stringtranslate.com

Трикальцийфосфат

Трикальцийфосфат ( иногда сокращенно TCP ), более известный как фосфат кальция , представляет собой кальциевую соль фосфорной кислоты с химической формулой Ca3 (PO4 ) 2 . Он также известен как трехосновный фосфат кальция и костный фосфат извести ( BPL ). Это белое твердое вещество с низкой растворимостью. Большинство коммерческих образцов «трикальцийфосфата» на самом деле являются гидроксиапатитом . [4] [ 5]

Он существует в виде трех кристаллических полиморфов α, α′ и β. Состояния α и α′ стабильны при высоких температурах.

Номенклатура

Фосфат кальция относится к многочисленным материалам, состоящим из ионов кальция (Ca2 + ) вместе с ортофосфатами ( PO3−
4), метафосфаты или пирофосфаты ( P
2О4−
7) и иногда оксидные и гидроксидные ионы. В частности, распространенный минерал апатит имеет формулу Ca 5 (PO 4 ) 3 X , где X — это F , Cl , OH или их смесь; это гидроксиапатит, если дополнительный ион — это в основном гидроксид. Большая часть «трикальцийфосфата» на рынке на самом деле представляет собой порошкообразный гидроксиапатит . [5]

Подготовка

Трикальцийфосфат производится в промышленных масштабах путем обработки гидроксиапатита фосфорной кислотой и гашеной известью . [4]

Его нельзя осадить непосредственно из водного раствора. Обычно используются реакции двойного разложения, включающие растворимый фосфат и соли кальция, например (NH 4 ) 2 HPO 4 + Ca(NO 3 ) 2 . [6] выполняется в тщательно контролируемых условиях pH. Осадок будет либо «аморфным трикальцийфосфатом», ATCP, либо гидроксиапатитом с дефицитом кальция, CDHA, Ca 9 (HPO 4 )(PO 4 ) 5 (OH), (обратите внимание, CDHA иногда называют апатитовым трифосфатом кальция). [6] [7] [8] Кристаллический трикальцийфосфат можно получить путем прокаливания осадка. Обычно образуется β-Ca 3 (PO 4 ) 2 , для получения α-Ca 3 (PO 4 ) 2 требуются более высокие температуры .

Альтернативой влажной процедуре является нагревание смеси пирофосфата кальция и карбоната кальция: [7]

CaCO 3 + Ca 2 P 2 O 7 → Ca 3 (PO 4 ) 2 + CO 2

Структура β-, α- и α’-Ca3(ПО)4)2полиморфы

Трикальцийфосфат имеет три признанных полиморфа, ромбоэдрическую β-форму (показанную выше) и две высокотемпературные формы, моноклинную α и гексагональную α′. β-Трикальцийфосфат имеет кристаллографическую плотность 3,066 г см −3, в то время как высокотемпературные формы менее плотные, α-трикальцийфосфат имеет плотность 2,866 г см −3 , а α′-трикальцийфосфат имеет плотность 2,702 г см −3 . Все формы имеют сложные структуры, состоящие из тетраэдрических фосфатных центров, связанных через кислород с ионами кальция. [9] Высокотемпературные формы имеют два типа столбцов, один из которых содержит только ионы кальция, а другой как кальций, так и фосфат. [10]

Существуют различия в химических и биологических свойствах между β и α формами, α форма более растворима и биоразлагаема. Обе формы доступны в продаже и присутствуют в формулах, используемых в медицинских и стоматологических приложениях. [10]

Происшествие

Фосфат кальция является одним из основных продуктов сгорания костей (см. костная зола ). Фосфат кальция также обычно получают из неорганических источников, таких как минеральные породы. [11] Трикальцийфосфат встречается в природе в нескольких формах, включая:

Двухфазный фосфат кальция, BCP

Двухфазный фосфат кальция, BCP, изначально был описан как трикальцийфосфат, но методы рентгеновской дифракции показали, что материал представляет собой тесную смесь двух фаз, гидроксиапатита (ГА) и β-трикальцийфосфата. [12] Это керамика. [ 13] Подготовка включает спекание , вызывающее необратимое разложение апатитов с дефицитом кальция [7], альтернативно называемых нестехиометрическими апатитами или основным фосфатом кальция. [14] Пример: [15]

Ca 10− δ (PO 4 ) 6− δ (HPO 4 ) δ (OH) 2− δ → (1− δ ) Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 + 3 δ Ca 3 (PO 4 ) 2

β-TCP может содержать примеси, например, пирофосфат кальция, Ca 2 P 2 O 7 и апатит. β-TCP является биорезорбируемым. Биодеградация BCP включает более быстрое растворение фазы β-TCP с последующим удалением кристаллов HA. β-TCP не растворяется в жидкостях организма при физиологических уровнях pH, для растворения требуется активность клеток, создающих кислый pH. [7]

Использует

Пищевая добавка

Трикальцийфосфат используется в порошковых специях в качестве антислеживающего агента , например, для предотвращения слеживания поваренной соли. Фосфатам кальция присвоен европейский номер пищевой добавки E341 .

Товары для здоровья и красоты

Он также содержится в детской присыпке , антацидах и зубной пасте . [4] Зубные пасты с функционализированным β-трикальцийфосфатом (fTCP) могут способствовать реминерализации зубной эмали . [16] [17] [18]

Биомедицинский

Он также используется в качестве пищевой добавки [19] и естественным образом содержится в коровьем молоке , [ требуется ссылка ], хотя наиболее распространенными и экономичными формами для добавки являются карбонат кальция (который следует принимать с пищей) и цитрат кальция (который можно принимать отдельно от пищи). [20] Существуют некоторые споры о различной биодоступности различных солей кальция.

Его можно использовать в качестве замены ткани для восстановления костных дефектов, когда аутогенная костная трансплантация невозможна или нецелесообразна. [21] [22] [23] Его можно использовать отдельно или в сочетании с биоразлагаемым , рассасывающимся полимером , таким как полигликолевая кислота . [24] Его также можно комбинировать с аутологичными материалами для костной трансплантации. [25] [26]

Пористые β-трикальцийфосфатные каркасы используются в качестве систем переноса лекарств для локальной доставки лекарств в кости. [27]

Естественное явление

Туит, природный аналог трикальцийортофосфата(V), является редким компонентом некоторых метеоритов. Его образование связано с ударным метаморфизмом. [28]

Ссылки

  1. ^ abc Haynes, William M., ред. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (97-е изд.). Boca Raton, FL: CRC Press . стр. 4.54. ISBN 9781498754293.
  2. ^ Джон Рамбл (18 июня 2018 г.). CRC Handbook of Chemistry and Physics (99-е изд.). CRC Press. стр. 5–188. ISBN 978-1-138-56163-2.
  3. ^ Zumdahl, Steven S. (2009). Химические принципы 6-е изд . Houghton Mifflin Company. стр. A21. ISBN 978-0-618-94690-7.
  4. ^ abc Клаус Шредтер; Герхард Беттерманн; Томас Стаффель; Фридрих Валь; Томас Кляйн; Томас Хофманн (2012). «Фосфорная кислота и фосфаты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a19_465.pub3. ISBN 978-3527306732.
  5. ^ ab El Moussaoui, Youssef; Terrisse, Hélène; Quillard, Sophie; Ropers, Marie-Hélène; Humbert, Bernard (январь 2023 г.). «Истинная природа трикальцийфосфата, используемого в качестве пищевой добавки (E341(iii))». Nanomaterials . 13 (12): 1823. doi : 10.3390/nano13121823 . ISSN  2079-4991. PMC 10303396 . PMID  37368253. 
  6. ^ ab Destainville, A.; Champion, E.; Bernache-Assollant, D.; Laborde, E. (2003). «Синтез, характеристика и термическое поведение апатитового трикальцийфосфата». Materials Chemistry and Physics . 80 (1): 269–277. doi :10.1016/S0254-0584(02)00466-2.
  7. ^ abcd Рей, C.; Комб, C.; Друэ, C.; Гроссин, D. (2011). "1.111 – Биоактивная керамика: Физическая химия". В Ducheyne, Paul (ред.). Comprehensive Biomaterials . Vol. 1. Elsevier. pp. 187–281. doi :10.1016/B978-0-08-055294-1.00178-1. ISBN 978-0-08-055294-1.
  8. ^ Дорожкин, Сергей В. (декабрь 2012 г.). «Аморфные кальциевые (орто)фосфаты». Acta Biomaterialia . 6 (12): 4457–4475. doi :10.1016/j.actbio.2010.06.031. PMID  20609395.
  9. ^ Яшима, М.; Сакаи, А.; Камияма, Т.; Хошикава, А. (2003). «Анализ кристаллической структуры β-трикальцийфосфата Ca3 ( PO4 ) 2 методом нейтронной порошковой дифракции». RNAl of Solid State Chemistry . 175 (2): 272–277. Bibcode : 2003JSSCh.175..272Y. doi : 10.1016/S0022-4596(03)00279-2.
  10. ^ ab Carrodeguas, RG; De Aza, S. (2011). "α-Трикальцийфосфат: синтез, свойства и биомедицинское применение". Acta Biomaterialia . 7 (10): 3536–3546. doi :10.1016/j.actbio.2011.06.019. PMID  21712105.
  11. ^ Якубу, Жанна, М.С. Руководство по пищевым ингредиентам журнала Vegetarian Journal "Руководство по пищевым ингредиентам". Группа вегетарианских ресурсов, nd Web. 14 сентября 2012 г.
  12. ^ Daculsi, G.; Legeros, R. (2008). "17 – Трикальцийфосфат / гидроксиапатит двухфазная керамика". В Kokubo, Tadashi (ред.). Биокерамика и ее клиническое применение . Woodhead Publishing. стр. 395–423. doi :10.1533/9781845694227.2.395. ISBN 978-1-84569-204-9.
  13. ^ Салинас, Антонио Дж.; Валле-Реджи, Мария (2013). «Биоактивная керамика: от костных трансплантатов до тканевой инженерии». RSC Advances . 3 (28): 11116–11131. Bibcode : 2013RSCAd...311116S. doi : 10.1039/C3RA00166K.
  14. ^ Эллиотт, Дж. К. (1994). "3 – Гидроксиапатит и нестехиометрические апатиты". Исследования по неорганической химии . Т. 18. Elsevier. С. 111–189. doi :10.1016/B978-0-444-81582-8.50008-0. ISBN 978-0-444-81582-8.
  15. ^ Vallet-Regí, M.; Rodríguez-Lorenzo, LM (ноябрь 1997 г.). «Синтез и характеристика апатита с дефицитом кальция». Solid State Ionics . 101–103, Часть 2: 1279–1285. doi :10.1016/S0167-2738(97)00213-0.
  16. ^ Хамба Х., Накамура К., Никайдо Т., Тагами Дж., Мурамацу Т. (октябрь 2020 г.). «Реминерализация подповерхностных поражений эмали с использованием зубной пасты, содержащей трикальцийфосфат и фторид: анализ µCT in vitro». BMC Oral Health . 20 (1): 292. doi : 10.1186/s12903-020-01286-1 . PMC 7590595 . PMID  33109184. 
  17. ^ Meyer F, Amaechi BT, Fabritius HO, Enax J (2018). «Обзор фосфатов кальция, используемых в биомиметическом уходе за полостью рта». The Open Dentistry Journal . 12 : 406–423. doi : 10.2174/1874210601812010406 . PMC 5997847. PMID  29988215 . 
  18. ^ Limeback H, Enax J, Meyer F (июль 2023 г.). «Улучшение здоровья полости рта с помощью биомиметических зубных паст на основе фосфата кальция без фтора: обновление клинических данных». Biomimetics . 8 (4): 331. doi : 10.3390/biomimetics8040331 . PMC 10452078 . PMID  37622936. 
  19. ^ Bonjour JP, Carrie AL, Ferrari S, Clavien H, Slosman D, Theintz G, Rizzoli R (март 1997 г.). «Продукты, обогащенные кальцием, и рост костной массы у девочек препубертального возраста: рандомизированное, двойное слепое, плацебо-контролируемое исследование». J. Clin. Invest. 99 (6): 1287–1294. doi :10.1172/JCI119287. PMC 507944 . PMID  9077538.  
  20. ^ Straub DA (июнь 2007 г.). «Добавки кальция в клинической практике: обзор форм, доз и показаний». Nutr Clin Pract . 22 (3): 286–296. doi :10.1177/0115426507022003286. PMID  17507729.
  21. ^ Paderni S, Terzi S, Amendola L (сентябрь 2009 г.). «Лечение крупных дефектов костей с помощью остеокондуктивного заменителя костной ткани». Musculoskelet Surg . 93 (2): 89–96. doi :10.1007/s12306-009-0028-0. PMID  19711008. S2CID  33413039.
  22. ^ Мур Д.К., Чапман М.В., Манске Д. (1987). «Оценка двухфазной керамики на основе фосфата кальция для использования при трансплантации диафизарных дефектов длинных костей». Журнал ортопедических исследований . 5 (3): 356–365. doi :10.1002/jor.1100050307. PMID  3040949. S2CID  41579389.
  23. ^ Lange TA, Zerwekh JE, Peek RD, Mooney V, Harrison BH (1986). «Гранулированный трикальцийфосфат в крупных губчатых дефектах». Annals of Clinical and Laboratory Science . 16 (6): 467–472. PMID  3541772.
  24. ^ Cao H, Kuboyama N (сентябрь 2009 г.). «Биоразлагаемый пористый композитный каркас из PGA/β-TCP для инженерии костной ткани». Bone . 46 (2): 386–395. doi :10.1016/j.bone.2009.09.031. PMID  19800045.
  25. ^ Erbe EM, Marx JG, Clineff TD, Bellincampi LD (октябрь 2001 г.). «Потенциал ультрапористого β-трикальцийфосфатного синтетического губчатого костного наполнителя пустот и композитного трансплантата из аспирата костного мозга». European Spine Journal . 10 (Suppl 2): ​​S141–S146. doi :10.1007/s005860100287. PMC 3611552. PMID  11716011 . 
  26. ^ Bansal S, Chauhan V, Sharma S, Maheshwari R, Juyal A, Raghuvanshi S (июль 2009 г.). «Оценка гидроксиапатита и бета-трикальцийфосфата, смешанных с аспиратом костного мозга, в качестве заменителя костного трансплантата для заднебокового спондилодеза». Indian Journal of Orthopaedics . 43 (3): 234–239. doi : 10.4103/0019-5413.49387 (неактивен 1 ноября 2024 г.). PMC 2762171 . PMID  19838344. {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на ноябрь 2024 г. ( ссылка )
  27. ^ Kundu, B; Lemos A; Soundrapandian C; Sen PS; Datta S; Ferreira JMF; Basu D (2010). «Разработка пористых каркасов HAp и β-TCP путем консолидации крахмала методом вспенивания и двухслойной каркасной системы на основе хитозана». J. Mater. Sci. Mater. Med . 21 (11): 2955–2969. doi :10.1007/s10856-010-4127-0. PMID  20644982. S2CID  6483779.
  28. ^ Tuite. Mindat.org