Hidroksiapatit

Hidroksiapatit, atau disebut pula hidroksilapatit (HA), adalah suatu bentuk mineral yang terdapat di alam dari kalsium apatit dengan rumus Ca₅(PO₄)₃(OH), namun biasanya ditulis sebagai Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ untuk menyatakan bahwa sel satuan kristal terdiri dari dua entitas. Hidroksiapatit adalah endmember hidroksil dari kompleks gugus apatit. Ion OH⁻ dapat digantikan oleh fluorida, klorida atau karbonat, menghasilkan fluorapatit atau klorapatit. Senyawa ini mengkristal dalam sistem kristal heksagonal. Bubuk hidroksiapatit murni berwarna putih. Apatit yang terdapat di alam dapat, tetapi, berwarna cokelat, kuning, atau hijau, seperti pada fluorosis gigi.^[4]

Hidroksiapatit
Kristal hidroksiapatit pada matriks
Umum
Kategori	Mineral fosfat Gugus apatit
Rumus (unit berulang)	Ca5(PO4)3(OH)
Klasifikasi Strunz	8.BN.05
Sistem kristal	Heksagonal
Kelas kristal	Dipiramidal (6/m) Simbol H-M (6/m)
Grup ruang	P63/m
Sel unit	a = 9.41 Å, c = 6.88 Å; Z = 2
Identifikasi
Massa molekul	502.31 g/mol
Warna	Tidak berwarna, putih, abu-abu, kuning, hijau kekuningan
Perawakan	Seperti kristal tabular dan sebagai stalagmit, nodul, dalam kristal hingga kerak masif
Belahan	Buruk pada {0001} dan {1010}
Fraktur	Konkoidal
Sifat dalam	Rapuh
Kekerasan dalam skala Mohs	5
Kilau	Seperti kaca hingga subresin, earthy
Gores	Putih
Diafaneitas	Transparan hingga tembus pandang
Berat jenis	3.14–3.21 (terukur), 3.16 (terhitung)
Sifat optik	Uniaksial (-)
Indeks bias	nω = 1.651 nε = 1.644
Bias ganda	δ = 0.007
Referensi	[1][2][3]

Pelapisan skala nano pada Ca-HAp, citra diambil dengan mikroskopi penjejak payaran

Hingga 50% per volume dan 70% per massa tulang manusia adalah bentuk hidroksiapatit yang dimodifikasi, yang dikenal sebagai mineral tulang.^[5] Hidroksiapatit yang kekurangan kalsium berkarbonasi adalah mineral utama yang menyusun enamel gigi dan dentin. Kristal hidroksiapatit juga ditemukan dalam kalsifikasi kecil, seperti di dalam kelenjar pineal dan struktur lainnya, yang dikenal sebagai corpora arenacea atau 'pasir otak'.^[6]

Sintesis kimia

Hidroksiapatit dapat disintesis melalui beberapa metode, seperti pengendapan kimia basah, pengendapan biomimetik, rute sol-gel (pengendapan kimia-basah) atau elektrodeposisi.^[7] Yagai dan Aoki mengusulkan suspensi nanokristal hidroksiapatit dapat dibuat dengan reaksi pengendapan kimia basah mengikuti persamaan reaksi di bawah ini:^[8]

10 Ca(OH)₂ + 6 H₃PO₄ → Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ + 18 H₂O

Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa sintesis hidroksiapatit melalui rute kimia-basah dapat ditingkatkan dengan ultrasonografi berdaya tinggi. Sintesis yang dibantu secara ultrasonik (sono-sintesis) dari hidroksiapatit adalah teknik yang berhasil untuk produksi hidroksiapatit berstruktur nano dengan standar kualitas tinggi. Rute ultrasonik memungkinkan produksi nano-kristal hidroksiapatit serta partikel yang dimodifikasi, misalnya nanosfer dan komposit inti-kulit.^[9]

Hidroksiapatit kekurangan kalsium

Hidroksiapatit yang kekurangan kalsium (non-stoikiometris), Ca_10−x(PO₄)_6−x(HPO₄)_x(OH)_2−x (di mana x antara 0 dan 1) memiliki rasio Ca/P antara 1.67 hingga 1.5. Rasio Ca/P terkadang digunakan dalam diskusi fase kalsium fosfat.^[10] Apatit stoikiometris Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ memiliki rasio Ca/P 10:6 atau normalnya dinyatakan sebagai 1.67. Fase non-stoikiometris memiliki struktur hidroksiapatit dengan kekosongan kation (Ca²⁺) dan kekosongan anion (OH^–). Situs tersebut yang ditempati sendiri oleh anion fosfat dalam hidroksiapatit stoikiometris, diisi oleh anion fosfat atau hidrogen fosfat, HPO₄^2–.^[10] Preparasi fase kekurangan kalsium ini dapat disiapkan melalui pengendapan dari campuran kalsium nitrat dan diamonium fosfat dengan rasio Ca/P yang diinginkan, misalnya untuk membuat sampel dengan rasio Ca/P sebesar 1.6:^[11]

9.6 Ca(NO₃)₂ + 6 (NH₄)₂HPO₄ → Ca_9.6(PO₄)_5.6(HPO₄)_0.4(OH)_1.6

Fungsi biologis

Suatu visualisasi 3D pada setengah sel satuan hidroksiapatit, dari kristalografi sinar-X

Pelapis lekatan pada Odontodactylus scyllarus (udang sentadu merak) terbuat dari bentuk mineral yang sangat padat yang memiliki kekuatan dan ketangguhan spesifik lebih tinggi daripada bahan komposit sintetis; sifat-sifat ini telah menyebabkan penyelidikan untuk potensi sintesis dan penggunaannya dalam bidang teknik.^[12] Pelengkap daktil mereka memiliki resistensi dampak yang sangat baik karena daerah tumbukan utamanya terdiri dari kristalin hidroksiapatit, yang menawarkan kekerasan yang signifikan. Lapisan periodik di bawah lapisan terdampak yang terdiri dari hidroksiapatit dengan kandungan kalsium dan fosfor yang lebih rendah (sehingga menghasilkan modulus yang jauh lebih rendah) menghambat pertumbuhan retak dengan memaksa celah baru untuk mengubah arah. Lapisan periodik ini juga mengurangi energi yang ditransfer di kedua lapisan karena perbedaan besar dalam modulus, bahkan mencerminkan beberapa energi yang terjadi.^[13]

Hidroksiapatit terdapat dalam tulang dan gigi; tulang dibuat terutama dari kristal HA yang diselingi dalam matriks kolagen — 65 hingga 70% dari massa tulang adalah HA. Demikian pula HA terkandung dalam 70 hingga 80% dari massa dentin dan enamel pada gigi. Dalam enamel, matriks HA dibentuk oleh amelogenin serta enamelin dan bukan kolagen.^[14]

Deposit hidroksilapatit pada tendon di sekitar persendian menyebabkan kondisi medis kalsifikasi tendinitis.^[15]

Kegunaan

Kedokteran

HA semakin sering digunakan untuk membuat material pencangkokan tulang serta prostetik dan perbaikan gigi. Beberapa implan, misalnya pada penggantian pinggul, implan gigi dan implan konduksi tulang, dilapisi dengan HA.^[14] Karena laju disolusi hidroksiapatit in-vivo sebenarnya, sekitar 10% berat per tahun, secara signifikan lebih rendah daripada tingkat pertumbuhan jaringan tulang yang baru terbentuk, dalam penggunaannya sebagai bahan pengganti tulang, berbagai cara tengah dicari untuk meningkatkan tingkat kelarutannya dan sehingga mempromosikan bioaktivitas yang lebih baik.^[16]

Defluoridasi

Hidroksiapatit adalah adsorben potensial untuk defluoridasi air minum karena meniru proses fluorosis, di mana, HAP menarik gugus F⁻ dari air dan mengganti ion OH⁻ untuk membentuk fluorapatit. Namun, selama proses defluoridasi HAP tersebut larut, dan karenanya meningkatkan nilai pH dan ion fosfat, yang membuat air terdefluoridasi tidak layak untuk minum.^[17] Baru-baru ini, teknik defluoridasi menggunakan "hidroksiapatit yang tertanam-kalsium″ disarankan untuk mengatasi pelepasan fosfat dari HAP.^[17]

Lihat pula

• Arkeologi
• Kalsium hidroksifosfat