Hồ Quốc Phong * , Nguyễn Văn Nhã , Phan Đình Khôi , Yasuaki Takagi , Trần Minh Phú , Huỳnh Liên Hương , Lê Thị Minh Thủy Nguyễn Thị Bích Thuyền

* Tác giả liên hệ (hqphong@ctu.edu.vn)

Abstract

Hydroxyapatite (HA) is a calcium phosphate mineral that exists in animal bones and it has good biological compatibility. Therefore, this study was conducted to produce hydroxyapatite (HA) from striped catfish (Pangasianodon hypophthalmus) bone. After pre-treatment in dilute NaOH solution and ethanol, the striped catfish bone was calcined at high temperature to burn all organic compounds and then grinded by ball mill machine to obtain powder of striped catfish bone. The powder was used to react with H3PO4 solution to produce HA. Some important factors affecting HA formation such as concentration of H3PO4, reaction temperature, pH value, calcinating time and temperature were investigated. Experimental results showed that it could be produced HA in crystal size of 100 nm and particle size of 1,100 nm when reaction was carried out in solution of H3PO4 60 mM, reaction temperature 90 ℃, pH 11 and calcinating at 1,000℃ in 2 hours. Hydroxyapatite (HA) là một loại khoáng calcium phosphate tồn tại trong xương động vật và có tính tương hợp sinh học tốt. Vì thế, nghiên cứu được tiến hành nhằm sản xuất hydroxyapatite từ xương cá tra (Pangasianodon hypophthalmus). Sau khi được xử lý với dung dịch NaOH loãng và cồn, xương cá được nung ở nhiệt độ cao nhằm loại bỏ các hợp chất hữu cơ và được nghiền thành bột bằng máy nghiền bi. Bột xương cá sau đó được chuyển hóa thành HA. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành của HA như nồng độ H3PO4, nhiệt độ phản ứng, pH dung dịch phản ứng, nhiệt độ nung và thời gian nung HA được tiến hành khảo sát. Kết quả cho thấy, có thể sản xuất HA dạng hạt với kích thước tinh thể khoảng100 nm và kích thước hạt khoảng 1.100 nm khi phản ứng chuyển hóa bột xương cá được thực hiện ở điều kiện H3PO4 60 mM, nhiệt độ phản ứng 90℃, pH 11 và nung ở 1.000 ℃ trong thời gian 2 giờ.
Keywords: Animal bone, calcium phosphate, hydroxyapatite, catfish bone, X-ray diffraction

Tóm tắt

Hydroxyapatite (HA) là một loại khoáng calcium phosphate tồn tại trong xương động vật và có tính tương hợp sinh học tốt. Vì thế, nghiên cứu được tiến hành nhằm sản xuất hydroxyapatite từ xương cá tra (Pangasianodon hypophthalmus). Sau khi được xử lý với dung dịch NaOH loãng và cồn, xương cá được nung ở nhiệt độ cao nhằm loại bỏ các hợp chất hữu cơ và được nghiền thành bột bằng máy nghiền bi. Bột xương cá sau đó được chuyển hóa thành HA. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành của HA như nồng độ H3PO4, nhiệt độ phản ứng, pH dung dịch phản ứng, nhiệt độ nung và thời gian nung HA được tiến hành khảo sát. Kết quả cho thấy, có thể sản xuất HA dạng hạt với kích thước tinh thể khoảng100 nm và kích thước hạt khoảng 1.100 nm khi phản ứng chuyển hóa bột xương cá được thực hiện ở điều kiện H3PO4 60 mM, nhiệt độ phản ứng 90℃, pH 11 và nung ở 1.000 ℃ trong thời gian 2 giờ.
Từ khóa: Calcium phosphate, hydroxyapatite, xương động vật, xương cá tra, X-ray diffraction

Article Details

Tài liệu tham khảo

Abidi, Syed Sibte Asghar and Qasim Murtaza, 2014. Synthesis and characterization of nano-hydroxyapatite powder using wet chemical precipitation reaction. Journal of Materials Science & Technology, 30(4): 307-310.

Aminatun, Siswanto Siswanto, YM Penga, Retna Apsari and Istifarah, 2013. The effect of sintering pr℃ess on the characteristics of hydroxyapatite from cuttlefish bone (Sepia Sp.). 4(4): 1431-1442.

Barakat, Nasser AM, KA Khalil, Faheem A Sheikh, AM Omran, Babita Gaihre, Soeb M Khil and Hak Yong Kim, 2008. Physi℃hemical characterizations of hydroxyapatite extracted from bovine bones by three different methods: Extraction of biologically desirable HAp. Materials Science and Engineering: C 28(8): 1381-1387.

Barakat, Nasser AM, Myung Seob Khil, AM Omran, Faheem A Sheikh and Hak Yong Kim, 2009. Extraction of pure natural hydroxyapatite from the bovine bones bio waste by three different methods. Journal of materials pr℃essing technology 209(7): 3408-3415.

Dawson and J William, 1988. Hydrothermal synthesis of advanced ceramic powders. American Ceramic S℃iety Bulletin 67(10): 1673-1678.

Dorozhkin and Sergey V, 2010. Calcium orthophosphates as bi℃eramics: state of the art. Journal of Functional Biomaterials 1(1): 22-107.

FAO, 2018. The state of world fisheries and aquaculture. Meeting the sustainable development goals. Rome:227.

Gergely, Gréta, Ferenc Wéber, István Lukács, Attila L Tóth, Zsolt E Horváth, Judit Mihály and Csaba Balázsi, 2010. Preparation and characterization of hydroxyapatite from eggshell. Ceramics International 36(2): 803-806.

Guicciardi, S, C Galassi, E Landi, Anana Tampieri, K Satou and G Pezzotti, 2001. Rheological characteristics of slurry controlling the microstructure and the compressive strength behavior of biomimetic hydroxyapatite. Journal of Materials Research 16(1): 163-170.

Kamalanathan, P, S Ramesh, LT Bang, A Niakan, CY Tan, J Purbolaksono, Hari Chandran and WD Teng, 2014. Synthesis and sintering of hydroxyapatite derived from eggshells as a calcium precursor. Ceramics International 40(10): 16349-16359.

Kasioptas, A, C Perdikouri, CV Putnis and Andrew Putnis, 2008. Pseudomorphic replacement of single calcium carbonate crystals by polycrystalline apatite. Mineralogical Magazine 72(1): 77-80.

Kundu, B, Mithlesh Kumar Sinha, MK Mitra and Debabrata Basu, 2004. Fabrication and characterization of porous hydroxyapatite ℃ular implant followed by an in vivo study in dogs. Bulletin of Materials Science 27(2): 133-140.

Lazić, Slavica, Slavica Zec, Nada Miljević and Slobodan Milonjić, 2001. The effect of temperature on the properties of hydroxyapatite precipitated from calcium hydroxide and phosphoric acid. 374(1): 13-22.

Lin, Kaili, Yanling Zhou, Yue Zhou, Haiyun Qu, Feng Chen, Yingjie Zhu and Jiang Chang, 2011a. Biomimetic hydroxyapatite porous microspheres with co-substituted essential trace elements: surfactant-free hydrothermal synthesis, enhanced degradation and drug release. Journal of Materials Chemistry 21(41): 16558-16565.

Luo, Jing, Juan Chen, Wenzhao Li, Zhiliang Huang and Changlian Chen, 2015. Temperature effect on hydroxyapatite preparation by co-precipitation method under carbamide influence. MATEC Web of Conferences, EDP Sciences: 1-4.

Naga, SM, HF El-Maghraby, EM Mahmoud, MS Talaat and AM Ibrhim, 2015. Preparation and characterization of highly porous ceramic scaffolds based on thermally treated fish bone. Ceramics International 41(10): 15010-15016.

Narayan and Roger, 2009. Biomedical materials, Springer Science & Business Media:

Oshida, Yoshiki, 2014. Hydroxyapatite: Synthesis and Applications, Momentum Press:

Palanivelu, R, A Mary Saral and A Ruban Kumar, 2014. Nan℃rystalline hydroxyapatite prepared under various pH conditions. Spectr℃himica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 131: 37-41.

Pattanayak, Deepak K, Rajalaxmi Dash, RC Prasad, BT Rao and TR Rama Mohan, 2007. Synthesis and sintered properties evaluation of calcium phosphate ceramics. Materials Science and Engineering: C 27(4): 684-690.

Phong, Hồ Quốc, Nguyễn Đình Duy, Huỳnh Liên Hương and Nguyễn Văn Đạt, 2019. Nghiên cứu sản xuất hydroxyapatite từ xương bò. Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng 17(7): 19-24.

Pon-On, Weeraphat, Panan Suntornsaratoon, Narattaphol Charoenphandhu, Jirawan Thongbunchoo, Nateetip Krishnamra and I Ming Tang, 2016. Hydroxyapatite from fish scale for potential use as bone scaffold or regenerative material. Materials Science and Engineering:C 62: 183-189.

Sadat-Shojai, Mehdi, Mohammad-Taghi Khorasani, Ehsan Dinpanah-Khoshdargi and Ahmad Jamshidi, 2013. Synthesis methods for nanosized hydroxyapatite with diverse structures. Acta biomaterialia 9(8): 7591-7621.

Sato, Kimiyasu, 2007. Mechanism of hydroxyapatite mineralization in biological systems (review). Journal of the Ceramic S℃iety of Japan 115(1338): 124-130.

Shavandi, Amin, Alaa El-Din A Bekhit, Azam Ali and Zhifa Sun, 2015. Synthesis of nano-hydroxyapatite (nHA) from waste mussel shells using a rapid microwave method. Materials Chemistry and Physics 149: 607-616.

Sopyan, I, AR Toibah and AN Natasha, 1970. Nanosized bi℃eramic hydroxyapatite powders via sol-gel method. International Journal of Mechanical and Materials Engineering 3(2): 133-138.

Venkatesan, Jayachandran and Se Kwon Kim, 2010. Effect of temperature on isolation and characterization of hydroxyapatite from tuna (thunnus obesus) bone. 3(10): 4761.

Vorokh, A. S., 2018. Scherrer formula: estimation of error in determining small nanoparticle size. Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics 9(3): 364-369.

Zakharov, Na, IA Polunina, KE Polunin, NM Rakitina, El K℃hetkova, NP Sokolova and VT Kalinnikov, 2004. Calcium hydroxyapatite for medical applications. Inorganic Materials 40(6): 641-648.

Zhang, Na, Dong Zhai, Lei Chen, Zhaoyong Zou, Kaili Lin and Jiang Chang, 2014. Hydrothermal synthesis and characterization of Si and Sr co-substituted hydroxyapatite nanowires using strontium containing calcium silicate as precursors. %J Materials Science Engineering 37: 286-291.