Апатит применение: Апатит — все о камне, фото, свойства, месторождения, кому подходит — Jewellery Mag

Содержание

Удивительный камень апатит

Камень апатит достаточно часто встречается в природе. Его месторождения располагаются на территории многих стран, в России минерал добывают на Урале и Кольском полуострове. Апатит имеет несколько разновидностей, каждая из которых внешне и по свойствам напоминает другие минералы. Цвет камня также бывает различным и зависит от примесей других веществ. За схожесть с другими камнями апатит получил свое название, которое в переводе с латинского означает «обманчивый».

Физические свойства самоцвета и его использование

Основная группа этого минерала состоит из хлорапатитов, гидроксилапатитов и фторапатитов. Есть еще и дополнительные минералы, но их достаточно сложно отличить друг от друга. Самая распространенная форма камня — фторапатиты, к которым относятся небольшие по размеру кристаллы. Основные физические свойства камня апатит:

  • коэффициент твердости по шкале Мооса составляет 5;
  • плотность минерала 3,2 г/см³;
  • стеклянный блеск;
  • раковистый излом;
  • несовершенная спайность;
  • гексагональная сингония.

Апатит — простой минерал, не отличающийся уникальными внешними данными. Однако богатство его расцветки обеспечило этому кристаллу популярность в ювелирном деле. Апатит бывает самых разных цветов — от светло-голубого и розового до насыщенного фиолетового и темно-зеленого. Встречаются как полностью прозрачные и бесцветные минералы, так и непрозрачные экземпляры.

Минерал неплотный и достаточно хрупкий, поэтому плохо поддается обработке. Но небольшие камни используются в качестве вставок в ювелирные украшения. Самоцветы подвергаются разным видам огранки. Особой популярностью у ювелиров пользуются желтые, зеленые и голубые камни. Красиво смотрятся апатиты с эффектом кошачьего глаза. Голубой апатит чаще остальных используется в ювелирном деле. Мастера любят его за роскошный переливающийся цвет, который меняет оттенки под разными углами зрения.

Самоцвет является одним из основных источников фосфата кальция на нашей планете, так как состоит он из фосфора. Его применяют в сельском хозяйстве и промышленности. Из кристаллов изготавливают фосфорные удобрения и подкормки. Апатиты применяются в черной и цветной металлургии, их используют при изготовлении некоторых видов керамики и стекла.

Магические и лечебные свойства

Апатит — минерал, который активно используется литотерапевтами. Самоцвет, чей лечебный эффект зависит от места, на котором его носят, подходит практически всем. Кольца с апатитом помогут укрепить кости и зубную эмаль, улучшить состояние полости рта, браслеты избавят от остеохондроза, заживят раны и переломы. Серьги избавят от бессонницы, апатии и плохого настроения. У тех, кто носит на себе ожерелья и подвески с камнем, укрепляется иммунитет и оздоравливается организм в целом.

По гороскопу апатит больше всего подходит людям, стремящимся определить жизненные ориентиры и найти свое место. Астрологи рекомендуют носить украшения с этим самоцветом земным и огненным знакам Зодиака. Девам, Тельцам и Козерогам камень поможет найти контакт с окружающими людьми, избавит от таких черт характера, как упрямство и недоверчивость. Львам, Овнам и Стрельцам поможет обуздать их буйный нрав и направить энергию в правильное русло.

Разнообразны и магические свойства апатита. Минерал, чья энергетика направлена на гармонизацию мыслей и чувств, убережет владельца от жизненных невзгод. Оберег из этого кристалла полезно иметь каждой семье. Он приносит в дом счастье и любовь, налаживает отношения между родственниками, оберегает от раздоров и ссор, возвращает супруга, который увлекся алкоголем.

Камень оберегает от завистников и дурного сглаза. Обереги с самоцветом помогут тем, чья профессия связана с большим количеством людей. Детям тоже можно носить с собой изделие с апатитом. Он наделит их энергией и убережет от ошибок и неудач.

Особенно сильны магические свойства голубого и синего апатита. Минерал голубого цвета очищает ауру и воздействует на ментальное тело человека. Его часто используют на сеансах гипноза при погружении пациента в транс, так как камень помогает открыть доступ к подсознанию. Синий самоцвет является мощным мотиватором. Он улучшает состояние памяти, концентрирует внимание, повышает творческий потенциал. Людям публичным камень синего цвета поможет завоевать расположение окружающих и устранить боязнь выступлений перед аудиторией. Безработным людям апатит поможет найти работу и реализоваться в профессии.

Апатит. Описание, свойства, происхождение и применение камня

Апатит — минерал, содержащий переменное количество фтора, хлора, OH-, а точнее – общее название для ряда родственных минералов группы апатита с общей формулой Ca5(PO4)3(F,OH,Cl). Разновидности (минеральные виды в группе) – фторапатит ( F – до 3,8), хлорапатит (Cl – до 6,8), гидроксилапатит, карбонат-апатит (с содержанием карбонатной группы СO2), стронциоапатит. Часто содержит примеси марганца, железа, стронция, алюминия, редких земель.
 

СТРУКТУРА


Сингония гексагональная, гексагонально-дипирамидальный вид симметрии. Образует игольчатые, таблитчатые или столбчатые кристаллы. Помимо кристаллов встречается в виде волокнистых, лучистых, зернистых или плотных агрегатов с почковидной, шаровидной или гроздевидной поверхностью. Некоторые разновидности имеют землистое строение.

СВОЙСТВА


Цвет ювелирного апатита разнообразен: желто-зеленый (спаржевый камень), синий, сине-зеленый (мороксит), голубой, голубовато-зеленый, фиолетовый, желтый, зеленый, коричневый, бесцвентый. Окраска апатита связана с многочисленными элементами-примесями, входящими в состав минерала. В синих манганапатитах окраску определяет пятивалентный марганец, образующий тетраэдрические комплексы. Розовая окраска апатита, исчезающая при нагревании до температуры 600°С и восстанавливающаяся при облучении, связана с ионами.

Спайность не явная в базисном направлении; черта светлая, но с различными оттенками соответственно цвету отдельных разновидностей (например, содержащий углистые вещества имеет черную черту). При прокаливании фосфоресцирует, а перед паяльной трубкой с трудом оплавляется лишь в краях.

МОРФОЛОГИЯ


Встречается в виде призматических и игольчатых кристаллов, реже кристаллы имеют короткостолбчатый или таблитчатый габитус. Обычны большие скопления в виде сплошных сахаровидных зернистых масс. Также радиально-лучистые, гроздевидные агрегаты и желваки; землистые скопления; конкреции. Образует псевдоморфозы по органическим остаткам; шестоватые разности апатита — “спаржевый камень”, халцедоновидные сферолитовые корки — “штаффелит”. Реже попадаются отдельные призматические кристаллы. Непрозрачные кристаллы могут достигать огромных размеров. Например, в Канаде были обнаружены кристаллы апатита весом более 200 кг. при длине призмы около 2 м. Гораздо реже встречаются мелкие прозрачные кристаллы, которые могут использоваться как ювелирное сырье.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ


Апатит является одним из самых распространенных акцессорных минералов.
В магматических породах он может начинать кристаллизоваться одним из первых, и продолжать до завершения кристаллизации, часто уже на интеркумулосной стадии. Часто встречаются друзы кристаллов в миаролах в гранитных пегматитах, в осадочных породах — в виде окатанных зерен.
Характерный минерал карбонатитов и лампрофиров. В этих породах он может быть ксенокристаллом, и происходить как из мантии, так и из коровых пород, или кристаллизоваться непосредственно из расплава. Апатит является одним из самых распространенных биоминералов. Его микрокристаллы есть в зубах и костях позвоночных животных и человека. Он установлен во всех формах жизни – бактериях, беспозвоночных и растениях. Главное отличие биологического апатита от апатита Земной коры заключается в их химическом составе.

ПРИМЕНЕНИЕ


Апатит является сырьём для производства фосфорных удобрений, фосфора и фосфорной кислоты, его применяют в черной и цветной металлургии, в производстве керамики и стекла. Апатит изредка используют ювелиры, но его широкое применение в ювелирном деле невозможно из-за невысокой твёрдости этого камня и того, что апатит очень хрупкий. Ювелирные апатиты имеют небольшие размеры — обычно до 5 карат, изредка до 20 карат, но они представляют почти исключительно коллекционный интерес. Самый крупный кристалл апатита ювелирного качества был найден в Кении и весил 147 карат.


Апатит (англ. Apatite) – Ca5

(PO4)3(F,Cl,OH)

Молекулярный вес 509.12 г/моль
Происхождение названия от греч. арate – обман, введение в заблуждение, т.к. апатит часто принимался за другие минералы
IMA статус не подтвержден, так как апатит – название группы минералов

КЛАССИФИКАЦИЯ


Strunz (8-ое издание) 08.BN.05
Dana (7-ое издание) 41.08.01.00
Dana (8-ое издание) 41.08.01.00

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Цвет минерала белый, зеленый, желтый, красный, синий
Цвет черты белый
Прозрачность от прозрачного до просвечивающего
Блеск стеклянный до жирного
Спайность несовершенная по (0001) и (1011)
Твердость (шкала Мооса) 5
Излом неровный, раковистый
Прочность хрупкий
Плотность (измеренная) 3.16 – 3.22 г/см3
Радиоактивность (GRapi) 0

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Тип одноосный (-)
Показатели преломления e=1.63, w=1.633
Максимальное двулучепреломление δ = 0.0030
Оптический рельеф низкий
Плеохроизм не плеохроирует
Рассеивание низкое, 0,013
Люминесценция в ультрафиолетовом излучении не флюоресцентный

КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА


Точечная группа (6/m) – гексогональная-дипирамидальная
Пространственная группа P 63/m
Сингония
гексогональная
Параметры ячейки a = 9.38Å, c = 6.89Å

Интересные статьи:

mineralpro.ru   13.07.2016  

Северные сокровища Как на Кольском полуострове открывали апатиты: Люди: 69-я параллель: Lenta.ru

В ходе экспедиции, возглавляемой российским и советским геохимиком Александром Ферсманом, в хибинском горном массиве Кукисвумчорр 95 лет назад, в августе 1921 года, было открыто крупнейшее в мире скопление зеленого апатита. Как русские ученые нашли залежи этого минерала на Кольском полуострове — в материале «Ленты.ру».

Апатит представляет собой основную неорганическую составляющую костей и зубов животных, в частности, человека. Минерал используется в качестве сырья для производства фосфорных удобрений. Широко применяются апатиты в металлургии, где с их помощью добиваются оптимальной текучести сплавов для заполнения ими специальных емкостей.

Минералы, способные выдерживать температуры порядка 800 градусов Цельсия, также используются для изготовления стекол, избирательно пропускающих инфракрасное или ультрафиолетовое излучение. Это позволяет создавать специальные печи, в которых возможно непосредственно наблюдать доменный процесс. Широко распространено применение апатитов и в качестве полудрагоценных камней.

Материалы по теме:

Природное богатство Кольского полуострова было известно еще российскому естествоиспытателю Михаилу Ломоносову, однако вплоть до начала XX века ученые подробно не исследовали территорию современной Мурманской области. Ситуация изменилась после распада Российской империи, когда ее фактический преемник — РСФСР — оказался в блокаде и подвергся интервенции.

Изменение привычных экономических связей и внезапно возникший дефицит полезных ископаемых привел к тому, что власти обратили свое внимание на Север. С этой целью Академии наук поручили организацию специальных экспедиций, которые бы позволили точно определить местонахождение и запасы полезных ископаемых на Кольском полуострове.

Первая Хибинская экспедиция, организованная в мае 1920 года, положила начало систематическому исследованию этого региона. Работа ученых проводилась в условиях полуразрушенной гражданской войной инфраструктуры. Сглаживали трудности первых исследователей красивая и самобытная природа Кольского полуострова.

Александр Ферсман

Фото: Российская академия наук

«Все было непонятно и ново: перед нами расстилались громадные хребты, дугами уходившие на восток, так мало отвечавшие тем представлениям, которые создавались у нас по имевшимся картам и описаниям. Совершенно непонятны были высоты на юге и на западной стороне. Там, где на наших картах нанесены низины, открывался целый новый совершенно неведомый горный мир», — вспоминал затем Ферсман в книге «Наш апатит».

Ученый вспоминает, что в первой Хибинской экспедиции он был единственным минералогом и успел увидеть множество новых, неизвестных ему образцов горных пород. Разнообразие кристаллов было настолько велико, что Ферсман принял решение приступить к исследованию Хибин в ближайшее лето. В Академии наук поддержали инициативу ученого, после чего минералог собрал небольшую группу из студентов и ученых из вузов и институтов, где сам работал.

Материалы по теме:

В путь команда Ферсмана отправилась в августе 1920 года. Члены экспедиции, оборудование и продовольствие разместились в небольшом вагоне, который в течение десяти суток по пути к Хибинам прицеплялся к различным, зачастую перегруженным составам. По приезде на место команда отправилась в горы. Условия были не самыми приятными — температура воздуха иногда опускалась до минус десяти градусов Цельсия, почти ежедневно шли дожди.

У группы не было палаток и брезента, а горные речки переходились вброд. На смену морозу, в другие экспедиции, приходило короткое жаркое лето, перемешивающееся с дождливыми весной и осенью. Тем не менее три года работы в суровых условиях кольской тундры, самая высокая точка которой — гора Юдычвумчорр — в высоту превышает 1,2 тысячи метров, не прошли напрасно.

Кристаллы апатита

Фото: OG59 / Wikipedia

В 1921 году, в новой экспедиции, ученые, двигаясь вдоль озера Имандра, попали в долину озера Малый Вудъявр. Не имея возможности обогнуть озеро прямо у его берега, экспедиция спустилась вдоль бурной горной реки Белая на несколько километров, где перешла ее вброд. На следующий день ученые оказались у подножия горы Айкуайвенчорр — второй по высоте в Хибинах.

«Этот день принес неприятность, так как обнаружилась порча семифунтовой банки консервов, что заставило нас изменить намеченный маршрут, и в последние дни пути старательно экономить продукты, перейдя на грибы и чернику. Тяжело ощущается и недостаток соли», — написали члены группы в путевом дневнике 22 августа 1921 года.

На горе Айкуайвенчорр команда Ферсмана провела две ночи. После этого ученые перешли к горе Кукисвумчорр. Выйдя спустя несколько дней в долину между ее отрогами, ученые неожиданно обнаружили множество зеленых глыб — залежи апатита. У экспедиции уже не осталось сил для дальнейших исследований, однако уже тогда стало ясно, что миссия удалась.

Впоследствии, особенно в 1930-е годы, Хибины стали одной из важных промышленных и научных территорий Кольского полуострова и СССР. Железнодорожная станция Белый превратилась в город Апатиты, был построен город Хибиногорск (современный Кировск) и крупный горнодобывающий центр. С тех пор Кольский полуостров перестал считаться безжизненной и безлюдной территорией.

Минеральные удобрения: виды, применение, нормы внесения

Высокая степень безопасности

ФосАгро располагает собственными месторождениями уникальной по своей экологичности и безопасности апатит-нефелиновой руды. В отличие от других месторождений наши запасы сырья имеют магматическое происхождение, не связанное с накоплением тяжелых токсичных металлов. Напротив, в апатит-нефелиновой руде ФосАгро содержится большое количество фосфора и других полезных для здоровья человека веществ. Это позволяет без ограничений и дополнительных технологических стадий перерабатывать апатитовый концентрат в фосфорсодержащие удобрения, кормовые, технические и пищевые фосфаты. Как правило, качество апатитового концентрата определяют по уровню содержания P2O5. Концентрация P2O5 в апатитовом концентрате ФосАгро составляет 39-40%, в то время как у продукции наших основных конкурентов этот показатель существенно ниже – на уровне 28-32%. Мы реализуем апатитовый концентрат преимущественно российским производителям комплексных удобрений и европейским производителям технических и пищевых фосфатов, которым необходимо сырье с высоким содержанием полезных веществ.


Контроль качества

Мы уделяем первостепенное внимание вопросам управления качеством и безопасностью наших удобрений на каждом этапе производства, хранения и транспортировки. Предприятия ФосАгро имеют сертификаты соответствия международным стандартам системы менеджмента качества, экологического менеджмента и системы менеджмента промышленной безопасности и охраны труда. Безопасность продукции обеспечена по стандартам GMP+ FSA. Наша продукция отмечена десятками наград крупнейших российских и международных агропромышленных и химических выставок, включалась в список «100 лучших товаров России». Мы считаем эти награды признанием высоких стандартов ведения бизнеса, принятых компанией.


Камень апатит: характеристики и применение

В этой статье:

Камень апатит на сегодняшний момент применяется не так активно, как раньше, и подделок из апатитов практически не встретишь. Но самостоятельно минерал может стать украшением для любого изделия. Еще одним преимуществом камня, помимо разнообразия цветов и форм, будет его стоимость, которая доступна для большинства покупателей. Камень универсальный и гармонично сочетается с разными стилями.

Происхождение названия камня уже говорит об изначальном применении минерала. С греческого языка термин «апатит» переводится как «обман». Это вполне заслуженное название, поскольку у камня со сменой цвета полностью меняется внешний вид.

Камень апатит и кольцо с ним

Характеристики

Несмотря на название, минерал апатит содержит много полезных веществ. В частности, в составе встречаются фосфор и кальций. Поэтому формула камня записывается так: Ca10(PO4)6(OH, F, Cl)2. Она меняется в зависимости от примесей в структуре, а также от количества фтора и хлора в составе. В виде примесей чаще всего встречаются углекислый газ, алюминий, марганец, стронций, торий. Остальные характеристики минерала:

  • Твердость 5,0 по шкале Мооса.
  • Плотность — 3,3 г/куб. см.
  • Хрупкий и легко повреждаемый.
  • Иногда есть эффект кошачьего глаза.
  • Блеск стеклянный или смоляной.

В реакции с серной кислотой и огнем апатит горит голубовато-зеленым пламенем. Расплавить такое вещество, как апатит, тяжело. Минерал растворяется в хлороводороде и всех концентрированных кислотах.

Апатит долго не могли выделить в одну группу и понять, что такое по составу за минерал. Так происходило из-за того, что составляющие экземпляров резко отличались друг от друга. Кроме того, камни различались и по окраске. Природа минерала оставалась до конца не выясненной и характеристики вроде прозрачности, плотности вводили в заблуждение.

В структуре камня могут меняться элементы и их положение в кристаллической решетке, а также концентрации отдельных веществ. Все это привело к тому, что окраску апатита также невозможно предугадать. Встречаются камни зеленого, розового, фиолетового или прозрачного оттенков.

Различают три разновидности апатита по главной примеси в составе:

  • фторапатит;
  • хлорапатит;
  • гидроапатит.

Именно этот фактор и привел к тому, что из апатита стали делать подделки. Камень дешевый и покупается большими партиями в виде сырья. Именно оно ограняется и обрабатывается на заводе и становится похожим на другие драгоценности. Бериллы, турмалины, диопсиды — вот камни, за которые выдают апатиты.

Оценить минерал и отличить его от подделки поможет геммолог. По внешнему виду это тоже можно сделать, но только в том случае, если покупатель разбирается в камнях. Чтобы не приобрести подделку, лучше попросите у продавцов сертификаты и документы, которые подтверждают подлинность.

Проверка проводится у независимого эксперта — геммолога, именно он выдает документальное подтверждение. Если же покупаете дешевый апатит, проверка не потребуется, так как минерал не подделывают из-за низкой себестоимости сырья. Кроме того, отличить апатит от другой драгоценности можно по мягкости. Обычно у кристаллов твердость по шкале Мооса находится на уровне 7-8, а вот апатит является мягким камнем.

Встречается минерал во многих странах. Месторождения разработаны на территориях:

  1. Канады.
  2. Бирмы.
  3. Индии.
  4. Мексики.
  5. Италии.
  6. Германии.

Добыча апатитов несложная задача. Камни находят близко к поверхности земли. Месторождения полностью обеспечивают потребности мирового рынка.

Использование камня

Фосфор, который содержится в камне, является важным микроэлементом для питания растений. Поэтому отдельные виды апатита закупают сельскохозяйственные производства для добычи фтора и удобрения им земли. Камень светло-зеленого цвета поступает на перерабатывающие заводы, где его перемалывают и получают фосфоритную муку, или суперфосфат. Урожайность с таким удобрением вырастает в три раза.

А вот в ювелирных изделиях минерал встречается редко, поскольку легко повреждается и может даже рассыпаться при обработке. А еще апатит быстро теряет привлекательность и насыщенность цвета, становится тусклым и не блестит. Украшение с апатитом может храниться в составе коллекции, но вряд ли его надевают на торжественные мероприятия. Популярны апатиты в виде кулонов или колье. Используется апатит на стекольном, керамическом и химическом производствах в качестве вспомогательного материала в виде порошка.

Целебные и магические свойства

Благоприятное воздействие апатит оказывает на такие органы и структуры, как горло, щитовидная железа, солнечное сплетение. А еще камень поможет людям, которые склонны к истерии, справиться со своими эмоциями, припадками, повышенной активностью и возбудимостью. Эффект умиротворения и переносимости стрессов проявится уже через два-три месяца использования апатита. Миролюбивость, умиротворение — вот главные черты характера, которые развивает в себе владелец камня, когда носит апатит. Медитация с ним также помогает обрести гармонию.

Еще камень энергетически привязывается к своему владельцу. Он меняет свойства в худшую сторону, рассыпается, изменяет окраску и не блестит, если владелец минерала передаривает его либо заболевает.

Апатит не забывает предупреждать человека об опасности, житейских проблемах и невзгодах. Чаще всего информация поступает владельцу через вещие сны. Именно поэтому камень можно хранить возле кровати на тумбочке. А еще кожа под кольцом с апатитом или под другим изделием начинает чесаться без причины — это также предупреждение об опасности или неприятности. Поэтому следует внимательно относиться к знакам, которые подает камень.

Камень по знакам зодиака особенно покровительствует стихии огня (Овнам, Львам, Стрельцам). Он сделает представителей уравновешенными и не такими вспыльчивыми. Тем, кто относится к другим стихиям, камень можно носить без опаски, за исключением Рыб, которые станут более сонливыми и скучными.

Камень под названием апатит — дешевый минерал, теряющий со временем вешний вид. Поэтому украшения с ним не популярны и чаще всего встречаются в виде бижутерии. Тем не менее его можно носить несколько месяцев, он не причиняет зла и не меняет человека кардинально.

Рекомендуем похожие статьи

Филиал МАГУ в г. Кировске

08.02.09 Монтаж, наладка и эксплуатация электрооборудования промышленных и гражданских зданий Среднее профессиональное образование 3 года 10 месяцев нет 3 года 10 месяцев 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
КФ АО «Апатит»
ООО «Механик»
ООО «Лифт»
ООО «Аэропорт»
09.02.03 Программирование в компьютерных системах Среднее профессиональное образование 3 года 10 месяцев нет нет 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
ООО «ЛЭНК»
ЦДТ «Хибины» г. Кировск
ЦЗН г. Кировска
Гимназия №1 г. Апатиты
МБОУ СОШ № 3 г. Апатиты
Институт информатики и математического моделирования-ОП ФГБУН Федерального исследовательского центра КНЦ РАН
09.02.07 Информационные системы и программирование Среднее профессиональное образование 3 года 10 месяцев нет нет 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
КФ АО «Апатит»
13.02.07 Электроснабжение (по отраслям) Среднее профессиональное образование 3 года 10 месяцев нет нет 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
КФ АО «Апатит»
13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) Среднее профессиональное образование 4 года 10 месяцев 3 года 10 месяцев нет нет 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
КФ АО «Апатит»
ООО «Сандвик»
15.02.12 Монтаж, техническое обслуживание и ремонт промышленного оборудования (по отраслям) Среднее профессиональное образование 3 года 10 месяцев нет нет 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
КФ АО «Апатит»
15.02.13 Техническое обслуживание и ремонт систем вентиляции и кондиционирования Среднее профессиональное образование 3 года 10 месяцев нет нет 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
КФ АО «Апатит»
21.02.14 Маркшейдерское дело Среднее профессиональное образование 3 года 10 месяцев нет нет 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
КФ АО «Апатит»
21.02.17 Подземная разработка месторождений полезных ископаемых Среднее профессиональное образование 4 года 10 месяцев 3 года 10 месяцев нет 3 года 4 месяца &nbsp 3 года 10 месяцев 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
КФ АО «Апатит»
21.02.18 Обогащение полезных ископаемых Среднее профессиональное образование 2 года 10 месяцев нет 3 года 4 месяца 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
КФ АО «Апатит»
43.02.14 Гостиничное дело Среднее профессиональное образование 3 года 10 месяцев нет нет 24.07.2025 нет нет Филиал МАГУ в г.Кировске
ООО «Тирвас»

Апатит | Геологический портал GeoKniga

Автор(ы):Арманд А.Л., Зак С.И., Каменев Е.А., Минаков Ф.В., Михеичев А.С., Петерсилье И.А.

Редактор(ы):Волотовская Н.А.

Издание:Недра, Ленинград, 1972 г., 176 стр.

Монография посвящена характеристике крупнейшей интрузии щелочных пород и связанных с ней уникальных месторождений апатита. При составлении ее авторами широко использован обширный материал предыдущих исследований, а также данные детальных тематических, геологосъемочных, геолого-поисковых и разведочных работ последних лет.

В книге достаточно детально разобраны вопросы внутреннего строения массива и последовательного хода формирования его. Несколько меньшее внимание уделено петрографии и химизму разновозрастных интрузивных комплексов щелочных пород, широко освещенных в ряде специальных работ. Отдельные главы посвящены трещинной тектонике массива, геоморфологии его, характеристике месторождений апатиты, природных газов и битумов, генетически связанных с комплексом щелочных пород. 

Принятая авторами в целом схема последовательного хода развития Хибинского массива, разработанная в тридцатых годах Н.А.Елисеевым, значительно детализирована и дополнена в соответствии с новым фактическим материалом. Из выдвигаемых авторами новых положений наибольший интерес представляют: попарное объединение кольцевых и конических интрузий в три периода, выделение четвертого, постмагматического периода, характеризующегося широким развитием наложенных метасоматических процессов, расчленение комплекса ийолит-уртитов на три субфазы и установление генетической связи апатито-нефелинового оруденения с производными второй субфазы, выделение Эвеслогчоррской зоны смятия и некоторые другие.

Монография представляет научный и практический интерес и будет весьма полезна для широкого круга геологов, занимающихся изучением щелочных пород и комплекса связанных с ними полезных ископаемых.

ТематикаПолезные ископаемые, Региональная геология

Апатит – обзор | ScienceDirect Topics

14.21.4.4 Связь апатита и коллагена – новая старая идея

Апатит и коллаген δ 13 Значения C были получены вместе в некоторых ранних исследованиях современных и археологических материалов (например, DeNiro and Epstein, 1978b; Land et al., 1980; Sullivan and Krueger, 1981). Было отмечено, что как коллаген, так и апатит различаются между потребителями, потребляющими в разной степени растительность C 3 и C 4 , и что, поскольку различия между этими тканями оказались систематическими (~ 7 ‰), их можно использовать в качестве потенциального проверить постдепозиционные изменения костного апатита.Другими словами, если значения коллагена и минерала δ 13 C для конкретного образца не соответствовали ожидаемым закономерностям, можно было предположить, что апатит был изменен после смерти (DeNiro and Epstein, 1978b; Land et al., 1980; Шёнингер и Де Ниро, 1982). Хотя опасения по поводу диагенеза костного апатита были вполне обоснованы (например, Lee-Thorp and Sponheimer, 2003; Lee-Thorp and van der Merwe, 1991), идея о том, что коллаген и апатит напрямую отслеживают друг друга, была частично основана на непонимании того, как углерод направляется к тканям.Krueger и Sullivan (1984) ответили, что пищевые белки будут использоваться главным образом для синтеза коллагена, при этом только избыточные аминокислоты будут окисляться для получения энергии, а пищевые углеводы и липиды будут метаболизироваться для получения энергии и в основном будут маркировать апатитовую часть кости. Хотя могут быть некоторые сомнения относительно деталей этой модели, последующая экспериментальная работа показала, что в нормальных условиях белок преимущественно направляется в коллаген с апатитом, что больше отражает общую диету (Ambrose and Norr, 1993; Martínez del Rio et al., 2009; Тизен и Фагре, 1993).

На практике это означает, что анализ белковой ткани, такой как коллаген, может дать искаженную картину диеты в тех случаях, когда диетический белок и энергия имеют разный изотопный состав углерода. Вряд ли это необычное явление, и его можно обнаружить в районах, где трава C 4 , такая как кукуруза, является важным источником энергии в других районах C 3 , поэтому потребление коллагена, вероятно, недооценивает потребление кукурузы. С другой стороны, в прибрежных условиях, где большая часть растительности использует фотосинтез C 3 , а белок обеспечивается морскими источниками, обогащенными 13 C, можно ожидать, что коллаген будет переоценивать содержание морской среды в рационе.И действительно, Харрисон и Катценберг (2003) утверждают, что такие предубеждения очевидны при изучении археологических популяций из южного Онтарио и острова Сан-Николас, Калифорния. Положительной стороной этого является то, что при анализе как коллагена, так и апатита он дает более детальный взгляд на диету, позволяя анализировать различия в составе макронутриентов. Это преимущество было признано давно (Krueger and Sullivan, 1984; Lee-Thorp et al., 1989a), но только недавно оно получило широкое распространение после недавнего влиятельного мета-анализа (Kellner and Schoeninger, 2007).

Еще одно преимущество наличия как коллагена, так и апатита δ 13 C данных заключается в том, что расстояние между тканями, как правило, соответствует трофическим уровням, причем разница увеличивается от плотоядных (~ 4) к травоядным (~ 7) (Crowley et al. ., 2010; Ли-Торп и др., 1989а). Это позволяет проводить независимую оценку трофического уровня, что имеет потенциальные преимущества по сравнению с более широко используемым методом, использующим изотопы азота. Во-первых, не ожидается, что расстояние между коллагеном и апатитом будет существенно различаться между экосистемами, тогда как исходные значения N для растений, как известно, заметно различаются.Таким образом, оценка трофического уровня животного должна быть возможна без сравнительного набора данных (Clementz et al., 2009). Короче говоря, индивидуальное значение коллагена δ 15 N млекопитающего мало что скажет о его трофическом положении (если только базовые данные δ 15 N не доступны для экосистемы), но если расстояние между коллагеном и апатитом составляет около 3,5 ‰, можно с уверенностью сказать, что это было животное (, рис. 8, ). Хотя добавление такого инструмента в наш палеодиетический арсенал приветствуется, оно выдвигает на передний план проблему, которой в последние годы уделялось гораздо меньше внимания: диагенез.Диагенез стал меньше беспокоить, потому что большинство палеодиетических исследований теперь сосредоточено на эмали. Однако в недавнем потоке исследований коллаген-апатит использовался костный апатит с коллагеном (Clementz et al., 2009; Harrison and Katzenberg, 2003; Kellner and Schoeninger, 2007). В то время как основные закономерности в данных обнадеживают и, по-видимому, указывают на то, что биогенная информация сохраняется в костях (см. Lee-Thorp and Sponheimer, 2003), существует вполне реальная обеспокоенность тем, что некоторые кости могут быть изменены, даже сильно, и что эта опасность потенциально будет возрастать по мере старения материала.Очевидным способом решения этой проблемы является разработка исследований, в которых совместно используются зубной минерал и коллаген (например, Dupras and Tocheri, 2007). Например, отдельные порции минерала эмали M 3 и коллагена дентина могут быть объединены для получения информации о диете в течение примерно эквивалентных периодов времени (Hillson, 2005).

Рис. 8. График значений δ 15 N и ε * биоапатит-коллаген для современных плотоядных, травоядных, свиных и ископаемых мамонтов.Интерпретация данных δ 15 N млекопитающих явно зависит от хороших контекстуальных данных, о чем свидетельствует огромный диапазон δ 15 N для современных травоядных (более 10 ‰). Напротив, ε * биоапатит-коллаген, или интервал апатит-коллаген относительно не зависят от таких исходных проблем, и между чистыми травоядными и чистыми хищниками практически нет перекрытия. Как и ожидалось, расстояние между биоапатитом и коллагеном у всеядных свиных находится между плотоядными и травоядными (как и большая часть доступного набора данных о приматах; Crowley et al., 2010). Значения N у мамонта δ 15 всегда были аномально выше, чем у других травоядных, но их данные ε * биоапатит-коллаген точно соответствуют диапазону травоядных. Таким образом, интервалы между биоапатитом и коллагеном могут стать полезным дополнением для изучения древней трофической структуры.

Данные Clementz et al. (2009).

Универсальная Апатит Mineral Group

Выберите страну / регион *

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканских RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика ofCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCubaCyprusCzech РеспубликаДанияДжибутиДоминикаДоминиканская РеспубликаВосточный ТиморЭквадорЕгипетСальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские (Мальвинские) островаФарерские островаФиджиФинляндияFmr Югославская Республика МакедонияФранцияФранцузская ГвианаФранцузская ПолинезияФранцузские Южные ТерриторииГабонГамбияГрузияГерманияГанаГибралтарГрецияG reenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоаСан-МариноСан-Томе и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited арабских EmiratesUnited KingdomUruguayUS Экваторияльная IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (U.S.)Острова Уоллис и ФутунаЗападная СахараЙеменЮгославияЗамбияЗимбабве

Физико-химические свойства и подходы к получению

Биологический апатит представляет собой неорганическую соль фосфата кальция в форме апатита и наноразмера биологического происхождения. Он также является основным неорганическим компонентом твердых биологических тканей, таких как кости и зубы позвоночных. Следовательно, биологический апатит находит широкое применение в стоматологии и ортопедии в качестве стоматологических наполнителей и костных заменителей для реконструкции и регенерации кости.Учитывая это, большое значение имеет полное представление о его физико-химических и биологических свойствах. Однако в предыдущих исследованиях были получены противоречивые и неадекватные данные о таких основных свойствах, как морфология, размер кристаллов, химический состав и растворимость биологического апатита. Это может быть связано с различиями в источнике сырья, из которого изготавливается биологический апатит, а также с влиянием подходов к получению. Таким образом, эта статья должна дать некоторое представление, а не подробный обзор физико-химических свойств, а также преимуществ и недостатков различных методов получения биологического апатита.

1. Введение

Биологический апатит представляет собой неорганическую соль фосфата кальция (CaPs) в форме апатита биологического происхождения. Являясь основным неорганическим компонентом как костей, так и зубов, он распределяется в органических составляющих в определенной последовательности и направлении [1]. Выступая в качестве наполнителя в таких биологических тканях, биологический апатит имеет решающее значение для физико-химических свойств сыпучих материалов. При этом он выступает в качестве основного минерального депо позвоночных, участвуя в процессах растворения и осаждения СаР, а также всасывания и образования костей, дентина и цемента in vivo [2].Кроме того, благодаря схожести химического состава и структуры, а также выдающейся биологической активности и биосовместимости, биологический апатит используется в качестве костного заменителя для реконструкции костного дефекта в оральной имплантологии, пародонтологии, челюстно-лицевой хирургии, а также в ортопедии. 3, 4]. Учитывая значительную роль биологического апатита в структуре и функции биологических тканей и его клиническое применение, были проведены многочисленные исследования по изучению его основных физико-химических и биологических свойств [5-19].С одной стороны, при разных подходах в этих исследованиях был получен биологический апатит различного размера, формы, химического состава и растворимости. С другой стороны, во всех этих академических и клинических исследованиях процесс получения биологического апатита обычно является первой стадией, которая, вероятно, может иметь большое влияние на наблюдение и оценку характеристик полученного продукта. Учитывая все вышесказанное, эта статья должна дать некоторое представление о физико-химических свойствах и подходах к получению биологического апатита.

2. Основные характеристики апатита биологического
2.1. Химические составы

С химической точки зрения биологический апатит можно рассматривать как разветвление гидроксиапатита (ГАп), то есть фосфата кальция, в форме апатита. Как представитель апатитов, HAp играет важную роль в различных областях, таких как химия почвы [21], стоматологические материалы [22], этиология кариеса [23], минерализация кости [24], остеопороз [25] и доставка лекарств. [26]. В качестве предшественника биологического апатита состав и структура синтетического ГАп широко изучались в предыдущих сообщениях [27–29].Сообщалось о двух различных кристаллических формах: гексагональной с параметрами решетки , и [27] и моноклинной с параметрами решетки , , и [28]. Эти две формы содержат одни и те же элементы со стехиометрическим соотношением Ca/P, равным 1,67. Основное различие в их структуре заключается в ориентации гидроксильных групп. В гексагональной HAp две соседние гидроксильные группы направлены в обратном направлении; в то время как в моноклинной форме гидроксильные группы имеют одинаковое направление в одном и том же столбце и противоположное направление среди столбцов [30].

Структура апатита допускает широкие вариации состава из-за его способности удерживать различные ионы в своих трех подрешетках [31]. В частности, место Ca 2+ может быть занято двухвалентными или одновалентными катионами, такими как Sr 2+ , Ba 2+ , Mg 2+ , Na + и K + , тогда как P может быть замещен такими атомами, как C, As, V, S, а гидроксил () может быть заменен на , , или даже оставлен вакантным [31] (рис. 1).При этом апатит может вмещать карбонат в двух позициях: гидроксильной подрешетке, образующей карбонатный апатит типа А (СО 3 -HAp), и фосфатной () подрешетке, образующей тип В СО 3 -HAp [31]. В физиологической среде частичное растворение СаР происходит в кислой микросреде, вызванной клеточной активностью, что приводит к повышенному пересыщению биологической или физиологической жидкости. Далее происходит осаждение CO 3 -HAp вместе с другими ионами и органическими молекулами [32] (рис. 1).Считается, что биологический апатит состоит из смешанно замещенного СО 3 -HAp, в котором ионами замещены как ионы (тип B, основная форма), так и OH (тип A, низшая форма) [33]. .


Другими словами, биологический апатит представляет собой каркас из фосфата кальция, в состав которого входят различные виды ионов. Кальций, фосфор и кислород являются тремя основными элементами, составляющими указанный каркас. Считалось, что соотношение кальций/фосфор (Са/Р) в биологическом апатите было либо ниже, либо близко к таковому в стехиометрическом ГАП, а именно 1.67 [15, 29]. Однако сообщалось также, что отношение Ca/P может быть даже выше последнего [5, 11, 12]. Это может быть связано с различием методов и условий обработки [14], сырья и методов испытаний [12], а также погрешностью определения. Кроме того, углерод, натрий, калий, фтор, магний, алюминий, стронций, хлорид и некоторые микроэлементы также обнаруживаются в виде инкорпорированных ионов в биологических кристаллах [29], хотя их содержание может различаться в разных образцах и источниках, а совместное присутствие все эти элементы не всегда могут быть найдены.Такие ионные замещения могли вызвать трудности в измерении химического состава биологического апатита. Кроме того, дилемма в определении химического состава также усугубляется ионным поглощением. Для каждого кристалла эти два эффекта могут быть отличительными, ибо его микроокружение in vivo может быть уникальным. Местонахождение абсорбированных микроэлементов трудно определить, то есть в неорганической или органической ткани костей [34]. Кроме того, включение и отложение ионов может увеличиваться с возрастом кристаллов (а именно, время, прошедшее между первоначальным отложением кристалла и его удалением из ткани), что приводит к более сложной ситуации в химическом составе биологического апатита.При этом содержание каждого элемента, особенно количество химических групп, включающих , , , и , в биологическом апатите может существенно отличаться от такового в синтетическом чистом ГАП.

Биологический апатит показывает свой уникальный химический состав в двух аспектах, а именно отсутствием предвосхищающей гидроксильной группы и наличием [34]. Сообщалось, что для гидроксильной группы в костях было обнаружено лишь несколько процентов от заявленной концентрации [35]. В основном это объяснялось зарядовой компенсацией, изначально обусловленной многократными ионными замещениями, часто встречающимися в решетке биологического апатита.Существование также может быть результатом ионных замещений. Более того, это также может быть связано с гидролизом в твердой фазе [34]. Однако до настоящего времени практически невозможно точно измерить количество таких химических групп, в том числе и из-за недостаточной точности аналитических методик [34]. Эта ситуация усугубляется наличием малоизвестного гидратного слоя на поверхности синтетических кристаллов апатита. Минеральные ионы, состоящие из такого слоя, обнаружены на поверхности биологического апатита в неапатитовых массивах [36].Этот слой очень трудно идентифицировать, так как спектроскопические данные синтетических апатитов оказались гораздо более чувствительными к частичному и полному высыханию [34]. Точно так же на функциональные группы, упомянутые выше, также легко могут влиять внешние факторы, такие как температура, pH, неорганический растворитель и ионный эффект. Например, апатит мог потерять карбонатные группы после спекания до 850°С в течение 2 часов [5]. Неорганический растворитель, такой как кислота, даже чистая вода также могут вызывать частичное растворение биологических кристаллов апатита [13].

2.2. Кристаллическая морфология и структура

О кристаллической структуре синтетического HAp было сообщено давно [27], и большая часть базовых знаний о кристаллической структуре была получена из исследований дифракции рентгеновских лучей (XRD) монокристалла и нейтронной дифракции. Однако для биологического апатита анализ монокристаллических структур не представлялся возможным из-за отсутствия пригодных для изучения монокристаллов [29]. Тем не менее сообщалось, что выделенные кристаллы из природных костей представляли собой слабокристаллический апатит, похожий на измельченную в порошок неповрежденную кость, из которой они произошли [13].К сожалению, в этой работе не были указаны параметры кристаллической решетки. В некоторых последующих исследованиях сообщалось о поликристаллических параметрах. Параметры биологического ГАП, полученного из бычьей кости спеканием до 700°С, составили , [37]. Напротив, параметры клеток эмали зубов человека и акулы были указаны как , и , , соответственно [31].

Что касается формы кристаллов костных минералов, сообщалось, что кристаллы из костных источников были стержневидными или игольчатыми в наномасштабе [5, 38].Однако некоторые исследования настаивали на том, что исходные биологические нанокристаллы, полученные из различных костей, имели сходную форму тонкой пластины с морщинистыми краями. Утверждалось также, что так называемая стержневидная или игольчатая форма является результатом особого угла наблюдения кристаллов, а также вероятной трансформации, вызванной термической обработкой [8, 11, 13, 39]. С другой стороны, размер кристаллов биологического апатита сильно различается в отчетах и ​​источниках, от нескольких нм до более чем 100 нм [5, 8, 11, 13, 39].Кроме того, считалось, что размер кристалла тесно связан с возрастом животного, особенно с возрастом кристалла. Сообщалось, что кристалл, полученный от молодого постнатального животного, был короче и толще, чем у зрелой особи [18]. Концепция возраста кристаллов была особо подчеркнута Rey et al. [34]. Было заявлено, что существует сильная корреляция между возрастом кристалла и его химическим составом, а также морфологией. Даже у одного и того же человека и одной и той же кости биологические кристаллы апатита отличались друг от друга по возрасту, что приводило к различию структурных и композиционных свойств.

На самом деле, на размер и кристалличность кристаллов также могут влиять методы и условия обработки. Установлено, что кристалличность биологического апатита повышается с повышением температуры спекания бычьей кости [16]. Влияние лечебных подходов на кристалличность было обнаружено в предыдущем исследовании [5], что также может быть доказано одним из наших недавних исследований: серия свежих костей животных была исследована с помощью XRD (рис. 2). Было обнаружено, что рентгенограммы свежих костей трудно идентифицировать, что указывает на низкую кристалличность всех этих костей животных.Напротив, свиная кость, обработанная сверхкритической жидкой экстракцией CO 2 (SCF, 30 ° C, 35 МПа, 2 ч), показала слегка различимую картину с более высокой интенсивностью (рис. 3). Тем не менее, было трудно определить природу кристалла только по этому узору. Другой набор свиной кости был спечен при температуре 800 ° C в течение 2 часов, чья рентгенограмма хорошо соответствовала стандартной PDF-карте HAp (рис. 3). Это продемонстрировало, что фазовое превращение вместе с ростом кристаллов могло быть завершено во время процесса спекания, что указывает на то, что подходы к обработке могут легко влиять на характеристики кристаллов.



2.3. Поведение при растворении и растворимость

На самом деле, поведение и механизм растворения биологического апатита исследовались давно [40], а растворимость биологического апатита из костей и зубов была подробно рассмотрена Хорватом [2]. . В этой работе был сделан вывод о том, что сопоставимые данные о растворимости биологического апатита отсутствуют, и существует потребность в гораздо более точных данных о растворимости.Однако, согласно недавнему отчету, растворимость HAp, полученного из бычьей кости (Bio-Oss), была значительно выше, чем растворимость синтетического HAp [6]. Это можно объяснить отрицательным влиянием более высокой кристалличности синтетического ГАп, чем у биологического апатита. Кроме того, это также было частично объяснено как внутреннее влияние карбоната на структуру и поведение при растворении биологического апатита, подобное действию углекислого газа на растворение HAp, о котором сообщалось ранее [20]. С другой стороны, присутствие магния в биологическом апатите может способствовать повышенной растворимости по сравнению с синтетическим ГАп [6].Тем не менее, Bio-Oss был изготовлен из бычьей кости путем экстракции органических веществ при температуре около 300°C в соответствии с данными его производителя, что указывает на то, что такие данные о растворимости могут не совпадать с данными исходного биологического апатита из-за вероятной трансформации такие как рост кристаллов и рекристаллизация, возникшие в результате такой высокой температуры и некоторых других неизвестных условий в процессе приготовления. Следовательно, до сих пор имеются редкие согласованные данные о растворимости биологического апатита.

Учитывая сложность биологического апатита, образовавшегося в результате чужеродных ионных включений, синтетический стехиометрический ГАп с относительно простой структурой и составом был взят в качестве имитационной модели для исследования и оценки растворимости, а также ионного воздействия на процесс растворения биологического апатита [20, 41–47]. Тем не менее, растворение синтетических HAp оказывается намного более сложным по сравнению с растворением простых солей, поскольку первые неконгруэнтны.В процессе растворения HAp участвует несколько одновременных параллельных водных и поверхностных реакций, так что классическая термодинамическая теория вряд ли могла бы объяснить механизм [48]. В этом случае достигнуто небольшое согласие относительно растворимости и определенного механизма растворения, хотя за последние несколько десятилетий были проведены многочисленные исследования, пытающиеся решить эту проблему (рис. 4) [20, 46, 49, 50].


Что касается прогресса исследований и расхождений между различными методами исследования растворимости HAp, то они были полностью рассмотрены в некоторых предыдущих публикациях [20, 41], которые можно резюмировать следующим образом.

Во-первых, из-за неконгруэнтного растворения ГАП и сложных реакций в системе растворения нецелесообразно определять его растворимость и исследовать механизм растворения традиционными методами [17], основанными на избыточном добавлении твердого вещества, длительном периоде погружения и классической термодинамической теории. Несоответствие данных о растворимости HAp в предыдущих публикациях также может быть вызвано различным составом (включая отношение Ca/P) образцов и загрязнением других фаз (таких как OCP, DCPD и TCP) или ионами ( особенно карбонат).

Во-вторых, твердое титрование [20, 41] как надежный, точный и воспроизводимый метод может быть использован для определения растворимости ГАП, а также некоторых подобных комплексов [6, 42]. По сравнению с традиционными подходами с добавлением избытка твердое титрование основано на ожидании гетерогенного зародышеобразования вблизи точки насыщения [51]. Растворимость HAp, определенная методом твердого титрования, была существенно ниже, чем сообщалось ранее [20, 41]. На изотерме растворимости ГАП изменение наклона обнаружено при рН ~3.9, что может указывать на два разных модуля или фазы растворения с двух его сторон [41]. Осадки с pH 3,2, 3,6 и 4,1 были собраны и идентифицированы как HAp с дефицитом кальция, соотношение Ca/P которых, по-видимому, уменьшалось со значением pH [41]. Аналогичные результаты были получены в последующих исследованиях [6, 47], что не согласовывалось с предыдущим сообщением, в котором предполагалось, что ДКФД является стабильной фазой ниже сингулярной точки ДКФД/ГАп при рН 4,3 при 25°С [52].

В-третьих, влияние CO 2 , стронция и избытка фосфата на растворение HAp было также исследовано методом твердого титрования.Было обнаружено, что такие ионы в некоторой степени повышают растворимость [20, 42, 47], что указывает на то, что биоразлагаемость биологического апатита может быть улучшена с помощью таких ионных включений.

Хотя растворимость HAp полностью изучена, некоторые нерешенные вопросы, связанные с механизмом растворения и влиянием некоторых других факторов, должны быть решены в дальнейших исследованиях, что важно для понимания биологического апатита. С одной стороны, необходима дальнейшая идентификация вероятной фазы или комплекса в процессе растворения HAp.В некоторых исследовательских моделях, например, метастабильной теории, предполагался или даже косвенно «доказывался» возможный поверхностный комплекс или фаза [53]. Однако было получено мало прямых доказательств, таких как картины XRD и изображения SEM, хотя в различных исследованиях сообщалось как о стехиометрическом HAp [53], так и о HAp с дефицитом кальция [54]. С другой стороны, влияние ионов и молекул на поведение HAp при растворении требует дальнейшего изучения. Было проведено много работ по изучению влияния различных ионов и молекул на свойства ГК [42, 47, 55, 56].Тем не менее, некоторые противоречия остаются и нуждаются в разъяснении.

3. Получение биологического апатита

Твердые биологические ткани, такие как кости [11, 14, 16, 37, 57] и зубы [58], являются основным сырьем для получения биологического апатита. Что касается коммерческих продуктов для костной пластики, то большинство костных заменителей получают из бычьей кости. Тем не менее, кости других животных, такие как кости свиньи и собаки, демонстрируют большое сходство с точки зрения макро-/микроструктуры, состава кости и ремоделирования с человеческой костью (таблица 1) [59], что может быть альтернативой материалам для костной пластики.Кроме того, биологический апатит морских животных, таких как рыбы, имеет низкую кристалличность и высокое содержание эффективного микроэлемента, такого как стронций [60], что также указывает на его потенциал в качестве заменителя кости. Тем не менее, насколько нам известно, кости таких редких животных использовались в производстве материалов для костной пластики.

911721 +++ наиболее похоже, средне похоже, +++ 90

Canine Овцы / Козы Свинья Кролик

макроструктура ++ +++ ++ +
Микроструктура ++ ++ ++ + +
Костяная композиция ++ +++ ++
переделка ++ ++ +++ +

В некоторых фундаментальных исследованиях сообщалось о различных исходных материалах (таблицы 2 и 3) и подходах к приготовлению. Общий механизм заключается в удалении органических компонентов сырья различными методами, оставляя неорганический апатит для исследования, изучения и применения.

90 172

Авторы Сырье Размер частиц Предварительная обработка Температура (° С) время Отжиг Кристалл
Размер Морфология идентичность Ca/P

Seo et al.[17] Commercial Bone Ash Powder 5-10 м погружение в NaOH 1000 1 H 0,5-1,0 м нерегулярный HAP + α -TCP 1.73
Янус и др. [11] Свиная кость Варка; Выщелачивание в NaOH 800
1200
70–700 нм ГАп (800°С)
7.8 190 ГАп + CaO (120)709 (800°C)
1,675 (1200°C)
Barakat et al. [5] Bovine Bone <450 м Мойка с ацетоном 850 850 1 H 0,1-0,25 м HAP 1.65
SEO и Lee [58] Человеческие зубы 900 900 1 H HAP 1.63
Ooi et alt al.[16] Bovine Bone 10 * 5 * 5 мм 3 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200 900, 1000, 1100, 1200 2 H Hap (<1000°C)
HAp + β -TCP (>1000°C)
>1,67
Rhee et al. [61] Bovine Bone обезжиривание и депротеинизация 600, 800, 1000 3 ч 50 нм (600 ° C)
1 м (1000 ° C)
Муруган и др.[57] Бычья кость Обезжиривание; Гидротермальное лечение в NaOH 500 500 на ночь 12 нм 12 нм HAP-CO 3
DaniLchenko et al. [8] Bovine Bone 3 * 5 * 20 мм 3 блок и порошок 100, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1300 900, 1000, 1100, 1300

7
45 мин Быстрый рост в большой кристаллы (>200 нм, °C) HAp (<700°C)
HAp + CaO + MgO (>700°C)
Kim et al.[14] Porcine Bone 15 * 15 * 15 мм 3 погружение в H 2 O 2 и алкоголь 1300 2 H 2 H HAP + β -TCP (среда с низким содержанием кислорода) HAp (среда с высоким содержанием кислорода) 1,49 (среда с низким содержанием кислорода)
1,66 (среда с низким содержанием кислорода)
Murugan et al. [37] Bovine Bone У него обезжиривание в смеси ацетона-эфир 700 700 на ночь HAP
Pan et al.[62] Крыс Кортикальная кость погружение в H 2 o 2 промывают в деионизированной воде и абсолютным этанолом, а затем высушены, затем охлаждены в жидком азоте и измельчении 600 24 ч 24 ч 30-40 нм короткий стержень Hap-Co 3 с трассировкой NA и MG 1,63 ± 0,04

 4м1 (

Авторы Сырье Размер образца Разрешение Разрабатывание Rishing Кристалл
Размер Морфология CA / P

Li et al.[63] Козы костного порошка обезжиривание в 2: 1 хлороформ и смеси метанол 15 ч или более 8-10 нм в ширину Plate-, стержень, иголки
Кун и др. [15] Bovine Tibia и бедра <75 м обезжиривание в 2: 1 хлороформ и смесь метанол 40 дней 1.51 (младшая ястетая кость)
1.61 (младшая кортикальная кость)
1 .58 (старая губчатая кость)
1,64 (старая кортикальная кость)
Kim et al. [39] Куриная кость , обработанный гидразином (10 мг / 10 мл) для 12-24 ч 15 ч или более 103 нм (длина)
68 нм (ширина)
тонкий, широкий , и относительно длинные прямоугольные пластины
Kim et al. [13] Куриные, мышиные, рыбные и бычьи кости 75–150 м Экстракция три раза по 3 ч при 4°C смесью хлороформа и метанола (2 :1) 15 ч или более 7 Бычья кость: 27.3 нм (длина)
15,8 нм (ширина)
мышь: 21,2 нм (длина)
12,0 нм (ширина)
цыпленок: 23,3 нм (длина)
12.2 нм (ширина)
Рыба: 37,3 нм (длина)
15,4 нм (ширина)
Тонкие пластины 1,63 (бычья кость)
Tong et al. [18] Кортикальная кость быка 75–150  мкм м Экстракция три раза по 3 ч при 4°C смесью хлороформа и метанола (2 : 1) (длина 15 1ч или более) )
 нм (ширина)
 нм (толщина)
Мелкие тромбоциты
Eppell et al.[9] Кортикальная кость крупного рогатого скота 75–150 м Экстракция три раза по 3 ч при 4°C смесью хлороформа и метанола (2 : 1) 15 ч или более длина ) (ширина)
 нм (толщина)
Пластинчатая

8 3.1088 Термическая обработка

Термическая обработка может быть одним из самых простых методов удаления органических компонентов из биологических материалов.Это зависит от окисления органики при высокой температуре. Обычно его проводят в печи или духовке, где выжигают органику и получают апатит. Условия для этого процесса, включая время, температуру и атмосферу спекания, различались в предыдущих исследованиях (таблица 2). Для исследования изменения цвета, кристаллических характеристик, морфологии и состава костных блоков использовали ряд температур отжига от 400°С до 1200°С [16]. В этом исследовании было установлено, что органические компоненты костных блоков полностью удалялись при нагревании образцов до 600–700°С в течение 2 ч [16].Напротив, сообщалось, что наноразмерные кристаллы биологического апатита были получены из кортикальной кости крысы после спекания сырья при температуре до 600 °С в течение 24 часов без каких-либо остатков органических компонентов [62]. Кроме того, 500°C и 700°C в течение ночи также применялись при получении биологического апатита из костей крупного рогатого скота [37, 57], а самая высокая зарегистрированная температура составляла 1300°C в течение 2 часов [14] или 45 минут [8]. Во всех этих исследованиях был получен аналогичный биологический апатит, хотя температура и период нагрева были непостоянными.Частично это может быть связано с разницей в предварительной обработке (в основном химической обработке) и кислородном режиме, а также в размере образцов. Можно предположить, что для удаления органических компонентов может потребоваться более низкая температура и более короткое время с некоторыми предварительными химическими обработками, достаточным количеством кислорода и меньшим размером пробы.

При простой процедуре, относительно низких требованиях к оборудованию и низком риске передачи болезней, возникающих в результате, термическая обработка представляется возможным методом получения биологического апатита.Температура и период отжига зависят от размера образца, подачи кислорода и некоторых возможных предварительных обработок. Для костного блока в один кубический сантиметр температуры в диапазоне от 600°C до 1000°C в течение 2 часов может быть достаточно для удаления органических компонентов [16]. В то же время, вероятного распада ГАП до β -ТКФ, протекающего при температуре более 1000°С, в этих условиях также можно было бы избежать [16].

Тем не менее, следует обратить внимание на возможное изменение кристаллов биологического апатита из его первоначальной формы.Трудно определить, когда и сколько раз происходит такое изменение в процессе термической обработки, поскольку прямых веских доказательств еще не было. Однако при исследовании методом X было установлено, что наиболее существенное изменение структуры биологического апатита происходит между 600 и 800 °С, включая резкое повышение кристалличности и исчезновение микродеформаций [67]. Кроме того, о возможном влиянии температуры спекания на характеристики кристаллов можно судить и по некоторым исследованиям синтетических ГАП.Сообщалось, что морфология и размер кристаллов синтетического ГАп изменялись при термообработке до 650°С [68]. Это также наблюдалось в нашем недавнем исследовании. ГАП был синтезирован гидротермальным методом, а затем спечен при 600, 700, 800, 900 и 1000 °С в течение 2 часов соответственно. Полученные образцы показали больший размер кристаллов при температуре выше 700°С, а при отжиге до 800°С наблюдалась агрегация кристаллов (рис. 5). Кроме того, было также отмечено, что термическая обработка до 850°C в течение 1 часа приводила к бескарбонатному ГАП [5].Можно предположить, что подобное явление могло иметь место и в процессе получения биологического апатита с термической обработкой. Следовательно, наблюдаемые кристаллы могут иметь больший размер, измененную морфологию и химический состав, а также различную биологическую реакционную способность по сравнению с исходной формой [61]. Следовательно, нецелесообразно использовать термическую обработку в качестве метода подготовки при исследовании характеристик исходных кристаллов биологического апатита.

3.2. Гидротермальный гидролиз с использованием субкритической воды или щелочных растворов

Гидротермальный гидролиз является распространенным методом синтеза ГАп [69–72]. Однако при получении биологического апатита его использовали реже. Подробности сообщались следующим образом. Измельченные костные порошки смешивали с деионизированной водой или щелочным раствором (например, гидроксидом натрия) при определенном соотношении твердой и жидкой фаз и помещали в тефлоновый тигель, который затем помещали в цилиндрический гидротермальный реактор из нержавеющей стали.Этот реактор герметично закрывали и нагревали в ванне с силиконовым маслом до 250°С в течение 1 часа или 5 часов. После этого весь реактор вынимали и охлаждали путем закалки в большом количестве холодной воды. Наконец, твердый продукт в реакторе фильтровали, промывали деионизированной водой и сушили [5]. Полученные продукты были свободны от органических компонентов, с сохраненными карбонатными группами и различной кристалличностью, а также размером кристаллов.

Такой гидротермальный гидролиз показал более низкую температуру по сравнению с упомянутой выше термической обработкой.Однако до сих пор трудно сказать, были ли какие-то неизвестные эффекты вызваны такой температурой при высоком давлении в герметичном реакторе на кристаллы или нет. Тем не менее, частичное растворение кристаллов биологического апатита могло быть неизбежно вызвано растворами, используемыми в процессе гидролиза [13], что указывает на то, что гидротермальный гидролиз может быть нецелесообразным при получении биологического апатита для исследования исходной формы.

3.3. Химическая обработка

Химическая обработка использовалась для удаления матрицы костей и зубов с целью получения биологического апатита.В частности, в качестве растворителей при удалении жира были приняты хлороформ и метанол [13], перекись водорода [14], ацетон [5], эфир и его смесь с ацетоном [15, 37]. Кроме того, в процессе депротеинизации образцов костного сырья применяли как растворы щелочных солей, таких как гипохлорит натрия [64, 65] и гидроксид натрия [11, 17, 57], так и неводный гидразин совместно с гидрохлоридом гуанидина [13].

Химическая обработка считается щадящим подходом к получению биологического апатита, с помощью которого можно избежать фазового превращения кристаллов и сохранить карбонатные группы.Тем не менее считалось, что принятые химические вещества могут оказывать неясное влияние на структуру и состав кристаллов [73], что также может повлиять на исследование и применение конечного материала. Кроме того, такие химические обработки обычно малоэффективны и требуют много времени. Для удаления органической матрицы могут потребоваться часы или даже дни. Даже в этом случае результат может быть не столь удовлетворительным, так как органические компоненты могут быть остаточными [39], особенно когда образцы кости имеют слишком большой размер и/или время реакции недостаточно.Следовательно, химическую обработку чаще применяют не самостоятельно, а как предварительную обработку других методов [13, 14, 17, 37, 57]. В этом случае химическая обработка может не понадобиться, если другие подходы могут устранить органические компоненты.

3.4. Сверхкритический CO
2 Экстракция флюидом

Экстракция сверхкритическим флюидом была впервые изобретена и применена в некоторых других областях, а не в науке о биоматериалах. Как только вещество достигает сверхкритического состояния, его физические свойства становятся промежуточными между жидкой и газовой фазами.В частности, вещество обладает жидкообразной плотностью и газообразной диффузией и вязкостью, что позволяет ему растворять неполярные твердые вещества [66, 74]. Тем не менее, добавление определенных модификаторов, таких как этанол и пропан, может повысить растворимость как неполярных, так и полярных твердых веществ в сверхкритической жидкости. В частности, CO 2 был выбран в качестве растворителя из-за его относительно низких критических температуры и давления в сочетании с его широкой доступностью, низкой стоимостью, токсичностью и реакционной способностью. Сверхкритическая жидкость CO 2 использовалась для экстракции неполярных и слабополярных веществ, таких как алканы, спирты и жиры [74].

С помощью сверхкритической жидкости CO 2 (SCF) пористый взаимосвязанный каркас, состоящий из биологического апатита и белков, может быть получен из костей животных при низкой температуре [75]. Такой результирующий продукт, вероятно, можно использовать в качестве носителя или каркаса в костной инженерии. Однако следует отметить, что большинство белков, таких как коллагены, не могут быть извлечены и останутся в образцах костей [66] в соответствии с механизмом экстракции. В этом случае большая часть биологических кристаллов апатита встроена в остаточный коллаген, и их трудно наблюдать (рис. 6).Таким образом, сверхкритическая флюидная экстракция CO 2 может быть осуществима при получении биологического апатита, используемого в качестве основы костной инженерии или даже костного заменителя. Однако едва ли можно было получить достаточное количество монокристаллов биологического апатита для наблюдения и исследования одним этим методом.

3.5. Плазменное озоление малой мощности

Устройство плазменного озоления было представлено и подробно описано в предыдущем отчете [76]. Эта система зависит от реакции между атомарным газом (например, кислородом) и целевыми веществами (например, органикой) с образованием только газов, то есть CO 2 , H 2 и H 2 пар O [77] .После 15  часов или даже более длительного времени реакции собирали монокристаллы, по существу свободные от органических компонентов, с помощью гидразина и прерывистой обработки ультразвуком [13]. Контролируя условия реакции, температура всей реакционной системы может быть ниже 30°С, что предотвращает вероятное влияние высокой температуры на морфологию, размер частиц и кристалличность кристаллов [13, 39]. Кроме того, в процессе получения кристаллов биологического апатита не использовали водный раствор, что позволило избежать частичного растворения и перекристаллизации кристаллов.

При низкомощном плазменном озолении биологический апатит различных видов оказался плохо раскристаллизованным кристаллом схожей морфологии, то есть длинным пластинчатым кристаллом с морщинистыми краями. Палочковидных или игольчатых кристаллов не наблюдалось. Кроме того, размер кристаллов различался у разных видов, но в целом средние размеры кристаллов были очень похожими [39].

Учитывая это, маломощное плазменное озоление, вероятно, является подходящим методом для сохранения первоначальных характеристик биологических кристаллов.Тем не менее, как указано в таблице 3, этот метод был в основном принят только в одной исследовательской группе, и были обнаружены редкие другие связанные с этим методом отчеты, что могло быть результатом дорогого оборудования, относительно сложной процедуры и длительного периода лечения. Следовательно, кажется, что необходимо больше доказательств, чтобы сделать этот метод убедительным подходом к получению биологического апатита.

Вкратце, как указано в Таблице 4, все вышеперечисленные подходы могут применяться для получения биологического апатита.Однако представляется, что лишь маломощное плазменное озоление смогло сохранить исходные характеристики биологического апатита, в то время как остальное может быть вызвано либо частичным растворением, либо трансформацией кристаллов апатита. Напротив, другие методы не в состоянии сохранить первоначальный статус биологического апатита для исследования и оценки. Однако как термическая обработка, так и гидротермальный гидролиз могут производить биологический апатит для клинического применения и одновременно снижать риск заражения болезнью.Кроме того, химическая обработка может работать как дополнительный метод к другим подходам, в то время как сверхкритическая жидкостная экстракция CO 2 может быть принята для подготовки каркаса в костной инженерии, контролируя передачу заболеваний.

70

Методы Достопримечательности Преимущества Недостатки

Термальное лечение [5, 11, 14, 16, 17, 37, 57, 61]
относительно Низкая потребность в оборудовании
Простая процедура
Управляемые условия
Низкий риск заражения болезнями
Относительно низкая стоимость
Большое количество продукта
Непредсказуемый эффект нагревания кристаллов апатита
Свойства продукта варьируются в зависимости от условий спекания
7 7 7
Химическая обработка [64, 65] Возможно сохранение исходной кристаллической формы и состава
Избежание нагревания
Дополнение к другим методам
Остаточные химические и органические компоненты
Возможно осаждение аморфных фаз Ca-P [34]
Занимает много времени
90 176
Маломощное плазменное озоление [13, 15, 63] Возможно сохранение исходной формы кристалла и состава результирующий
Требуется специальное оборудование

Сверхкритический CO 2 жидкостная экстракция [66] Относительно низкая стоимость
Возможно сохранение эффекта частичного растворения2 и отсутствие эффекта растворения4 исходной кристаллической формы и состава 901 Recrystallization
Большое количество Результирования
Время потребляемая
Остаточные органические компоненты
Специальное оборудование требуется
Гидротермический гидролиз [5] Нет остаточных органических компонентов
Простая процедура
Управляемые условия
Специальное оборудование
Непредсказуемое воздействие высокого давления на кристаллы апатита
Свойства продукта меняются в зависимости от условий гидролиза

4.Заключение и перспективы

Наряду с синтетическими ГАп биологический апатит играет важную роль в различных областях. Однако всестороннее понимание биологического апатита не достигнуто из-за его сложных основных свойств. Последовательные и сопоставимые данные о его химическом составе, кристаллических характеристиках и растворимости все еще отсутствовали. Среди различных рассмотренных подходов не было стандартного или оптимального метода получения биологического апатита.Однако кажется, что только низкомощное плазменное озоление может защитить кристаллы апатита от трансформации, ионного включения и частичного растворения, хотя необходимы дополнительные доказательства, чтобы убедить его надежность и осуществимость. Учитывая все вышеизложенное, можно предпринять дополнительные усилия для улучшения метода подготовки, чтобы лучше понять биологический апатит и улучшить клиническую эффективность материалов для костной пластики.

Благодарности

Эта работа была поддержана Фондом общих исследований Совета по исследовательским грантам (RGC, HKU 704510P) Гонконга.Цюань Лю и Шишу Хуан являются соавторами. В данном документе нет конфликта интересов, о котором следует сообщить.

%PDF-1.3 % 303 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 303 85 0000000016 00000 н 0000002051 00000 н 0000002223 00000 н 0000003095 00000 н 0000003416 00000 н 0000003483 00000 н 0000003702 00000 н 0000003794 00000 н 0000003890 00000 н 0000004013 00000 н 0000004198 00000 н 0000004371 00000 н 0000004482 00000 н 0000004576 00000 н 0000004737 00000 н 0000004865 00000 н 0000004986 00000 н 0000005150 00000 н 0000005282 00000 н 0000005385 00000 н 0000005503 00000 н 0000005618 00000 н 0000005719 00000 н 0000005828 00000 н 0000005939 00000 н 0000006052 00000 н 0000006165 00000 н 0000006279 00000 н 0000006393 00000 н 0000006508 00000 н 0000006622 00000 н 0000006772 00000 н 0000006926 00000 н 0000007087 00000 н 0000007367 00000 н 0000012999 00000 н 0000013321 00000 н 0000013494 00000 н 0000013933 00000 н 0000014127 00000 н 0000014555 00000 н 0000015205 00000 н 0000015445 00000 н 0000016067 00000 н 0000022774 00000 н 0000023308 00000 н 0000024157 00000 н 0000024482 00000 н 0000024548 00000 н 0000025098 00000 н 0000028158 00000 н 0000028199 00000 н 0000028690 00000 н 0000028927 00000 н 0000029453 00000 н 0000029785 00000 н 0000030124 00000 н 0000030148 00000 н 0000043171 00000 н 0000043195 00000 н 0000055109 00000 н 0000055133 00000 н 0000067005 00000 н 0000067029 00000 н 0000078861 00000 н 0000078885 00000 н 00000 00000 н 00000 00000 н 0000102174 00000 н 0000102563 00000 н 0000102838 00000 н 0000103086 00000 н 0000106217 00000 н 0000106333 00000 н 0000106357 00000 н 0000118272 00000 н 0000118296 00000 н 0000129988 00000 н 0000130052 00000 н 0000130115 00000 н 0000130405 00000 н 0000133080 00000 н 0000137493 00000 н 0000002264 00000 н 0000003073 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 304 0 объект > эндообъект 305 0 объект > эндообъект 386 0 объект > поток Hb“`f` A؀,Tf :P(`hwD5cѓL疼`W$yCoZ=S.НХ“`КККП((с Ф@`$, В 25D *@h(# Zsm9

Химический и биологический синтез гидроксиапатита: преимущества и применение

Мини Обзор Артикул

Химический и биологический синтез гидроксиапатита: преимущества и применение

Гити Эмтиази * , Фарзане Ахмади Шапурабади и Марьям Мирбагери

Кафедра биотехнологии, Факультет биологических наук и технологий, Университет Шахида Ашрафи Исфахани, Иран

* Автор, ответственный за переписку: Гити Эмтиази , профессор кафедры биотехнологии, Университет Шахида Ашрафи Исфахани, Иран, E-mail: [email protected]ком

Получено: 28 февраля 2019 г. Принято: 4 марта 2019 г. Опубликовано: 11 марта 2019 г.

Образец цитирования: Эмтиази Г., Шапурабади Ф.А., Мирбагери М. Химический и биологический синтез гидроксиапатита: преимущества и применение. Int J Microbiol Curr Res . 2019; 1(1): 20-22. дои: 10.18689/ijmr-1000103

Copyright: © 2019 Автор(ы). Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Скачать PDF

Аннотация

Производство наноструктурированных материалов, подобных сложному строению нанокальцита твердых тканей, яичной скорлупы, зубов и костей, является привлекательной областью исследований. Фосфаты кальция для клинического применения, такие как гидроксиапатит (HA) (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ), широко используются для регенерации кости и изготовления медицинских имплантатов, главным образом благодаря используется сходство химического состава и структуры между ГК и минеральной частью костей и зубов, а также в качестве доставки генов и лекарств.Большая площадь поверхности ГК делает ее полезной для высвобождения лекарств. Кроме того, он обладает антибактериальными свойствами и потенциально может применяться для быстрого обнаружения микробов, обработки тяжелых металлов из водных растворов. Биологический синтез привлек больше внимания из-за совместимости с безопасностью человека.

Ключевые слова: Наноструктурные материалы; гидроксиапатит; Тепловое поведение; Нечеткое преобразование.

Введение

Апатит относится к соединениям, которые имеют одинаковую структуру, но не обязательно имеют одинаковый состав, поэтому апатит является не соединением, а атрибутом семейства соединений.Теоретически можно объединить несколько ионов с образованием апатита, но на практике могут образовываться только термодинамически стабильные структуры. В частности, гидроксиапатит с химической формулой Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 и гексагональной кристаллической структурой представляет собой комбинацию фосфата кальция, который образует основное тело костной ткани зуба, скорлупа и яйца. Частицы гидроксиапатита, содержащиеся в костях и зубах, имеют, соответственно, пластинчатую и зубчатую морфологию с наноразмерами.Гидроксиапатит находится в чисто белом состоянии, хотя в нормальном состоянии он также может быть коричневато-желтым или зеленым [1].

Механические свойства и свойства апатита

Свойства гидроксиапатита определяют ценность и область применения этого материала, включая кристалличность, термическое поведение, механические свойства, плотность, водорастворимость и свойства биосовместимости [2-5].

Рентгеноструктурные исследования образцов костного мозга показывают, что кристаллы гидроксиапатита эмали больше, чем дентин и кость.Очевидно, плотность увеличивается с увеличением степени кристалличности, поэтому плотность гидроксиапатита больше, чем кости и слоновой кости. В отличие от природного гидроксиапатита с плотностью около 3,08 г/см 3 плотность синтетического гидроксиапатита (синтетического) изменяется в пределах 3,6-3 г/см 3 [2]. По результатам исследований синтеза гидроксиапатита морфологически размер кристалла и состав отличен от такового у гидроксиапатита. Гидроксиапатит выражается в терминах степени примеси, а также скорости и количества температур, получаемых при синтезе различного поведения.Эти поведения делятся на 3 категории нечеткой трансформации, теплового расширения и морфологии. Например, если минерал гидроксиапатит нагревать с постоянной скоростью, его кристаллическая структура претерпевает тепловое расширение, что свидетельствует о том, что с повышением температуры размер постоянных кристаллической решетки изменяется в той же степени, что и кристаллическая решетка [3].

Механические свойства гидроксиапатита, среди абразивных свойств, которые определяют твердость гидроксиапатита, показывают, что гидроксиапатит имеет низкую стабильность во влажных средах и не может использоваться в приложениях с высокими нагрузками, поскольку они очень чувствительны к растрескиванию.Таким образом, медицинские применения ограничены покрытием биоматериалов и использованием в костных цементах. Имплантат с минеральным покрытием, обладающий биоактивными свойствами, постепенно соединяется с тканью организма, в результате чего образующие его кристаллы апатита проникают в пористость, что в конечном итоге повышает прочность имплантируемого компонента [4].

Среди свойств гидроксиапатита как биоматериала наиболее важной может быть биосовместимость. Биосовместимость гидроксиапатита позволяет точно связываться с клетками организма.Кроме того, гидроксиапатит вызывает рост костей и в конечном итоге приводит к росту костей. Когда гидроксиапатит находится в виде чистой керамики или в виде покрытия на металлических имплантатах в организме человека, он может способствовать восстановлению и регенерации потерянных или поврежденных тканей организма [5].

Химический синтез

Химическое производство ГК создает технологические дефекты, возникающие преимущественно из-за агломерации твердых частиц, что приводит к ослаблению окончательного имплантата.

За последние несколько лет появились сообщения о различных методах синтеза частиц гидроксиапатита.Этими методами обычно являются совместное осаждение и золь-гель, некоторые химические методы могут использоваться для осадочных и золь-гель методов. Кроме того, композит нано-гидроксиапатит/хитозан синтезируется методами литья из растворителя и испарения для производства костей. Результаты показали, что шероховатость поверхности и микропоры композитных мембран увеличиваются с увеличением содержания ГК, пригодного для адгезии, ползания и роста клеток. Гидроксиапатит сохраняет наноразмеры и равномерно распределяется в композитных мембранах [6].

В методе осаждения одна или несколько растворимых солей реагируют друг с другом, образуя нерастворимую в воде соль. Растворимость продукта состава осадка является наиболее важным параметром реакции. В этом методе первый продукт образуется сразу после завершения реакции. Когда концентрирование продукта проходит через реакцию растворимости объединенного продукта, начинают формироваться частицы [6].

Одним из наиболее часто используемых методов является золь-гель метод.Этот метод включает синтез неорганической минеральной сети с использованием смеси алкалоидов и воды в присутствии растворителей и катализаторов, а затем процессы гидролиза, гелеобразования и удаления остатков органической и водной фаз с использованием низких температур. Такие факторы, как влияние РН, влияние растворителя и воздействие воды, могут влиять на свойства гидроксиапатита, полученного этим методом [7].

Биологический синтез

Основываясь на упомянутых свойствах, применение гидроксиапатита может быть использовано в тканевой инженерии, стоматологии, доставке лекарств, хроматографической колонке, катализаторе, очистке воды, промышленных сточных водах и применении в датчиках.Сообщалось о синтезе наноразмерного гидроксиапатита многими бактериями, включая Serratia marcescens, Enterobacteria., Staphylococcus, Alkanindiges illinoisensis и многими другими микробами-продуцентами щелочной фосфатазы [8,9]. Сообщается также о ферментативном синтезе с помощью фосфатазы и уреазы: осадки фосфата кальция образуются при 37°C и рН 7,4 в мочевине и ферменте уреазе, которые после сушки в течение ночи при 90°C становятся аморфными. Кристаллизация этих прекурсоров начиналась при температуре выше 300°С, а после прокаливания при 1100°С в течение 6 ч они полностью превращались в однофазные ГА.

Методом гомогенного осаждения путем ферментативной реакции мочевины с уреазой синтезированы пластинчатые частицы гидроксиапатита (ГАп) с преимущественной ориентацией к плоскости с. Исходные растворы с соотношением Ca/P 1,67 готовили смешиванием карбоната кальция, фосфорной кислоты и мочевины [10,11].

Наночастицы гидроксиапатита были успешно синтезированы микробным методом при соответствующем давлении и температуре с использованием хлорида кальция и органической кислоты в качестве реагентов.

Влияние щелочи на образование гидроксиапатита из оболочки Geloina coaxans было установлено методом осаждения. Для получения ГАП использовали оболочки Geloina coaxans и H 3 PO 4 . Результат показал, что нано-ГАп можно получить; однако значение pH является важным параметром синтеза HAp и может влиять на кристалличность и чистоту выбранных для HAp бактерий. Согласно исследованиям, Сата и его коллеги должны иметь фермент фосфатазу, которая чаще встречается в семействе Enterobacteriaceae.Например, грамотрицательный энтеробактерий ( Serratia marcescens , штамм PTCC 1187) используется для биогенерации гидроксиапатита. Эту бактерию культивируют при температуре 30°С и культуральной среде, содержащей фосфат [9].

Обсуждение

По сравнению с другими химическими методами золь-гель метод является более подходящим, поскольку в обычных химических методах для расщепления подготовленных кристаллов применяются более высокие температуры. И это несмотря на то, что температура, необходимая для операции конденсации гидроксиапатита в золь-гель методе, намного ниже.Еще одним преимуществом клеточного геля по сравнению с другими химическими методами является способность этого метода синтезировать в одну стадию высокоактивные и высокочистые наночастицы гидроксиапатита. Кроме того, описанный выше метод может быть использован для нанесения гидроксиапатитового покрытия малой толщины на различные биоматериалы [6].

Другим важным преимуществом этого метода является сходство порошка гидроксиапатита, образующегося с гидроксиапатитом в кости и зубе, но это преимущество не может конкурировать с биологическим анализом синтеза гидроксилапатита.В случае биогидроксиапатита, синтезируемого бактериями в диапазоне примерно 25-30 нм, эти различия являются мотивом морфологии, привлекающим внимание ученых к синтезу бифидироксиапатита. Также было замечено, что распределение размера и формы частиц в биологическом методе является относительно однородным. Это может привести к более гладкому напылению и получению изделия с более благоприятными свойствами, чем изделия из микроэлементов при изготовлении изделия из порошка гидроксиапатита [7,8].

К недостаткам золь-гель метода относятся возможность образования гидрофобных фосфатов, необходимость точной регулировки рН и высокая стоимость первичных материалов плюс накопление синтезированного таким образом порошка, часто увеличивающееся в процессе синтеза. Другим недостатком этого метода является то, что обычно не удается достичь высокой степени кристалличности, поэтому гидроксилапатит, синтезированный химико-трубчатым гелевым методом, неоднороден по размерам и форме. При этом бактерии, синтезированные в гидроксиапатите, не наблюдаются.В данном зерне все видимые кристаллические пластины параллельны друг другу. Параллельность пластин в частице порошка позволяет сделать вывод, что каждая частица порошка образовалась из зерна кристаллического. Между тем, размер наблюдаемых частиц порошка примерно равен размеру зерна, полученного методом Вильямсона, что связано с тем, что частицы порошка были получены в монокристаллической форме, что приводит к относительно высокой однородности по химическому составу. методы.При этом объем биосинтеза гидроксиапатита был ниже, чем гидроксиапатитов, синтезированных обычными химическими методами [12-14]. NHA готовили золь-гель методом и добавляли в зубную пасту с концентрацией 7%, и зубная паста, содержащая NHA, была более эффективна, чем зубная паста без NHA, с целью реминерализации [15].

В заключение природа и концентрация прекурсора фосфата, рН раствора, продолжительность обработки, ионные и органические добавки к раствору фосфата, минералогический состав Песчаников, сульфатированных камней, гипса, бетона, настенных росписей, археологических костей, бумаги, мрамора и известняка , производство различных ГК.Это может быть полезно для клеточных культур и зубной пасты или быть токсичным для безопасности человека [16].

В целом, однородный размер и форма, а также их низкая температура плавления являются факторами, влияющими на механические свойства готовой детали из гидроксиапатита. Кроме того, порошок гидроксиапатита, полученный из органических оснований и, наряду с этим размером частиц, повысил биосовместимость и биологическую активность гидроксиапатита, биологические синтезы с ферментами или клетками являются еще одним способом получения нетоксичных частиц.

Ссылки

Синтетические наночастицы апатита в качестве фосфорного удобрения для сои (Glycine max)

Сельское хозяйство является основным потребителем добытого фосфора (P), на долю которого приходится 80–90% мирового спроса на P 1 . Рост населения, растущие предпочтения мясной диеты и растущий спрос на биоэнергетические культуры увеличат будущий спрос на фосфорные удобрения 1 .Однако применение фосфорных удобрений усугубляет проблему эвтрофикации в поверхностных водах 2,3,4,5,6 . Таким образом, были предложены многочисленные правила 7 , лучшие методы управления (BMP) 8,9,10 и технология восстановления 11,12 для сокращения применения фосфорных удобрений и предотвращения попадания применяемого фосфора в водоемы. Принимая во внимание, что имеется мало сообщений о попытках решить проблему эвтрофикации путем модификации химических свойств фосфорных удобрений (например,например, снижение подвижности фосфора в почве или снижение биодоступности фосфора для водорослей), так что модифицированные фосфорные удобрения не только столь же эффективны, как и обычные, но и имеют минимальный риск эвтрофикации. С этой целью мы предположили, что использование удобрения с наночастицами фосфора в качестве альтернативы обычным фосфорным удобрениям на сельскохозяйственных землях повысит агрономическое производство, эффективность использования фосфора и улучшит качество поверхностных вод.

Обычно имеющиеся в продаже фосфорные удобрения, такие как MAP (моноаммонийфосфат, NH 3 H 2 PO 4 ), DAP (диаммонийфосфат, (NH 3 ) 2 HPO), или 1 0 HPO TSP (тройной суперфосфат, Ca(H 2 PO 4 ) 2 ) представляют собой водорастворимые фосфатные соли, которые легко растворяются в почвенном растворе и доступны для усвоения растениями и, таким образом, считаются высококачественными удобрениями 13 .Однако эти растворимые фосфаты также очень подвижны в почве, и большая их часть часто попадает в поверхностные водоемы в результате стока или просачивания, вызывая эвтрофикацию. С другой стороны, твердые формы P (например, различные природные фосфатные породы, апатиты, Ca 5 (PO 4 ) 3 X, X = F, Cl, Br или OH) имеют также пытались использовать в качестве фосфорных удобрений 13 , где фосфат зафиксирован в твердой форме и менее доступен для водорослей, а также менее легко переносится стоком или эрозией почвы.Однако эти твердые вещества менее эффективны в обеспечении питательным веществом P в критический момент (когда растения в нем нуждаются) 13 . Кроме того, применение твердых фосфатов в сельском хозяйстве затруднено из-за крупного размера частиц, что ограничивает подвижность фосфатов в почве и, таким образом, не позволяет фосфатам попадать в корнеобитаемую зону и своевременно питать культуры. В свете этих проблем, связанных с обычным внесением фосфора, наноразмерные частицы апатита могут быть столь же эффективными в обеспечении питательного вещества фосфором, как и обычно используемые растворимые фосфорные удобрения, при минимизации риска вторичного загрязнения (например,г., эвтрофикация) и проблема доставки, связанная с последней. Схемы на рис. 1 представляют собой гипотетическое сравнение растворимого фосфора, твердого наноразмерного фосфора и обычного твердого фосфора с точки зрения эффективности удобрения и риска эвтрофикации, предполагая, что применение твердого наноразмерного фосфора в качестве удобрения было бы хорошим компромиссом между сельскохозяйственными преимуществами. и опасности для окружающей среды. В частности, суспензия наночастиц фосфора, характеризующаяся такой же подвижностью в столбах почвы, как и водный раствор, благодаря наноразмеру частиц, легко доставляется в корневые зоны обычными методами (например,г., опрыскивание или орошение). Более того, наночастицы безвредны для окружающей среды, потому что P в твердой форме гораздо менее биодоступен для водорослей, чем в растворимых формах 14 . Водоросли-биодоступный P в первую очередь ответственен за эвтрофикацию в пресных поверхностных водах 1,2,3,4,5,6 .

Рисунок 1

Схематическое сравнение растворимого P, наноразмерного твердого P и твердого P по их экологическим свойствам (примечание: некоторые свойства наночастиц являются гипотетическими).

Таким образом, конкретные задачи данного отчета охватывают синтез и характеристику наночастиц апатита в растворе карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и оценку удобряющего (питательного) действия частиц на урожайность сои посредством исследования в теплице. Исследование и подтверждение нетоксичности наночастиц с помощью теста на всхожесть можно найти в дополнительном онлайн-материале (SOM-1). Оценка воздействия наночастиц на эвтрофикацию на окружающую среду будет представлена ​​в другой статье.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.