کلسیم فسفات مونو بازیک مونو هیدرات

درباره کلسیم فسفات مونو بازیک مونو هیدرات

کلسیم فسفات (CaP) نام عمومی خانواده ای از مواد معدنی حاوی کاتیون های کلسیم (Ca²⁺) است که با آنیون های ارتوفسفات (PO₄³⁻)، متافسفات (PO₃⁻)، یا پیروفسفات (P₂O₇⁴⁻) و گاهی یون های هیدروژن (H⁺) یا هیدروکسید (OH⁻) ترکیب شده اند.

کلسیم فسفات شکل اصلی کلسیم موجود در شیر و خون گاو است. این ماده معدنی اصلی استخوان (حدود ۶۰ درصد وزنی استخوان) و ترکیب اصلی مینای دندان (حدود ۹۰ درصد) است. فسفات های کلسیم با نسبت اتمی کلسیم به فسفر بین ۱.۵ تا ۱.۶۷ آپاتیت نامیده می شوند (به عنوان مثال، هیدروکسی آپاتیت یا فلورآپاتیت).

بیوسرامیک‌های فسفات کلسیم (CaP ) به دلیل زیست‌سازگاری خوب، یکپارچگی استخوانی مناسب و هدایت استخوانی بالا، به طور گسترده در زمینه بازسازی استخوان، هم در ارتوپدی و هم در دندانپزشکی استفاده می‌شوند. ترکیبات کلسیم فسفاتی معمولاً برای مقاصد پزشکی به شکل های سیمان، پوشش، داربست و خمیر استفاده می شود. تاکنون طیف گسترده‌ای از ترکیبات کلسیم فسفات ارائه شده است، از فازهای منفرد گرفته تا Nano-CaPها، فرمولاسیون‌های CaP دوفازی و سه‌فازی، پوشش‌ها و سیمان‌های CaP کامپوزیت، مواد طبقه‌بندی شده تابعی FGMs))، و CaPهای آنتی باکتریال.

فازهای منفرد کلسیم فسفات

فازهای منفرد فسفات کلسیم اعضای اصلی خانواده CaP بوده که برای کاربردهای زیست پزشکی مورد توجه هستند. در ادامه ویژگی های اصلی هر فاز بررسی می شود.

۱- کلسیم فسفات مونوبازیک مونوهیدرات (MCPM)

MCPM اسیدی ترین و محلول ترین فاز CaP در آب است که بطور طبیعی در موجودات زنده تشکیل نمی شود. با این حال، از آن به عنوان جزئی از چندین سیمان CaP خود سخت شونده و به عنوان سیلر در دندانپزشکی استفاده می شود. می‌توان آن را با خنثی‌سازی جزئی اسید فسفریک با هیدروکسید کلسیم و سپس تبخیر آب در دمای پایین در شرایط اسیدی تهیه کرد. مونوکلسیم فسفات هیدراته به صورت پلاکت هایی که در امتداد محور c ساختار تری کلینیک کشیده می شوند متبلور می شود. در یک بررسی مشخص شد که آدامس های حاوی MCPM نسبت به آدامس شاهد به طور قابل توجهی جریان بزاق بیشتر و pH بزاق کمتری تولید می کند. MCPM به عنوان افزودنی غذایی E341 علامت گذاری شده است و اغلب به خمیر دندان اضافه می شود. با این حال، MCPM خالص به دلیل اسیدی بودن با استخوان سازگاری زیستی ندارد.

۲- دی کلسیم فسفات انهیدروس (DCPA)

اسیدیته دوم اسید فسفریک اسید ضعیفی ایجاد می کند. خنثی سازی دو عامل اسیدی اسید فسفریک با هیدروکسید کلسیم منجر به تشکیل دی کلسیم فسفات می شود که به دو شکل کریستالی وجود دارد: DCPD که توسط کانی شناسان Brushite نیز نامیده می شود و DCPA که Monetite نیز نامیده می شود. DCPA شکل بی آب DCPD است. به دلیل عدم وجود آب، نسبت به DCPD کمتر محلول است. DCPA، مانند DCPD، می تواند از محلول های آبی متبلور شود (اما در C ◦ ۱۰۰). برخلاف DCPD، DCPA در کلسیفیکاسیون های نرمال و پاتولوژیک رخ نمی دهد. این فاز در سیمان های فسفات کلسیم، منابع کلسیم و فسفات در مکمل های غذایی مانند غلات صبحانه و اجزای خمیردندان استفاده می شود.

۳- دی بازیک کلسیم فسفات دهیدرات (Brushite /DCPD)

DCPD یا براشیت ساده ترین مسیر سنتز را در میان ترکیبات CaP دارا می باشد. زیست سازگار، زیست تخریب پذیر و رسانای استخوانی است و می تواند به DCPA (pH 7) تبدیل شود. مشاهده شده است که DCPD می تواند در داخل بدن به pHAp تبدیل شود یا تجزیه شده و با استخوان جایگزین شود. براشیت ممکن است به عنوان یک فاز واسطه در کلسیفیکاسیون پاتولوژیک که در محیط های کمی اسیدی (به عنوان مثال، در سنگ های دندانی و سنگ های ادراری) رخ می دهد، تشکیل شود. DCPD به عنوان یک واسطه در معدنی شدن استخوان و انحلال مینا در اسیدها (فرسایش دندان) پیشنهاد شده است. در پزشکی، DCPD در سیمان های CaP و به عنوان واسطه ای برای معدنی سازی مجدد دندان استفاده می شود. DCPD هم برای محافظت از پوسیدگی (در این مورد با ترکیبات حاوی F مانند NaF و/یا Na₂PO₃F جفت می شود) و هم به عنوان یک عامل پولیش ملایم به خمیر دندان اضافه می شود. هنگامی که مقادیر زیادی از DCPD در داخل بدن به pHAp تبدیل می شود، به دلیل مقادیر زیاد اسیدی که در طی این واکنش آزاد می شود، می توان یک پاسخ التهابی شدید مشاهده کرد. بلورهای DCPD را می توان به سادگی با خنثی سازی اسید فسفریک با هیدروکسید کلسیم در pH بین ۳ تا ۴ در دمای اتاق تهیه کرد. به طور کلی، DCPD را می توان با تجزیه مضاعف بین محلول های حاوی کلسیم و فسفات در محیط های کمی اسیدی به دست آورد. همچنین می‌تواند با تبدیل نمک‌های فسفات کلسیم، در محیط‌های اسیدی، یا با واکنش نمک‌های کلسیم مانند کربنات کلسیم در محلول‌های اسیدی ارتوفسفات تشکیل شود. کریستال‌های DCPD از زنجیره‌های CaPO₄ تشکیل شده‌اند که به موازات یکدیگر چیده شده‌اند، در حالی که مولکول‌های آب شبکه‌ای بین آن‌ها قرار گرفته‌اند.

۴- اکتاکلسیم فسفات (OCP)

OCP از اهمیت بیولوژیکی بالایی برخوردار است زیرا یکی از اجزای پایدار سنگ های دندانی و ادراری انسان است. آقای براون برای اولین بار پیشنهاد کرد که OCP به عنوان فاز اولیه در تشکیل مواد معدنی مینا و تشکیل استخوان از طریق رسوب پی در پی و هیدرولیز گام به گام OCP شرکت می کند. بنابراین، OCP نقش مهمی در تشکیل بیومینرال‌های آپاتیتی در بدن دارد. در بسیاری از آپاتیت‌های بیولوژیکی و در برخی از HAp رسوب‌شده به‌صورت مصنوعی، یک \"انکلوزیون OCP مرکزی\" که به عنوان \"خط تاریک مرکزی\" نیز شناخته می‌شود، توسط TEM آشکار و با عدم تطابق شبکه ذاتی بین OCP و HAp توضیح داده شده است. OCP در کلسیفیکاسیون عروقی مشاهده نشده است؛ با این حال، به عنوان یک فاز پیش ساز آپاتیت بیولوژیکی موجود در دریچه های طبیعی و مصنوعی قلب پیشنهاد شده است. در پزشکی، OCP برای کاشت در داخل نقایص استخوانی استفاده می شود. OCP به منظور پوشش، جزئی از بیوکامپوزیت ها و فرمولاسیون های خود تنظیم استفاده شده است؛ پوشش‌های OCP رفتار القای استخوانی از خود نشان می‌دهند. OCP به عنوان یک ماده پوشش دهنده مستقیم پالپ و برای تقویت برآمدگی آلوئولی در حفره دندانی ارزیابی شده است. بررسی‌ها روی موش‌ها نشان داد که OCP کاشته‌شده می‌تواند به‌عنوان هسته‌ای برای شروع تشکیل استخوان عمل کند و باعث القای استخوان و هدایت استخوانی در نقایص جمجمه‌ای ایجاد شده بصورت تجربی شود.

۵- تری کلسیم فسفات آلفا (α-TCP)

اسیدیته سوم اسید فسفریک بسیار ضعیف است و اگرچه PO43- فقط به میزان بسیار اندک در pH کمتر از ۱۱ وجود دارد، نمک‌های TCP می‌توانند به دلیل حلالیت بسیار پایین شان رسوب کنند. چندین فاز مختلف با ترکیبی نزدیک به TCP وجود دارد. TCP کریستالی ( α- و β-TCP ) فقط در دمای بالا تشکیل می شود. به طور کلی توافق بر این است که TCP خالص کریستالی را نمی توان با رسوب مستقیم از محیط های آبی به دست آورد. α-TCP معمولاً از β-TCP با حرارت دادن در دمای بالای 1125 درجه سانتیگراد و خاموش کردن برای جلوگیری از تبدیل معکوس تهیه می شود. بنابراین، α-TCP ممکن است یک فاز دمای بالا از β-TCP در نظر گرفته شود. اگرچه α-TCP و β-TCP ترکیب شیمیایی یکسانی دارند، اما از نظر حلالیت و ساختار کریستالی متفاوت هستند. در غیاب رطوبت، هر دو پلی مورف TCP در دمای اتاق پایدار هستند. با این حال، یک مطالعه عملکردی چگالی نشان داده است که پایداری شبکه کریستالی β-TCP از α-TCP بیشتر است. بنابراین، از بین این دو، α-TCP در سیستم های آبی واکنش پذیرتر است، انرژی ویژه بالاتری دارد و می تواند در محلول های آبی به CDHAp هیدرولیز شود. اگرچه α-TCP هرگز در کلسیفیکاسیون های بیولوژیکی رخ نمی دهد، اما به عنوان جزئی از سیمان های CaP استفاده می شود. عیب اصلی استفاده از α-TCP خالص، سرعت جذب سریع آن است - سریعتر از تشکیل یک استخوان جدید - که استفاده از آن را در کاربردهای زیست پزشکی محدود می کند.

۶- بتا-کلسیم فسفات (β-TCP)

β-TCP در گروه فضایی لوزی وجهی R3c متبلور می شود و سلول واحد آن حاوی بیست و یک واحد فرمول Ca₃(PO₄)₂ است. سه نوع از گروه‌های PO₄^3- غیر معادل کریستالوگرافی وجود دارد که در نقاط متداول کریستال قرار دارند، که هر نوع با طول‌ها و زوایای پیوند درون چهار وجهی متفاوت است. هر دو HAp و β-TCP طیف‌های رامان مشابهی را نشان می‌دهند، که توسط حالت‌های داخلی چهار وجهی PO₄³ برجسته می شوند. با این حال، علاوه بر وجود قله‌های مرتبط با ارتعاشات گروهOH^- در طیف رامان HAp، که به کریستالی بودن نمونه بسیار حساس هستند، سایر ویژگی‌های شاخص مانند عرض باندهای داخلی PO43- را می‌توان برای تشخیص بین HAp و β-TCP استفاده کرد. β-TCP را نمی توان از محلول های آبی رسوب داد. β-TCP تثبیت شده با منیزیم Whitlockite) ) در طول کلسیفیکاسیون پاتولوژیک، مانند تشکیل جرم دندانی و در سنگ های کلیوی، و همچنین در غضروف آرتروز شناسایی شده است. با این حال، β-TCP در مینا، عاج، یا استخوان مشاهده نشده است. β-TCP را می توان در دماهای بالاتر از ۸۰۰ درجه سانتیگراد با تجزیه حرارتی CDHAp، یا با برهمکنش حالت جامد CaPهای اسیدی مانند DCPA با یک باز مثل CaO تهیه کرد. با این وجود، β-TCP را می توان در دمای نسبتاً پایین(۱۵۰ درجه سانتیگراد) با رسوب در محیط آلی، مانند اتیلن گلیکول، به دست آورد. جدای از مسیرهای آماده سازی شیمیایی، β-TCP جایگزین شده با یون را می توان با کلسینه کردن استخوان ها تهیه کرد؛ این نوع β-TCP گاهی اوقات \"خاکستر استخوان\" نامیده می شود. در کاربردهای زیست پزشکی، β-TCP در سیمان های استخوانی CaP و دیگر انواع بیوسرامیک های جایگزین استخوان و همچنین در دندانپزشکی استفاده می شود. در ترکیب با HAp، β-TCP BCP را تشکیل می دهد و به عنوان بیوسرامیک جایگزین استخوان استفاده می شود. β-TCP خالص به عنوان یک عامل پولیش ملایم به برخی از مارک های خمیر دندان اضافه می شود. β-TCP همچنین به عنوان یک مکمل غذایی یا معدنی به غذا و خوراک اضافه می شود، جایی که طبق طبقه بندی اروپایی مواد افزودنی غذایی به عنوان E341 مشخص شده است. β-TCP به عنوان فازی در نظر گرفته می‌شود که هم رسانای استخوانی و هم استئوالقایی است و به دلیل انرژی سطحی کم آن نسبت به آپاتیت، می‌تواند رسوب یک لایه آپاتیت را پس از انکوباسیون در محلول‌های یونی آبی تحریک کند.

۷- فسفات کلسیم آمورف (ACP)

فسفات های کلسیم آمورف کلاس ویژه ای از CaP ها هستند که دارای ترکیب شیمیایی متغیر هستند اما خواص فیزیکی شیشه مانند مشابهی دارند که در آن نه ترتیب انتقالی و نه جهت گیری دوربرد موقعیت های اتمی وجود دارد. بسته به دمای فرآوری، ACPها به دو گروه عمده تقسیم می شوند: (۱) ACPهای با دمای پایین، تهیه شده در محلول های آبی و (۲) ACPهای با دمای بالا. ACPهای با دمای پایین اغلب به عنوان یک فاز پیش ساز گذرا در طول رسوب سایر CaP ها در سیستم های آبی در نظر گرفته می شوند. تصور می شود که ACP ها در ابتدای رسوب گذاری به دلیل انرژی سطحی پایین تر از OCP و آپاتیت ها تشکیل می شوند. با افزایش غلظت های Ca²⁺ و PO₄^3- و/یا pH محلول الکترولیت، درجه آمورفیزاسیون ACP ها افزایش می یابد. همزدن ملایم پیوسته ACP رسوب داده شده در محلول مادر، به ویژه در دماهای بالا، منجر به تبلور مجدد آهسته و تشکیل کلاهک کریستالی بیشتر، مانند CDHA می شود.

از نظر بیولوژیکی، ACPهای جایگزین شده با یون (همیشه حاوی یون های Na، Mg، کربنات و پیروفسفات) در کلسیفیکاسیون های پاتولوژیک بافت نرم (مانند کلسیفیکاسیون دریچه قلب بیماران اورمیک) یافت می شوند. در پزشکی، ACP ها در سیمان های CaP، به عنوان مواد جایگزین استخوان و در سایر کاربردهای دندانی استفاده می شوند. در محیط اسیدی خوراکی، بیوکامپوزیت های مبتنی بر ACP از توانایی ACPs برای آزادسازی یون های کلسیم و فسفات استفاده می کنند که ممکن است در معدنی سازی مجدد مینای دندان شرکت کنند. بیوکامپوزیت های حاوی ACP و بیومواد هیبریدی به عنوان عوامل ضد پوسیدگی و/یا عوامل معدنی کننده مجدد (به عنوان مثال در آدامس ها)، شیرینی ها، موس های دندان، ژل های سفید کننده، دهان شویه ها، نوشیدنی های مختلف یا حتی در شیر استفاده می شوند. تصور می‌شود که توانایی ACPها برای آزادسازی کلسیم، فسفات و سایر یون‌ها در محیط‌های آبی به ایجاد استخوان کمک می‌کند. با این حال، این آزادسازی سریع یون‌ها از ACPها می‌تواند باعث اختلال در pH موضعی شود و در کوتاه‌مدت بر اتصال/تکثیر سلولی و در درازمدت بر زنده‌مانی تأثیر منفی بگذارد. گنجاندن کاتیون های دو ظرفیتی مانند Zn و ZrO می تواند سرعت انحلال آنها را کاهش دهد و ترکیب روی و مس می تواند مانع تبدیل آنها به HAp شود.

۸- هیدروکسی آپاتیت فاقد کلسیم (CDHA؛ CDHAp؛ رسوب HAp، pHA، pHAp )

CDHA که گاهی به آن pHA نیز گفته می شود، می تواند به راحتی با افزودن همزمان محلول های حاوی کلسیم و ارتوفسفات در آب جوش و سپس جوشاندن سوسپانسیون برای چند ساعت تهیه شود. در طی این مدت، ACP رسوب اولیه بازسازی شده و به CDHA تبدیل می شود. بنابراین، شباهت‌های زیادی در ساختار، خواص و کاربردها بین ACP رسوب‌شده در محلول‌های قلیایی و CDHA وجود دارد. علاوه بر این، CDHA را می توان با هیدرولیز α-TCP تهیه کرد. بلورهای CDHA بلوری ضعیفی دارند و ابعاد زیر میکرون دارند. در حرارت بالای ۷۰۰ درجه سانتیگراد، CDHA خشک با Ca/P = 1.5 به β-TCP و با 1.5 < Ca/P <1.67 به مخلوطی از HAp و β-TCP یعنی بهBCP تبدیل می شود. تنوع نسبت مولی کلسیم به فسفر CDHA با مدل‌های مختلفی مانند جذب سطحی، جایگزینی شبکه و مخلوط‌های بین کریستالی HAp و OCP توضیح داده شده است. به دلیل فقدان استوکیومتری، CDHA معمولا حاوی یون های دیگری است.

CDHA جایگزین نشده در سیستم های بیولوژیکی وجود ندارد. با این حال، CDHA جایگزین شده با یون (یعنی حاوی Na⁺، K⁺، Mg²⁺، Sr²⁺ برای Ca²⁺؛ CO₃^2- برای PO₄^3- یا HPO₄^2-؛ F^-، Cl^-، CO₃^2- برای OH^- ) با مقداری آب آپاتیت بیولوژیکی را تشکیل می دهد. از این رو، CDHA برای جایگزین های استخوان مصنوعی مورد توجه است. تمام سیمان های (CPC) CaP موجود در بازار دارای CDHA به عنوان یک ترکیب هستند.

۹- تترا کلسیم فسفات (TTCP یاTetCP )

TTCP ابتدایی ترین CaP است؛ با این حال، حلالیت آن در آب بیشتر از HAp است. TTCP را نمی توان از محلول های آبی رسوب داد. فقط با واکنش حالت جامد بالای ۱۳۰۰ درجه سانتیگراد قابل تهیه است. با این حال، واکنش باید در اتمسفر خشک یا خلاء انجام شود تا در حضور بخار آب، از تجزیه TTCP به HAp جلوگیری شود. TTCP اغلب به عنوان یک محصول جانبی ناخواسته در پوشش‌های HAp اسپری شده با پلاسما ظاهر می‌شود، جایی که در نتیجه تجزیه حرارتی HAp به مخلوطی از فازهای دمای بالا α-TCP، TTCP و CaO تشکیل می‌شود. TTCP غیر پایدار است: هم در محیط های مرطوب و هم در محلول های آبی، به آرامی به HAp و هیدروکسید کلسیم هیدرولیز می شود. در نتیجه، TTCP هرگز در کلسیفیکاسیون های بیولوژیکی یافت نمی شود. TTCP به ندرت به عنوان یک جزء در دندانپزشکی استفاده می شود. با این حال، در ترکیب با سایر CaP ها، عمدتا با DCPA یا DCPD، برای تشکیل انواع سیمان های خود گیر، بیوکامپوزیت ها و سیلرهای کانال ریشه دندان استفاده می شود. با توجه به pH قلیایی ایجاد شده در اثر انحلال TTCP در آب، این فاز به راحتی به آپاتیت تبدیل می شود.

۱۰- هیدروکسی آپاتیت (HAp)

استوکیومتری HAp دارای فرمول شیمیایی Ca₅(PO₄)₃(OH) است. با این حال، معمولاً به عنوان Ca₁₀ (PO₄)₆ (OH)₂ نوشته می شود تا نشان دهد که سلول واحد شش ضلعی از دو مولکول تشکیل شده است. در نامگذاری اتحادیه بین المللی شیمی محض و کاربردی IUPAC)) نام آن پنتا کلسیم هیدروکسید تریس (فسفات) است. HAp پس از فلوراپاتیتFAp) ) از همه CaP ها، پایدارترین و کم محلول ترین است. اگرچه HAp بسیار محلول نیست، اما سطح هیدروکسی آپاتیت مکان‌های هسته‌زایی را برای رسوب کریستال‌های آپاتیت در محیط کشت (معمولاً اشباع شده با یون‌های کلسیم و فسفات) و در مایعات بدن فراهم می‌کند. HAp مشتق شده از منابع طبیعی یا از منابع مصنوعی به عنوان یک ماده فعال زیستی در نظر گرفته می شود، زیرا یک پیوند شیمیایی قوی با بافت استخوان میزبان تشکیل می دهد و از این رو به عنوان یک ماده پیوند استخوان خوب شناخته می شود. HAp نه تنها فعال زیستی است، بلکه رسانای استخوانی، غیر سمی، غیر ایمونوژن است و ساختار آن از نظر کریستالوگرافی شبیه به کانی استخوان با مقدار مناسبی از جایگزینی کربنات است.

HAp غیر متخلخل معمولاً کریستالی ضعیف و اغلب غیر استوکیومتری و شبیه CDHA است. از طرف دیگر، HAp بلوری خوب را می توان از محلول های آبی تهیه کرد. HAp خالص و استوکیومتری هرگز در سیستم های بیولوژیکی رخ نمی دهد. با این حال، به دلیل شباهت‌های شیمیایی و فازی (و گاهی اوقات شکل) به ماده معدنی بیولوژیکی در استخوان و دندان، کاربردهای بالینی HAp از تقویت برجستگی‌های آتروفیک حفره دندانی تا ترمیم نقایص استخوان بلند، شکستگی‌های استخوان های غیرمتحد، پروتزهای گوش میانی، فیوژن ستون فقرات و ترمیم استخوان جمجمه وصورت را شامل می‌شود. همچنین در جراحی دندان، بیومولکول رسانی و دارورسانی استفاده شده است. HAp مصنوعی به طور گسترده ای به عنوان پوشش روی ایمپلنت های ارتوپدی (به عنوان مثال، مفصل ران) و دندان استفاده می شود. در دندانپزشکی، ذرات HAp نیز برای حفظ ارتفاع برآمدگی آلوئولی در سوکت‌های آلوئولی پس از استخراج قرار داده شده‌اند. داربست ها و نانوذرات HAp نیز برای تحویل کنترل شده دارو استفاده شده اند. همچنین، HA به جای کربنات کلسیم به عنوان یک ماده صیقل دهنده ملایم به برخی از مارک های خمیر دندان اضافه می شود. ذرات Nano-HAp توانایی نفوذ به ماتریکس کلاژن غیر معدنی عاج دندان را دارند. پس از آن، ماتریکس کلاژن نفوذ شده عاج می‌تواند داربست مناسبی برای معدنی‌سازی مجدد عاج فراهم کند، که به موجب آن ذرات HAp نفوذ یافته می‌توانند به عنوان دانه در ماتریکس کلاژن عمل کنند و با توجه به محیط معدنی‌سازی مجدد مناسب، ممکن است معدنی‌سازی مجدد عاج رخ دهد. علاوه بر این، نشان داده شد که نانومیله‌های HAp می‌توانند به صورت خودآرایی برای تشکیل ساختارهای شبیه مینای دندان‌ جمع‌آوری شوند.

نانوپارتیکل های کلسیم فسفات (Nano-CaP)

معمولاً وقتی به مقیاس نانو اشاره می کنیم، محدوده ابعادی از ۰.۱ نانومتر تا ۱۰۰ نانومتر را در نظر داریم. در مقایسه، ذره ای با اندازه ۱۰۰ نانومتر تا ۱ میکرومتر به عنوان ذره زیر میکرون نامیده می شود. همانطور که در بخش پیش توضیح داده شد، HAp در استخوان نانوکریستالی است. علاوه بر این، نانوذرات کوچکتر از ۱۰۰ نانومتر بالاترین کارایی گزارش شده را با توجه به یکپارچگی سلولی دارند. پیشنهاد شده است که این نانوذرات واکنش‌هایی متفاوت از ساختارهای زیر میکرونی القا می‌کنند، که می‌تواند به این معنی باشد که نانو هیدروکسی آپاتیت، و احتمالاً سایر نانو-CaPها، می‌توانند سطوح زیست‌سازگاری را تشکیل دهند که به خوبی با بافت استخوان ادغام می‌شوند.

هیدروکسی آپاتیت ها در مقیاس نانو دارای خواص عملکردی برتری نسبت به همتای خود در مقیاس میکرو است، به ویژه واکنش پذیری سطح و ساختار بسیار ظریف، که ضروری ترین خواص برای میانکنش بافت-گرافت پس از پیوند است. نسبت سطح به حجم بالای آن، همگنی شیمیایی و یکنواختی ریزساختار Nano-HAp باعث افزایش یکپارچگی استخوان و خواص مکانیکی آن می شود.

نانوپارتیکل های کلسیم فسفات (CaP NPs) به طور گسترده به عنوان حامل های دارو مورد مطالعه قرار گرفته اند. آنها به عنوان ابزارهای نقل و انتقال برای ژن درمانی، حامل قابل تزریق برای داروهای مختلف، پروتئین ها و تصویربرداری ارزیابی شده اند. دانشمندان استفاده از CaP NPs را به عنوان سیستم دارورسانی برای تومورهای استخوانی نشان داده اند. باید در نظر داشت که نانوذرات ممکن است برخی از خطرات سمیت را در داخل بدن از طریق تحویل بیش از حد یون های Ca2+ به سلول ها ایجاد کنند.

فرمولاسیون دو فازی و سه فازی CaP

CaP ها می توانند ترکیبات دو فازی، سه فازی و چند فازی را تشکیل دهند که در آن اجزای جداگانه نمی توانند از یکدیگر جدا شوند. فازهای منفرد در چنین فرمول‌بندی‌هایی به طور همگن و تنگاتنگ در سطح زیر میکرون \"مخلوط\" می‌شوند و بنابراین، به شدت با یکدیگر ادغام می‌شوند. به عنوان یک قاعده کلی، خواص مواد دو فازی، سه فازی و چند فازی بین خواص فازهای سازنده است و به مقادیر نسبی مواد بستگی دارد. نسبت‌های اتمی کلسیم به فسفات BCPها معمولاً بین نسبت‌های TCP خالص و HAp قرار می‌گیرند. بنابراین، با تغییر نسبت بین CaP های پایدارتر و محلول تر، می توان فرمولاسیون هایی با خواص قابل تنظیم تهیه کرد.

فرمولاسیون دوفازی کلسیم فسفاتBCP) ) به عنوان پیوند استخوان یا بیومواد جایگزین استخوان برای کاربردهای ارتوپدی، فک و صورت و دندان تحت علائم تجاری مختلف استفاده می شود. آنها را می توان برای نقص استخوانهای بزرگ در برخی از نواحی تحمل کننده بار، به صورت قطعات سفارشی که شکل خود را در مدت زمان طولانی حفظ می کنند و در بالا آوردن کف سینوس برای کاشت ایمپلنت دندان برای پر کردن کانال های ریشه دندان و غیره اعمال کرد.

کامپوزیت فسفات کلسیم

پوشش ها، سیمان ها و داربست های کلسیم فسفات به دلایل مختلف از جمله کنترل تجزیه پذیری زیستی و فعالیت زیستی، بهبود خواص مکانیکی یا مقاومت در برابر خوردگی، کپسوله کردن داروها و غیره از دیرباز با مواد آلی و غیر آلی ادغام شده اند.

فسفات کلسیم طبقه‌بندی شده تابعی

مواد طبقه بندی شده تابعی FGMs)) موادی هستند که گرادیان ترکیب شیمیایی یا گرادیان ساختاری را در خود نشان می دهند. این موضوع امکان ایجاد خواصی را فراهم می کند که در غیر این صورت نمی توان به آنها دست یافت، به عنوان مثال نشان دادن زیست سازگاری خوب. در مورد پوشش های CaP روی ایمپلنت های فلزی، همچنین می تواند میزان شکست را به دلیل لایه برداری پوشش در طول زمان در نتیجه عدم تطابق بین ضرایب انبساط حرارتی زیرلایه و پوشش کاهش دهد.

فسفات کلسیم آنتی باکتریال

یکی از نگرانی های اصلی همه ایمپلنت ها، خطر عفونت است که نزدیک به ۰.۵٪ تا ۵٪ برای کل آرتروپلاستی های لگن تخمین زده می شود.

برای استفاده به عنوان یک حامل دارو، ماده مورد نظر باید توانایی ترکیب با یک عامل فعال زیستی را به صورت فیزیکی یا شیمیایی داشته باشد، آن را تا رسیدن به محل هدف خاص حفظ کند، به تدریج تجزیه شود و عامل فعال را به روشی کنترل شده در طول زمان تحویل دهد. تمام این معیارها توسط CaP ها و ترکیبات آنها به خوبی برآورده شده است. به منظور آنتی باکتریال شدن ایمپلنت ها، آنتی بیوتیک های مختلفی مانند جنتامایسین، سفالوتین، آموکسی سیلین، توبرامایسین، تتراسایکلین، وانکومایسین و استرپتومایسین در CaP ها گنجانده شده است.

سایر کاربردها

در نیمه دوم قرن نوزدهم، CaP ها به عنوان کود به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفتند. کودهای فسفر شامل کلسیم فسفات مشتق شده از سنگ یا استخوان فسفات است. سوپر فسفات و سوپر فسفات سه گانه محلول تر به ترتیب با تیمار فسفات کلسیم با اسید سولفوریک و فسفریک بدست می آیند.