Certain properties of nanohydroxyapatite obtained from Lates calcarifer fish bone

Nội dung text: Certain properties of nanohydroxyapatite obtained from Lates calcarifer fish bone

1. Vietnam Journal of Marine Science and Technology; Vol. 20, No. 4A; 2020: 173–186 DOI: Certain properties of nanohydroxyapatite obtained from Lates calcarifer fish bone Le Ho Khanh Hy*, Dao Viet Ha, Pham Xuan Ky, Nguyen Phuong Anh, Phan Bao Vy, Doan Thi Thiet Institute of Oceanography, VAST, Vietnam *E-mail: lehokhanhhy@gmail.com Received: 28 August 2020; Accepted: 26 October 2020 ©2020 Vietnam Academy of Science and Technology (VAST) Abstract Fish bone by-products are considered as abundant source of hydroxyapatite (HAp). The preparation of HAp from fish bones not only contributes to improving the value of by-products but also minimizes negative impacts on the environment. In this study, nanohydroxyapatite was successfully obtained from Lates calcarifer fish bone purchased from seafood export company in Khanh Hoa province. Fish bones were under alkali treatment and then heated at 600oC within different time intervals of 1, 2 and 4 hours. Analysis of XRD and SEM showed that the calcium formed was completely single-phase and possessed an average size of 50–64 nm depending on the calcination time. The results of the Ca/P molar ratio from 1.839 to 1.847 prove that the nano-HAp powders are B-type biological hydroxyapatites, which has been confirmed by FTIR spectrum. In addition, the content of heavy metals such as As, Pb, Hg, Cd is detected within safety limits. These properties allow nano-HAp powders to be applied in food and medicine fields. Keywords: Bone, Lates calcarifer fish, 600oC, 1, 2, 4 hours, nanohydroxyapatite, B-type biological hydroxyapatites. Citation: Le Ho Khanh Hy, Dao Viet Ha, Pham Xuan Ky, Nguyen Phuong Anh, Phan Bao Vy, Doan Thi Thiet, 2020. Certain properties of nanohydroxyapatite obtained from Lates calcarifer fish bone. Vietnam Journal of Marine Science and Technology, 20(4A), 173–186. 173
2. Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Biển, Tập 20, Số 4A; 2020: 173–186 DOI: Một số đặc tính hĩa lý của nano hydroxyapatite thu nhận từ xƣơng cá chẽm Lates calcarifer Lê Hồ Khánh Hỷ*, Đào Việt Hà, Phạm Xuân Kỳ, Nguyễn Phƣơng Anh, Đồn Thị Thiết, Phan Bảo Vy Viện Hải dương học, Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam, Việt Nam *E-mail: lehokhanhhy@gmail.com Nhận bài: 28-8-2020; Chấp nhận đăng: 26-10-2020 Tĩm tắt Phụ phẩm xương cá là nguồn thu nhận hydroxyapatite (HAp) khá dồi dào. Việc điều chế HAp từ xương cá khơng những gĩp phần nâng cao giá trị phụ phẩm mà cịn giảm thiểu tác động tiêu cực đến mơi trường. Trong nghiên cứu này, nano hydroxyapatite được thu nhận thành cơng từ xương cá chẽm Lates calcarifer thu mua từ cơng ty xuất khẩu thủy hải sản ở Khánh Hịa. Xương cá được xử lí kiềm và sau đĩ được nung ở 600oC trong các khoảng thời gian khác nhau là 1, 2 và 4 giờ. Phân tích XRD và SEM cho thấy dạng canxi thu nhận được hồn tồn đơn pha, cĩ kích thước nano trung bình từ 50–64 nm tùy theo thời gian nung. Kết quả về chỉ số mol Ca/P từ 1,839–1,847 chứng tỏ bột canxi này là hydroxyapatite dạng B sinh học và đã được xác nhận bởi phổ FTIR. Thêm vào đĩ, hàm lượng của các kim loại nặng như As, Pb, Hg, Cd được phát hiện trong giới hạn an tồn. Những tính chất này cho phép bột nano HAp cĩ thể được ứng dụng trong lĩnh vực thực phẩm và y dược. Từ khĩa: Xương, cá chẽm Lates calcarifer, 600oC, 1, 2, 4 giờ, nano hydroxyapatite, hydroxyapatite dạng B sinh học. GIỚI THIỆU và răng [4, 7, 8]; khiếm khuyết sọ [9]; ứng Canxi hydroxyapatite cịn được gọi là dụng làm vật liệu hấp thụ [10]. hydroxyapatite (HAp) là một dạng canxi HAp cĩ thể được thu nhận từ 2 cách chính phosphat tự nhiên cĩ tính tương thích sinh học (1) Tổng hợp nhân tạo từ các hợp chất cĩ chứa cao với tế bào và mơ [1]. HAp cĩ cơng thức canxi và phospho [6]; và (2) Thu nhận từ các hố học Ca10(PO4)6(OH)2, là thành phần chính nguồn tự nhiên như san hơ [11–13], nang mực trong xương và răng người và động vật, trong [14–18], vỏ các lồi động vật như sị, hàu, ốc xương chiếm đến 60–70% khối lượng [2] và [19–23], vỏ trứng [24, 25], vảy cá [26–29], trong răng chiếm 97% [3]. HAp cĩ tỷ lệ Ca/P xương bị [30, 31], xương cá [32–35]. Đối với giống như tỷ lệ Ca/P tự nhiên trong xương và các sản phẩm HAp được điều chế theo phương răng (Ca/P = 1,67) [4, 5]. Nhờ vào các tính chất pháp tổng hợp, tuy HAp thu được cĩ nhiều quý giá trên, HAp ở dạng bột mịn, siêu mịn, hình dạng kích thước khác nhau tùy theo điều dạng xốp, dạng màng đã và đang được nghiên kiện phản ứng nhưng lại địi hỏi các bước tinh cứu nhằm mở rộng khả năng ứng dụng của chế để loại bỏ các sản phẩm phụ nhằm tránh chúng. Các ứng dụng phải kể đến của HAp là: ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cũng như thực phẩm chức năng bổ sung canxi [6]; làm cĩ thể cĩ tác hại với đối tượng sử dụng [36]. vật liệu phẫu thuật dùng trong cấy ghép xương Trong khi đĩ, HAp được chiết xuất từ các 174
3. Certain properties of nanohydroxyapatite obtained nguồn tự nhiên lại cĩ độ tinh khiết và độ tương nghiên cứu này, từ phế phẩm xương cá chẽm thích sinh học cao, do đĩ cĩ thể thay thế cho Lates calcarifer, chúng tơi sử dụng phương nguồn HAp nhân tạo. pháp gia nhiệt ở 600oC trong những khoảng Trong những năm gần đây, mỗi năm cĩ đến thời gian khác nhau 1, 2, 4 giờ để nghiên cứu hàng triệu tấn cá được đánh bắt để đáp ứng nhu điều chế HAp ở kích thước nano và khảo sát cầu tiêu dùng của con người nhưng chỉ cĩ 50– một số tính chất hĩa lý của bột nano HAp này. 60% tổng sản lượng khai thác được sử dụng, phần cịn lại bị loại bỏ [33]. Đi kèm với sự gia VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN tăng các sản phẩm thủy sản gĩp phần phát triển CỨU kinh tế, cơng nghiệp chế biến thủy sản thải ra Vật liệu nghiên cứu một số lượng lớn các loại phụ phẩm và phế Xương cá chẽm Lates calcarifer sau khi phẩm; nếu khơng được xử lý kỹ sẽ là thách fillet và cắt bỏ đầu được thu mua tại cơng ty thức lớn với mơi trường. Tuy nhiên, các phụ TNHH T và H (Vĩnh Phương, thành phố Nha phẩm và phế phẩm này là nguồn nguyên liệu để Trang, tỉnh Khánh Hịa) vào tháng 1/2020. tách chiết các hợp chất cĩ giá trị, phục vụ đời Xương cá sau đĩ được rửa sạch, bảo quản bằng sống con người. Chính vì điều đĩ, xương nhiều đá lạnh, vận chuyển về phịng thí nghiệm. Tiếp lồi cá đã được sử dụng để tách HAp bằng các theo, xương cá chẽm được đun sơi trong 1 giờ phương pháp khác nhau như: cá kiếm (Xiphia để loại sạch phần mơ mềm cịn sĩt lại, lọc rửa gladius) và cá ngừ (Thunnus thynnus) [33], cá bằng nước sạch nhiều lần để loại bỏ phần cơ tuyết Atlantic (Gadus morhua) [34], cá tráp cịn sĩt, quá trình đun sơi lọc rửa này được lặp biển Nhật Bản [33], cá hồi [37], cá mú [38], cá lại cho đến khi xương trắng. Xương sau đĩ rơ phi [39], cá ngừ vằn (Katsuwonus pelamis) được phơi khơ ở nhiệt độ phịng đến khối lượng [40] khơng đổi. Tại Việt Nam hiện nay, cá chẽm đang được Xương cá chẽm được xử lý kiềm theo nuơi với 2 hình thức chính là nuơi đìa và nuơi Venkatesan et al., (2015) [38] với một số thay lồng trên biển. Cá chẽm được nuơi phân bố dọc đổi nhỏ. Cụ thể, xương được đun sơi với theo bờ biển các tỉnh, thành phố như Quảng acetone (tỉ lệ 1:50 trong nước) và 2% NaOH Ninh, Hải Phịng, Thừa Thiên-Huế, Quảng trong 1 giờ để loại bỏ protein, lipid, dầu và các Nam, Đà Nẵng, Bình Định, Khánh Hịa, Bình tạp chất hữu cơ khác cịn bám dính (tỉ lệ xương Thuận, Bà Rịa-Vũng Tàu và quần đảo Trường và dung dịch lỏng là 1:50). Sau đĩ, xương được Sa (Nguồn báo Thủy sản Việt Nam, 2018). lọc rửa với nước, tiếp tục thay nước nhiều lần Tổng sản lượng ước đạt năm 2014 với hình sao cho pH nước trở về trung tính. Tiếp theo o thức nuơi đìa là 2.207 tấn và nuơi lồng là 2.175 xương được sấy ở 60 C đến khối lượng khơng tấn, fillet đang được xuất đi các thị trường Hoa đổi (24 giờ), nghiền nhỏ bằng chày và cối, trộn Kỳ, Châu Âu, Đài Loan và Hàn Quốc (Nguồn đều để chuẩn bị cho các thí nghiệm tiếp theo. báo Liên hiệp các hội khoa học kĩ thuật tỉnh Phƣơng pháp nghiên cứu Khánh Hịa, 2014). Với sản lượng cá chẽm cao, Bố trí thí nghiệm điều chế hydroxyapatite lượng phụ phẩm xương cá là nguồn thu nhận chẽm HAp khá dồi dào. Mẫu xương cá sau khi được xử lý như trên Năm 2017, từ xương cá ngừ vằn được nung ở nhiệt độ 600oC trong vịng 1, 2, 4 Katsuwonus pelamis, sau khi khảo sát nung ở giờ (máy gia nhiệt Nabertherm GmbH); ở mỗi o các nhiệt độ khác nhau 600, 900 và 1.200 C khoảng thời gian khác nhau, số mẫu được nung trong 9 giờ, chúng tơi nhận thấy khi nung ở là 3 (n = 3) với khối lượng mỗi mẫu 20 g. Mẫu o 600 C, HAp được chiết xuất thành cơng với tỉ sau khi nung được nghiền nhỏ, tán mịn bằng lệ Ca/P 1,658 gần với tỉ lệ Ca/P 1,67 trong cối đá. Với mỗi nhiệt độ khác nhau, lấy 3 phần xương người; các tinh thể HAp cĩ kích thước ở 3 mẫu xương cá đã nung với khối lượng nano trung bình 250 nm và cĩ sự phân bố kích giống nhau, trộn đều để phân tích đặc điểm hĩa thước tương đối đồng đều [41]. Do đĩ, trong lý của hydroxyapatite từ xương cá chẽm. 175
4. Le Ho Khanh Hy et al. Ph ph p đị h đặ h h Xác định hàm lượng các kim loại nặng h ế h p i e hiệ đ (mg/kg) như Pb, Hg, Cd, As và hàm lượng % h h nguyên tố canxi và phospho bằng phương pháp Mẫu xương cá sau khi nung được phân tích đo quang phổ phát xạ (máy Agilent 7700x-LC- bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD) (máy D2 MS). Phân tích này được thực hiện tại Trung Pharser -Brucker), phổ hấp thụ hồng ngoại tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm thành phố (FTIR) (máy Bruker Equinox 55), từ đĩ cho Hồ Chí Minh. phép xác định đơn pha hydroxyapatite chiết xuất từ xương cá chẽm [33]. Phân tích được KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hình ảnh bột hydroxyapatite đƣợc điều chế thực hiện tại Chi Cục Kiểm Định Hải Quan 3, Hình 1 mơ tả hình dạng ngồi của phụ thành phố Hồ Chí Minh. phẩm xương cá chẽm Lates calcarifer ban đầu Xác định hình dạng và kích thước của tinh (a); xương trắng sau khi được loại sạch mơ thể hydroxyapatite bằng cách sử dụng kính mềm (b) và bột canxi hydroxyapatit sau khi hiển vi điện tử SEM (máy SEM Hitachi S- nung ở 600oC trong khoảng thời gian khác 4800) [41]. Kích thước trung bình tinh thể nhau (1, 2, 4 giờ) (c). Hình 1c cho thấy bột canxi thể hiện bằng giá trị trung bình ± SE, nguyên liệu trước khi nung khá mịn, màu trắng, được tính tốn dựa vào phần mềm ImageJ sáng; trong khi đĩ bột canxi hydroxyapatite 1.48V với thanh thước tỉ lệ trong hình chụp. hình thành ở 600oC trong các khoảng thời gian Phân tích được thực hiện tại Trung tâm khác nhau cĩ màu trắng đục hơn, mịn, khơng Nghiên cứu triển khai Khu Cơng nghệ cao, mùi khơng vị và khi được nung lâu hơn, bột thành phố Hồ Chí Minh. canxi cĩ màu trắng sáng hơn. Hình 1. a) Phụ phẩm xương cá chẽm Lates calcarifer; b) Xương trắng loại sạch phần mơ mềm; c) Bột nguyên liệu xương cá và các mẫu bột canxi sau khi nung ở 600oC trong khoảng thời gian khác nhau (1, 2, 4 giờ) 176
5. Certain properties of nanohydroxyapatite obtained Các dạng canxi hydroxyapatite hình thành ở này đều thể hiện nét tương đồng ở các đỉnh khoảng thời gian khác nhau hấp thụ của các nhĩm chức khác nhau của 4- Phổ hồng ngoại FTIR HAp Ca10(PO4)6(OH)2 là PO3 và OH. Kết Phổ hồng ngoại của các mẫu canxi được quả thu được này tương tự với các nghiên cứu hình thành ở 600oC trong các khoảng thời gian trước đây trên xương cá kiếm (Xiphia khác nhau (1, 2, 4 giờ) được thể hiện trong gladius), cá ngừ (Thunnus thynnus) [33] và hình 2 và bảng 1. Tất cả các phổ hồng ngoại trên xương cá hồi [38]. Hình 2. Phổ hồng ngoại của hydroxyapatite hình thành ở 600oC trong khoảng thời gian khác nhau (màu đen: C1-600 là mẫu nung ở 600oC trong 1 giờ; màu đỏ: C2-600 là mẫu nung ở 600oC trong 2 giờ; màu xanh: C4-600 là mẫu nung ở 600oC trong 4 giờ) Cụ thể đối với phổ hồng ngoại của mẫu phosphat thể hiện dao động uốn v4 với các đỉnh nung ở 600oC trong 1 giờ (tương tự với phổ được xác định rõ ở 633, 602 và 571 cm-1. Vùng hồng ngoại của các mẫu ở 600oC trong 2 và 4 thứ ba được quan sát thấy đỉnh hấp thụ yếu ở giờ), phổ hiển thị các đỉnh hấp thụ đặc trưng 473 cm-1 tương ứng với chế độ uốn v2. 4- cho nhĩm PO3 bao gồm ba vùng chính: Vùng Đối với nhĩm chức OH, dao động giãn 1 bao gồm dao động co giãn v3 và v1, vùng 2 được thể hiện tại hai bước sĩng 3.451 và 3.571 và 3 tương ứng với dao động uốn v2 và v4. Cụ cm-1. Sự hiện diện của vật chất dưới dạng hữu thể, vùng đầu tiên thể hiện các đỉnh 1.094, cơ (C-H) được phát hiện dưới dạng các đỉnh 1.034 cm-1, tượng trưng cho dao động co giãn cường độ thấp ở bước sĩng 2.933 cm-1. Tuy v3 và đỉnh hấp thụ ở 962 cm-1 tương ứng với nhiên, đỉnh này chỉ xuất hiện ở mẫu nung ở dao động co giãn v1. Vùng thứ hai của ion 600oC trong 1 h, đối với các mẫu nung khác ở 177
6. Le Ho Khanh Hy et al. 600oC (phổ IR C2-600 và C4-600), đỉnh này phổ của các mẫu cịn xuất hiện các đỉnh của khơng xuất hiện chứng tỏ thời gian nung 2 và 4 nhĩm chức carbonate: đỉnh từ 1.418 đến 1.460 -1 -1 giờ là khoảng thời gian đủ để các cơ cịn sĩt lại cm và đỉnh ở 874, 2.004 cm . Sự hấp thụ CO2 trong xương cá phân hủy và biến mất. Ngồi trong khí quyển trong thời gian thực hiện thí các đỉnh hấp thụ chính của các nhĩm chức hiện nghiệm là nguyên nhân dẫn đến sự hình thành diện trong cấu trúc của hydroxyapatite, trong ion carbonate [42]. Bảng 1. So sánh phổ hồng ngoại của hydroxyapatite hình thành ở 600oC trong khoảng thời gian khác nhau 1 giờ 2 giờ 4 giờ Hydroxyapatite Số sĩng (cm-1) v3 1094, 1034 1091, 1050 1090, 1035 v1 962 962 962 PO 4- 3 v4 633, 602, 571 633, 601, 569 634, 603, 569 v2 473 472 474 OH 3451, 3571 3447, 3572 3449, 3572 1418 → 1460 1416 → 1462 1418 → 1457 2- CO3 874 875 873 2004 2010 2004 C-H 2933 X X Giả đồ nhiễu xạ tia X hồn tồn trùng khớp với giản đồ chuẩn và các Hình 3 đến hình 6 thể hiện giản đồ nhiễu xạ nghiên cứu trước đây [33, 43, 44]. tia X của các mẫu, trong đĩ hình 3–5 trình bày Hình 6 cho thấy được ảnh hưởng của thời kết quả từng phổ của các mẫu ở 600oC trong 3 gian đối với sự hình thành và phát triển cấu trúc khoảng thời gian khác nhau 1, 2, 4 giờ và so của tinh thể HAp ở 600oC. Qua đĩ cho thấy, sánh với giản đồ chuẩn của hydroxyapatite tổng mức độ tinh thể HAp trong 2 mẫu nung ở 2 và hợp HAp Ca10(PO4)6(OH)2 (International Centre 4 giờ cao hơn trong mẫu 1 giờ và cĩ khuynh for Diffraction Data ICDD 00-009-0432). Theo hướng tăng dần khi tăng thêm thời gian nung đĩ, khi so sánh giản đồ của các mẫu ở 600oC xử lý mẫu bột xương thơ ban đầu; điều này thể trong các khoảng thời gian khác nhau với giản hiện ở các đỉnh nhiễu xạ trong giản đồ XRD đồ chuẩn của HAp, mẫu canxi này chỉ cĩ một của mẫu C2-600 cĩ cường độ đỉnh mạnh hơn pha HAp với các đỉnh được xác định rõ ràng, so với mẫu C1-600 và thấp hơn C4-600. (a) (b) Hình 3. a) Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu canxi ở 600oC nung trong 1 giờ; b) Giản đồ nhiễu xạ tia o X của mẫu ở 600 C nung trong 1 h so sánh với giản đồ chuẩn của HAp Ca10(PO4)6(OH)2 178
7. Certain properties of nanohydroxyapatite obtained (a) (b) Hình 4. a) Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu canxi ở 600oC nung trong 2 giờ; b) Giản đồ nhiễu xạ o tia X của mẫu ở 600 C nung trong 2 h so sánh với giản đồ chuẩn của HAp Ca10(PO4)6(OH)2 (a) (b) Hình 5. a) Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu canxi ở 600oC nung trong 4 giờ; b) Giản đồ nhiễu xạ o tia X của mẫu ở 600 C nung trong 4 h so sánh với giản đồ chuẩn của HAp Ca10(PO4)6(OH)2 Hình 6. So sánh các giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu nung ở 600oC trong 1, 2 và 4 giờ 179
8. Le Ho Khanh Hy et al. K h h ớc tinh thể ới kính hiể vi điện tử nhau và cĩ nhiều hình dạng cĩ cấu trúc hỗn quét trong các khoảng thời gian khác nhau độn, chủ yếu là hình chữ nhật và hình que. Kết Hình 7 là hình ảnh kính hiển vi điện tử quả này cho thấy thời gian nung cĩ ảnh hưởng quét của HAp hình thành ở 600oC trong 1 rất lớn đến hình dạng và kích thước của HAp. giờ. Hình ảnh SEM ở các vị trí khác nhau và Khi nung với thời gian 2 giờ, các hạt nano độ phĩng đại khác nhau cho thấy các hạt tinh HAp cĩ kích thước trung bình 56,30 ± 17,17 thể hydroxyapatite HAp cĩ hình dạng cầu nm. Khi nung lâu hơn nữa (4 giờ) thì các hạt oval khá giống nhau, phân bố với kích thước nano HAp thu được lại cĩ sự kết dính với tương đối đồng đều (30–70 nm). Kích thước nhau dẫn đến mẫu canxi cĩ kích thước lớn hơn trung bình của các tinh thể là 49,71 ± 21,15 (64,33 ± 24,36 nm) và khơng đồng đều về nm (dựa vào phần mềm ImageJ trên đường kích thước. kính và chiều dài tinh thể). Kết quả này cũng hồn tồn tương đồng với Hình 8 và hình 9 thể hiện ảnh chụp của kết quả XRD thu được của các mẫu ở trên, thể các mẫu HAp ở 600oC trong 2 và 4 giờ với các hiện mức độ tinh thể tăng theo thời gian nung độ phĩng đại khác nhau; ở đây quan sát thấy dẫn đến kích thước hạt canxi nano hình thành các tinh thể canxi thể hiện xu hướng kết dính lớn hơn. Hình 7. Hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét của HAp ở 600oC trong 1 giờ ở các độ phĩng đại khác nhau: a) 7,9 mm × 40,0k; b)7,9 mm × 60,0k; c) 7,9 mm × 80,0k; d) 7,9 mm × 120k 180
9. Certain properties of nanohydroxyapatite obtained Hình 8. Hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét của HAp ở 600oC trong 2 giờ ở các độ phĩng đại khác nhau: a) 8,0 mm × 40,0k; b) 8,0 mm × 60,0k; c) 8,0 mm × 80,0 k; d) 8,0 mm × 120k a) b) c) d) Hình 9. Hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét của HAp ở 600oC trong 4 giờ ở các độ phĩng đại khác nhau: a) 8,0 mm × 40,0k; b) 8,0 mm × 60,0k; c) 8,0 mm × 70,0k; d) 8,0 mm × 100k 181
10. Le Ho Khanh Hy et al. Hàm ợng các nguyên tố hydroxyapatite loại B. Loại HAp này là một Bảng 2 thể hiện kết quả hàm lượng các kim dạng của apatite sinh học [45]. Các tác giả khác loại nặng As, Pb, Hg, Cd (mg/kg) và hàm lượng cũng đã quan sát thấy tỷ lệ Ca/P cao hơn trong nguyên tố canxi và phospho (%) trong các mẫu HAp sinh học thu nhận từ xương cá kiếm HAp hình thành ở 600oC trong 1, 2, 4 giờ theo (Xiphia gladius), cá ngừ (Thunnus thynnus) [33] phương pháp đo phổ phát xạ. Dựa vào hàm và xương bị [46]. Sự thay thế các ion carbonate lượng % rút ra được tỉ lệ mol Ca/P cĩ trong cho phosphate rất quan trọng, vì HAp cĩ mẫu, ở đây, các mẫu cĩ tỉ lệ mol Ca/P dao động carbonate cĩ thể gắn kết dễ dàng với tế bào sống từ 1,839–1,847 và giá trị mol này cao hơn tỉ lệ và cĩ khả năng hịa tan cao hơn HAp cĩ chỉ số mol Ca/P của HAp và xương người (1,67). Kết Ca/P 1,67 [47, 48]. Thêm vào đĩ, sự hiện diện quả này là do sự xuất hiện của các ion carbonate ion carbonate của HAp loại B trong xương cá thay thế phosphate, cho thấy sự hiện diện của chẽm đã được xác nhận bởi phổ FTIR. Bảng 2. Hàm lượng các kim loại nặng As, Pb, Hg, Cd (mg/kg) và hàm lượng nguyên tố canxi và phospho (%) trong các mẫu HAp hình thành ở 600oC trong 1, 2, 4 giờ Hàm lượng Mẫu Tỉ lệ mol Ca/P As (mg/kg) Pb (mg/kg) Hg (mg/kg) Cd (mg/kg) Ca (%) P (%) C1-600 0,16 0,08 kph kph 37,5 15,8 1,839 C2-600 0,18 0,20 kph kph 38,2 16,1 1,839 C4-600 0,17 0,27 kph kph 38,6 16,2 1,847 Ghi chú: kph: Khơng phát hiện; Ngưỡng phát hiện của phương pháp cho Cd là 0,02 mg/kg; Ngưỡng phát hiện của phương pháp cho Hg là 0,01 mg/kg. Trong khi đĩ, các chỉ số kim loại nặng sản xuất ứng dụng trong y học và thực phẩm trong các mẫu này hồn tồn đáp ứng Quy chức năng. chuẩn Việt Nam về giới hạn ơ nhiễm hàm lượng kim loại nặng trong thực phẩm bổ sung KẾT LUẬN (QCVN 8-2/2011). Quy chuẩn này quy định Nano hydroxyapatite đã được chiết xuất mức giới hạn an tồn cho phép đối với các kim thành cơng từ xương cá chẽm Lates calcarifer loại nặng ơ nhiễm trong thực phẩm nĩi chung, thơng qua phương pháp gia nhiệt. Bột nano thực phẩm bổ sung nĩi riêng và các yêu cầu HAp thu được hồn tồn đơn pha khi nung ở quản lý cĩ liên quan. Cụ thể, khơng phát hiện 600oC trong 1, 2 và 4 giờ, kích thước hạt nhỏ được Cd và Hg trong cả ba mẫu (yêu cầu Cd ≤ nhất khi nung với thời gian ít nhất 1 h (trung 1 mg/kg và Hg ≤ 0,1 mg/kg theo quy chuẩn); bình 50 nm) và gia tăng lên 56–64 nm khi nung hàm lượng Pb ở các mẫu chỉ từ 0,08–0,27 lâu hơn. Hơn nữa, tỉ lệ Ca/P dao động từ mg/kg (yêu cầu Pb ≤ 3 mg/kg theo quy chuẩn). 1,839–1,847 chứng tỏ bột canxi này là Về As, hàm lượng từ 0,16–0,18 mg/kg hiện hydroxyapatite dạng B sinh học. Thêm vào đĩ, diện trong các mẫu hồn tồn nằm trong giới hàm lượng kim loại nặng của bột canxi hồn hạn an tồn nhỏ hơn 5 mg/kg (yêu cầu đối với tồn trong giới hạn cho phép của các quy chuẩn thực phẩm chức năng Quyết định số Việt Nam về thực phẩm. Đĩ là những tính chất 46/2007/QĐ-BYT). hĩa lý tốt để ứng dụng sản phẩm trong y học và Kết quả về chỉ số mol Ca/P và giá trị an thực phẩm. tồn trong giới hạn của các kim loại nặng như Lời cảm : Chúng tơi xin cảm ơn ơng As, Pb, Hg, Cd cho phép bột nano HAp cĩ thể Đồn Văn Thân, phịng Kỹ thuật nuơi Bảo tàng, được sử dụng như nguyên liệu đầu vào trong Viện Hải dương học đã giúp đỡ trong quá trình thực phẩm bổ sung và thực phẩm chức năng. tiền xử lý phế phẩm xương cá chẽm. Bài báo sử Sản phẩm cần cĩ thêm các bước đánh giá độ an dụng số liệu của đề tài mã số ĐT-2019-40699- tồn thơng qua độc tính cấp và độc tính bán ĐL1 do Sở Khoa học và Cơng nghệ Khánh Hịa trường diễn để cĩ thể tiếp tục đưa ra quy trình cung cấp kinh phí. 182
11. Certain properties of nanohydroxyapatite obtained TÀI LIỆU THAM KHẢO using the periosteal flap and porous [1] Huang, Y. C., Hsiao, P. C., and Chai, H. hydroxyapatite; basic research and J., 2011. Hydroxyapatite extracted from preliminary clinical application: s-iv-04. fish scale: Effects on MG63 osteoblast- Wound Repair and Regeneration, 21(1). like cells. Ceramics International, 37(6), [8] Venkatesan, J., and Kim, S. K., 2010. 1825–1831. Effect of temperature on isolation and ceramint.2011.01.018. characterization of hydroxyapatite from [2] Nieh, T. G., Choi, B. W., and Jankowski, tuna (Thunnus obesus) bone. Materials, A. F., 2000. Synthesis and 3(10), 4761–4772. characterization of porous hydroxyapatite ma3104761. and hydroxyapatite coatings (No. UCRL- [9] Reichert, J., and Binner, J. G. P., 1996. JC-141229). Lawrence Livermore An evaluation of hydroxyapatite-based National Lab., CA (US). filters for removal of heavy metal ions [3] Robinson, C., Connell, S., Kirkham, J., from aqueous solutions. Journal of Shore, R., and Smith, A., 2004. Dental Materials Science, 31(5), 1231–1241. enamel—a biological ceramic: regular substructures in enamel hydroxyapatite [10] Roy, D. M., and Linnehan, S. K., 1974. crystals revealed by atomic force Hydroxyapatite formed from coral skeletal microscopy. Journal of Materials carbonate by hydrothermal exchange. Chemistry, 14(14), 2242–2248. Nature, 247(5438), 220–222. Doi: 10.1038/247220a0. [4] Tang, P. F., Li, G., Wang, J. F., Zheng, Q. [11] White, E., and Shors, E. C., 1986. J., and Wang, Y., 2009. Development, Biomaterial aspects of Interpore-200 characterization, and validation of porous porous hydroxyapatite. Dental Clinics of carbonated hydroxyapatite bone cement. North America, 30(1), 49–67. Journal of Biomedical Materials Research [12] Vu Duy Hien, Dao Quoc Huong, Phan Thi Part B: Applied Biomaterials: An Official Ngoc Bich., 2010. Study of the formation Journal of The Society for Biomaterials, of porous hydroxyapatite ceramics from The Japanese Society for Biomaterials, corals via hydrothermal process. Vietnam and The Australian Society for Journal of Chemistry, 48(5), 591–596. Biomaterials and the Korean Society for [13] Rocha, J. H. G., Lemos, A. F., Biomaterials, 90(2), 886–893. Agathopoulos, S., Valério, P., Kannan, S., Oktar, F. N., and Ferreira, J. M. F., 2005. [5] Staffa, G., Nataloni, A., Compagnone, C., Scaffolds for bone restoration from and Servadei, F., 2007. Custom made cuttlefish. Bone, 37(6), 850–857. cranioplasty prostheses in porous hydroxy-apatite using 3D design [14] Rocha, J. H. G., Lemos, A. F., Kannan, S., techniques: 7 years experience in 25 Agathopoulos, S., and Ferreira, J. M. F., patients. Acta neurochirurgica, 149(2), 2005. Hydroxyapatite scaffolds 161–170. hydrothermally grown from aragonitic 006-1078-9. cuttlefish bones. Journal of Materials [6] Kano, S., Yamazaki, A., Otsuka, R., Chemistry, 15(47), 5007–5011. Ohgaki, M., Akao, M., and Aoki, H., 1994. Application of hydroxyapatite-sol [15] Rocha, J. H. G., Lemos, A. F., as drug carrier. Bio-medical Materials and Agathopoulos, S., Kannan, S., Valerio, P., Engineering, 4(4), 283–290. Doi: and Ferreira, J. M. F., 2006. Hydrothermal 10.3233/BME-1994-4404. growth of hydroxyapatite scaffolds from [7] Hirata, A., Maruyama, Y., Onishi, K., aragonitic cuttlefish bones. Journal of Hayashi, A., Saze, M., and Okada, E., Biomedical Materials Research Part A: 2004. A vascularized artificial bone graft An Official Journal of The Society for 183
12. Le Ho Khanh Hy et al. Biomaterials, The Japanese Society for Journal, 173(3), 837–845. Biomaterials, and The Australian Society 10.1016/j.cej.2011.07.029. for Biomaterials and the Korean Society [22] Pal, A., Maity, S., Chabri, S., Bera, S., for Biomaterials, 77(1), 160–168. Chowdhury, A. R., Das, M., and Sinha, A., 2017. Mechanochemical synthesis of [16] Sarin, P., Lee, S. J., Apostolov, Z. D., and nanocrystalline hydroxyapatite from Kriven, W. M., 2011. Porous biphasic Mercenaria clam shells and phosphoric calcium phosphate scaffolds from acid. Biomedical Physics & Engineering cuttlefish bone. Journal of the American Express, 3(1), 015010. Ceramic Society, 94(8), 2362–2370. [23] Razali, N. M., Pramanik, S., Osman, N. A., Radzi, Z., and Pingguan-Murphy, B., 4404.x. 2016. Conversion of calcite from cockle [17] Venkatesan, J., Rekha, P. D., Anil, S., shells to bioactive nanorod hydroxyapatite Bhatnagar, I., Sudha, P. N., for biomedical applications. J. Ceram. Dechsakulwatana, C., and Shim, M. S., Process. Res, 17, 699–706. 2018. Hydroxyapatite from cuttlefish [24] Goloshchapov, D. L., Kashkarov, V. M., bone: Isolation, characterizations, and Rumyantseva, N. A., Seredin, P. V., applications. Biotechnology and Lenshin, A. S., Agapov, B. L., and Bioprocess Engineering, 23(4), 383–393. Domashevskaya, E. P., 2013. Synthesis of nanocrystalline hydroxyapatite by [18] Faksawat, K., Sujinnapram, S., precipitation using hen's eggshell. Limsuwan, P., Hoonnivathana, E., and Ceramics International, 39(4), 4539– Naemchanthara, K., 2015. Preparation and 4549. characteristic of hydroxyapatite 2012.11.050. synthesized from cuttlefish bone by [25] Gutiérrez-Prieto, S. J., Fonseca, L. F., precipitation method. In Advanced Sequeda-Castađeda, L. G., Díaz, K. J., Materials Research (Vol. 1125, pp. 421– Castađeda, L. Y., Leyva-Rojas, J. A., 425). Trans Tech Publications Ltd. and Acosta, A. P., 2019. Elaboration and Biocompatibility of an Eggshell-Derived /AMR.1125.421. Hydroxyapatite Material Modified with [19] Lemos, A. F., Rocha, J. H. G., Quaresma, Si/PLGA for Bone Regeneration in S. S. F., Kannan, S., Oktar, F. N., Dentistry. International Journal of Agathopoulos, S., and Ferreira, J. M. F., Dentistry, 2019. 2006. Hydroxyapatite nano-powders 2019/5949232. produced hydrothermally from nacreous [26] Ikoma, T., Kobayashi, H., Tanaka, J., material. Journal of the European Walsh, D., and Mann, S., 2003. Ceramic Society, 26(16), 3639–3646. Microstructure, mechanical, and biomimetic properties of fish scales from 5.12.011. Pagrus major. Journal of Structural [20] Zhang, X., and Vecchio, K. S., 2006. Biology, 142(3), 327–333. Creation of dense hydroxyapatite 10.1016/S1047-8477(03)00053-4. (synthetic bone) by hydrothermal [27] Mondal, S., Mahata, S., Kundu, S., and conversion of seashells. Materials Science Mondal, B., 2010. Processing of natural and Engineering: C, 26(8), 1445–1450. resourced hydroxyapatite ceramics from fish scale. Advances in Applied Ceramics, [21] Yang, Y., Yao, Q., Pu, X., Hou, Z., and 109(4), 234–239. Zhang, Q., 2011. Biphasic calcium 174367613X13789812714425. phosphate macroporous scaffolds derived [28] Pon-On, W., Suntornsaratoon, P., from oyster shells for bone tissue Charoenphandhu, N., Thongbunchoo, J., engineering. Chemical Engineering Krishnamra, N., and Tang, I. M., 2016. 184
13. Certain properties of nanohydroxyapatite obtained Hydroxyapatite from fish scale for [35] Nguyen Van Hoa, Nguyen Cong Minh, potential use as bone scaffold or Pham Anh Dat. 2018. Preparation and regenerative material. Materials Science characterization of nanohydroxyapatite and Engineering: C, 62, 183–189. from fish bones: (2) use of enzyme for pre-treatment. Journal of Fisheries [29] Zainol, I., Adenan, N. H., Rahim, N. A., Science and Technology, 2, 39–45. and Jaafar, C. A., 2019. Extraction of [36] Dao Quoc Huong, Pham Thi Sao, 2011. natural hydroxyapatite from tilapia fish Synthesis of porous hydroxyapatite scales using alkaline treatment. Materials ceramics from limestone via hydrothermal Today: Proceedings, 16, 1942–1948. process. Vietnam Journal of Science and Technology, 49(2), 93–99. [30] Barua, E., Deb, P., Lala, S. D., and [37] Venkatesan, J., Lowe, B., Manivasagan, Deoghare, A. B., 2019. Extraction of P., Kang, K. H., Chalisserry, E. P., Anil, Hydroxyapatite from Bovine Bone for S., and Kim, S. K., 2015. Isolation and Sustainable Development. In Biomaterials in Orthopaedics and Bone Regeneration characterization of nano-hydroxyapatite (pp. 147–158). Springer, Singapore. from salmon fish bone. Materials, 8(8), 5426–5439. 0_10. 85253. [31] Ayatollahi, M. R., Yahya, M. Y., Shirazi, [38] Dabiri, S. M. H., Rezaie, A. A., Moghimi, H. A., and Hassan, S. A., 2015. M., and Rezaie, H., 2018. Extraction of Mechanical and tribological properties of Hydroxyapatite from Fish Bones and Its hydroxyapatite nanoparticles extracted Application in Nickel Adsorption. from natural bovine bone and the bone BioNanoScience, 8(3), 823–834. cement developed by nano-sized bovine hydroxyapatite filler. Ceramics [39] Mustafa, N., Ibrahim, M. H. I., Asmawi, International, 41(9), 10818–10827. R., and Amin, A. M., 2015. Hydroxyapatite extracted from waste fish .021. bones and scales via calcination method. [32] Ozawa, M., and Suzuki, S., 2002. In Applied Mechanics and Materials (Vol. Microstructural development of natural 773, pp. 287–290). Trans Tech hydroxyapatite originated from fish‐bone Publications Ltd. waste through heat treatment. Journal of www.scientific.net/AMM.773-774.287. the American Ceramic Society, 85(5), [40] Le Ho Khanh Hy, Pham Xuan Ky, Dao 1315–1317. Viet Ha, Nguyen Thu Hong, Phan Bao 1151-2916.2002.tb00268.x. Vy, Doan Thi Thiet, Nguyen Phuong Anh, [33] Boutinguiza, M., Pou, J., Comesađa, R., 2018. Certain properties of calcium Lusquiđos, F., De Carlos, A., and Leĩn, hydroxyapatite from skipjack tuna bone B., 2012. Biological hydroxyapatite obtained from fish bones. Materials (Katsuwonus pelamis). Vietnam Journal Science and Engineering: C, 32(3), 478– of Marine Science and Technology, 486. 18(4A), 151–163. 11.021. /8159-3097/18/4A/13643. [34] Piccirillo, C., Silva, M. F., Pullar, R. C., [41] Coelho, T. M., Nogueira, E. S., Da Cruz, I. B., Jorge, R., Pintado, M. M. Steimacher, A., Medina, A. N., Weinand, E., and Castro, P. M., 2013. Extraction W. R., Lima, W. M., and Bento, A. C., and characterisation of apatite-and 2006. Characterization of natural tricalcium phosphate-based materials from nanostructured hydroxyapatite obtained cod fish bones. Materials Science and from the bones of Brazilian river fish. Engineering: C, 33(1), 103–110. Journal of Applied Physics, 100(9), 094312. 185
14. Le Ho Khanh Hy et al. [42] Paz, A., Guadarrama, D., Lĩpez, M., E porous hydroxyapatite ceramics made of González, J., Brizuela, N., and Aragĩn, J., natural bone. Biomaterials, 21(16), 1645– 2012. A comparative study of 1658. hydroxyapatite nanoparticles synthesized 9612(00)00036-3. by different routes. Química Nova, 35(9), [47] Redey, S. A., Razzouk, S., Rey, C., 1724–1727. Bernache‐Assollant, D., Leroy, G., S0100-40422012000900004. Nardin, M., and Cournot, G., 1999. [43] Ślĩsarczyk, A., Paszkiewicz, Z., and Osteoclast adhesion and activity on Paluszkiewicz, C. (2005). FTIR and XRD synthetic hydroxyapatite, carbonated evaluation of carbonated hydroxyapatite hydroxyapatite, and natural calcium powders synthesized by wet methods. carbonate: relationship to surface energies. Journal of Molecular Structure, 744, 657– Journal of Biomedical Materials 661. Research: An Official Journal of The 2004.11.078. Society for Biomaterials, The Japanese [44] Berzina-Cimdina, L., and Borodajenko, Society for Biomaterials, and The N., 2012. Research of calcium phosphates Australian Society for Biomaterials, 45(2), using Fourier transform infrared 140–147. spectroscopy. Infrared Spectroscopy- Materials Science, Engineering and (SICI)1097-4636(199905)45:2 3.0.CO;2-I. [45] Antonakos, A., Liarokapis, E., and [48] Safarzadeh, M., Ramesh, S., Tan, C. Y., Leventouri, T., 2007. Micro-Raman and Chandran, H., Ching, Y. C., Noor, A. F. FTIR studies of synthetic and natural M., and Teng, W. D., 2020. Sintering apatites. Biomaterials, 28(19), 3043– behaviour of carbonated hydroxyapatite 3054. prepared at different carbonate and biomaterials.2007.02.028. phosphate ratios. Boletín de la Sociedad [46] Joschek, S., Nies, B., Krotz, R., and Espađola de Cerámica y Vidrio, 59(2), Gưpferich, A., 2000. Chemical and 73–80. physicochemical characterization of 2019.08.001. 186