Tribasisches Calciumphosphat

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Calciumphosphat (CaP) ist der gebräuchliche Name einer Familie von Mineralien, die Calciumkationen enthalten (Ca²⁺) zusammen mit Orthophosphat- (PO₄³⁻), Metaphosphat- (PO³⁻) oder Pyrophosphat- (P₂O₇⁴⁻)-Anionen und manchmal Wasserstoff- (H⁺) oder Hydroxid- (OH⁻)-Ionen. CaP ist die Hauptform von Kalzium, die in der Milch und im Blut von Rindern vorkommt. Es ist der wichtigste anorganische Bestandteil des Knochens (ca. 60 Gew.-% des Knochens) und der Hauptbestandteil des Zahnschmelzes (ca. 90 %). Calciumphosphate mit einem Ca/P-Atomverhältnis zwischen 1,5 und 1,67 werden Apatite (z. B. Hydroxylapatit oder Fluorapatit) genannt.

Calciumphosphat (CaP)-Biokeramiken werden aufgrund ihrer guten Biokompatibilität, Osseointegration und Osteokonduktion häufig im Bereich der Knochenregeneration sowohl in der Orthopädie als auch in der Zahnmedizin eingesetzt.

Calciumphosphate werden in medizinischen Anwendungen häufig in Form von Zementen, Beschichtungen, Gerüsten und Pasten verwendet.

Einzelne Calciumphosphatphasen wie tribasisches Calciumphosphat sind die Hauptmitglieder der CaP-Familie, die für biomedizinische Anwendungen von Interesse sind.

α-Tricalciumphosphat (α-TCP)

Der dritte Säuregehalt von Phosphorsäure ist sehr schwach und obwohl PO₄³⁻ bei einem pH-Wert unter 11 nur in sehr geringer Menge vorhanden ist (gemäß den Speziationskurven von Phosphorsäure bei 37 °C, pK3 = 12,023), können TCP-Salze ausfallen auf ihre sehr geringe Löslichkeit zurückzuführen. Es gibt mehrere verschiedene Phasen mit einer TCP-ähnlichen Zusammensetzung. Kristallines TCP (α- und β-TCP) bildet sich nur bei hohen Temperaturen; Es besteht allgemein Einigkeit darüber, dass kristallines, reines TCP nicht durch direkte Fällung aus wässrigen Medien erhalten werden kann. α-TCP wird üblicherweise aus β-TCP durch Erhitzen auf über 1125 °C und Abschrecken hergestellt, um die Rückumwandlung zu verhindern; Daher kann α-TCP als Hochtemperaturphase von β-TCP betrachtet werden. Obwohl α-TCP und β-TCP die gleiche chemische Zusammensetzung haben, unterscheiden sie sich in ihrer Löslichkeit und Kristallstruktur. In Abwesenheit von Feuchtigkeit sind beide Polymorphe von TCP bei Raumtemperatur stabil; Eine Dichtefunktionsstudie hat jedoch gezeigt, dass die Stabilität des β-TCP-Kristallgitters die von α-TCP übertrifft. Daher ist α-TCP von beiden in wässrigen Systemen reaktiver, hat eine höhere spezifische Energie und kann in wässrigen Lösungen zu CDHAp hydrolysiert werden. Obwohl α-TCP in biologischen Verkalkungen nie vorkommt, wird es als Bestandteil von CaP-Zementen verwendet. Der Hauptnachteil der Verwendung von reinem α-TCP ist seine schnelle Resorptionsrate – schneller als die Bildung eines neuen Knochens –, was seinen Einsatz in biomedizinischen Anwendungen einschränkt.