Nghiên cứu sản xuất nano-hydroxyapatite từ xương cá ngừ (Thunnus tonggol) và đánh giá khả năng tương thích sinh học
Abstract
In this paper, the effects of hydrothermal and calcination conditions on the structure of nano-hydroxyapatite synthesized from Thunnus tonggol bone were studied. The characteristics of samples were determined by various techniques such as X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), transmission electron microscopy (TEM), and optical X-ray fluorescence spectroscopy (XRF). XRD results showed that the hydrothermal and calcination conditions affect the crystallinity and purity of nano-hydroxyapatite product. The suitable conditions for the synthesis of nano-hydroxyapatite have been proposed such as hydrothermal at 120°C in 7 hours and calcination at 800°C in 1 hour. Under the conditions, the hydroxyapatite had the nanoparticle size in a range of 30–100 nm, and reached a BET surface area of 15.8 m2/g, a pore volume of 0.018 cm3/g, and a pore diameter of 23.0 Å. The molar ratio of Ca/P in the nano-hydroxyapatite was 1.67, which would be the expected ratio for hydroxyapatite. The nano-hydroxyapatite product has high crystallinity and biological compatibility when tested in Simulated Body Fluid (SBF).
Tóm tắt
Trong bài báo này, ảnh hưởng của điều kiện thủy nhiệt và nung đến cấu trúc của nano-hydroxyapatite được tổng hợp từ xương cá ngừ bằng phương pháp thủy nhiệt đã được nghiên cứu. Các tính chất lý hóa của sản phẩm nano-hydroxyapatite được xác định bằng các phương pháp phân tích hiện đại như nhiễu xạ tia X (XRD), quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FE-SEM), hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và quang phổ huỳnh quang tia X (XRF). Kết quả phổ XRD cho thấy điều kiện thủy nhiệt và nung ảnh hưởng đến độ kết tinh cũng như độ tinh khiết của hydroxyapatite. Các điều kiện thích hợp để tổng hợp nano-hydroxyapatite đã được xác định cụ thể thủy nhiệt ở 120°C trong 7 giờ và nung ở 800°C trong 1 giờ. Ở các điều kiện phù hợp, nano-hydroxyapatite thu được có kích thước hạt 30–100 nm và đạt diện tích bề mặt BET 15,8 m2/g, thể tích lỗ xốp 0,018 cm3/g, và đường kính lỗ xốp 23,0 Å. Tỷ lệ mole của Ca/P trong nano-hydroxyapatite được tổng hợp là 1,67 bằng tỉ lệ xác định theo lý thuyết trong hydroxyapatite. Sản phẩm nano-hydroxyapatite có độ kết tinh và tương thích sinh học cao khi thử nghiệm trong môi trường cơ thể người giả lập (SBF - Simulated Body Fluid).
Article Details
Tài liệu tham khảo
Bagambisa, F. B., Joos, U., & Schilli, W., (1993). Mechanisms and structure of the bond between bone and hydroxyapatite ceramics. Journal of Biomedical Materials Research, 27(8), 1047-1055
Boutinguiza, M., Pou, J., Comesaña, R., Lusquiños, F., De Carlos, A., & León, B., (2012). Biological hydroxyapatite obtained from fish bones. Materials Science and Engineering: C, 32(3), 478-486
Chakraborty, R. & RoyChowdhury, D., (2013). Fish bone derived natural hydroxyapatite-supported copper acid catalyst: Taguchi optimization of semibatch oleic acid esterification. Chemical Engineering Journal, 215, 491-499
Chaves, M. D., de Souza Nunes, L. S., de Oliveira, R. V., Holgado, L. A., Nary Filho, H., Matsumoto, M. A., & Ribeiro, D. A., (2012). Bovine hydroxyapatite (Bio-Oss®) induces osteocalcin, RANK-L and osteoprotegerin expression in sinus lift of rabbits. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery, 40(8), 315-320
Fathi, M., Hanifi, A., & Mortazavi, V., (2008). Preparation and bioactivity evaluation of bone-like hydroxyapatite nanopowder. Journal of Materials Processing Technology, 202(1-3), 536-542
Favier, F., Walter, E. C., Zach, M. P., Benter, T., & Penner, R. M., (2001). Hydrogen sensors and switches from electrodeposited palladium mesowire arrays. Science, 293(5538), 2227-2231
Gumisiriza, R., Mshandete, A. M., Rubindamayugi, M. S., Kansiime, F., & Kivaisi, A. K., (2009). Nile perch fish processing waste along Lake Victoria in East Africa: Auditing and characterization. African Journal of Environmental Science and Technology, 3(1), 013-020
Hamada, M., Nagai, T., Kai, N., Tanoue, Y., Mae, H., Hashimoto, M., Miyoshi, K., Kumagai, H., & Saeki, K., (1995). Inorganic constituents of bone of fish. Fisheries Science, 61(3), 517-520
Hariani, P. L., Muryati, M., Said, M., & Salni, S., (2020). Synthesis of nano-hydroxyapatite from snakehead (Channa striata) fish bone and its antibacterial properties. Key Engineering Materials, 840, 293-299
Hasan, M. R., Yasin, N. S. M., & Mohd, M. S., (2020). Proximate and morphological characteristics of nano hydroxyapatite (nano HAP) extracted from fish bone. Journal of Sustainability Science and Management, 15(8), 9-21
Heise, U., Osborn, J., & Duwe, F., (1990). Hydroxyapatite ceramic as a bone substitute. International Orthopaedics, 14(3), 329-338
Hoyer, B., Bernhardt, A., Heinemann, S., Stachel, I., Meyer, M., & Gelinsky, M., (2012). Biomimetically mineralized salmon collagen scaffolds for application in bone tissue engineering. Biomacromolecules, 13(4), 1059-1066
Irfan, M., Suprajaa, P., Praveen, R., & Reddy, B., (2021). Microwave-assisted one-step synthesis of nanohydroxyapetite from fish bones and mussel shells. Materials Letters, 282, 128685
Juang, H. Y. & Hon, M. H., (1996). Effect of calcination on sintering of hydroxyapatite. Biomaterials, 17(21), 2059-2064
Kokubo, T. & Takadama, H., (2006). How useful is SBF in predicting in vivo bone bioactivity? Biomaterials, 27(15), 2907-2915
Lü, X. Y., Fan, Y. B., Gu, D., & Cui, W., (2007). Preparation and characterization of natural hydroxyapatite from animal hard tissues. Key Engineering Materials, 342, 213-216
Luna Zaragoza, D., Romero Guzmán, E. T., & Reyes Gutiérrez, L. R., (2009). Surface and physicochemical characterization of phosphates vivianite, Fe2(PO4)3 and hydroxyapatite, Ca5(PO4)3OH. Journal of Minerals and Materials Characterization and Engineering, 8(8), 591-609
Miyauchi, M., Watanabe, T., Hoshi, D., & Ohba, T., (2019). Irreversible adsorption of acidic, basic, and water gas molecules on calcium-deficient hydroxyapatite. Dalton Transactions, 48(47), 17507-17515
Nunes, C., Simske, S., Sachdeva, R., & Wolford, L., (1997). Long‐term ingrowth and apposition of porous hydroxylapatite implants. Journal of Biomedical Materials Research: An Official Journal of The Society for Biomaterials and The Japanese Society for Biomaterials, 36(4), 560-563
Panda, N. N., Pramanik, K., & Sukla, L. B., (2014). Extraction and characterization of biocompatible hydroxyapatite from fresh water fish scales for tissue engineering scaffold. Bioprocess and Biosystems Engineering, 37(3), 433-440
Patterson, A., (1939). The Scherrer formula for X-ray particle size determination. Physical Review, 56(10), 978
Venkatesan, J., Pallela, R., Bhatnagar, I., & Kim, S. K., (2012). Chitosan-amylopectin/hydroxyapatite and chitosan-chondroitin sulphate/hydroxyapatite composite scaffolds for bone tissue engineering. International Journal of Biological Macromolecules, 51(5), 1033-1042