Миллионы тонн яичной скорлупы ежегодно отправляются в мусорное ведро. Однако этот, казалось бы, бесполезный отход на деле обладает высоким потенциалом: благодаря научным разработкам он превращается в гидроксиапатит — ценный биоматериал с широким применением в медицине, стоматологии и даже экологии.
Гидроксиапатит (ГА) — основной неорганический компонент костей и эмали зубов, составляющий около 70% костной ткани и свыше 90% эмали. Поскольку он изначально присутствует в организме человека, синтетический ГА отличается высокой биосовместимостью, хорошо встраивается в ткани и практически не вызывает воспаления или отторжения.
Яичная скорлупа на 94–97% состоит из карбоната кальция — ценного сырья для получения гидроксиапатита. Она также содержит небольшое количество других минералов, включая фосфат кальция и магний. Это делает скорлупу доступным, экологичным и недорогим источником кальция.
Особый интерес вызывает нано-гидроксиапатит (нГА), получаемый из яичной скорлупы. Частицы размером 20–50нм обладают большей поверхностью и биоактивностью по сравнению с более крупными аналогами, что делает их особенно эффективными в медицинских и стоматологических сферах применения.
Несмотря на потенциал, промышленный выпуск нГА из яичной скорлупы пока ограничен. Однако дальнейшее развитие этого направления может принести как экологическую, так и экономическую выгоду, превращая пищевые отходы в ресурс для регенеративной медицины и стоматологии.
Как превратить яичную скорлупу в полезный материал
Разработаны несколько методов химического синтеза, позволяющих превратить карбонат кальция из яичной скорлупы в гидроксиапатит. Каждый метод имеет свои преимущества в зависимости от желаемых свойств конечного продукта, таких как кристалличность, размер частиц и пористость.
Один из наиболее распространённых методов — осаждение из водного раствора. Этот процесс начинается с очистки и измельчения яичной скорлупы, которую затем кальцинируют (нагревают до высоких температур) для превращения карбоната кальция в оксид кальция (CaO). Затем CaO вступает в реакцию с источником фосфора, таким как фосфорная кислота или фосфат аммония, при контролируемых pH и температуре. В результате реакции из раствора выпадает гидроксиапатит, который затем фильтруют, промывают и высушивают. Этот процесс прост, экономичен и масштабируем, что делает его особенно подходящим для производства. Фактически, синтетический нГА в лабораториях обычно получают именно этим методом.
Другой метод — гидротермальный, при котором кальциевый источник реагирует с фосфатом в герметичном сосуде под высоким давлением. Повышенные температура и давление позволяют получить высококристаллический гидроксиапатит, что особенно важно для медицинского применения, где требуется высокая степень чистоты. В исследовании Wu, 2023 г. В работе была продемонстрирована эффективность как метода осаждения, так и гидротермального метода с использованием яичной скорлупы в качестве источника кальция, с многообещающими результатами для биомедицинского применения.
Третий метод — Sol-Gel-процесс, включает образование однородного «золя» из прекурсоров кальция и фосфора. По мере превращения золя в гель он подвергается термообработке для формирования кристаллического гидроксиапатита. Этот способ обеспечивает точный контроль состава и структуры, что важно для сфер, требующих наномасштабной однородности. У каждого метода свои плюсы и ограничения, но цель у всех одна — превратить сельскохозяйственные отходы в ценный материал.
Применение в стоматологии
В стоматологии гидроксиапатит из яичной скорлупы показывает многообещающие результаты. Благодаря биосовместимости и структурному сходству с натуральными зубами он отлично подходит для реминерализующих зубных паст, помогает восстанавливать эмаль, снижать чувствительность и даже способствует отбеливанию.
В одном из исследований было показано, что порошок яичной скорлупы и нГА эффективны в снижении неблагоприятного влияния отбеливания на эмаль, при этом яичная скорлупа лучше повышала микротвёрдость.
Нано-гидроксиапатит из яичной скорлупы считается высококлассным, поскольку не только имитирует эмаль, но и содержит важные микроэлементы, такие как магний и цинк, которые улучшают усвоение кальция и общую эффективность. В сочетании с такими компонентами, как ксилит, получается эффективная биоактивная зубная паста.
Помимо паст, нГА используется в качестве покрытия для дентальных имплантатов, улучшая их остеоинтеграцию и долговечность. Также он служит наполнителем в костных трансплантатах, способствуя регенерации благодаря созданию каркаса, поддерживающего рост новой кости, процессу, известному как остеокондукция. Пористые структуры нГА могут быть также загружены лекарственными или терапевтическими агентами для контролируемого высвобождения непосредственно в зоне воздействия, например, в костной ткани.
Яичная скорлупа и экология
Однако область применения нГА из яичной скорлупы не ограничивается только стоматологией и ортопедией. Благодаря своим уникальным химическим и структурным свойствам он эффективен и в экологических технологиях. Нано-гидроксиаппатит способен поглощать ионы тяжёлых металлов, таких как свинец, кадмий и хром, из загрязнённой воды. Он также может использоваться в качестве катализатора, в хроматографии и различных сенсорных системах. Всё это делает его перспективным кандидатом для устойчивой очистки воды и контроля загрязнений.
Научные данные продолжают подтверждать безопасность и эффективность нГА из яичной скорлупы. В исследовании Al Bayaty, 2024 показано, что такой нГА не токсичен для остеобластов (клеток, формирующих кость) и фибробластов (соединительная ткань), а также способствует их жизнеспособности.
Хотя остаются нерешенные вопросы, в частности, масштабирование производства и соблюдение строгих нормативных требований для медицинского применения, развитие продолжается. Учёные работают над совершенствованием методов синтеза, адаптацией свойств нГА к специфическим задачам и увеличением промышленного выпуска без потери качества.
Преобразование обычной яичной скорлупы в продвинутый гидроксиапатит — это мощный пример пересечения материаловедения, экологической осознанности и биомедицинских инноваций. То, что раньше шло в мусор, теперь может восстанавливать кость, защищать зубы, очищать воду и способствовать устойчивому будущему. Иногда, чтобы начать достаточно просто разбить яйцо.
По материалам Anne O. Rice “Eggshells in dentistry? The potential of eggshell hydroxyapatite”, 2025