AGNIESZKA SOBCZAK-KUPIEC, ZBIGNIEW WZOREK *

Transkrypt

1 AGNIESZKA SOBCZAK-KUPIEC, ZBIGNIEW WZOREK * p p Streszczenie - Abstract *

2 Wstęp Wyjątkowe miejsce wśród biomateriałów ceramicznych zajmują fosforany wapnia, które mogą być zarówno pochodzenia syntetycznego, jak i naturalnego. Do pierwszej grupy należą implanty wytwarzane z syntetycznego HAp, TCP oraz dwufazowe materiały implantacyjne BCP zawierające hydroksyapatyt i ortofosforan (V) wapnia [1 3], jak również α i β TCP [5 7]. Do materiałów implantacyjnych wywodzących się ze źródeł naturalnych, zawierających fosforany wapnia, należy liofilizowana (odwapniona lub nieodwapniona) jak również preparowana termicznie naturalna kość ludzka pochodząca z banków kości, szkielety koralowców czy materiały pochodzenia mineralogicznego [2, 7]. W tabeli 1 i 2 przedstawiono najistotniejsze z punktu widzenia medycyny fosforany wapnia. [4, 8 9]. Oznaczenie Fosforany wapnia istotne dla medycyny układ CaO P 2 [1] Nazwa chemiczna Nazwa mineralogiczna Wzór chemiczny Tabela 1 CP Metafosforan (V) wapnia Ca(PO 3 ) 2 0,5 C 2 P Pirofosforan (V) wapnia Ca 2 P 2 O 7 1,0 C 3 P, TCP Ortofosforan (V) wapnia Whitlockit Ca 3 ) 2 1,5 C 4 P, TTCP Dziewięciotlenek difosforu(v) tetrawapnia Hilgenstockit Ca 4 ) 2 O 2,0 W układzie CaO P 2 występuje sześć fosforanów wapnia, jednak tylko cztery mają istotne znacznie dla implantologii. Wszystkie fosforany przedstawione w tabeli 2 przeszły próby na zwierzętach, natomiast C 2 P, TCP i TTCP dodatkowo próby kliniczne [1]. Fosforany wapnia w układzie CaO P 2 H 2 O istotne dla medycyny [1] Ca/P Tabela 2 Oznaczenie Nazwa chemiczna Nazwa mineralogiczna Wzór chemiczny Ca/P HAp, HA, OHAp Sześcioortofosforan(V) diwodorotlenku dziesięciowapnia Apatyt hydroksylowy Hydroksyapatyt Ca 10 ) 6 (OH) 2 1,667 MCPA Diwodoroortofosforan(V) wapnia Ca(H 2 PO 4 ) 2 0,5 MCPM DCPD 1-hydrat diwodorofosforanu(v) wapnia 2-hydrat wodorofosforanu(v) wapnia Ca(H 2 PO 4 ) 2 H 2 O 0,5 Brushyt CaHPO 4 2H 2 O 1,0 DCPA Wodorofosforan(V) wapnia Monetyt CaHPO 4 1,0 OCP 5-hydrat diwodoroszecioortofosforanu(v) ośmiowapnia Ca 8 H 2 ) 6 2H 2 O 1,333

3 311 Rys. 1. Wycinek układu fazowego CaO P 2 H 2 O pod ciśnieniem parcjalnym pary wodnej 50 hpa [1] Fig. 1. Part of CaO P 2 H 2 O phase system under partial pressure of steam 50 hpa [1] W układzie CaO P 2 H 2 O (rys. 1) istnieje wiele fosforanów wapnia, jednakże tylko hydroksyapatyt znalazł szerokie zastosowanie. Pozostałe fosforany wapnia z układu CaO P 2 H 2 O są stosowane jako surowce do otrzymywania TCP lub HAp. W środowisku wodnym przy ph powyżej 6,3 jedyną fazą termodynamicznie stabilną jest hydroksyapatyt. Nawet ortofosforany wapnia otrzymane przy odpowiednim ph w szerokim zakresie stosunku Ca/P wykazują strukturę hydroksyapatytu [1]. Ortofosforany wapnia jako sole trójzasadowe kwasu ortofosforowego stanowią związki, w których obok jonów PO 4, obecne są jony H 2 PO 4 i HPO 4. Związki zawierające jony H 2 PO 4 powstają wyłącznie w środowisku kwaśnym i dlatego nie są normalnie znajdowane w układach biologicznych, natomiast jony PO 4 i HPO 4 występują w minerałach budujących kości i zęby oraz w różnych tkankach patologicznie zwapnionych [2]. Ortofosforany wapnia określane skrótowo CaPs (ang. calcium phosphates) są białymi solami, w większości słabo rozpuszczalnymi w wodzie. Niektóre z nich są praktycznie nierozpuszczalne, wszystkie rozpuszczają się w kwasach. Poszczególne fosforany wapnia można następująco uszeregować w kierunku ich malejącej rozpuszczalności oraz malejącej szybkości rozpuszczania [2] ACP > TTCP > αtcp > βtcp > Ap > HAp

4 312 gdzie: ACP amorficzne fosforany wapnia, Ap nie spiekany hydroksyapatyt z niedomiarem wapnia, HAp ceramika hydroksyapatytowa po spieczeniu w 1100 C. Fosforany wapnia zmieniają ph środowiska wodnego, które wzrasta wraz ze wzrostem stosunku molowego Ca/P (dla HAp i TCP wynosi ~8, natomiast dla TTCP nawet 12) [4, 10]. 2. Właściwości fizykochemiczne ortofosforanu (V) wapnia (TCP) Zarówno TCP, jak i hydroksyapatyt są ortofosforanami czyli solami trójzasadowego kwasu ortofosforowego H 3 PO 4. TCP ma istotne znaczenie dla medycyny i stomatologii. Skład tlenkowy przedstawia się następująco: CaO 54,3% mas., P 2 47,7% mas, a stosunek molowy Ca/P wynosi 1,5 i jest niższy niż dla hydroksyapatytu. TCP charakteryzuje się barwą białą i występuje w dwóch odmianach polimorficznych: wysokotemperaturowej α i niskotemperaturowej β. Odmiany α i β różnią się gęstością rentgenograficzną; dla αtcp wynosi ona 2,86 g/cm 3, natomiast dla βtcp wynosi 3,07 g/cm 3 [1, 11 13]. TCP wykazuje wyższą rozpuszczalność w porównaniu z hydroksyapatytem. Wartość pks dla TCP wynosi 28,7. Odmiana wysokotemperaturowa αtcp odznacza się lepszą rozpuszczalnością i większą szybkością rozpuszczania w stosunku do niskotemperaturowej βtcp. Z tego względu odmiana β znalazła szersze zastosowanie w medycynie i stomatologii w porównaniu z odmianą wysokotemperaturową [11, 14 16]. Wodna zawiesina βtcp wykazuje ph = 8,6. Stopień rozpuszczania ceramiki whitlockitowej w mediach kwaśnych ok. 12,3 raza, zaś w zasadowych 22,3 raza wyższy w porównaniu z ceramiką hydroksyapa6tytową [2]. Niskotemperaturowa odmiana βtcp jest trwała do temperatury 1125 C, po czym przechodzi, w sposób odwracalny, w wysokotemperaturową odmianę αtcp. Odmiana wysokotemperaturowa jest trwała do 1430 C, po czym przechodzi w άtcp, które topi się kongruentnie w 1777 C. Na temperaturę przemian może mieć wpływ obecność zanieczyszczeń takich jak Mg czy Fe i szybkość wygrzewania [17 19]. Przemianie polimorficznej βtcp αtcp towarzyszy zmiana objętości o 7,3%. W tworzywie zawierającym TCP na skutek tak znacznych zmian objętościowych, powstające podczas studzenia naprężenia mogą doprowadzić do powstania spękań, co powoduje znaczne obniżenie wytrzymałości mechanicznej implantów [1]. Współczynnik rozszerzalności cieplnej dla βtcp w zakresie od temperatury pokojowej do temperatury przemiany polimorficznej wynosi 1, K 1, zaś dla αtcp w przedziale od temperatury przemiany polimorficznej do 1400 C wynosi K 1 [2]. W strukturze krystalicznej βtcp można rozróżnić trzy różne usytuowania czworościanów PO 4 (P1, P2 i P3), które są symetrycznie niezależne i rozróżnialne [1]. Wysokotemperaturowa odmiana αtcp wykazuje strukturę jednoskośną. Parametry sieciowe tego związku wynoszą: a = 1,289 nm, b = 2,728 nm, c = 1,522 nm, β = 126,60 (126,20 ) [16, 20 21]. Ze względu na to, że odmiany ά nie udaje się przechłodzić do temperatury pokojowej, w przypadku tworzyw opartych o TCP stwierdzono obecność jedynie odmian β lub α [20 21]. Niskotemperaturowa odmiana βtcp krystalizuje w układzie heksagonalnym. Stałe sieciowe wynoszą: a = 1,0850(5) nm, c = 8,7085(11) nm [12, 15]. Strukturę krystaliczną odmiany niskotemperaturowej przedstawia rysunek 2.

5 313 Rys. 2. Struktura krystaliczna βtcp; A projekcja wzdłuż osi c, B schemat budowy łańcuchów A i B [1] Fig. 2. Crystalline structure of βtcp; A along c axis, B diagrame of chain structure [1] 3. Hydroksyapatyt Hydroksyapatyt jest ortofosforanem wapnia najistotniejszym z punktu widzenia medycyny. W literaturze oznaczany jest symbolami HAp, HAP, HA lub OHAp [224]. Apatyt wziął swą nazwę od greckiego słowa he apáte, co oznacza oszustwo, fałsz i wynika z faktu, że minerały apatytowe często nastręczały badaczom wiele problemów przy identyfikacji i były mylone z innymi minerałami takimi jak turmalin czy oliwin. Nazwę apatyt podał po raz pierwszy w 1790 roku mineralog Werner. Ze względu na pochodzenie można wyróżnić hydroksyapatyt pochodzenia mineralogicznego, biologicznego oraz syntetycznego [1]. Minerały apatytowe wchodzą w skład skał magmowych, wapiennych skał metamorficznych, oraz fosforanowych skał osadowych [25 27]. Najładniejsze okazy spotykane są w druzach jako szczotki krystaliczne i pustkach skał wulkanicznych (rys. 3) [28]. Apatyty są minerałami szeroko rozpowszechnionymi, występującymi we wszystkich typach skał, głównie w Szwajcarii, Hiszpanii, Kanadzie, Brazylii, Australii, w Polsce w Górach Sowich, okolicach Bielska-Białej oraz w okolicach Annopola [23]. Hydroksyapatyt jest minerałem spotykanym dość rzadko; głównie w USA i Szwajcarii [29]. Apatyty biologiczne występują głównie w kościach i zębach kręgowców. Obecne są również we wszystkich patologicznie zwapnionych tkankach, jak na przykład kamienie ślinowe, mózgowe, nerkowe, żółciowe, moczowodowe, kamień nazębny. Apatyt, z którego zbudowane są kości jest określany w literaturze jako hydroksyapatyt kostny (ang. bone hydroxyapatite) [30 32]. W strukturze hydroksyapatytu aniony PO 4 mogą być w pewnym stopniu wymieniane na grupy węglanowe i jest to tzw. hydroksyapatyt węglanowy typu B, w odróżnieniu od

6 314 Rys. 3. Minerały apatytowe pochodzące z Brazylii i Kanady [223] Fig. 3. Apatite minarals from Brasil and Canada [223] typu A, gdzie aniony CO 3 zastępują grupy hydroksylowe [34 35]. Hydroksyapatyt węglanowy typu A otrzymuje się w wyniku obróbki wysokotemperaturowej > 1000 C. Aniony węglanowe w hyroksyapatycie biologicznym są również zaadsorbowane na jego powierzchni. Możliwe są również podstawienia w podsieci anionowej innymi anionami takimi jak chlor (0,13% mas.) czy fluor (0,03% mas.). Jony wapniowe mogą być wymieniane na: magnez (ok. 0,7% mas.), sód (ok. 0,9% mas.), potas (0,03% mas.) oraz szereg pierwiastków śladowych: Sr, Pb, Zn, Cu, Fe [29]. Obecność tych pierwiastków wpływa na aktywność enzymów związanych z działaniem komórek kostnych. Wbudowanie jonów Mg 2+ i CO 3 powoduje obniżenie rozmiarów krystalitów oraz podwyższenie rozpuszczalności [36 38]. Efektem niskiej krystaliczności jest duża reaktywność apatytów kostnych mająca swe odzwierciedlenie w procesach resorpcji kości. Obce pierwiastki są wbudowane substytucyjnie w ilości zależnej od warunków tworzenia się tej struktury, ich obecność wpływa również na stechiometrię (podwyższając stosunek molowy Ca/P), krystaliczność oraz na stabilność termiczną i chemiczną związku [39 40]. Właściwości hydroksyapatytu pochodzenia mineralogicznego [22, 33] Parametr Układ krystalograficzny Opis heksagonalny Twardość w skali Mohsa 5 Łupliwość Rysa Przełam wyraźna biała nierówny, muszlowy Gęstość 3,16 3,23 g/cm 3 Barwa Połysk Tabela 3 różne barwy lub bezbarwny szklisty, żywiczny

7 315 Wielkość krystalitów HAp kości ludzkich zależy od wieku. Można wskazać trzy charakterystyczne zakresy średniej wielkości krystalitów: nm okres dziecięcy poniżej 6 lat, nm okres młodzieńczy 6 19 lat oraz nm okres dojrzały [32, 40]. Apatyty kostne są głównie kryształami iglastymi lub płytkowymi [41]. Skład zębiny, kości oraz szkliwa przedstawiono w tabeli 4. Skład kości i zębiny [1] Tabela 4 Parametr Kości Zębina Szkliwo Zawartość substancji nieorganicznej [ ] Zawartość substancji organicznej [%] ,5 Stosunek molowy Ca/P 1,70 1,62 1,64 Zawartość wody [%] ,5 Rozmiar krystalitów [nm] 25 x 3 20 x x 30 Produkty po ogrzaniu w 800 C HAp+CaO HAp+βTCP HAp+βTCP Apatyty syntetyczne są grupą związków obejmującą zarówno hydroksyapatyt stechiometryczny (s-hap) o stosunku molowym wapnia do fosforu równym 1,667, jak również hydroksyapatyty odbiegające od stechiometrii (ns-hap). ns-hap wykazuje bardzo szeroki zakres niestechiometryczności. Może zawierać wodę sieciową, jony HPO 4, H 2 PO 4, natomiast OH mogą być zastąpione przez O [1, 444]. Wzory chemiczne hydroksyapatytu z niedoborem wapnia [1, 45] Wzór chemiczny Opis Ca 10 x ) 2x ) 6 2x (OH) 2 0 x 2 Ca 10 x ) x ) 6 x (OH) x 0 x 2 Ca 10 x y ) x ) 6 x (OH) x 2y 0 x 2y (1 x/2) Ca 10 x ) x ) 6 x (OH) x 0 x 1 Ca 10 x ) x ) 6 x (OH) x (H 2 O) x 0 x 1 Ca 9 x ) 1+2x ) 5 2x (OH) Ca 9+z ) 5+y+z ) 1 y z (OH) 1 y+z Ca 10 z+u ) 6 x ) x (OH) x+u 2 x + 2u 2, 0 u x/2 Tabela 5 Nazwa hydroksyapatyt z niedoborem wapnia oznacza wytrącony apatytowy fosforan wapnia o stosunku molowym Ca/P w zakresie 1,5 1,66, któremu przypisywane są różne wzory chemiczne (tabela 5) [1, 45]. Hydroksyapatytowi z nadmiarem wapnia odpowiada stosunek molowy Ca/P powyżej wartości 1,667. W strukturze hydroksyapatytu z niedoborem wapnia obecne są aniony HPO 4, które w podwyższonej temperaturze rozkładają się tworząc jony pirofosforanowe P 2 O 7 4. Powstały pirofosforan reaguje z hydroksyapatytem tworząc TCP wg reakcji [2, 17, 46]

8 316 Ca 2 P 2 O 7 + Ca 10 ) 6 (OH) 2 4Ca 3 ) 2 + H 2 O (1) Uzyskanie hydroksyapatytu stechiometrycznego jest trudne. Hydroksyapatyt otrzymywany metodami mokrymi wykazuje odstępstwa od stechiometrii i jest hydroksyapatytem z niedoborem wapnia, któremu można przypisać wzór Ca 10 x ) x ) 6 x (OH) x z tabeli 5 [45] Właściwości fizykochemiczne hydroksyapatytu Hydroksyapatyt czysty, bez śladów domieszek, w stanie surowym oraz po wypaleniu charakteryzuje się barwą białą. Szereg syntetycznych proszków HAp wykazuje odcień niebieski. Jest on tym intensywniejszy, im bardziej spieczona jest kształtka, a zatem może służyć do wizualnej oceny stopnia spieczenia [1]. Niebieskie zabarwienie ceramiki hydroksyapatytowej związane jest z obecnością manganu w ilościach powyżej 50 ppm [2]. Gęstość hydroksyapatytu wynosi 3,156 g/cm 3. Ceramika hydroksyapatytowa po obróbce cieplnej osiąga gęstość 3,120 g/cm 3. Dzieje się to na skutek utraty 2/3, a nawet większej ilości wody, wchodzącej w skład struktury hydroksyapatytu [2, 48 49]. Hydroksyapatyt stechiometryczny ma strukturę jednoskośną, natomiast HAp pochodzenia mineralogicznego i biologicznego ma strukturę heksagonalną [50]. Parametry komórki elementarnej dla układu heksagonalnego wynoszą: a = 9,41 Å, c = 6,88 Å, a objętość komórki elementarnej wynosi 527,59 ų [23]. Dla układu jednoskośnego wynoszą: a = 9,4215 Å, b = 2a, c = 6,8815 Å [51]. Rysunek 4 przedstawia rozmieszczenie atomów w sieci krystalograficznej hydroksyapatytu. Rys. 4. Struktura krystaliczna hydroksyapatytu [8] Fig. 4. Crystalline structure of hydroxyapatite [8] W komórce elementarnej można wyróżnić dwa atomy wapnia krystalograficznie niezależne: Ca(I) oraz Ca(II). Ca(II) tworzą trójkąty, które są umiejscowione prostopadle do osi c i wzajemnie względem siebie przesunięte o kąt 60, natomiast Ca(I) są oktaedrycznie otoczone przez sześć atomów tlenu [2].

9 Możliwości podstawień jonowych w strukturze hydroksyapatytu [34, 50, 553] 317 Tabela 6 Jon podstawiany Jon podstawiający jednowartościowe: H 3 O+, Na+, K+, Li+, Ag+ Ca 2+ dwuwartościowe: Mg 2+, Pb 2+, Ba 2+, Hg 2+, Cd 2+, Sr 2+, Mn 2+ Co 2+, Cu 2+, Zn 2+ trójwartościowe: Al 3+, Cr 3+, Fe 3+ PO 4 SO 3, CO 3, AsO 4, VO 4, BO 3 OH F, Cl, CO 3, Br, J, O 2 Struktura hydroksyapatytu przyjmuje różnorodne podstawienia izomorficzne, zarówno w podsieci kationowej, jak i anionowej, bez niszczenia struktury komórki elementarnej. Kryteria określające możliwość wymiany jonowej to podobieństwo wymiarów i ładunków jonów podstawiających i podstawianych [25, 32, 54]. Obce pierwiastki są wbudowywane w strukturę hydroksyapatytu substytucyjnie, w ilości niezdefiniowanej i zależnej od warunków tworzenia się tej struktury [34]. W tabeli 6 przedstawiono możliwe podstawienia w podsieci kationowej i anionowej hydroksyapatyt. Proszki HAp o różnym stosunku molowym Ca/P wykazują w stanie surowym zróżnicowaną skłonność do aglomeracji. Przy stosunku molowym Ca/P = 1,5 charakteryzują się tendencją do tworzenia dużych, dochodzących od 50 µm aglomeratów złożonych z przypadkowo zorientowanych ziaren. W proszkach o stosunku molowym 1,67 obserwuje się mniejsze aglomeraty, wśród których przewagę stanowią skupiska ziaren o rozmiarach dochodzących do 30 µm. Po wygrzaniu w 800 C, jak i 1250 C rozmiar krystalitów ulega zwiększeniu [2, 55]. Hydroksyapatyt posiada wyjątkowe właściwości sorpcyjne w stosunku do kwasów tłuszczowych, śliny, lipidów i szeregu innych substancji, w tym metali ciężkich. Właściwości te są najprawdopodobniej wynikiem istnienia w jego strukturze pustych przestrzeni o wielkości do 5 nm [2]. W związku z tymi właściwościami HAp znalazł zastosowanie w oczyszczaniu ścieków z metali ciężkich oraz w rozdzielaniu różnych substancji organicznych (np. w procesach oczyszczania olei, alkoholi itp.) [2]. Rozpuszczalność HAp zależy od ph i rodzaju rozpuszczalnika. Hydroksyapatyt jest słabo rozpuszczalny w wodzie, a uzyskany roztwór wykazuje odczyn słabo alkaliczny. Ważną rolę w procesie rozpuszczania pełnią jony wodorowe, które przyłączają się do obecnych na powierzchni HAp grup PO 4, tworząc jony HPO 4, które katalizują wymianę fosforu pomiędzy powierzchnią kryształu a roztworem [22, 56]. Hydroksyapatyt jest praktycznie nierozpuszczalny w zasadach, natomiast dobrze rozpuszcza się w kwasach. W roztworach soli rozpuszczalność hydroksyapatytu jest wyższa niż w wodzie destylowanej. Wodne roztwory soli różnych metali można uszeregować według wzrastającego wpływu na rozpuszczalność hydroksyapatytu w następującej kolejności: sole K < sole Na < sole Mg < sole Ba < sole Sr [2, 57]. Na rozpuszczalność HAp wpływa obecność w roztworze aminokwasów, protein, enzymów i innych związków organicznych, jak również temperatura obróbki termicznej hydroksyapatytu. Maksymalną rozpuszczalność HAp wykazuje w środowisku o temperaturze 16 C, powyżej tej temperatury jego rozpuszczalność maleje.

10 318 Właściwości fizykochemiczne HAp [1 2, 58 59] Tabela 7 Parametr Wartość Jednostka Ciepło topnienia 15,5 kj/mol Temperatura topnienia 1570 C Ciepło parowania 458,24 kj/mol Temperatura wrzenia 3227 C Gęstość 3156 kg/m 3 Współczynnik rozszerzalności cieplnej 13,3 x / C Ciepło właściwe od 73 do 1927 C J/(kg C) Przewodnictwo cieplne HAp zwartego C 1,4 2,3 W/m C Przewodnictwo cieplne HAp porowatego C 1,1,8 W/m C Stosunek molowy Ca/P HAp stechiometryczny Hap niestechimetryczny Skład tlenkowy CaO P 2 H 2 O 1,67 1,5 2,0 55,8 42,4 1,8 % mas. Powierzchnia właściwa 12,5 22,9 m 2 /g Rozpuszczalność w wodzie niska Rozpuszczalność w zasadach niska Rozpuszczalność w kwasach wysoka Współczynnik załamania światła 1,64 Zdolność wymiany jonowej wysoka W tabeli 8 zestawiono właściwości fizykochemiczne hydroksyapatytu. W środowisku żywego organizmu HAp ulega bardzo słabemu rozpuszczeniu. Jeśli HAp podda się działaniu medium o ph bliskim fizjologicznemu ~7,3, to na powierzchni stosunek molowy Ca/P ulegnie wyraźnemu obniżeniu [2, 54]. Rozpuszczalność hydroksyapatytów niestechiometrycznych o stosunku molowym Ca/P < 1,67 jest wyższa niż w przypadku hydroksyapatytu stechiometrycznego. Podstawienia jonami Mg 2+, Sr 2+, CO 3 powodują wzrost rozpuszczalności. Natomiast zastąpienie grup OH jonami F powoduje obniżenie rozpuszczalności [60]. Średni liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej hydroksyapatytu w zakresie temperatur C mierzony w kierunku osi c wynosi K 1, zaś w kierunku osi a K 1. Taka anizotropia może być przyczyną powstawania mikropęknięć w czasie wypalania bioceramiki. Dodatek innej fazy krystalicznej np. TCP, która ma inny współczynnik rozszerzalności cieplnej, również może być przyczyną mikropęknięć [1 2]. Hydroksyapatyt jest dielektrykiem. Ma to duże znaczenie użytkowe, gdyż wykonane z niego implanty nie nagrzewają się w czasie wykonywanych zabiegów fizykoterapeutycznych i nie zaburzają przebiegającego w organizmie za pośrednictwem nerwów transportu sygnałów elektrycznych [2, 32].

11 4. Podsumowanie 319 Hydroksyapatyt zajmuje szczególne miejsce pośród ortofosforanów wapnia, ze względu na wyjątkowe właściwości fizykochemiczne i biologiczne. Dzięki właściwościom użytkowym znalazł szerokie zastosowanie w medycynie i stomatologii. Literatura [1] Ś l ó s a r c z y k A., Bioceramika hydroksyapatytowa, Biuletyn Ceramiczny nr 13 Ceramika 51, Polskie Towarzystwo Ceramiczne, Kraków [2] B ł a ż e w i c z S., S t o c h L. (red.), Biocybernetyka i inżynieria biomedyczna 2000, Tom 4 Biomateriały, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa [3] O r l o v s k i i V.P., K o m l e v V.S., B a r i n o v S.M., Hydroxyapatite and Hydroxyapatite-Based Ceramics, Inorganic Materials (38) 10, 2002, [4] L i Y., We n g W., T a m K.Ch., Novel highly biodegradable biphasic tricalcium phosphates composed of a-tricalcium phosphate and β-tricalcium phosphate, Acta Biomaterialia 3, 2007, [5] P e n a J., Va l l e t - R e g ı M., Hydroxyapatite, tricalcium phosphate and biphasic materials prepared by a liquid mix technique, Journal of the European Ceramic Society 23, 2003, [6] M a n j u b a l a I., S i v a k u m a r M., In-situ synthesis of biphasic calcium phosphate ceramics using microwave irradiation, Materials Chemistry and Physics 71, 2001, [7] M u r u g a n R., R a m a k r i s h n a S., Coupling of therapeutic molecules onto surface modified coralline hydroxyapatite, Biomaterials 25, 2004, [8] Va l l e t - R e g ı M., G o n z a l e z - C a l b e t J.M., Calcium phosphates as substitution of bone tissues, Progress in Solid State Chemistry 32, 2004, [9] Ś l o s a r c z y k A., P i e k a r c z y k J., Ceramic materials on the basis of hydroxyapatite and tricalcium phosphate, Ceramics International 25, 1999, [10] K r u p a - Ż u c z e k K., Otrzymywanie kwasu fosforowego z półproduktów kostnych z przemysłu mięsnego, praca doktorska, Politechnika Krakowska [11] L i n F.H., L i a o Ch.J., C h e n K.S., S u n J.S., L i n Ch.P., Petal-like apatite formed on the surface of tricalcium phosphate ceramic after soaking in distilled water, Biomaterials 22, 2001, [12] K a l i t a S.J., B h a r d w a j A., B h a t t H.A., Nanocrystalline calcium phosphate ceramics in biomedical engineering, Materials Science and Engineering C 27, 2007, [13] L i n F.H., L i a o Ch.J., C h e n K.S., S u n J.S., Preparation of high temperature stabilized β-tricalcium phosphateby heating defcient hydroxyapatite with Na 4 P 2 O 7 10H 2 O addition, Biomaterials 19, 1998, [14] L i u Ch., S h e n W., C h e n J., Solution property of calcium phosphate cement hardening body, Materials Chemistry and Physics 58, 1999, [15] J i a n g D., P r e m a c h a n d r a G.S., J o h n s t o n C., H e m S.L., Structure and adsorption properties of commercial calcium phosphate adjuvant, Vaccine 23, 2004,

12 320 [16] L i u P., T a o J., C a i Y., P a n H., X u X., T a n g R., Role of fetal bovine serum in the prevention of calcification in biologicalfluids, Journal of Crystal Growth 310, 2008, [17] Yo s h i d a K., K o b a y a s h i M., H y u g a H., K o n d o N., K i t a H., H a s h i m - o t o K., T o d a Y., Reaction sintering of β-tricalcium phosphates and their mechanical properties, Journal of the European Ceramic Society 27, 2007, [18] C a m i r e C.L., G b u r e c k U., H i r s i g e r W., B o h n e r M., Correlating crystallinity and reactivity in an a-tricalcium phosphate, Biomaterials 26, 2005, [19] D e s t a i n v i l l e A., C h a m p i o n E., B e r n a c h e - A s s o l l a n t D., L a b o r d e E., Synthesis, characterization and thermal behavior of apatitic tricalcium phosphate, Materials Chemistry and Physics 80, 2003, [20] B o w J.S., L i o u Sz.Ch., C h e n S.Y., Structural characterization of room-temperature synthesized nano-sized β-tricalcium phosphate, Biomaterials 25, 2004, [21] Ya s h i m a M., S a k a i A., High-temperature neutron powder diffraction study of the structural phase transition between α and α phases in tricalcium phosphate Ca 3 ) 2, Chemical Physics Letters 372, 2003, [22] [23] [24] M o b a s h e r p o u r I., S o u l a t i H e s h a j i n M., K a z e m z a d e h A., Z a k e r i M., Synthesis of nanocrystalline hydroxyapatite by using precipitation method, Journal of Alloys and Compounds 430, 2007, [25] S z y m a ń s k i A. (red.), Biomineralizacja i biomateriały, PWN, Warszawa [26] B a r r o s L.A.F., F e r r e i r a E.E., P e r e s A.E.C., Floatability of apatites and gangue minerals of an igneous phosphate ore, Minerals Engineering 21, 2008, [27] P e c k W.H., T u m p a n e K.P., Low carbon isotope ratios in apatite: An unreliable biomarker in igneous and metamorphic rocks, Chemical Geology 245, 2007, [28] R ø n s b o J.G., Apatite in the Ilímaussaq alkaline complex: Occurrence, donation and compositional variation, Lithos 106, 2008, [29] B e l o u s o v a E.A., G r i f f i n W.L., O R e i l l y S.Y., F i s h e r N.I., Apatite as an indicator mineral for mineral exploration: trace-element compositions and their relationship to host rock type, Journal of Geochemical Exploration 76, 2002, [30] Yo s h i k a w a H., M y o u i A., Bone tissue engineering with porous hydroxyapatite ceramics, Journal of Artificial Organs 8, 2005, [31] P a r e k h B., J o s h i M., Va i d y a A., Characterization and inhibitive study of gel-grown hydroxyapatite crystals at physiological temperature, Journal of Crystal Growth 310, 2008, [32] Ś w i ę c i c k i Z., Bioceramika dla ortopedii, Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, Wyd. Spółdzielcze Sp. z.o.o., Warszawa [33] [34] R a j a b i - Z a m a n i A.H., B e h n a m g h a d e r A., K a z e m z a d e h A., Synthesis of nanocrystalline carbonated hydroxyapatite powder via nonalkoxide sol-gel method, Materials Science and Engineering C, 28, 2008, [35] S h u C., Ya n w e i W., H o n g L., Z h e n g z h e n g P., K a n g d e Y., Synthesis of carbonated hydroxyapatite nanofibers by mechanochemical methods, Ceramics International 31, 2005,

13 321 [36] S u c h a n e k W.L., B y r a p p a K., S h u k P., R i m a n R.E., J a n a s V.F., T e n - H u i s e n K.S., Preparation of magnesium-substituted hydroxyapatite powders by the mechanochemical-hydrothermal method, Biomaterials 25, 2004, [37] S h e l l i s R.P., W i l s o n R.M., Apparent solubility distributions of hydroxyapatite and enamel apatite, Journal of Colloid and Interface Science 278, 2004, [38] L a n d i E., T a m p i e r i A., M a t t i o l i - B e l m o n t e M., C e l o t t i G., S a n d r i M., G i g a n t e A., F a v a P., B i a g i n i G., Biomimetic Mg- and Mg,CO 3 -substituted hydroxyapatites: synthesis characterization and in vitro behaviour, Journal of the European Ceramic Society 26, 2006, [39] Ya s u k a w a A., K i d o k o r o M., K a n d o r i K., I s h i k a w a T., Preparation and Characterization of Barium-Strontium Hydroxyapatites, Journal of Colloid and Interface Science 191, 1997, [40] M e d v e c k y L., S t u l a j t e r o v a R., P a r i l a k L., T r p c e v s k a J., D u r i - s i n J., B a r i n o v S.M., Influence of manganese on stability and particle growth of hydroxyapatite in simulated body fluid, Colloids and Surfaces A: Physicochemical nad Engineering Aspects 281, 2006, [41] Wo j t y c z e k Ł., Anatomia układu ruchu człowieka z elementami anatomii czynnościowej, Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa, Krosno [42] B r o w n W.E., C h o w L.C., Chemical properties of bone mineral, Annual Reiew Materials Science 6, 1976, [43] D o r o z h k i n S.V., Mechanism of solid-state conversion of non-stoichiometric hydroxyapatite to diphase calcium phosphate, Russian Chemical Bulletin, International Edition 52 (11), 2003, [44] B o u h a o u s s A., L a g h z i z i l A., B e n s a o u d A., F e r h a t M., L o r e n t G., L i v a g e J., Mechanism of ionic conduction in oxy and hydroxyapatite structures, International Journal of Inorganic Materials 3, 2001, [45] F l e e t M.E., L i u X., Local structure of channel ions in carbonate apatite, Biomaterials 26, 2005, [46] I t o A., N a k a m u r a S., A o k i H., A k a o M., T e r a o k a K., T s u t s u - m i S., O n u m a K., T a t e i s h i T., Hydrotermal growth of carbonate-containing hydroxyapatite single crystals, Journal of Crystal Growth 163, 1996, [47] D e s c a m p s M., H o r n e z J.C., L e r i c h e A., Effects of powder stoichiometry on the sintering of β-tricalcium phosphate, Journal of the European Ceramic Society 27, 2007, [48] M o r g a n H., W i l s o n R.M., E l l i o t t J.C., D o w k e r S.E.P., A n d e r s o n P., Preparation and characterisation of monoclinic hydroxyapatite and its precipitated carbonate apatite intermediate, Biomaterials 21, 2000, [49] R a y n a u d S., C h a m p i o n E., L a f o n J.P., B e r n a c h e - A s s o l l a n t D., Calcium phosphate apatites with variable Ca/P atomic ratio III. Mechanical properties and degradation in solution of hot pressed ceramics, Biomaterials 23, 2002, [50] K a l i t a S.J., B h a t t H.A., Nanocrystalline hydroxyapatite doped with magnesium and zinc: Synthesis and characterization, Materials Science and Engineering C 27, 2007, [51] K u m t a P.N., S f e i r Ch., L e e D.H., O l t o n D., C h o i D., Nanostructured calcium phosphates for biomedical applications: novel synthesis and characterization, Acta Biomaterialia 1, 2005,

14 322 [52] Wo p e n k a B., P a s t e r i s J.D., A mineralogical perspective on the apatite in bone, Materials Science and Engineering C 25, 2005, [53] Q u H., We i M., The effect of fluoride contents in fluoridated hydroxyapatite on osteoblast behavior, Acta Biomaterialia 2, 2006, [54] K n y c h a l s k a - K a r w a n Z., Ś l ó s a r c z y k A., Hydroksyapatyt w stomatologii, Krakmedia, Kraków, [55] K o t h a p a l l i Ch., We i M., Va s i l i e v A., S h a w M.T., Influence of temperature and concentration on the sintering behavior and mechanical properties of hydroxyapatite, Acta Materialia 52, 2004, [56] D y s h l o v e n k o S., P a t e y r o n B., P a w l o w s k i L., M u r a n o D., Numerical simulation of hydroxyapatite powder behaviour in plasma jet, Surface and Coatings Technology 179, 2004, [57] L i X., I t o A., Yu S., Wa n g X., L e G e r o s R.Z., Solubility of Mg-containing β-tricalcium phosphate at 25 C, Acta Biomaterialia 5, 2009, [58] P e t e r s F., S c h w a r z K., E p p l e M., The structure of bone studied with synchrotron X-ray diffraction, X-ray absorption spectroscopy and thermal analysis, Thermochimica Acta 361, 2000, [59] B e r n a c h e - A s s o l l a n t D., A b a b o u A., C h a m p i o n E., H e u g h e b a e r t M., Sintering of calcium phosphate hydroxyapatite Ca 10 ) 6 (OH) 2 I. Calcination and particle growth, Journal of the European Ceramic Society 23, 2003, [60] O k a z a k i M., T o h d a H., Ya n a g i s a w a T., T a i r a M., T a k a h a s h i, J., Differences in solubility of two types of heterogeneous fluoridated hydroxyapatites, Biomaterials 19, 1998,