English
往期目录
新闻公告
More
化学进展 2009, Vol. 21 Issue (6): 1356-1363 前一篇   后一篇

• 综述与评论 •

生物磷灰石中羟基的存在形式及晶体结构*

沈娟|左奕|王学江|张利|李砚|李玉宝**   

  1. （四川大学纳米生物材料研究中心 分析测试中心  成都 610064）
  • 收稿日期:2008-06-16 修回日期:2008-07-17 出版日期:2009-06-24 发布日期:2009-06-16
  • 通讯作者: 李玉宝 E-mail:nic7504@scu.edu.cn
  • 基金资助:

    国家重点基础研究发展计划（973）项目（No. 2007 CB 936102）资助;973项目

下载PDF ( 3318 ) 引用
导出

Hydroxyl in Biological Apatite and Its Crystal Structure

Shen Juan|Zuo Yi| Wang Xuejiang; |Zhang Li; |Li Yan; |Li Yubao**   

  1. (The Research Center for Nano-Biomaterials, Analytical and Testing Center, Sichuan University, Chengdu 610064, China)
  • Received:2008-06-16 Revised:2008-07-17 Online:2009-06-24 Published:2009-06-16
  • Contact: Li Yubao E-mail:nic7504@scu.edu.cn

骨磷灰石晶体的化学组成、晶体结构和短程有序对骨的生理和结构功能起着重要作用，但骨矿物晶体是否含有OH－存在多年的争论，以及B型碳酸盐磷灰石中碳酸根替换的精确位置仍没有完全弄清。本文综述了生物磷灰石矿物的成分和晶体结构方面的最新研究进展。介绍了运用广泛的化学分析方法和光谱技术研究骨矿物晶体中OH－存在形式。讨论了碳酸根离子在磷灰石晶体中的A型和B型替换。更深入地探讨了生物磷灰石稳定性、替代机制及许多表面现象。

关键词： 磷灰石结构, 骨, 羟基, 碳酸磷灰石, 替换

The chemical composition, crystal structure, and short-range order of apatite crystals of bone play an essential role in the biological and structural functions of bone substance. However, the question of whether the apatite crystals of bone contain hydroxyl ion remains, and the crystal structure of carbonated apatite still remains subject to uncertainties since the exact location of carbonate ions has not yet been determined. This review aims at highlighting on current developments in biological apatite mineral components and its crystal structure. It introduces near-absence of OH－ in bone apatite has been established through extensive study by chemical analyses and spectroscopy techniques. And carbonate ions replace both the A-site and B-site in the hydroxylapatite structure. It is anticipated to provide a deeper understanding about stability, mechanisms of substitution and many surface phenomena of biological apatite.

Contents
1 Introduction
2 Techniques in hydroxyl ion study on biological and synthetic apatite
2.1 NMR study on hydroxyl ion in apatite
2.2 FT-IR and Raman spectroscopy study on hydroxyl ion in apatite
2.3 INS study on hydroxyl ion in apatite
3 Crystal structure of biological and synthetic apatite
3.1 Type A carbonate substitution
3.2 Type B carbonate substitution
4 Conclusions

Key words: apatite structures, bones, hydroxyl group, carbonate apatite, substitution

中图分类号: 

()

[ 1 ] 　Narasaraju T S B , Phebe D E. J . Mater. Sci . , 1996 , 31 : 1 —21
[ 2 ] 　Freund F , Knobel R M. J . Chem. Soc. Dalton Trans. , 1977 ,(11) : 1136 —1140
[ 3 ] 　Penel G, Leroy G, Rey C , et al . J . Mater. Science : Materials in Medicine , 1997 , 8 : 271 —276
[ 4 ] 　Vatassery G T, Armstrong W D , Singer L. Calcif . Tissue Res. ,1970 , 5 : 183 —188
[ 5 ] 　Biltz R M, Pellegrino E D. Calcif . Tissue Res. , 1971 , 36 : 259 —263
[ 6 ] 　Termine J D , Lundy D R. Calcif . Tissue Res. , 1973 , 13 : 73 —82
[ 7 ] 　Berry E E. J . Inorg. Nucl . Chem. , 1967 , 29 : 317 —327
[ 8 ] 　Blumenthal N C , Posner A S. Calc. Tiss. Res. , 1973 , 13 : 235 —243
[ 9 ] 　Rey C , Miquel J L , Facchini L , et al . Bone , 1995 , 16 : 583 —586
[10 ] 　Loong C K, Rey C , Kuhn L T, et al . Bone , 2000 , 26 : 599 —602
[11 ] 　Braun M, Hartman P. J . Mater. Science: Materials in Medicine ,1995 , 6 : 150 —154
[12 ] 　Rothwell W P , Waugh J S , Yesinowski J P. J . Am. Chem. Soc. ,1980 , 102 : 2637 —2643
[13 ] 　Bonar L C , Shimizu M, Roberts J E , et al . J . Bone Miner. Res. ,1991 , 6 : 1167 —1176
[14 ] 　Wu Y, Glimcher M J , Rey C , et al . J . Mol . Biol . , 1994 , 244 :423 —435
[15 ] 　Wu Y, Ackerman J L , Chesler D A , et al . Calcif . Tissue Int . ,1998 , 62 : 512 —518
[16 ] 　Wu Y, Ackerman J L , Kim H M, et al . J . Bone Miner. Res. ,2002 , 17 : 472 —480
[17 ] 　Wu Y, Ackerman J L , Strawich E S , et al . Calcif . Tissue Int . ,2003 , 72 : 610 —626
[18 ] 　Yesinowski J P , Eckert H. J . Am. Chem. Soc. , 1987 , 109 :6274 —6282
[19 ] 　Santos R A , Wind R A , Bronnimann C E. J . Magn. Reson. B ,1994 , 105 : 183 —187
[20 ] 　Aue W P , Roufosse A H , Glimcher M J , et al . Biochem. , 1984 ,23 : 6110 —6114
[21 ] 　Roufosse A H , Aue W P , Roberts J E , et al . Biochem. , 1984 , 23 :6115 —6120
[22 ] 　Kaflak-Hachulska A , Samoson A , Kolodziejski W. Calcif . Tissue Int . , 2003 , 73 : 476 —486
[23 ] 　Cho G, Wu Y, Ackerman J L. Science , 2003 , 300 : 1123 —1127
[24 ] 　Antonakos A , Liarokapis E , Leventouri T. Biomaterials , 2007 , 28 :3043 —3054
[25 ] 　Freeman J J , Wopenka B , Silva M J , et al . Calcif . Tissue Int . ,2001 , 68 : 156 —162
[26 ] 　Penel G, Leroy G, Rey C , et al . Calcif . Tissue Int . , 1998 , 63 :475 —481
[27 ] 　Fattibene P , Carosi A , de Coste V , et al . Phys. Med. Biol . , 2005 ,50 : 1095 —1108
[28 ] 　LeGeros R Z, Bonel G, Legros R. Calcif . Tissue Res. , 1978 , 26 :111 —118
[29 ] 　Rey C , Collins B , Goehl T. Calcif . Tissue Int . , 1989 , 45 : 157 —164
[30 ] 　Bigi A , Cojazzi G, Panzavolta S , et al . J . Inorg. Biochem. , 1997 ,68 : 45 —51
[31 ] 　Taylor M G, Parker S F , Simkiss K, et al . Phys. Chem. Chem.Phys. , 2001 , 3 : 1514 —1517
[32 ] 　Pasteris J D , Wopenka B , Freeman J J , et al . Biomaterials , 2004 ,25 : 229 —238
[33 ] 　Landis WJ . Bone , 1995 , 16 : 533 —544
[34 ] 　Weiner S , Wagner H D. Annu. Rev. Mater. Sci . , 1998 , 28 :271 —298
[35 ] 　Teitelbaum S L. Science , 2000 , 289 : 1504 —1508
[36 ] 　Mitchell P C H , Parker S F , Simkiss K, et al . J . Inorg. Biochem. ,1996 , 62 : 183 —197
[37 ] 　Taylor M G, Simkiss K, Parker S F , et al . Phys. Chem. Chem.Phys. , 1999 , 1 : 3141 —3144
[38 ] 　Timmins P A. Calc. Tiss. Res. , 1977 , 23 : 1 —5
[39 ] 　Taylor M G, Parker S F , Mitchell P C H. J . Mol . Struct . , 2003 ,651P653 : 123 —126
[40 ] 　Daculsi G, Bouler J M, LeGeros R Z. Int . Rev. Cytol . , 1997 ,172 : 129 —89
[41 ] 　Suetsugu Y, Takahashi Y, Okamura F P , et al . J . Solid State Chem. , 2000 , 155 : 292 —297
[42 ] 　Fleet M E , Liu X. J . Solid State Chem. , 2003 , 174 : 412 —417
[43 ] 　Fleet M E , Liu X. J . Solid State Chem. , 2004 , 177 : 3174 —3182
[44 ] 　Fleet M E , Liu X, King P L. Am. Mineral . , 2004 , 89 : 1422 —1432
[45 ] 　Fleet M E , Liu X Y. Biomaterials , 2005 , 26 : 7548 —7554
[46 ] 　Ivanova T I , Frank-Kamenetskaya O V , Kolptsov A B , et al . J . Solid State Chem. , 2001 , 160 : 340 —349
[47 ] 　Beshah K, Rey C , Glimcher M J , et al . J . Solid State Chem. ,1990 , 84 : 71 —81
[48 ] 　Regnier P , Lasaga A C , Berner R A , et al . Am. Mineral . , 1994 ,79 : 809 —818
[49 ] 　Suetsugu Y, Shimoya I , Tanaka J . J . Am. Ceram. Soc. , 1998 ,81 : 746 —748
[50 ] 　Wilson R M, Elliott J C , Dowker S E P , et al . Biomaterials , 2004 ,25 : 205 —213
[51 ] 　Leventouri T, Chakoumakos B C , Papanearchou N , et al . J . Mater.Res. , 2001 , 16 : 2600 —2606
[52 ] 　Leventouri T, Chakoumakos B C , Moghaddam H Y, et al . J . Mater.Res. , 2000 , 15 : 511 —517
[53 ] 　Peeters A , de Maeyer E A P , van Alsenoy C , et al . J . Phys.Chem. B , 1997 , 101 : 3995 —3998
[54 ] 　Peroos S , Du Z, de Leeuw N H. Biomaterials , 2006 , 27 : 2150 —2161
[55 ] 　De Leeuw N H. Chem. Commun. , 2001 , 17 : 1646 —1647
[56 ] 　Vignoles M, Bonel G, Holcomb D W, Young R A. Calcif . Tissue Int . , 1988 , 43 : 33 —40
[57 ] 　Deer WA , Howie R A , Zussman J . The Rock-Forming Minerals. vol 5 , Non2Silicates , Apatite. 2nd ed. New York : Londman , 1996.297 —334
[58 ] 　王夔(Wang K) . 化学进展( Progress in Chemistry) , 2003 , 15 :428 —435
[59 ] 　HoungQ Q , Sicheri F , Howard A J , et al . Nature , 2003 , 425 :977 —980
[60 ] 　李玉宝(Li Y B) . 生物医学材料(Biomedical Materials) . 北京:化学工业出版社(Beijing: Chemical Industry Press ) , 2003.37 —42
[1] 杨孟蕊, 谢雨欣, 朱敦如. 化学稳定金属有机框架的合成策略[J]. 化学进展, 2023, 35(5): 683-698.
[2] 张明珏, 凡长坡, 王龙, 吴雪静, 周瑜, 王军. 以双氧水或氧气为氧化剂的苯羟基化制苯酚的催化反应机理[J]. 化学进展, 2022, 34(5): 1026-1041.
[3] 高文艳, 赵玄, 周曦琳, 宋雅然, 张庆瑞. 提高非均相芬顿催化活性策略、研究进展及启示[J]. 化学进展, 2022, 34(5): 1191-1202.
[4] 岳昕阳, 包戬, 马萃, 吴晓京, 周永宁. 热熔灌输法制备三维骨架支撑金属锂复合负极[J]. 化学进展, 2022, 34(3): 683-695.
[5] 牛小连, 刘柯君, 廖子明, 徐慧伦, 陈维毅, 黄棣. 基于骨组织工程的静电纺纳米纤维[J]. 化学进展, 2022, 34(2): 342-355.
[6] 张巍, 谢康, 汤云灏, 秦川, 成珊, 马英. 过渡金属基MOF材料在选择性催化还原氮氧化物中的应用[J]. 化学进展, 2022, 34(12): 2638-2650.
[7] 李炜, 梁添贵, 林元创, 吴伟雄, 李松. 机器学习辅助高通量筛选金属有机骨架材料[J]. 化学进展, 2022, 34(12): 2619-2637.
[8] 闫保有, 李旭飞, 黄维秋, 王鑫雅, 张镇, 朱兵. 氨/醛基金属有机骨架材料合成及其在吸附分离中的应用[J]. 化学进展, 2022, 34(11): 2417-2431.
[9] 朱泉霏, 郝俊迪, 严靖雯, 王雨, 冯钰锜. FAHFAs:生物功能、分析及合成[J]. 化学进展, 2021, 33(7): 1115-1125.
[10] 胡豪, 何云鹏, 杨水金. 多酸@金属-有机骨架材料的制备及其在废水处理中的应用[J]. 化学进展, 2021, 33(6): 1026-1034.
[11] 杨宇州, 李政, 黄艳凤, 巩继贤, 乔长晟, 张健飞. MOF基水凝胶材料的制备及其应用[J]. 化学进展, 2021, 33(5): 726-739.
[12] 赵睿, 杨晓, 朱向东, 张兴栋. 微量元素锶掺杂生物材料在骨修复领域的应用[J]. 化学进展, 2021, 33(4): 533-542.
[13] 衣晓虹, 王崇臣. 铁基金属-有机骨架及其复合物高级氧化降解水中新兴有机污染物[J]. 化学进展, 2021, 33(3): 471-489.
[14] 董秀婷, 张文, 赵颂, 刘新磊, 王宇新. 金属有机骨架材料的复合成型[J]. 化学进展, 2021, 33(12): 2173-2187.
[15] 张一, 张萌, 佟一凡, 崔海霞, 胡攀登, 黄苇苇. 多羰基共价有机骨架在二次电池中的应用[J]. 化学进展, 2021, 33(11): 2024-2032.