羟磷灰石

磷灰石，也称为羟基磷灰石 (HA)，是一种天然存在的钙磷灰石矿物形式，分子式为 Ca5(PO4)3(OH)，但通常写作 Ca10(PO4)6(OH)2 表示 晶体晶胞包含两个实体。 磷灰石是复合磷灰石基团的羟基端元。 OH-离子可被氟化物、氯化物或碳酸盐取代，生成氟磷灰石或氯磷灰石。 它在六方晶系中结晶。 纯的羟基磷灰石粉末是白色的。 然而，天然存在的磷灰石也可以呈现棕色、黄色或绿色，类似于氟斑牙的变色。

高达 50% 的体积和 70% 的人体骨骼是一种改性形式的羟基磷灰石，被称为骨矿物质。 碳酸缺钙羟基磷灰石是构成牙釉质和牙本质的主要矿物质。 在乳腺肿瘤等病理性钙化以及松果体（和大脑的其他结构）内的钙化（称为星状体或脑沙）中也发现了大麻灰石晶体。

羟磁灰石可以通过多种方法合成，例如湿化学沉积、仿生沉积、溶胶-凝胶途径（湿化学沉淀）或电沉积。 羟基磷灰石纳米晶体悬浮液可以按照以下反应方程式通过湿化学沉淀反应制备：

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

合成复制羟基磷灰石的能力具有无价的临床意义，尤其是在牙科领域。 每种技术都会产生具有不同特征（例如大小和形状）的羟基磷灰石晶体。 这些变化对化合物的生物学和机械性能有显着影响，因此这些羟基磷灰石产品具有不同的临床用途。

缺钙（非化学计量）羟基磷灰石 Ca10-x(PO4)6-x(HPO4)x(OH)2-x（其中 x 介于 0 和 1 之间）的 Ca/P 比介于 1.67 和 1.5 之间。 Ca/P 比常用于讨论磷酸钙相。 化学计量的磷灰石 Ca10(PO4)6(OH)2 的 Ca/P 比为 10:6，通常表示为 1.67。 非化学计量相具有带阳离子空位 (Ca2+) 和阴离子 (OH-) 空位的羟基磷灰石结构。 化学计量羟基磷灰石中仅由磷酸盐阴离子占据的位置被磷酸盐或磷酸氢盐、HPO42-、阴离子占据。这些缺钙相的制备可以通过从硝酸钙和磷酸二铵与所需 Ca/ P 比，例如，制备 Ca/P 比为 1.6 的样品：

9.6 Ca(NO3)2 + 6 (NH4)2HPO4 → Ca9.6(PO4)5.6(HPO4)0.4(OH)1.6

烧结这些非化学计量相形成固相，它是磷酸三钙和羟基磷灰石的紧密混合物，称为双相磷酸钙：

Ca10−x(PO4)6−x(HPO4)x(OH)2−x → (1 − x) Ca10(PO4)6(OH)2 + 3x Ca3(PO4)2

Odontodactylus scyllarus（孔雀螳螂虾）的棒状附肢由密度极高的矿物构成，具有更高的比强度； 这导致了对潜在合成和工程用途的调查。 由于冲击区域主要由具有显着硬度的结晶羟基磷灰石组成，因此它们的指节附属物具有出色的抗冲击性。 冲击层下方的周期性层由钙和磷含量较低的羟基磷灰石组成（因此导致模量低得多）通过迫使新裂纹改变方向来抑制裂纹扩展。 由于模量的巨大差异，该周期性层还减少了跨两层传输的能量，甚至反射了一些入射能量。

羟磷灰石存在于骨骼和牙齿中； 骨主要由散布在胶原蛋白基质中的透明质酸晶体构成——骨质的 65% 到 70% 是透明质酸。 同样，HA 占牙齿中牙本质和牙釉质质量的 70% 至 80%。 在牙釉质中，HA 的基质由牙釉蛋白和牙釉质而不是胶原蛋白形成。

肌肉灰石沉积在关节周围的肌腱中，导致钙化性肌腱炎。

牙釉质的再矿化涉及将矿物质离子重新引入脱矿质的牙釉质中。 羟磷灰石是牙釉质的主要矿物质成分。 在脱矿质过程中，钙离子和磷离子从羟基磷灰石中被抽出。 再矿化过程中引入的矿物离子可恢复羟基磷灰石晶体的结构。 如果在再矿化过程中存在氟离子，通过水氟化或使用含氟牙膏，会形成更坚固、更耐酸的氟磷灰石晶体，而不是羟基磷灰石晶体。