억제하고 치아 표백 시술 후 민감성을 방지하며 충치 [22][23][24]예방에 도움이 된다고 합니다.조류 알껍질 하이드록시아파타이트는 [25]구강외과에서 뼈 재생 시술에서 생존 가능한 충전재가 될 수 있다.

상아질 감도

나노히드록시아파타이트는 치아의 광물화 과정을 촉진하여 과민성을 교정할 수 있는 생체 활성 성분을 가지고 있다.치아의 과민성은 치관 [22]내의 액체에 의해 조절되는 것으로 생각됩니다.다른 자극의 결과로 이 액체의 움직임은 펄프의 수용체 세포를 흥분시키고 통증의 감각을 [22]유발한다고 한다.나노히드록시아파타이트의 물리적 특성은 튜브를 관통하고 봉합할 수 있으며, 유체의 순환을 멈추게 하고,[23] 따라서 자극으로 인한 고통의 감각을 멈추게 합니다.나노히드록시아파타이트는 표면 재메네랄화의 [24]자연적 과정과 유사하기 때문에 선호된다.

상아질 과민성 완화 나노히드록시아파타이트에 대한 대체 치료법에 비해 치료제가 임상적으로 더 나은 것으로 나타났다.나노히드록시아파타이트는 공기 폭발과 같은 증발 자극과 치과 기기로 치아를 두드리는 촉각 자극에 대한 민감도를 낮추는 데 다른 치료법보다 뛰어난 것으로 입증되었다.그러나 나노히드록시아파타이트와 차가운 [26]자극에 대한 다른 치료법 사이에는 차이가 없었다.히드록시아파타이트는 증발 자극과 시각적 유사 척도(와 함께 질산칼륨, 아르기닌, 히드록시아파타이트, 접착 시스템, 유리 이오노머 시멘트 및 레이저)[27]를 사용하여 상아질 과민증에 대해 상당한 중장기 감작 효과를 보였다.

표백용 공동제

치아 표백제는 [23]에나멜을 분해할 수 있는 활성산소를 방출한다.이를 방지하기 위해 표백액에 나노히드록시아파타이트를 첨가하여 에나멜 [23]내의 모공을 차단함으로써 표백제의 충격을 줄일 수 있다.이것에 의해, 표백 [24]처리 후의 감도가 저하됩니다.

충치 예방

나노히드록시아파타이트는 치아에 재메네랄화 효과가 있어 충치성 [24]공격에 의한 손상을 방지하는 데 사용할 수 있다.우식균에 의한 산 공격 시에는 치아 표면의 모공에 나노히드록시아파타이트 입자가 침투하여 보호층을 [23]형성할 수 있다.또한 나노히드록시아파타이트는 열화된 표면광물을 직접 치환하거나 소실 [23]이온의 결합제로서 작용함으로써 충혈에 의한 피해를 되돌리는 능력을 가질 수 있다.

미래에는 나노히드록시아파타이트를 조직공학 및 복구에 사용할 가능성이 있다.나노히드록시아파타이트의 주요 그리고 가장 유리한 특징은 생체적합성이다.[28]그것은 자연적으로 발생하는 히드록시아파타이트와 화학적으로 유사하며, 상주 세포외 [29]매트릭스에서 발견되는 구조의 구조와 생물학적 기능을 모방할 수 있다.따라서 뼈와 시멘트 [23]같은 공학적 조직을 위한 발판으로 사용될 수 있습니다.구순열과 구개열을 회복하고 더 나은 임플란트 [23]배치를 위해 적출 후 치조골 보존과 같은 기존 관행을 정제하는 데 사용될 수 있습니다.

치과용 소재로서

하이드록시아파타이트는 경조직과 [30]화학적으로 유사하기 때문에 치과 및 구강 및 상악안면 수술에 널리 사용됩니다.

일부 치약에서는 히드록시아파타이트가 나노크리스탈 형태로 발견될 수 있습니다(이것들은 쉽게 용해되기 때문에).최근 몇 년 동안, 히드록시아파타이트 나노결정(nHA)은 치과 과민증과 싸우기 위해 치약에 사용되었습니다.에나멜의 복구 및 재염색에 도움이 되어 치아 민감성을 예방하는 데 도움이 됩니다.치아 에나멜은 산성 침식과 충치를 포함한 다양한 요인에 의해 탈염될 수 있습니다.치료하지 않고 방치할 경우 상아질이 노출되고 이후 치수가 노출될 수 있습니다.다양한 연구에서 치약에 나노 히드록시아파타이트를 사용한 것은 치과 [31]에나멜의 재메네랄화를 돕는 긍정적인 결과를 보였다.

합성 히드록시아파타이트(SHA)는 폐포 소켓 보존에서 성공적인 결과를 제공하는 것으로 입증되었다.합성 히드록시아파타이트를 이용한 소켓 이식술은 뼈 [32]재생에 성공할 수 있다.

안전에 관한 우려

유럽위원회의 소비자 안전 과학 위원회(SCCS)는 2021년 공식 의견을 발표했으며, 여기에는 나노물질인 하이드록시아파타이트가 합리적으로 예측 가능한 노출 조건을 고려하여 켜짐 및 린스 오프 피부 및 구강 화장품에 사용되었을 때 안전한지 여부를 고려했다.다음과 같이 [33]기재되어 있습니다.

SCCS는 제공된 데이터 및 과학 문헌에서 이용 가능한 기타 관련 정보를 고려하여 본 의견에서 제시된 최대 농도와 사양으로 경구 관리 화장품에 사용되는 막대 모양의 나노 입자로 구성된 히드록시아파타이트의 안전성에 대해 결론을 내릴 수 없다.이는 이용 가능한 데이터/정보가 HAP-nano의 유전독성 가능성에 대한 우려를 배제하기에 충분하지 않기 때문이다.

크로마토그래피

히드록시아파타이트 크로마토그래피의 메커니즘은 복잡하며 "혼합 모드"로 설명되어 왔다.이는 생체분자(종종 단백질)의 양전하 그룹과 히드록시아파타이트의 인산기 사이의 이온 상호작용과 히드록시아파타이트 칼슘 이온과 음전하 인산기 및/또는 카르복실기 간의 금속 킬레이션을 포함한다.히드록시아파타이트 크로마토그래피의 효과를 정제하고자 하는 단백질의 물리적, 화학적 특성에 기초하여 예측하는 것은 어려울 수 있다.용출에는 일반적으로 인산염 및/또는 중성염 농도가 증가하는 완충제를 사용한다.

고고학에서 사용

고고학에서는 인간과 동물의 유골에서 나온 히드록시아파타이트를 분석하여 고대의 식생활, 이동 및 고경화를 재구성할 수 있다.뼈와 치아의 미네랄 분율은 탄소, 산소, 스트론튬을 포함한 미량 원소의 저장고 역할을 합니다.인간과 동물성 히드록시아파타이트의 안정적인 동위원소 분석은 식단이 자연에서 주로 육지인지 해양인지(탄소, 스트론튬),[34] 동물이나 인간의 지리적 기원과 이동 습관(산소, 스트론튬),[35] 과거의 온도와 기후 변화(산소)[36]를 재구성하는 데 사용될 수 있다.뼈의 퇴적 후 변화는 안정적인 동위원소 [37]분석에 필요한 단백질인 뼈 콜라겐의 분해에 기여할 수 있다.

탈불소

히드록시아파타이트는 3단계 공정에서 불소화석(fluorapatite)을 형성하기 때문에 식수 탈불소화의 잠재적 흡착제이다.하이드록시아파타이트는 불소아파타이트를 형성하는 OH를 대체하기− 위해 물에서 F를 제거한다−.단, 탈불소 처리 중에 히드록시아파타이트가 용해되어 pH 및 인산 이온 농도가 증가하여 탈불소수가 [38]음용수에 적합하지 않게 된다.최근에는 히드록시아파타이트로부터의 인산염 침출을 극복하기 위해 '칼슘 수정 히드록시아파타이트'[38] 탈불소화 기술이 제안되었다.이 기술은 또한 칼슘이 풍부한 알칼리성 식수를 불소화 환부에 공급함으로써 불소화 반전에 영향을 미칠 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

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외부 링크

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