Φωσφορικό ασβέστιο

Το φωσφορικό ασβέστιο (Tricalcium phosphate ή και TCP) είναι ένα άλας του ασβεστίου του φωσφορικού οξέος με χημικό τύπο Ca3(PO4)2. Είναι επίσης γνωστό ως τριβασικό φωσφορικό ασβέστιο (tribasic calcium phosphate). Το φωσφορικό ασβέστιο είναι ένα από τα κύρια προϊόντα καύσης των οστών. Το φωσφορικό ασβέστιο παρασκευάζεται συνήθως από ανόργανες πηγές όπως ορυκτά πετρώματα.

Έχει τρία κρυσταλλικά πολύμορφα α, α' και β. Οι καταστάσεις α και α' σχηματίζονται σε υψηλές θερμοκρασίες. Ως πέτρωμα βρίσκεται στον γουιτλοκίτη (Whitlockite).

Ορολογία
Ο όρος φωσφορικό ασβέστιο αναφέρεται σε ορυκτά που περιέχουν ιόντα ασβεστίου (Ca2+) μαζί με ορθοφωσφορικά (PO43−), μεταφωσφορικά ή πυροφωσφορικά (P2O74−) ιόντα και περιστασιακά  ιόντα υδρογόνου ή υδροξειδίου. Ειδικότερα, το συνηθισμένο ορυκτό απατίτης έχει τύπο Ca5(PO4)3X, όπου το X είναι F, Cl, OH, ή μείγμα· είναι ο υδροξυαπατίτης αν το πρόσθετο ιόν είναι κυρίως υδροξείδιο. Το περισσότερο "φωσφορικό τριασβέστιο" στην αγορά είναι κονιοποιημένος υδροξυαπατίτης.

Παρασκευή του καθαρού Ca3(PO4)2
Πιστεύεται, γενικά, ότι το φωσφορικό τριασβέστιο δεν μπορεί να καταβυθιστεί άμεσα από υδατικό διάλυμα. Συνήθως, μια αντίδραση διπλής αποσύνθεσης που περιλαμβάνει ένα διαλυτά φωσφορικά άλατα και άλατα του ασβεστίου (e.g. (NH4)2HPO4 + Ca(NO3)2) εκτελείται κάτω από προσεκτικά ελεγχόμενες συνθήκες pH. Το ίζημα θα είναι ή "άμορφο φωσφορικό ασβέστιο", ATCP, ή υδροξυαπατίτης ελλιπής ασβεστίου (calcium deficient hydroxyapatite), CDHA, Ca9(HPO4)(PO4)5(OH), (σημειώστε ότι μερικές φορές το CDHA ορίζεται ως απατιτικό τριφωσφορικό ασβέστιο (apatitic calcium triphosphate)). Το κρυσταλλικό φωσφορικό τριασβέστιο μπορεί να ληφθεί με πύρωση του ιζήματος. Το β-Ca3(PO4)2 σχηματίζεται γενικά. Υψηλότερες θερμοκρασίες απαιτούνται για την παραγωγή α-Ca3(PO4)2.

Μια εναλλακτική για μια υγρή μέθοδο είναι η θέρμανση ενός ξηρού μείγματος φωσφορικού ασβεστίου και ανθρακικού ασβεστίου που έχει μια γενική αναλογία Ca/P 3:2, παραδείγματος χάρη:

CaCO3 + Ca2P2O7 → Ca3(PO4)2 + CO2

Κρυσταλλική δομή των πολύμορφων β-, α- και α'- του Ca3(PO4)2
Το φωσφορικό ασβέστιο έχει τρία γνωστά πολύμορφα, τη ρομβοεδρική β- μορφή και δύο μορφές σε υψηλή θερμοκρασία, το μονοκλινές α- και το εξαγωνικό α'-. Το β-φωσφορικό τριασβέστιο έχει κρυσταλλογραφική πυκνότητα 3,066 g cm−3, ενώ οι μορφές σε υψηλές θερμοκρασίες είναι λιγότερο πυκνές, το α-φωσφορικό τριασβέστιο έχει πυκνότητα 2,866 g cm−3 και το α'-φωσφορικό τριασβέστιο έχει πυκνότητα 2,702 g cm−3. Όλα έχουν σύνθετες δομές και έχουν περιγράφει ότι περιέχουν "στήλες" κατιόντων και ανιόντων.  Η β-μορφή έχει δύο τύπους στηλών, που η καθεμιά της περιέχει ιόντα ασβεστίου και φωσφορικά. Κάθε μορφή υψηλής θερμοκρασίας έχει δύο τύπους στηλών, η μία περιέχει μόνο ιόντα ασβεστίου και η άλλη και ιόντα ασβεστίου και φωσφορικά.

Υπάρχουν διαφορές στις χημικές και βιολογικές ιδιότητες μεταξύ των μορφών άλφα και βήτα, η μορφή α- είναι πιο διαλυτή και βιοδιασπάσιμη. Και οι δύο μορφές είναι διαθέσιμες εμπορικά και εμφανίζονται σε διαμορφώσεις που χρησιμοποιούνται σε ιατρικές και οδοντιατρικές εφαρμογές.

Προέλευση
Το φωσφορικό τριασβέστιο εμφανίζεται στη φύση σε πολλές μορφές, μεταξύ των οποίων:
 ως πέτρωμα στο Μαρόκο, Ισραήλ, Φιλιππίνες, Αίγυπτο και στην Χερσόνησο Κόλα στη Ρωσία και σε πιο μικρές ποσότητες σε άλλες χώρες. Η φυσική μορφή δεν είναι πλήρως καθαρή και υπάρχουν κάποια άλλα συστατικά  όπως η άμμος και ο ασβέστης που μπορούν να αλλάξουν τη σύσταση. Όσον αφορά το P2O5, τα περισσότερα πετρώματα φωσφορικού ασβεστίου έχουν περιεκτικότητα 30% με 40% P2O5 κατά βάρος.
 στους σκελετούς και τα δόντια των σπονδυλωτών.
 στο γάλα.

Διφασικό φωσφορικό τριασβέστιο, BCP
Το διφασικό φωσφορικό τριασβέστιο, BCP, αρχικά αναφερόταν ως φωσφορικό τριασβέστιο, αλλά οι τεχνικές με περίθλαση ακτίνων Χ έδειξαν ότι το υλικό ήταν ένα μείγμα δύο φάσεων, υδροξυαπατίτη, HA και β-φωσφορικού τριασβεστίου. Είναι ένα κεραμικό.
Η παρασκευή περιλαμβάνει τη φρύξη προκαλώντας τη μη αναστρέψιμη αποσύνθεση των απατιτών ελλιπούς ασβεστίου, που εναλλακτικά ονομάζονται μη στοιχειομετρικοί απατίτες ή βασικό φωσφορικό ασβέστιο, παραδείγματος χάρη:

Ca10-δ(PO4)6-δ(HPO4)δ(OH)2-δ → (1-δ)Ca10(PO4)6(OH)2 + 3δCa3(PO4)2

Το β-TCP μπορεί να περιέχει ακαθαρσίες, παραδείγματος χάρη πυροφωσφορικό ασβέστιο, CaP2O7 και απατίτη. Το β-TCP είναι βιοαπορροφήσιμο. Η βιοαποικοδόμηση του BCP περιλαμβάνει πιο γρήγορη διάλυση της φάσης του β-TCP που ακολουθείται από απάλειψη των κρυστάλλων HA. Το β-TCP δεν διαλύεται στα σωματικά υγρά σε φυσιολογικά επίπεδα pH, η διάλυση απαιτεί κυτταρική ενεργότητα που παράγει όξινο pH.

Χρήσεις
Το φωσφορικό ασβέστιο χρησιμοποιείται στα κονιοποιημένα μπαχαρικά ως αντισυσσωματικό μέσο. Βρίσκεται, επίσης, και σε βρεφικές πούδρες.

Το φωσφορικό ασβέστιο είναι μια σημαντική πρώτη ύλη για την παραγωγή του φωσφορικού οξέος και λιπασμάτων, παραδείγματος χάρη στη νιτροφωσφορική μέθοδο. Η ποιότητα και η ποσότητα των ορυκτών φωσφορικών περιγράφεται, συχνά, ως ποσοστό BPL (bone phosphate of lime), όπου 1% BPL ισοδυναμεί με 0,458% P2O5.

Το φωσφορικό ασβέστιο είναι διογκωτικό μέσο, το πρόσθετο των τροφίμων E341. Ως ορυκτό άλας που βρίσκεται σε πετρώματα και οστά, χρησιμοποιείται σε προϊόντα τυριού.

Χρησιμοποιείται, επίσης, ως διατροφικό συμπλήρωμα και εμφανίζεται φυσιολογικά στο γάλα των αγελάδων, αν και οι πιο συνηθισμένες και οικονομικές μορφές για συμπληρώματα είναι το ανθρακικό ασβέστιο (που πρέπει να παίρνεται με την τροφή) και το κιτρικό ασβέστιο (που μπορεί να ληφθεί χωρίς τροφή). Υπάρχουν διαφωνίες ως προς τη διαφορετική βιοδιαθεσιμότητα των αλάτων του ασβεστίου.

Χρησιμοποιείται, συνήθως, σε σκόνες πορσελάνης και δοντιών και ιατρικά ως αντιόξινο ή συμπλήρωμα ασβεστίου.

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο ιστού για για την αποκατάσταση οστέινων ελαττωμάτων όταν αυτογενή οστικά μοσχεύματα δεν είναι εφικτά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο του ή σε συνδυασμό με βιοδιασπάσιμα, απορροφήσιμα πολυμερή όπως το γλυκολικό οξύ. Μπορεί, επίσης, να συνδυαστεί με αυτόλογα υλικά ως οστικό μόσχευμα.

Πορώδη ικριώματα β-φωσφορικού τριασβέστιου χρησιμοποιούνται ως συστήματα φορέων φαρμάκων για τοπική μεταφορά φαρμάκων στο οστό.

Μια άλλη πρακτική εφαρμογή της ένωσης είναι η χρήση της στη γονιδιακή επιμόλυνση. Τα ιόντα ασβεστίου μπορούν να κάνουν ένα  κύτταρο επαρκές ώστε να επιτρέψει εξωγενή γονίδια να εισέλθουν στο κύτταρο με διάχυση. Ένα θερμικό πλήγμα κατόπιν προκαλείται στο κύτταρο ώστε να αυτοεπιδιορθωθεί. Αυτή είναι μια γρήγορη και εύκολη μέθοδος για επιμόλυνση, αν και μια μάλλον ανεπαρκής μέθοδος.

Το φωσφορικό ασβέστιο χρησιμοποιείται στην αφαίρεση φθορίου από το νερό σε συστήματα διήθησης νερού.

Παραπομπές

Βιοϋλικά
Ενώσεις ασβεστίου
Φωσφορικά