Apatit: Fosfatmineralen i ben och tänder — hydroxyapatit & fluorapatit

Upptäck apatit — hydroxyapatit och fluorapatit: mineralen i tänder och ben, hur fluor stärker emalj, minskar karies samt mineralens egenskaper och biologiska betydelse.

Apatit är en grupp fosfatmineraler med höga koncentrationer av OH-, F-, Cl- eller joner i kristallen.

Apatit är karakteristisk för biologiska system. Det är ett av få mineralämnen som produceras och används av biologiska mikromiljösystem. Den har en hårdhet på 5 på Mohsskalan. Hydroxyapatit är huvudkomponenten i tandemalj och benmineral.

Mycket benmaterial finns i en relativt sällsynt form av apatit. I denna form saknas de flesta OH-grupperna och det finns många karbonat- och syrafosfatbyten.

Fluorapatit (eller fluorapatit) är mer motståndskraftig mot syraangrepp än hydroxyapatit. I mitten av 1900-talet upptäckte man att samhällen vars vattenförsörjning naturligt innehöll fluor hade lägre kariesfrekvens. Fluorerat vatten möjliggör utbyte av fluoridjoner mot hydroxylgrupper i apatit i tänderna. På samma sätt innehåller tandkräm ofta en källa till fluoridjoner (t.ex. natriumfluorid, natriummonofluorofosfat).

Kemisk sammansättning och struktur

Apatitgruppen har en generell kemisk formel som ofta skrivs som Ca5(PO4)3X där X kan vara OH-, F- eller Cl-. För hydroxyapatit anges ibland den mer fullständiga formeln Ca10(PO4)6(OH)2 (två formelenheter per enhetcell). Kristallstrukturen är hexagonal (vanligtvis rymdgruppen P63/m) och tillåter många jonsubstitutioner, vilket ger upphov till varianter med olika egenskaper.

Substitutioner och biologisk apatit

I biologiskt bildat apatit (ben och tand) är mineralen ofta

• nanokristallin och lågt kristallin,
• rik på karbonat (CO3 2-) som ersätter fosfat eller hydroxylgrupper,
• och innehåller ofta mindre mängder av joner som Na+, Mg2+ och andra spårämnen.

Dessa substitutioner ökar lösligheten och gör den biologiska apatiten kemiskt mer reaktiv än den ideala, syntetiska hydroxyapatiten.

Biologisk betydelse

Tänder: Tandemalj består till största delen av välordnade hydroxyapatitkristaller och är kroppens hårdaste vävnad. Dentin och cementum innehåller också apatiter men tillsammans med organiskt material (främst kollagen).

Benvävnad: Ben är en biomineraliserad vävnad där apatiten är inbäddad i kolllagenmatrisen. Benbildning och resorption styrs av celler (osteoblaster och osteoklaster) och sker genom lokal reglering av jonkoncentrationer, pH och matrismetabolism.

Fluor och kariesreduktion

Fluorid kan ersätta hydroxylgrupper i apatits strukturella positioner och bilda fluorapatit, som är mindre lösligt i surt miljö och därmed mer motståndskraftigt mot kariesangrepp. Fluor används både systemiskt (t.ex. fluoriderat dricksvatten) och topiskt (fluortandkräm, fluorlack) för att förebygga karies. Det är dock viktigt att dosera rätt: för höga intag under tandutveckling kan leda till dental fluoros.

Tekniska och medicinska tillämpningar

Syntetisk hydroxyapatit används i stor utsträckning inom ortopedi och tandvård som benfyllnadsmaterial, beläggningar på titanimplantat och i benersättningsmaterial. Nanohydroxyapatit används också i vissa tandkrämer som alternativ eller komplement till fluor för att reparera mikroskopiska skador i tandemaljen.

Geologiska och industriella aspekter

Apatit är vanligt i magmatiska och metamorfa bergarter samt som huvudmineral i fosfatråvaror (fosfatsten) som används för framställning av gödningsmedel. Som mineralgrupp är apatiten viktig både för förståelsen av biogeokemiska cykler och för industriell fosforutvinning.

Fysikaliska egenskaper – kort översikt

• Hårdhet: cirka 5 på Mohs skala.
• Atomvikt/densitet: ungefär 3,1–3,2 g/cm3 beroende på sammansättning.
• Kristallsystem: hexagonalt.
• Löslighet: ökar i sura förhållanden; fluorapatit är mindre lösligt än hydroxyapatit.

Sammanfattningsvis är apatit en mångsidig och biologiskt viktig mineralgrupp vars kemiska flexibilitet (många möjliga substitutioner) avgör dess funktion i tänder, ben och tekniska tillämpningar.

Frågor och svar

F: Vad är apatit?

F: Vad är apatitens egenskaper i förhållande till biologiska system?

F: Vilken hårdhet har apatit på Mohsskalan?

F: Vad är hydroxyapatit?

F: Vilken är den sällsynta form av apatit som finns i det mesta benmaterialet?

F: Vad är fluorapatit?

F: Vad är sambandet mellan fluorid och karies?

Sök med bokstav