Một số đặc tính của canxi hydroxyapatit chiết xuất từ xương cá ngừ vằn Katsuwonus pelamis

Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển; Tập 18, Số 4A; 2018: 151–163<br /> DOI: 10.15625/1859-3097/18/4A/13643<br /> http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst<br /> <br /> <br /> MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CỦA CANXI HYDROXYAPATIT CHIẾT XUẤT<br /> TỪ XƢƠNG CÁ NGỪ VẰN Katsuwonus pelamis<br /> Lê Hồ Khánh Hỷ*, Phạm Xuân Kỳ, Đào Việt Hà, Nguyễn Thu Hồng,<br /> Phan Bảo Vy, Đoàn Thị Thiết, Nguyễn Phƣơng Anh<br /> Viện Hải dương học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Việt Nam<br /> *<br /> E-mail: lehokhanhhy@gmail.com<br /> Ngày nhận bài: 5-8-2018; Ngày chấp nhận đăng: 16-12-2018<br /> <br /> <br /> Tóm tắt. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu về một số đặc tính của canxi hydroxyapatit chiết<br /> xuất từ xƣơng cá ngừ Katsuwonus pelamis, một sản phẩm phụ từ ngành xuất khẩu thịt cá ngừ. Các<br /> hợp chất có giá trị là hydroxyapatit Ca10(PO4)6(OH)2 và β-tricanxi phosphat β-TCP Ca3(PO4)2 đã<br /> đƣợc chiết xuất thành công từ xƣơng cá ngừ vằn. Xƣơng cá ngừ đƣợc nung ở các nhiệt độ khác<br /> nhau 600, 900 và 1.200oC. Dạng canxi thu đƣợc khi nung mẫu ở 600oC là hydroxyapatit với tỉ lệ<br /> Ca/P 1,658 gần với tỉ lệ Ca/P 1,67 trong xƣơng ngƣời; các tinh thể hydroxyapatit có kích thƣớc<br /> trung bình 0,25 µm và sự phân bố kích thƣớc tƣơng đối đồng đều. Đối với mẫu xƣơng đƣợc xử lý ở<br /> 900 và 1.200oC, canxi thu đƣợc là hỗn hợp hai pha hydroxyapatit Ca10(PO4)6(OH)2 và β-tricanxi<br /> phosphat Ca3(PO4)2; tỉ lệ Ca/P từ 1,660–1,665, các tinh thể canxi có độ xốp cao và liên kết với nhau<br /> theo hƣớng ƣu tiên kiểu hình ống với kích thƣớc lớn hơn 1 µm.<br /> Từ khóa: Xƣơng, cá ngừ vằn Katsuwonus pelamis, 600oC, 900oC, 1.200oC, hydroxyapatit<br /> Ca10(PO4)6(OH)2, β-tricanxi phosphat Ca3(PO4)2.<br /> <br /> <br /> GIỚI THIỆU [3–5]. Ngoài ra, HAp còn đƣợc sử dụng trong<br /> Hiện nay việc tìm kiếm các vật liệu sinh các lĩnh vực khác nhƣ chế tạo cảm biến sinh<br /> học có tiềm năng trong các ứng dụng y sinh học [6], loại bỏ các kim loại nặng tích lũy trong<br /> đang là vấn đề đƣợc rất nhiều nhà khoa học môi trƣờng nƣớc [7] và tạo chế phẩm bổ sung<br /> quan tâm, đặc biệt là nguồn vật liệu từ biển. canxi [8].<br /> Hơn nữa, việc tận dụng các phế phụ phẩm iển Ở cơ thể ngƣời và động vật, HAp là thành<br /> để nghiên cứu tái sử dụng, mang lại lợi ích kinh phần chính trong xƣơng (chiếm đến 60–70%<br /> tế là điều vô cùng cần thiết. khối lƣợng) [9] và răng (chiếm 97%) [10]. Các<br /> Hydroxyapatit (viết tắt là HAp) có công dạng canxi hydroxyapatit và dẫn xuất phổ biến<br /> thức hoá học Ca10(PO4)6(OH)2 là canxi hiện nay là HAp, β-tricanxi phosphat (β-TCP<br /> hydroxyapatit. HAp có tỷ lệ Ca/P giống nhƣ tỷ Ca3(PO4)2) và biphasic canxi phosphat (hỗn<br /> lệ Ca/P tự nhiên trong xƣơng và răng (Ca/P = hợp của HAp và β-TCP). Trong đó, β-TCP có tỉ<br /> 1,67) [1, 2]. Do có cùng bản chất hoá học và lệ Ca/P = 1,5o; có thể dễ dàng hòa tan và hấp<br /> cấu trúc, HAp là canxi hydroxyapatit dễ hấp thu trong cơ thể, có tính tƣơng thích sinh học<br /> thu nhất đối với cơ thể con ngƣời. Đây là một cao thúc đẩy quá trình phát triển xƣơng [11,<br /> vật liệu sinh học, đóng vai trò quan trọng trong 12].<br /> việc thay thế các mô xƣơng [1], tái tạo các Hiện nay, các vật liệu canxi hydroxyapatit<br /> khiếm khuyết sọ [2], tổng hợp xƣơng nhân tạo đƣợc sử dụng là từ tổng hợp [8]. Song song với<br /> <br /> <br /> 151<br /> Lê Hồ Khánh Hỷ, Phạm Xuân Kỳ,…<br /> <br /> điều này, một loạt các qui trình đã đƣợc phát Xuất phát từ nhu cầu về canxi<br /> triển để điều chế HAp từ các nguồn tự nhiên. hydroxyapatit, từ năm 2006 ở nƣớc ta đã có<br /> Các nguồn vật liệu tự nhiên đã, đang đƣợc những nghiên cứu tổng hợp HAp bằng các<br /> nghiên cứu là san hô [13, 14], nang mực [15– phƣơng pháp hóa học nhƣ kết tủa hóa học hay<br /> 18], vỏ các loài động vật [19–20], vảy cá [22– sol-gel từ nguồn Canxi thƣơng mại (Đỗ Ngọc<br /> 24]. Liên, Báo cáo đề tài cấp Bộ Khoa học và Công<br /> Ngoài các nguồn vật liệu tự nhiên trên, một nghệ 2006) [29]. Các nhà khoa học trong nƣớc<br /> số nghiên cứu về các đặc điểm hóa lý của các đã thử nghiệm chế tạo HAp từ nguồn nguyên<br /> dạng canxi hydroxyapatit ở xƣơng cá đã đƣợc liệu tự nhiên nhƣ mai mực, vỏ sò nhƣng canxi<br /> tiến hành. Từ xƣơng của cá tráp biển Nhật Bản, từ nguồn nguyên liệu an đầu này thành phần<br /> Ozawa và Suzuki [25] đã thực hiện phản ứng chính là canxi cac onat, nên đòi hỏi phải có<br /> nhiệt theo các giai đoạn, từ 30–250oC, 250– công đoạn tổng hợp hóa học để chuyển hóa<br /> 380oC, 380–525oC và 525–1.300oC. Phân tích thành HAp [30, 31].<br /> bằng nhiễu xạ tia X (XRD) khẳng định thu Năm 2011, Nguyễn Văn Hƣởng đã khảo sát<br /> đƣợc HAp khi nung các mẫu ở 600, 800, 1.000, quá trình tách HAp từ xƣơng ống của bò. Các<br /> 1.200oC và HAp cùng với β-TCP cũng đã đƣợc mẫu đƣợc khảo sát ở trong nồi áp suất ở 700oC<br /> phát hiện ở 1.300oC. Buitinguiza và nnk., [26] (Báo cáo Viện Hóa học, Viện Hàn lâm Khoa<br /> đã sử dụng xƣơng của cá kiếm (Xiphias học và Công nghệ Việt Nam, 2011). HAp thu<br /> gladius) và cá ngừ (Thunnus thynnus) để thực đƣợc có kích thƣớc hạt trung ình dƣới 500<br /> hiện phản ứng nhiệt ở 600oC và 950oC. Kết quả nm, giản đồ XRD cho thấy sản phẩm chỉ có<br /> cho thấy mẫu nung thu đƣợc ở 600oC từ cả hai<br /> HAp. Năm 2009, nhóm tác giả Nguyễn Thị Lan<br /> loài cá là HAp, và ở nhiệt độ 950oC biphasic<br /> Chi và cộng sự đã tiến hành nghiên cứu trích ly<br /> canxi hydroxyapatit HAp:β-TCP đƣợc tìm thấy<br /> canxi từ đầu, xƣơng, vây, đuôi cá tra (Báo cáo<br /> với tỉ lệ 87/13; tỉ lệ Ca/P là 1,87, cao hơn giá trị<br /> Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản II). Kết<br /> Ca/P trong xƣơng ngƣời. Thí nghiệm thử độc<br /> quả khảo sát cho thấy xƣơng cá có thành phần<br /> tính đối với tế ào xƣơng in vitro ở nồng độ 5,<br /> canxi chiếm tỷ lệ cao nhất (4,49%) so với các<br /> 10, 20, 50, 100% (0,01 g/ml) của cả 2 dạng<br /> bộ phận khác Tuy nhiên, các tác giả chƣa có<br /> canxi thu đƣợc cho thấy HAp và β-TCP không<br /> nghiên cứu sâu hơn về quy trình tinh chế và sản<br /> gây độc. Thêm vào đó, việc chiết xuất HAp và<br /> các hợp chất canxi hydroxyapatit khác từ xuất bột xƣơng, cũng nhƣ giá trị sinh học của<br /> xƣơng cá tuyết Atlantic (Gadus morhua) cũng bột xƣơng ứng dụng làm chế phẩm bổ sung<br /> đã đƣợc thực hiện bởi nhóm nghiên cứu canxi cho con ngƣời. Và sau đó không có<br /> Piccirillo và nnk., [27]. Trong nghiên cứu này, nghiên cứu tiếp tục về vấn đề trên. Hiện nay,<br /> xƣơng đƣợc nung ở nhiệt độ từ 600oC và không có bất cứ công trình công bố nào về<br /> 1.200oC. Phân tích XRD cho thấy HAp thu thành phần và đặc điểm hóa lý của canxi<br /> đƣợc khi xử lý mẫu ở 600oC. Đối với nhiệt độ hydroxyapatit từ xƣơng các loài cá iển Việt<br /> nung từ 900–1.200oC, biphasic canxi Nam mặc dù số lƣợng loài cá biển khá lớn và<br /> hydroxyapatit HAp:β-TCP đƣợc phát hiện, tỉ lệ nguồn phụ phẩm nhƣ xƣơng cá chiếm tỷ lệ cao.<br /> Ca/P là 1,49 ± 0,05 tùy theo nhiệt độ nung. Cá ngừ vằn Katsuwonus pelamis, một trong<br /> Ngoài phƣơng pháp gia nhiệt, gần đây nhất, những loài cá ngừ đại dƣơng chiếm trữ lƣợng<br /> Venkatesan và nnk., [28] đã chiết xuất và điều lớn tại v ng iển xa ờ miền Trung (Bình<br /> chế bột nano HAp từ xƣơng cá hồi (Busan, Hàn Định, Phú ên, Khánh Hòa), khả năng khai<br /> Quốc) bằng phƣơng pháp thủy phân kiềm, kích thác có thể đạt tới 200.000 tấn/năm (nguồn báo<br /> thƣớc hạt nano HAp từ 6–37 nm. Sự tƣơng VGP News 2014). Hơn nữa, cá ngừ vằn chiếm<br /> thích sinh học của hạt nano HAp với tế bào gốc tỷ lệ cao nhất so với trên 200 loài cá khác nhau<br /> trung mô từ tủy xƣơng cho thấy HAp không bắt gặp trong sản lƣợng các mẻ lƣới rê của các<br /> độc và hứa hẹn là vật liệu sinh học thay thế các tàu đánh ắt xa ờ [32]. Các số liệu báo cáo<br /> mô xƣơng trong tƣơng lai. trong ngành sản xuất thịt cá ngừ cũng cho thấy<br /> <br /> <br /> 152<br />  Một số đặc tính của canxi hydroxyapatite…<br /> <br /> các phế phẩm, phụ phẩm (bao gồm đầu, bộ đặc điểm hóa l chủ yếu của canxi<br /> xƣơng, nội tạng, mang, phần thịt màu sẫm, vây hydroxyapatit từ xƣơng cá ngừ vằn.<br /> bụng và da) chiếm khoảng 50% tổng nguyên<br /> P định các dạ i<br /> liệu an đầu (đầu và xƣơng chiếm 30%). Với<br /> i iệ đ . Mẫu<br /> sản lƣợng cá ngừ cao, lƣợng phụ phẩm xƣơng xƣơng cá đƣợc phân tích bằng phổ nhiễu xạ tia<br /> cá là nguồn thu nhận canxi hydroxyapatit khá X (XRD) (máy D2 Pharser - Brucker), phổ<br /> dồi dào. Trong nghiên cứu này, kết quả các loại hấp thụ hồng ngoại (FTIR) (máy Bruker<br /> canxi hydroxyapatit chiết xuất từ xƣơng cá ngừ Equinox 55), từ đó cho phép xác định các<br /> vằn Katsuwonus pelamis ở những nhiệt độ khác dạng canxi hydroxyapatit chiết xuất từ xƣơng<br /> nhau và những đặc tính của nó đƣợc báo cáo. cá ngừ [26].<br /> VẬT LIỆU VA PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN P đị đặ<br /> CỨU ế i i iệ<br /> Vật liệu nghiên cứu. Ba cá thể cá ngừ vằn đ . Xác định hình dạng và kích<br /> Katsuwonus pelamis (tổng trọng lƣợng 10 kg) thƣớc của tinh thể canxi hydroxyapatit bằng<br /> đƣợc thu mua tại cảng Hòn Rớ, thành phố Nha cách sử dụng kính hiển vi điện tử SEM (máy<br /> Trang, tỉnh Khánh Hòa vào tháng 5/2017. Mẫu Jeol JSM-6480 LV) [33]. Kích thƣớc trung<br /> cá sau đó đƣợc rửa sạch, bảo quản bằng đá bình tinh thể canxi đƣợc tính toán dựa vào phần<br /> lạnh, vận chuyển về phòng thí nghiệm. Tiếp mềm ImageJ 1.48V với thanh thƣớc tỉ lệ trong<br /> theo, sau khi tách lấy phi-lê cá, xƣơng đƣợc cọ hình chụp.<br /> sạch để loại sạch phần mô mềm còn sót lại, trộn Xác định hàm lƣợng nguyên tố Canxi và<br /> chung xƣơng của 3 cá thể, phơi khô đến khối Phospho bằng phƣơng pháp đo quang phổ phát<br /> lƣợng không đổi. xạ (máy Agilent 7700x - LC-ICP-MS).<br /> 300 g xƣơng cá ngừ sau khi phơi khô đƣợc<br /> Xử lý số liệu. Hàm lƣợng, kích thƣớc của các<br /> ngâm trong 3 l dung dịch NaOH 1% trong<br /> dạng canxi hydroxyapatit thể hiện bằng giá trị<br /> nhiều giờ liền để loại bỏ phần mô mềm, tiếp tục<br /> trung ình ± SE, đƣợc tính toán trên phần mềm<br /> thay dung dịch NaOH 1% đến khi phần xƣơng<br /> Excel; hàm lƣợng canxi, phospho đƣợc thể hiện<br /> trở nên trắng hơn so với mẫu xƣơng an đầu.<br /> bằng giá trị %.<br /> Sau đó, xƣơng đƣợc rửa với nƣớc nhiều lần sao<br /> cho pH nƣớc trở về trung tính [28]. Tiếp theo KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN<br /> xƣơng đƣợc sấy ở 60oC đến khối lƣợng không Đánh giá cảm quan. Hình 1 mô tả hình dạng<br /> đổi, cắt nhỏ, trộn đều để chuẩn bị cho các thí ngoài của xƣơng cá an đầu và bột canxi<br /> nghiệm tiếp theo. hydroxyapatit sau khi nung ở các nhiệt độ khác<br /> Phƣơng pháp nghiên cứu nhau. Hình 1a là xƣơng cá sau khi đƣợc cắt nhỏ,<br /> Bố trí thí nghiệm điều chế i xay nhuyễn và tiếp theo trong hình 1b là bột<br /> i . Mẫu xƣơng hình thành ở các nhiệt độ khác nhau.<br /> xƣơng cá sau khi đƣợc xử lý theo phƣơng pháp Đánh giá cảm quan an đầu cho thấy về màu<br /> của Coelho và nnk., [33], cụ thể nhƣ sau: sắc bột canxi điều chế có màu trắng ngà, mịn<br /> Xƣơng cá đƣợc nung ở các nhiệt độ khác nhau và khi đƣợc nung ở nhiệt độ cao hơn, ột canxi<br /> 600, 900 và 1.200oC trong vòng 8 h, quá trình có màu trắng sáng hơn. Các tính chất cảm quan<br /> gia nhiệt là 10oC/phút (máy gia nhiệt này của bột canxi điều chế có tính tƣơng đồng<br /> Nabertherm); ở mỗi nhiệt độ, số mẫu đƣợc với bột canxi hydroxyapatit tổng hợp có màu<br /> nung là 3 (n = 3) với khối lƣợng mỗi mẫu 20 g. trắng, trắng ngà, vàng nhạt hoặc xanh lơ t y<br /> Mẫu sau khi nung đƣợc nghiền nhỏ, tán mịn theo điều kiện hình thành, kích thƣớc hạt và<br /> bằng cối đá. Với mỗi nhiệt độ khác nhau, lấy 3 trạng thái tập hợp (Đỗ Ngọc Liên, Báo cáo đề<br /> phần ở 3 mẫu xƣơng cá đã nung với khối lƣợng tài cấp Bộ Khoa học và Công nghệ 2006).<br /> giống nhau, trộn đều để phân tích các dạng và<br /> <br /> <br /> 153<br /> Lê Hồ Khánh Hỷ, Phạm Xuân Kỳ,…<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Xƣơng cá an đầu và bột xƣơng sau khi nung ở các nhiệt độ khác nhau<br /> <br /> Các dạng canxi hydroxyapatit hình thành ở chức OH, dao động giãn đƣợc thể hiện tại ƣớc<br /> nhiệt độ khác nhau sóng 3.571 cm-1. Sự hiện diện của vật chất<br /> Phổ hồng ngoại FTIR. Phổ hồng ngoại của các dƣới dạng hữu cơ (C-H) đƣợc phát hiện dƣới<br /> mẫu canxi đƣợc hình thành ở những nhiệt độ dạng các đỉnh cƣờng độ thấp ở ƣớc sóng<br /> khác nhau đƣợc thể hiện trong hình 2 và 2.926 cm-1. Ngoài các đỉnh hấp thụ chính của<br /> bảng 1. Tất cả các phổ hồng ngoại đều thể hiện các nhóm chức hiện diện trong cấu trúc của<br /> nét tƣơng đồng hoàn toàn ở các đỉnh hấp thụ canxi hydroxyapatit, trong phổ của các mẫu<br /> của các nhóm chức khác nhau; kết quả này có còn xuất hiện các đỉnh của nhóm chức<br /> các đỉnh hấp thụ đặc trƣng cho các nhóm chức cacbonat: Đỉnh từ 1.417 đến 1.463 cm-1 và<br /> tƣơng tự với các nghiên cứu trƣớc đây của đỉnh ở 873, 1.995 cm-1. Sự hình thành ion<br /> Buitinguiza và nnk., [26] trên xƣơng cá kiếm cacbonat có thể là do sự hấp thụ CO2 trong khí<br /> (Xiphias gladius), cá ngừ (Thunnus thynnus) và quyển trong thời gian thực hiện thí nghiệm.<br /> Venkatesan và nnk., [28] trên xƣơng cá hồi. Cụ Hiện tƣợng này liên quan đến điều kiện kiềm<br /> thể đối với phổ hồng ngoại của mẫu ở 600oC trong dung dịch, trong đó có ion OH - đủ để<br /> (phân tích tƣơng tự với phổ hồng ngoại của các phản ứng với CO2 [34].<br /> mẫu ở 900oC và 1.200oC), phổ hiển thị các đỉnh Ngoài các đỉnh hấp thụ tƣơng tự nhau trên<br /> hấp thụ đặc trƣng cho nhóm PO34- bao gồm ba các phổ, phổ hồng ngoại của các mẫu nung ở<br /> v ng chính. V ng đầu tiên thể hiện các đỉnh 900 và 1.200oC có sự xuất hiện thêm của đỉnh<br /> 1.091, 1.046 cm-1, tƣợng trƣng cho dao động co hấp thụ ở ƣớc sóng 3.642 cm-1. Theo các<br /> giãn v3 và 960 cm-1 tƣơng ứng với dao động co nghiên cứu trƣớc đây [35–37], đỉnh hấp thụ ở<br /> giãn v1. Vùng thứ hai của ion phosphat thể ƣớc sóng 3.642 cm-1 là đỉnh hấp thụ của CaO.<br /> hiện dao động uốn v4 với các đỉnh đƣợc xác Nhƣ vậy, trong nghiên cứu này, khi nung mẫu<br /> định rõ ở 633, 602 và 569 cm-1. Vùng thứ ba xƣơng ở nhiệt độ cao 900 và 1200°C, có sự<br /> đƣợc quan sát thấy ở đỉnh hấp thụ yếu 471 cm-1 hiện diện của CaO bên cạnh các dạng canxi<br /> tƣơng ứng với chế độ uốn v2. Đối với nhóm hydroxyapatit hình thành.<br /> <br /> Bảng 1.So sánh phổ hồng ngoại của canxi hydroxyapatit hình thành ở những nhiệt độ khác nhau<br /> Canxi 600°C 900°C 1.200°C<br /> -1<br /> hydroxyapatit Bước sóng (cm )<br /> v3 1.091, 1.046 1.090, 1.044 1.090, 1.043<br /> 4- v1 960 960 959<br /> PO3<br /> v4 633, 602, 569 633, 601, 569 633, 600, 570<br /> v2 471 472 472<br /> 3.571 3.570<br /> OH 3.571<br /> 3.642 3.642<br /> 1.417 → 1.463 1.416 → 1464 1.418 → 1.463<br /> 2-<br /> CO3 873 875 873<br /> 1.995 2.000 2.030<br /> C-H 2.926 2.924 2.926<br /> <br /> <br /> <br /> 154<br />  Một số đặc tính của canxi hydroxyapatite…<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Phổ hồng ngoại của canxi hydroxyapatit ở những nhiệt độ khác nhau (Màu đen: Mẫu ở<br /> 600oC; Màu đỏ: Mẫu ở 900oC; Màu xanh: Mẫu ở 1.200oC)<br /> <br /> Phổ nhiễu xạ tia X. Hình 3 và hình 4 thể hiện xuất hiện của các đỉnh đƣợc xác định của pha<br /> phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu, trong đó hình 3 HAp, trong phổ XRD của hai mẫu này còn có<br /> trình bày kết quả từng phổ của các mẫu ở ba xuất hiện thêm của các đỉnh khác. Các đỉnh này<br /> nhiệt độ khác nhau 600, 900, 1.200oC; hình 4 là do sự có mặt của pha β-TCP Ca3(PO4)2 trong<br /> trình bày kết quả từng phổ và so sánh với phổ mẫu canxi, hiện diện ở các góc 2θ trùng khớp<br /> chuẩn của hydroxyapatit HAp Ca10(PO4)6(OH)2 với các tài liệu mô tả pha canxi này trƣớc đây<br /> (International Centre for Diffraction Data [37, 38]. Ngoài ra, còn có sự hiện diện của các<br /> ICDD 04-007-2837). Khi so sánh phổ của mẫu đỉnh CaO ở các góc 2θ 32,3; 37,4; 53,9; 64,2<br /> ở 600oC với phổ chuẩn của HAp, mẫu canxi ở [37, 39] trên phổ XRD, các đỉnh này có sự<br /> nhiệt độ này chỉ chứa HAp với các đỉnh hoàn trùng lắp với các đỉnh của β-TCP. Nhƣ vậy là<br /> toàn trùng khớp với phổ chuẩn và các nghiên có thể có sự chuyển đổi một phần từ pha HAp<br /> cứu trƣớc đây [26, 35, 37]. Đối với mẫu canxi sang pha β-TCP và CaO khi nung mẫu từ<br /> đƣợc xử lý ở nhiệt độ 900 và 1.200oC, ngoài sự 900oC theo công thức chuyển đổi:<br /> <br /> Ca10(PO4)6(OH)2 → 3Ca3(PO4)2 + CaO + H2O [40, 41]<br /> HAp β-TCP<br /> <br /> Nhƣ vậy, dựa vào phổ nhiễu xạ tia X của các trong khi đó, mẫu canxi ở 900 và 1.200oC có<br /> mẫu canxi ở các nhiệt độ khác nhau, mẫu canxi ở chứa hỗn hợp hai pha HAp: β-TCP và CaO do sự<br /> 600oC đƣợc xác định chỉ hoàn toàn chứa HAp; chuyển đổi một phần từ HAp sang β-TCP, CaO.<br /> <br /> <br /> 155<br /> Lê Hồ Khánh Hỷ, Phạm Xuân Kỳ,…<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu canxi ở 600, 900, 1.200oC<br /> <br /> <br /> 156<br />  Một số đặc tính của canxi hydroxyapatite…<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu ở 600, 900, 1.200oC<br /> so sánh với phổ chuẩn của HAp Ca10(PO4)6(OH)2)<br /> <br /> <br /> 157<br /> Lê Hồ Khánh Hỷ, Phạm Xuân Kỳ,…<br /> <br /> C đặ ế i hydroxyapatit HAp ở các vị trí khác nhau độ<br /> i iệ đ phóng đại khác nhau có độ xốp cao; các khối<br /> Hình ảnh của canxi hydroxyapatit được quan tinh thể kết dính với nhau, phân bố với kính<br /> sát dưới kính kính hiển vi điện tử quét. Hình 5 thƣớc tƣơng đối đồng đều (0,1–0,3 µm). Kích<br /> là hình ảnh kính hiển vi điện tử quét của HAp thƣớc trung bình của các khối tinh thể là 0,245<br /> hình thành ở 600oC. Hình ảnh SEM của các hạt ± 0,049 µm (dựa vào phần mềm ImageJ).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét của HAp ở 600oC ở các độ phóng đại<br /> khác nhau: a) X3000; b, c) X10000; d) X20000<br /> <br /> Hình 6 và hình 7 thể hiện ảnh chụp của 0,753 µm ở 1.200oC.<br /> các mẫu canxi ở 900 và 1.200oC với các độ Các tinh thể canxi hình thành ở 900 và<br /> phóng đại khác nhau; ở đây quan sát thấy các 1.200oC có xu hƣớng tụ hợp hình ống khác với<br /> tinh thể canxi thể hiện xu hƣớng kết dính các tinh thể hình thành một cách rời rạc ở<br /> theo hƣớng ƣu tiên và có hình dạng tƣơng 600oC, ở đây có thể do thành phần cấu tạo của<br /> đồng ở cả 2 mẫu, hình ống xốp và phân bố mẫu canxi ở nhiệt độ cao 900 và 1.200oC bao<br /> kích thƣớc tƣơng đối đồng đều (lớn hơn 1 gồm HAp, β-TCP và CaO; khác với mẫu ở<br /> µm). Kích thƣớc trung bình các tinh thể vào 600oC chỉ chứa hoàn toàn HAp.<br /> khoảng 1,263 ± 0,874 µm ở 900oC và 2,260 ±<br /> <br /> <br /> 158<br />  Một số đặc tính của canxi hydroxyapatite…<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét của mẫu canxi ở 900oC ở các độ<br /> phóng đại khác nhau: a) X2000; b, c) X5000; d) X10000<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Hình ảnh chụp bằng kính hiển vi điện tử quét của mẫu canxi ở 1.200oC ở các độ<br /> phóng đại khác nhau: a) X1500; b) X2000; c) X3000; d) X5000<br /> <br /> <br /> 159<br /> Lê Hồ Khánh Hỷ, Phạm Xuân Kỳ,…<br /> <br /> Hàm lượng nguyên tố canxi và phospho. ngừ vây xanh Thunnus thynnus và cá kiếm<br /> Bảng 2 là kết quả hàm lƣợng % các nguyên tố Xiphia gladius (tỉ lệ mol Ca/P dao động từ<br /> Canxi và Phospho theo phƣơng pháp đo phổ 1,84-1,89); của Piccirillo và nnk., [27] từ<br /> phát xạ. Dựa vào hàm lƣợng % rút ra đƣợc tỉ lệ xƣơng cá tuyết Atlantic Gadus morhua (tỉ lệ<br /> mol Ca/P có trong mẫu, ở đây, các mẫu có tỉ lệ mol Ca/P 1,49± 0,05). Trong nghiên cứu này,<br /> mol Ca/P dao động từ 1,658–1,660, rất gần với HAp hình thành từ xƣơng cá ngừ vằn<br /> tỉ lệ mol Ca/P của HAp và xƣơng ngƣời (1,67). Katsuwonus pelamis ở 600°C có tỉ lệ mol Ca/P<br /> Giá trị này tốt hơn rất nhiều khi so sánh với kết 1,658; cần có thêm các ƣớc thử nghiệm hoạt<br /> quả nghiên cứu của Buitinguiza và nnk., [26] tính sinh học để có thể tiếp tục đƣa nghiên cứu<br /> khi chiết xuất canxi hydroxyapatit từ xƣơng cá ứng dụng trong y học và thực phẩm chức năng.<br /> <br /> Bảng 2. Hàm lƣợng (%) và tỉ lệ mol các nguyên tố canxi và phospho<br /> trong các mẫu canxi hình thành ở các nhiệt độ khác nhau<br /> Hàm lượng (%)<br /> Mẫu Tỉ lệ mol Ca/P<br /> Ca P<br /> o<br /> 600 C 38,5 18,0 1,658<br /> o<br /> 900 C 39,1 18,2 1,665<br /> o<br /> 1.200 C 39,4 18,4 1,660<br /> <br /> <br /> KẾT LUẬN characterization, and validation of porous<br /> Các hợp chất có giá trị là hydroxyapatit carbonated hydroxyapatite bone cement.<br /> Ca10(PO4)6(OH)2 và β-tricanxi phosphat β-TCP Journal of Biomedical Materials Research<br /> Ca3(PO4)2 đã đƣợc chiết xuất thành công từ Part B: Applied Biomaterials: An Official<br /> xƣơng cá ngừ vằn Katsuwonus pelamis, một Journal of The Society for Biomaterials,<br /> sản phẩm phụ từ ngành xuất khẩu thịt cá ngừ. The Japanese Society for Biomaterials,<br /> Khi nung xƣơng cá ở 600°C, hydroxyapatit and The Australian Society for<br /> HAp Ca10(PO4)6(OH)2 hình thành với kích Biomaterials and the Korean Society for<br /> thƣớc trung bình 0,245 µm với tỉ lệ Ca/P 1,658 Biomaterials, 90(2), 886–893.<br /> gần với tỉ lệ Ca/P trong xƣơng ngƣời, tinh thể [2] Staffa, G., Nataloni, A., Compagnone, C.,<br /> canxi kết dính với nhau, phân bố với kính and Servadei, F., 2007. Custom made<br /> thƣớc tƣơng đối đồng đều. cranioplasty prostheses in porous<br /> Đối với mẫu xƣơng cá xử lý ở nhiệt độ cao hydroxy-apatite using 3D design<br /> hơn là 900 và 1.200°C, ở đây tồn tại hỗn hợp 2 techniques: 7 years experience in 25<br /> pha HAp và β-TCP Ca3(PO4)2; tỉ lệ Ca/P từ patients. Acta Neurochirurgica, 149(2),<br /> 1,660–1,665 tƣơng thích với giá trị 1,67 trong 161–170.<br /> xƣơng ngƣời, các tinh thể canxi có độ xốp và [3] Hirata, A., Maruyama, Y., Onishi, K.,<br /> liên kết theo hƣớng ƣu tiên kiểu hình ống với Hayashi, A., Saze, M., and Okada, E.,<br /> kích thƣớc lớn hơn 1 µm. 2004. a Vascularized Artificial Bone Graft<br /> Using The Periosteal Flap And Porous<br /> Lời cảm : Chúng tôi xin cảm ơn Viện Hàn Hydroxyapatite; Basic Research And<br /> lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo Preliminary Clinical Application: s-iv-04.<br /> điều kiện thực hiện đề tài cơ sở 2017 về Wound Repair and Regeneration, 21(1),<br /> “Nghiên cứu thành phần và đặc điểm hóa l A4.<br /> chủ yếu của canxi hydroxyapatit từ phụ phẩm [4] Venkatesan, J., & Kim, S. K. (2010).<br /> xƣơng cá ngừ vằn Katsuwonus pelamis”. Effect of temperature on isolation and<br /> characterization of hydroxyapatite from<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO tuna (Thunnus obesus) bone. Materials,<br /> 3(10), 4761–4772.<br /> [1] Tang, P. F., Li, G., Wang, J. F., Zheng, Q. [5] Venkatesan, J., Qian, Z. J., Ryu, B.,<br /> J., and Wang, Y., 2009. Development, Kumar, N. A., and Kim, S. K., 2011.<br /> <br /> <br /> 160<br />  Một số đặc tính của canxi hydroxyapatite…<br /> <br /> Preparation and characterization of carbon [14] White, E., and Shors, E. C., 1986.<br /> nanotube-grafted-chitosan–natural Biomaterial aspects of Interpore-200<br /> hydroxyapatite composite for bone tissue porous hydroxyapatite. Dental Clinics of<br /> engineering. Carbohydrate Polymers, North America, 30(1), 49–67.<br /> 83(2), 569–577. [15] Rocha, J. H. G., Lemos, A. F.,<br /> [6] Salman, S., Soundararajan, S., Safina, G., Agathopoulos, S., Valério, P., Kannan, S.,<br /> Satoh, I., and Danielsson, B., 2008. Oktar, F. N., and Ferreira, J. M. F., 2005.<br /> Hydroxyapatite as a novel reversible in Scaffolds for bone restoration from<br /> situ adsorption matrix for enzyme cuttlefish. Bone, 37(6), 850–857.<br /> thermistor-based FIA. Talanta, 77(2), [16] Rocha, J. H. G., Lemos, A. F., Kannan, S.,<br /> 490–493. Agathopoulos, S., and Ferreira, J. M. F.,<br /> [7] Reichert, J., and Binner, J. G. P., 1996. An 2005. Hydroxyapatite scaffolds<br /> evaluation of hydroxyapatite-based filters hydrothermally grown from aragonitic<br /> for removal of heavy metal ions from cuttlefish bones. Journal of Materials<br /> aqueous solutions. Journal of Materials Chemistry, 15(47), 5007–5011.<br /> Science, 31(5), 1231–1241. [17] Rocha, J. H. G., Lemos, A. F.,<br /> [8] Kano, S., Yamazaki, A., Otsuka, R., Agathopoulos, S., Kannan, S., Valerio, P.,<br /> Ohgaki, M., Akao, M., and Aoki, H., and Ferreira, J. M. F., 2006. Hydrothermal<br /> 1994. Application of hydroxyapatite-sol growth of hydroxyapatite scaffolds from<br /> as drug carrier. Bio-medical Materials and aragonitic cuttlefish bones. Journal of<br /> Engineering, 4(4), 283–290. Biomedical Materials Research Part A:<br /> [9] Nieh, T. G., Choi, B. W., and Jankowski, An Official Journal of The Society for<br /> A. F., 2000. Synthesis and Biomaterials, The Japanese Society for<br /> characterization of porous hydroxyapatite Biomaterials, and The Australian Society<br /> and hydroxyapatite coatings (No. UCRL- for Biomaterials and the Korean Society<br /> JC-141229). Lawrence Livermore for Biomaterials, 77(1), 160–168.<br /> National Lab., CA (US). [18] Sarin, P., Lee, S. J., Apostolov, Z. D., and<br /> [10] Robinson, C., Connell, S., Kirkham, J., Kriven, W. M., 2011. Porous biphasic<br /> Shore, R., and Smith, A., 2004. Dental calcium phosphate scaffolds from<br /> enamel-a biological ceramic: regular cuttlefish bone. Journal of the American<br /> substructures in enamel hydroxyapatite Ceramic Society, 94(8), 2362–2370.<br /> crystals revealed by atomic force [19] Lemos, A. F., Rocha, J. H. G., Quaresma,<br /> microscopy. Journal of Materials S. S. F., Kannan, S., Oktar, F. N.,<br /> Chemistry, 14(14), 2242–2248. Agathopoulos, S., and Ferreira, J. M. F.,<br /> [11] Viswanath, B., Raghavan, R., Gurao, N. 2006. Hydroxyapatite nano-powders<br /> P., Ramamurty, U., and Ravishankar, N., produced hydrothermally from nacreous<br /> 2008. Mechanical properties of tricalcium material. Journal of the European<br /> phosphate single crystals grown by molten Ceramic Society, 26(16), 3639–3646.<br /> salt synthesis. Acta Biomaterialia, 4(5), [20] Zhang, X., and Vecchio, K. S., 2006.<br /> 1448–1454. Creation of dense hydroxyapatite<br /> [12] Sanosh, K. P., Chu, M. C., Balakrishnan, (synthetic bone) by hydrothermal<br /> A., Kim, T. N., and Cho, S. J., 2010. Sol- conversion of seashells. Materials Science<br /> gel synthesis of pure nano sized β- and Engineering: C, 26(8), 1445–1450.<br /> tricalcium phosphate crystalline powders. [21] Yang, Y., Yao, Q., Pu, X., Hou, Z., and<br /> Current Applied Physics, 10(1), 68–71. Zhang, Q., 2011. Biphasic calcium<br /> [13] Roy, D. M., and Linnehan, S. K., 1974. phosphate macroporous scaffolds derived<br /> Hydroxyapatite formed from coral skeletal from oyster shells for bone tissue<br /> carbonate by hydrothermal exchange. engineering. Chemical Engineering<br /> Nature, 247(5438), 220–222. Journal, 173(3), 837–845.<br /> <br /> <br /> 161<br /> Lê Hồ Khánh Hỷ, Phạm Xuân Kỳ,…<br /> <br /> [22] Ikoma, T., Kobayashi, H., Tanaka, J., [31] Hien, V. D., Huong, D. Q., and Bich, P. T.<br /> Walsh, D., and Mann, S., 2003. N., 2010. Study of the formation of porous<br /> Microstructure, mechanical, and hydroxyapatite ceramics from corals via<br /> biomimetic properties of fish scales from hydrothermal process. Vietnam Journal of<br /> Pagrus major. Journal of Structural Chemistry, 48(5), 591–596.<br /> Biology, 142(3), 327–333. [32] Đoàn Bộ, Bùi Thanh Hùng, Nguyễn Văn<br /> [23] Mondal, S., Mahata, S., Kundu, S., and Hƣớng, 2015. Dự áo khai thác năm 2015<br /> Mondal, B., 2010. Processing of natural nguồn lợi cá ngừ vằn ở vùng biển xa bờ<br /> resourced hydroxyapatite ceramics from miền Trung. Tạp chí Khoa học<br /> fish scale. Advances in Applied Ceramics, ĐHQGHN: Khoa học Tự nhiên và Công<br /> 109(4), 234–239. nghệ, 31(3S), 14–19.<br /> [24] Huang, Y. C., Hsiao, P. C., and Chai, H. [33] Coelho, T. M., Nogueira, E. S.,<br /> J., 2011. Hydroxyapatite extracted from Steimacher, A., Medina, A. N., Weinand,<br /> fish scale: Effects on MG63 osteoblast- W. R., Lima, W. M.,... and Bento, A. C.,<br /> like cells. Ceramics International, 37(6), 2006. Characterization of natural<br /> 1825–1831. nanostructured hydroxyapatite obtained<br /> [25] Ozawa, M., and Suzuki, S., 2002. from the bones of Brazilian river fish.<br /> Microstructural development of natural Journal of applied physics, 100(9),<br /> hydroxyapatite originated from fish‐ bone 094312.<br /> waste through heat treatment. Journal of [34] Paz, A., Guadarrama, D., López, M., E<br /> the American Ceramic Society, 85(5), González, J., Brizuela, N., and Aragón, J.,<br /> 1315–1317. 2012. A comparative study of<br /> hydroxyapatite nanoparticles synthesized<br /> [26] Boutinguiza, M., Pou, J., Comesaña, R.,<br /> by different routes. Química Nova, 35(9),<br /> Lusquiños, F., De Carlos, A., and León, B.,<br /> 1724–1727.<br /> 2012. Biological hydroxyapatite obtained<br /> [35] Ślósarczyk, A., Paszkiewicz, Z., and<br /> from fish bones. Materials Science and<br /> Paluszkiewicz, C., 2005. FTIR and XRD<br /> Engineering: C, 32(3), 478–486. evaluation of carbonated hydroxyapatite<br /> [27] Piccirillo, C., Silva, M. F., Pullar, R. C., powders synthesized by wet methods.<br /> da Cruz, I. B., Jorge, R., Pintado, M. M. Journal of Molecular Structure, 744,<br /> E., and Castro, P. M., 2013. Extraction 657–661.<br /> and characterisation of apatite-and [36] Ji, G., Zhu, H., Jiang, X., Qi, C., and<br /> tricalcium phosphate-based materials from Zhang, X. M., 2009. Mechanical<br /> cod fish bones. Materials Science and strengths of epoxy resin composites<br /> Engineering: C, 33(1), 103–110. reinforced by calcined pearl shell<br /> [28] Venkatesan, J., Lowe, B., Manivasagan, powders. Journal of Applied Polymer<br /> P., Kang, K. H., Chalisserry, E., Anil, S., Science, 114(5), 3168–3176.<br /> ... and Kim, S. K., 2015. Isolation and [37] Berzina-Cimdina, L., and Borodajenko,<br /> characterization of nano-hydroxyapatite N., 2012. Research of calcium phosphates<br /> from salmon fish bone. Materials, 8(8), using Fourier transform infrared<br /> 5426–5439. spectroscopy. In Infrared Spectroscopy-<br /> [29] Đào Quốc Hƣơng, Phan Thị Ngọc Bích, Materials Science, Engineering and<br /> 2007. Tổng hợp bột hydroxyapatit kích Technology. IntechOpen.<br /> thƣớc nano bằng phƣơng pháp kết tủa hoá [38] Tavares, D. D. S., Castro, L. D. O.,<br /> học. Tạp chí Hoá học, 45(2), 147–151. Soares, G. D. D. A., Alves, G. G., and<br /> [30] Vũ Duy Hiển, Đào Quốc Hƣơng, Phan Granjeiro, J. M., 2013. Synthesis and<br /> Thị Ngọc Bích, 2008. Nghiên cứu chế tạo cytotoxicity evaluation of granular<br /> gốm hydroxyapatit từ khung xốp tự nhiên magnesium su stituted β-tricalcium<br /> của mai mực bằng phản ứng thuỷ nhiệt. phosphate. Journal of Applied Oral<br /> Tạp chí Hoá học, 46(2A), 118–123. Science, 21(1), 37–42.<br /> <br /> <br /> 162<br />  Một số đặc tính của canxi hydroxyapatite…<br /> <br /> [39] Anand, G., Pandey, J. K., and Rana, S. phosphate: Preparation and properties,<br /> (Eds.), 2017. Nanotechnology for Energy 100–114.<br /> and Water: Proceedings of the [41] Muralithran, G., and Ramesh, S., 2000.<br /> International Conference NEW-2017. The effects of sintering temperature on the<br /> Springer. properties of hydroxyapatite. Ceramics<br /> [40] De Groot, K., 1983. Bioceramics of International, 26(2), 221–230.<br /> calcium phosphate. Ceramic of calcium<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> CERTAIN PROPERTIES OF CALCIUM HYDROXYAPATITE FROM<br /> SKIPJACK TUNA BONE (Katsuwonus pelamis)<br /> Le Ho Khanh Hy, Pham Xuan Ky, Dao Viet Ha, Nguyen Thu Hong,<br /> Phan Bao Vy, Doan Thi Thiet, Nguyen Phuong Anh<br /> Institute of Oceanography, VAST, Vietnam<br /> <br /> <br /> Abstract. This paper is concerned with certain properties of calcium hydroxyapatite from skipjack<br /> tuna bone (Katsuwonus pelamis) which are by-products of fish export industry. Hydroxyapatite<br /> Ca10(PO4)6(OH)2 and β-tricalcium phosphate Ca3(PO4)2, the high-value compounds, have been<br /> successfully extracted from skipjack tuna bones. The bones were heated at different temperatures of<br /> 600oC, 900oC, 1200oC. While at 600oC hydroxyapatites were obtained with Ca/P ratio of 1.658,<br /> comparable to the value of 1.67 found in human bone; the hydroxyapatite crystals of average size of<br /> 0.25 µm were formed with the same size distribution. In case of heated bone samples at 900°C and<br /> 1200°C, the calcium formed were biphasic calcium phosphate composed of hydroxyapatite and β-<br /> tricalcium phosphate; the Ca/P ratio was between 1.660–1.665; the calcium crystals of more than<br /> 1 µm were highly porous and connected to each other in priority orientation of tube direction.<br /> Keywords: Bone, skipjack tuna bone, Katsuwonus pelamis, 600oC, 900oC, 1200oC, hydroxyapatite<br /> Ca10(PO4)6(OH)2, β-tricalcium phosphate Ca3(PO4)2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 163<br />