Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến kích thước hydroxyapatite tách chiết từ xương bò

Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(1):1005-1014 Open Access Full Text Article Bài nghiên cứu 1Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM 2Khoa Răng HàmMặt, Trường Đại học Y Khoa Phạm Ngọc Thạch Liên hệ Hà Vân Linh, Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM Email: halinh0508@gmail.com Lịch sử  Ngày nhận: 30-10-2020  Ngày chấp nhận: 23-12-2020  Ngày đăng: 02-2-2021 DOI : 10.32508/stdjns.v5i1.967 Bản quyền © ĐHQG Tp.HCM. Đây là bài báo công bố mở được phát hành theo các điều khoản của the Creative Commons Attribution 4.0 International license. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến kích thước hydroxyapatite tách chiết từ xương bò Hà Vân Linh1,*, Mai Thị Ngọc Diễm2, Cao Hữu Tiến2 Use your smartphone to scan this QR code and download this article TÓM TẮT Xương bò có tiềm năng ứng dụng để sản xuất hydroxyapatite (HA hay HAP), một thành phần chính có trong xương và răng của động vật có xương sống. Các tác nhân trong quá trình tổng hợp được đánh giá có ảnh hưởng rất quan trọng đến tính chất của HA tách chiết từ xương bò. Mục đích của nghiên cứu này là đánh giá sự ảnh hưởng của ba nhiệt độ nung khác nhau lên kích thước và độ tinh khiết pha của tinh thể HA tạo thành. Nghiên cứu gồm hai giai đoạn sau: giai đoạn I là kết hợp phương pháp vật lí và hóa học để xử lí xương bò nhằm loại bỏ phần lớn các thành phần hữu cơ; giai đoạn II là tiếp tục nung xương ở các nhiệt độ 600oC, 700oC và 800oC để tạo ra các tinh thể HA trong hạt xương bò với kích thước khác nhau. Thành phần sản phẩm và kích thước tinh thể HA hình thành được xác định bằng các phương pháp TGA, XRD, FTIR, SEM, EDX. Các kết quả chỉ ra kích thước tinh thể và độ tinh khiết pha có thể được kiểm soát và tăng dần theo nhiệt độ nung. Đặc biệt, kích thước tinh thể HA không thay đổi đáng kể trong khoảng 600oC nhưng tăng gấp 10 lần khi nung đến trên 700oC. HA đơn tinh thể được dự đoán hình thành trong khoảng 600 – 700C. Ở nhiệt độ nung 600C, các hợp chất hữu cơ đã phân hủy hoàn toàn. Song hai nguyên tố vi lượng là Na và Mg không bị loại bỏ hoàn toàn như hầu hết các trường hợp khác mà vẫn được giữ lại bên trong hạt xương. Ngoài ra, tỉ lệ Ca/P là 1,63 tương đồng với tỉ lệ Ca/P trong có trong xương người. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở nhiệt độ nung không quá cáo vẫn tạo ra kích thước tinh thể lớn bằng cách kết hợp sử dụng các dung môi và nhiệt độ nung trong 2 giai đoạn nêu trên. Từ khoá: hydroxyapatite, tinh thể HA, nhiệt độ, xương bò, nung MỞĐẦU Hydroxyapatite (viết tắt là HA hoặc HAP) là vật liệu sinh học tổng hợp có thành phần hóa học và cấu trúc sinh học giống với khoáng chất trong xương và mô cứng của động vật. Thành phần chính của khoáng xương là hydroxyapatite (HA) với công thức hóa học là Ca10(PO4)6(OH)2 1–3 Trong thực tế, HA là một vật liệu được sử dụng trong việc phục hồi xương và tái tạo mô do HA tự nhiên có tất cả các tính năng đặc trưng của vật liệu sinh học, chẳng hạn như hoạt tính sinh học, tạo xương, không gây viêm, tương thích sinh học, không độc hại và không gây miễn dịch. Hơn nữa, sự tương đồng của HA với các thành phần canxi phốt phát trong xương người đã hấp dẫn các nhà nghiên cứu sử dụng HA cho các ứng dụng y sinh khác nhau4,5. HA được xemđóngmột vai trò tích cực cho nhiều ứng dụng6 như phục hồi các khiếm khuyết hộp sọ7.phục hồi khuyết tật xương diện tích lớn 8, làm khung sườn cho kỹ thuật mô xương9–11, giúp loại bỏ kim loại nặng và phân phối thuốc 12. Kết hợp với các polyme tự nhiên hoặc nhân tạo để tạo ra các vật liệu composite có nhiều đặc điểm ưu việt như collagen, chitosan, PVC, PLA HA tách chiết từ xương bò chứa các ion vi lượng có giá trị (như Na+, Mg2+) đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tái tạo xương và thúc đẩy quá trình hình thành xương. Sự có mặt của các ion này có một vai trò quyết định trong vòng đờimô cứng, ảnh hưởng trực tiếp đến các phản ứng sinh hóa liên quan đến sự trao đổi chất của xương. Ngược lại, sự thiếu vắng hai nguyên tố này có thể làm suy yếu cấu trúc dẫnđến tình trạngmất xương13,14. Hiện tại có khá ít sản phẩmHA chứa các nguyên tố vi lượng cần thiết. Tính chất, độ thuần khiết pha, và kích thước hạt HA tách chiết từ xương bò phụ thuộc vào kỹ thuật tách chiết, nhiệt độ canxi hóa, và bản chất xương1. Độ bền nhiệt của HA tinh thể pha tinh khiết tách chiết từ xương đùi các động vật nằm trong khoảng 600 – 1000oC. Nhiệt độ canxi hóa từ 1100oC trở lên làm tăng độ kết tinh của HA nhưng có xu hướng loại bỏ các gốc chức năng OH của HA và dẫn đến sự hình thành các pha như a-tricalcium phosphate (a- TCP), b -tricalcium phosphate (b -TCP) và tetracal- cium phosphate (TCP), có xu hướng làm giảm mật độ và tính chất cơ lí của HA15,16. Trong nhiều ứng dụng, hình dạng, kích thước, độ thuần khiết và độ đồng nhất của HA là tính chất rất Trích dẫnbài báo này: Linh H V, DiễmMTN, Tiến C H.Khảo sát ảnhhưởng của nhiệt độ nungđến kích thước hydroxyapatite tách chiết từ xương bò. Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.; 5(1):1005-1014. 1005 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(1):1005-1014 quan trọng cho chức năng của nó. Với kích thước từ 20-100 nm,HAđược hấp thụ vào cơ thểmàkhông cần chuyển hóa thêm, thường được dùng để chữa trị bệnh loãng xương. Các hạt nano HA có kích thước khoảng 16nm được bổ sung vào các loại nước uống thể thao, giải phóng ion Ca2+, PO43 và OH ức chế tác dụng của acid citric lên men răng, ngăn ngừa sự ăn mòn răng17. Trong lĩnh vực môi trường, hạt nanocom- posite từ tính HA/Fe3O4 được dùng trong hấp phụ các kim loại nặng trong nước như chì, coban, niken, đồng... 18 Các hạt HA có kích thước tinh thể nano thường được dùng trong chữa lành các tổn thương, khiếm khuyết của xương, thay thế khớp 19. Mục tiêu của nghiên cứu này là chế tạo các hạt HA đơn pha bằng cách kết hợp giữa xử lý với các hóa chất và nhiệt độ nhằm rút ngắn thời gian và hạ thấp nhiệt độ nung. Xương được khảo sát ở ba nhiệt độ nung khác nhau để chọn khoảng nhiệt độ thấp có thể loại bỏ toàn bộ các thành phần hữu cơ và tạo được các hạt HA thuần khiết. Kết quả nghiên cứu cho thấy ở nhiệt độ nung không quá cao (600 – 700C) nhưng vẫn tạo ra kích thước tinh thể đủ lớn và đơn pha. Bên cạnh đó, kết quả giúp dự đoán sự thay đổi về kích thước tinh thể HA trong hạt xương tại các nhiệt độ nung cao hơn (>700C) VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Vật liệu, hóa chất Xương đùi của bò trưởng thànhmua từ chợ được loại bỏmômềm, tủy xương sau đó phân thành nhiềumẫu kích thước khoảng 3 cm x 3 cm. Nước cất hai lần, chloroform, ethanol có xuất xứ Việt Nam (nhà sản xuất Chemsol) và natri hypochlorite xuất xứ từ Tây Ban Nha (nhà sản xuất Scharlau) Phương pháp Quy trình gồm hai giai đoạn là loại các thành phần hữu cơ và tạo tinh thể HA. Giai đoạn I là loại các thành phần hữu cơ: xương được nấu trong 24 giờ, sau đó sấy khô ở 60oC trong 12 giờ rồi nghiền thành bột mịn. Bột xương được xử lí với dungmôi chloroform: ethanol = 1:1 với tỉ lệ 1g xương : 20 mL dung môi. Tiếp tục xử lý bột xương với dung dịch sodium hypochlorite nhằm loại các thành phần protein. Sau đó, xương được rửa bằng nước, sấy khô để loại bỏ các hóa chất tồn dư và nghiền mịn bằng cối (M00). Giai đoạn II là tạo tinh thể HA: nung bột xương ở các nhiệt độ 600oC (M01), 700oC (M02), 800oC (M03). Trong nghiên cứu này, mẫu M00 được phân tích nhiệt (DTA-TGA) với tốc độ nâng nhiệt 10C/phút trong Nitơ, được đo bằng máy TGA Q500 (TA-Mỹ) tại Trung tâm Hỗ trợ và Phát triển doanh nghiệp thành phốHồChíMinh. Phổ FTIR của cácmẫu được ghi trên máy TENSPR 27 (Bruker, Đức), tại Trung tâm INOMAR. Khảo sát đo XRD trên máy SIEMEN D5000 (Bruker, Đức), tại Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Cấu trúc Nano và Phân tử (INOMAR), ĐHQG- Tp.HCM với bức xạ Cu - Ka có bước sóng l = 1,5406 Å, góc quét 2q = 10  60. Bằng phần mềm origin, chọn 3 đỉnh nhiễu xạ đặc trưng ở các góc 2 theta lần lượt là: 26,11; 32,02; 40,2 ta có thể tính được kích thước tinh thể của các mẫu theo phương trình Scher- rer: D= k.l /B.cosq vớiD là kích thước tinh thể trung bình (nm), q là góc nhiễu xạ, B là độ rộng vạch nhiễu xạ đặc trưng (radian) lấy giá trị bằng nửa cường độ cực đại (tại vị trí góc 2q = 25,88 đối với HA), l = 1,5406 Å là bước sóng của tia tới, k là hằng số Scher- rer phụ thuộc vào hình dạng của tinh thể và chỉ số Miller của vạch nhiễu xạ (đối với HA lấy k = 0,9). Khảo sát cấu trúc hạt trên thiết bị FE SEM Hitachi S4800 (Nhật Bản) tại Khu công nghệ cao Tp.HCM và được phủ Pt/Au để tăng độ nét của ảnh SEM. Hai sản phẩm thương mại Geistlich Bio-Oss® và IngeniOsTM HA được sử dụng làm mẫu để so sanh đánh giá độ trắng sáng bằng mắt thường, kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD) và hình ảnh quan sát dưới kính hiển điện tử quét (SEM) KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Nhiệt độ canxi hóa hạt xương làmột yếu tố ảnh hưởng đến tính chất, hiệu quả, độ tinh khiết pha và kích thước của HA tách từ hạt xương. Nhiệt độ cần được lựa chọn cẩn thận để vừa loại bỏ các thành phần hữu cơ và mầm bệnh, tăng cường độ kết tinh của HA, trong khi tránh được sự phân hủy nhiệt của sản phẩm HA. Nhiệt độ nung càng cao (1100oC) sẽ hình thành CaO hoặc pha thứ hai như b -TCP. Trong nghiên cứu này, các hạt xương được nung từ 600oC đến 800oC nhằm thu được sản phẩm mục tiêu là các hạt xương chứa các tinh thể HA tinh khiết, không lẫn các pha khác. Một số nghiên cứu cũng cho thấy độ kết tinh không tăng lên khi nhiệt độ nung trên 900oC. Ngoài ra, hạ thấp nhiệt độ nung giúp giảm năng lượng, chi phí và giảmđộ phức tạp cho quy trình sử dụng1 Các mẫu bột xương đều có màu trắng, không mùi ở các nhiệt độ nung khác nhau, tương đồng với sản phẩm thương mại Bio-Oss® (Hình 1 và Hình 2). Bột xương nung ở nhiệt độ càng cao thì độ trắng sáng, độ mịn, độ xốp càng tăng. Ở nhiệt độ nung từ 600oC trở lên, bột xương bắt đầu trở nên mịn và xốp hơn. Trong nghiên cứu Kusrini và cộng sự (2012), bột xương chỉ chuyển sangmàu trắng đến khi nung xương 1006 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(1):1005-1014 Hình 1: Bột xương qua giai đoạn I và chưa nung (M00); bột xương sau khi xử lí bằng phương pháp vật lý-hóa học và nung ở các nhiệt độ lần lượt là 600oC (M01), 700oC (M02) và 800oC (M03) đến 900oC trở lên. Sự tăng nhiệt độ nung được cho là dẫn đến sự thay đổi màu của xương và sản phẩm có màu tối chỉ ra sự tồn dư của hợp chất hữu cơ 3,20. Tuy nhiên, trong nghiên cứu này, xương trải qua giai đoạn một đã cómàu trắng, không cònmùi (M00). Dự đoán các thành phần hữu cơ bên trong hạt xương có thể đã bị phân hủy hoàn toàn sẽ được kiểm chứng bởi các phép đo sau đây. Giản đồ DTA-TGA thể hiện quá trình giảm khối lượng của mẫu M00 theo nhiệt độ gồm 3 giai đoạn. Giai đoạn I, khối lượng mẫu giảm 6,332% do hiện tượng mất nước ẩm. Giai đoạn II, khối lượng mẫu giảm 7,661% do các quá trình phân hủy nhiệt của các hợp chất hữu cơ bên trong trong xương. Trong giai đoạn III, khối lượng mẫu giảm chậm dần (1,891%) được xem là quá trình phân hủy của CO32 và sự chuyển pha hay tái kết tinh của tinh thể HA. (Hình 3) Như vậy, mẫu M00 sau khi xử lí với hóa chất và chưa trải qua giai đoạn nung còn chứa khoảng 16%nước và các hợp chất hữu cơ. Trong đó, 14% lượng nước và các hợp chất hữu cơ trongmẫuM00 đã bị loại bỏ (bay hơi hoặc phân hủy) khi nhiệt độ nung lên khoảng 600C. Kết quả trong nghiên cứu này phù hợp với nghiên cứu của Masud rana và cộng sự (2017) cho thấy quá trình mất nước và phân hủy các hợp chất hữu cơ diễn ra khi nâng dần nhiệt độ đến 600oC21. Trong nghiên cứu này, hạt xương được nung từ 600 đến 800 oC, đối chiếu với giản đồ TGA của mẫu M00, hạt xương thu được có khả năng cao đã được loại bỏ hoàn toàn nước ẩm, các thành phần hữu cơ, đồng thời hình thành các tinh thể HA bên trong. Kết quả quang phổ FTIR cho thấy có sự hiện diện của dải collagen trong mẫu M00. Khi nung tới 600ºC (M01), các chất hữu cơ đã bị loại bỏ vì các dải collagen và đỉnhH–O-Hbiếnmất. Sự tồn tại cácmũi đặc trưng của CO32 của bột xương được xử lí dưới 600C có thể là canxi carbonat. Khi tăng nhiệt độ lên 700 và 800oC, chỉ còn lại các dao động đặc trưng của nhóm phosphate (PO43) và hydroxyl (OH) đại diện cho cấu trúc tinh thể HA đơn pha (Hình 4). Sự biến mất của các dấu vết hữu cơ sau khi nung mẫu đến nhiệt độ 600oC trong phổ FTIR hoàn toàn phù hợp với kết quả của phương pháp DTA-TGA ở trên. Ngoài ra, phổ FTIR của mẫuM00 tồn tại các đỉnh đặc trưng của chloroform (CHCl3) bao gồm: C=C ở 1506 cm1, dao động biến dạng hóa trị của C-H ở 3019 cm1 và dao động biến dạng uốn của C-H ở 1215 cm1. Tuy nhiên, các đỉnh phổ trên gần như biếnmất khi mẫu được nung ở 600oC, 700oC và 800oC. Điều này đồng nghĩa với sự tồn dư của chloroform trong hạt xương sau khi rửa nhiều lần với nước cất chỉ được loại bỏ khi nung xương từ 600oC trở lên. Không tồn tại các đỉnh phổ đặc trưng của NaOCl trong tất cả các mẫu xương trước và sau khi nung Trong nghiên cứu của Kusrini & Sontang (2012) cho thấy sự hình thành tinh thể HA mới bên trong hạt xương bò diễn ra ở 1225-1227oC và các thành phần hữu cơ (collagen và protein) chỉ bị loại bỏ hoàn toàn khi nung đến 900-1100oC20. Trong nghiên cứu này sự chuyển pha trong HA được dự đoán xảy ra trong khoảng nhiệt độ từ 600 – 700C. Điều này đượcminh chứng qua kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD). 1007 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(1):1005-1014 Hình 2: Giản đồ DTA-TGA thể hiện quá trình giảm khối lượng của mẫu M00 theo nhiệt độ gồm 3 giai đoạn. Giai đoạn I, từ nhiệt độ phòng đến 200C, khối lượng mẫu giảm 6,332%. Giai đoạn II, từ 200 đến 650C, khối lượng mẫu giảm 7,661%. Trong giai đoạn III, từ 650 đến 835C, khối lượng mẫu giảm chậm dần khoảng 1,891%. Kết quả đo nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy sự tăng dần độ sắc nét của các đỉnh nhiễu xạ tương ứng với sự tăng trưởng của các tinh thể HA ở các nhiệt độ khác nhau, đồng thời chứng minh sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên kích thước tinh thể HA. MẫuM00 vàM01 có góc phổ rộng hơn mẫu M02 và M03 nên kích thước tinh thể có thể nhỏ hơn và độ tinh khiết không cao. Góc phổ rộng có thể do mẫu còn chứa các chất hữu cơ chưa bị loại bỏ hoàn toàn làm cản trở sự giao thoa của tia X dẫn tới sự giảm cường độ và tăng bề rộng của đỉnh nhiễu xạ. Kết quả mẫu M02 và M03 có đỉnh cao nhất ở mặt (211), các mũi phổ nhọn và sắc trong khi độ rộng đỉnh hẹp chứng tỏ độ kết tinh tốt, độ tinh khiết cao của tinh thể HA khi mẫu được nung ở 700oC và 800oC. Góc phổ ở dạng 2 hẹp, không bị nhiễu do các hợp chất hữu cơ đã bị phân hủy hoàn toàn. Bên cạnh đó, nhiệt độ dưới 600oC không ảnh hưởng đến kích thước tinh thể HA. Kết quả nghiên cứu phù hợp với quan điểm kích thước tinh thể HA tăng khi nhiệt độ nung tăng trong nghiên cứu của Kusrini (2012). Giãn đồ XRD biểu diễn các đỉnh nhiễu xạ ở các mặt (002), (211), (310), (222), (213), (004) của HA sản phẩm tương đồng với giản đồ XRD thu nhận từ mẫu Bio-Oss® và IngeniOsTM trong nghiên cứu của Greenspan, David C (2012)22 đều là các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng của tinh thể HA. Ở nhiệt độ nung dưới 600C thì kích thước tinh thể không có thay đổi nhiều so với chưa nung mẫu, kích thước trung bình khoảng 5 nm. Nhiệt độ nung càng cao, kích thước tinh thể thu được càng lớn. Khi nung ở 700 – 800C kích thước tinh thể tăng 10 lần so với nhiệt độ thấp hơn (Bảng 1). Hình ảnh quan sát dưới kính hiển điện tử quét (SEM) cho thấy khi sử dụng phương pháp nung, tinh thể HA có dạng que tương tự như nghiên cứu của Barakat và cộng sự (2008)23. Ở nhiệt độ 600oC, tinh thể có kích thước nhỏ và vẫn tồn tại các biên hạt rõ ràng. Tuy nhiên, khi tăng nhiệt độ nung lên 700-800oC, biên hạt giữa chúng vẫn tồn tại nhưng ngày càng mờ đi, có nghĩa là sự liên kết giữa các tinh thể HA dần dần chặt chẽ hơn đã tạo ra các tinh thể HA với kích thước lớn hơn (Hình 5). Hình ảnh quan sát dưới kính hiển điện tử quét, một sốmẫu xương khi nung ở 600C cómột cấu trúc dạng màng còn tồn tại trong xương, liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành một khung xốp với các lỗ xốp liên thông có bề mặt gồ ghề, lởm chởm (Hình 6). Đặc điểm này dự đoán sản phẩm chế tạo có tiềm năng hỗ trợ khả năng bám dính của tế bào, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tái sinh của xương. 1008 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(1):1005-1014 Hình 3: Phổ FTIR của các 4 mẫu đều chứa các dao động hóa trị đặc trưng của PO43ở số sóng 1005 cm1 . Ở mẫu M00 và M01, các dải hấp thu ở 873 cm1 (dao động biến dạng) và các mũi đôi ở 1415, 1455 cm1 đặc trưng dao động hóa trị cho nhóm CO32 . Mẫu M00 có chứa dải hấp thu của colagen hữu cơ tại vị trí đánh dấu * và có chứa nhóm - OH với dao động biến dạng đặc trưng tại 1700 và ~3500 cm1 Bảng 1: Kích thước tinh thể trung bình tại các nhiệt độ nung khác nhau được tính theo công thức Scherrer bằng phầnmềm origin Mẫu M00 M01 M02 M03 Kích thước tinh thể trung bình (nm) 4,95 4,48 34,54 42,35 Phân tích nhiễu xạ tia X (EDX) củamẫuM01 cho biết thành phần nguyên tố của sản phẩm được xác định bao gồm 5 nguyên tố là Oxy (O), Natri (Na), Magie (Mg), Photpho (P) và Canxi (Ca) (Hình 7). Không tìm thấy các nguyên tố như Carbon (C) hay Nitơ (N), có nghĩa là không còn thành phần hữu cơ trong mẫu. Kết quả EDX của mẫu M01 và M02 tương đồng với nhau, đều chứa năm nguyên tố đã nêu. Tuy nhiên, phổ EDX của mẫu M03, hạt xương khi nung ở 800oC không thấy xuất hiện Na, Mg. Kết quả các nguyên tố tương đồng với phổ EDX của sản phẩm Bio-Oss® trong nghiên cứu của Greenspan, David C (2012)22 và nghiên cứu của Kusrini & Sontang (2012) và tỉ lệ Ca/P của nghiên cứu này khả quan hơn20. Trong nghiên cứu của Bano và cộng sự (2017), sau khi nung xương từ 600-1100oC, các tinh thể HA kích thướcmicro có tỉ lệ Ca/P thu được cao hơn 1,75 và đạt 1,67 ở 1000oC. Tỉ lệ Canxi/photpho trung bình trong nghiên cứu này là Ca/P = 1,63 gần với tỉ lệ Ca/P xương người (1,67). Kết quả này có thể do các nguyên tố vi lượng Na và Mg chèn vào các nút mạng trong tinh thể HA, dẫn đến tỉ lệ Ca/P thấp hơn 1,67. HA với tỉ lệ Ca/P là 1,67 đã được chứng minh tính tương thích sinh học và hoạt tính sinh học đặc biệt. Hai nguyên tố Na và Mg vi lượng đóng vai trò tích cực trong các quá trình sinh lí của cơ thể, góp phần đẩy nhanh quá trình hồi phục của xương trong các ứng dụng ghép xương1. KẾT LUẬN Ở nhiệt độ nhiệt độ 600oC, các tinh thể HA đã có dấu hiệu hình thành. Từ 700C trở lên, sản phẩm chỉ chứa 1009 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(1):1005-1014 Hình 4: Phổ XRD kết hợp của các mâũ M00, M01, M02, M03 cho thấy 2 dạng phổ khác nhau rõ rệt. Dạng 1 là phổ của mẫu M00 và M01 có cường độ các đỉnh nhỏ trong khi độ rộng đỉnh lớn. Dạng 2 là phổ của mẫu M02 và M03, có cường độ đỉnh lớn với kích thước đỉnh hẹp. Hình 5: Ảnh chụp SEM của các mâũ M01, M02 và M03 với độ phóng đại 40K. Các tinh thể HA trong mẫu M01có dạng que và dạng hạt, kích thước tương đối đồng đều trong khoảng từ 40 – 60 nm. Tinh thể HA trong M02 và M03 có dạng dạng hạt tương đối giống nhau và kích thước hạt tăng rõ rệt nhưng không đồng đều, trong khoảng từ 150 – 250 nm. 1010 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(1):1005-1014 Hình 6: Ảnh chụp SEM của các mâũM01 với độ phóng đại 20K xuất hiện dạngmàng tồn tại trong hạt xương, liên kết chặt chẽ với nhau tạo thành một khung xốp. pha tinh thể HA. Các hợp chất hữu cơ đã bị loại hoàn toàn khi mẫu được nung tới 600C. Phân tích thành phần nguyên tố cho thấy sản phẩm chứa các nguyên tố chính cấu tạo nên tinh thể HA là (O), (P), (Ca); hai nguyên tố vi lượng (Na), (Mg) và tỉ lệ Ca/P là 1,63. Ở 600C hoặc thấp hơn, kích thước tinh thể HA nhỏ (gần như không thay đổi so với mẫu chưa nung) làm cho vật liệu dễ hấp thu hơn. Ngược lại, khi mẫu được xử lí trên 700C, tinh thể HA thu được ở dạng đơn pha, có độ thuần khiết cao hơn nhưng kích thước lại tăng lên. Mẫu hạt xương nung dưới 600C sẽ bị cơ thể hòa tan nhanh hơn có tiềm năng ứng dụng làm xi măng xương. Trong khi mẫu xương được nung từ 700C trở lên sẽ bị phân hủy chậm hơn có thể ứng dụng cho các tổn thương xương lớn cần nhiều thời gian để phục hồi. Cần tiến hành thêm các nghiên cứu để khảo sát và đánh giá hoạt tính sinh học của sản phẩm HA, mở ra những hướng ứng dụng thực tiễn trong tương lai. LỜI CÁMƠN Nghiên cứu được tài trợ bởi TrườngĐại họcKhoa học Tự nhiên, ĐHQG-HCM trong khuôn khổ đề tài mã số T2019-36. DANHMỤC TỪ VIẾT TẮT HA/HAP:Hydroxyapatite FTIR: Fourier Transform Infrared XRD:The X-ray powder diffraction method SEM: Scanning Electron Microscope EDX: Energy dispersive X-ray spectroscopy XUNGĐỘT LỢI ÍCH Các tác giả tuyên bố họ không có xung đột lợi ích. ĐÓNGGÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ Hà Vân Linh và Mai Thị Ngọc Diễm tiến hành thiết kế thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lý kết quả và tham gia viết bài. Cao Hữu Tiến tham gia thiết kế thí nghiệm và phân tích kết quả TÀI LIỆU THAMKHẢO 1. AkramM, Ahmed R, Shakir I, IbrahimWAW, Hussain R. Extract- ing hydroxyapatite and its precursors from natural resources. Journal of Materials Science. 2013;49(4):1461-75. ;Available from: https://doi.org/10.1007/s10853-013-7864-x. 1011 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(1):1005-1014 Hình 7: Ảnh SEM của cácmẫuM01 (a), M02 (b) và M03 (c). Bềmặt chụp EDX (ảnh trái) và phổ EDX tương ứng (ảnh phải) cho thấy sự hiện diện các nguyên tố vi lượng khác. 2. Tram BNT, Nguyen T-H, Van Toi V. Synthesis and Character- ization of Hydroxyapatite Biomaterials from Bio Wastes. 5th International Conference on Biomedical Engineering in Viet- nam. IFMBE Proceedings2015. p. 336-8. ;Available from: https: //doi.org/10.1007/978-3-319-11776-8_82. 3. Accorsi-Mendonça T, Conz MB, Barros TC, Sena LÁd, Soares GdA, Granjeiro JMJBor. Physicochemical characterization of two deproteinized bovine xenografts. 2008;22(1):5-10. ;PMID: 18425238. Available from: https://doi.org/10.1590/S1806- 83242008000100002. 4. Chen G, Ushida T, Tateishi TJMS, C E. Development of biodegradable porous scaffolds for tissue engi- neering. 2001;17(1-2):63-9. ;Available from: https: //doi.org/10.1016/S0928-4931(01)00338-1. 5. Wan YZ, Huang Y, Yuan CD, Raman S, Zhu Y, Jiang HJ, et al. Biomimetic synthesis of hydroxyapatite/bacterial cellulose nanocomposites for biomedical applications. Materials Sci- ence and Engineering: C. 2007;27(4):855-64.;Available from: https://doi.org/10.1016/j.msec.2006.10.002. 6. Bano N, Jikan SS, Basri H, Bakar SAA, Nuhu AHJJoS, Tech- nology. Natural hydroxyapatite extracted from bovine bone. 2017;9(2).;. 7. Tang PF, Li G, Wang JF, Zheng QJ, Wang Y. Development, char- acterization, and validation of porous carbonated hydroxya- patite bone cement. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2009;90(2):886-93.;PMID: 19353574. Available from: https: //doi.org/10.1002/jbm.b.31360. 8. Liu Y, Ming L, Luo H, Liu W, Zhang Y, Liu H, et al. Integration of a calcined bovine bone and BMSC-sheet 3D scaffold and the promotion of bone regeneration in large defects. Bioma- terials. 2013;34(38):9998-10006. ;PMID: 24079891. Available from: https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.09.040. 9. NairMB, SureshBabuS, VarmaHK, JohnA. A triphasic ceramic- coated porous hydroxyapatite for tissue engineering applica- tion. Acta Biomater. 2008;4(1):173-81. ;PMID: 17804309. Avail- 1012 Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 5(1):1005-1014 able from: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2007.07.004. 10. Dorozhkin S. Calcium Orthophosphates in Nature, Biology and Medicine. Materials. 2009;2(2):399-498. ;Available from: https://doi.org/10.3390/ma2020399. 11. Coughlin MJ, Grimes JS, Kennedy MPJF, international a. Coralline hydroxyapatite bone graft substitute in hindfoot surgery. 2006;27(1):19-22. ;PMID: 16442024. Available from: https://doi.org/10.1177/107110070602700104. 12. McGrellis S, Serafini J-N, JeanJean J, Pastol J-L, Fedoroff MJS, technology P. Influence of the sorption protocol on the uptake of cadmium ions in calcium hydroxyapatite. 2001;24(1-2):129-38. ;Available from: https://doi.org/10.1016/ S1383-5866(00)00223-9. 13. Lam TD. Vật liệu Nano sinh học: Nhà xuất bản khoa học và công nghệ Hà Nội; 2015.;. 14. P.W. Brown BC, editers. Hydroxyapatite and Related Materials. America: America: CRC Press; 1994.;. 15. HerliansyahMK, HamdiM, Ide-Ektessabi A,WildanMW, Toque JA. The influence of sintering temperature on the properties of compacted bovine hydroxyapatite. Materials Science and Engineering: C. 2009;29(5):1674-80. ;Available from: https:// doi.org/10.1016/j.msec.2009.01.007. 16. Toque JA, Herliansyah MK, Hamdi M, Ide-Ektessabi A, Wildan MW. The effect of sample preparation and calcination tem- perature on the production of hydroxyapatite from bovine bone powders. 3rd Kuala Lumpur International Conference on Biomedical Engineering 2006. IFMBE Proceedings2007. p. 152-5. ;Available from: https://doi.org/10.1007/978-3-540- 68017-8_39. 17. Min JH, Kwon HK, Kim BI. The addition of nano-sized hydrox- yapatite to a sports drink to inhibit dental erosion: in vitro study using bovine enamel. J Dent. 2011;39(9):629-35.;PMID: 21763390. Available from: https://doi.org/10.1016/j.jdent. 2011.07.001. 18. Vahdat A, Ghasemi B, Yousefpour M. Mechanical properties of the hydroxyapatite and magnetic nanocomposite of hy- droxyapatite adsorbents. South African Journal of Chemical Engineering. 2020;33:90-4. ;Available from: https://doi.org/10. 1016/j.sajce.2020.05.007. 19. Shavandi A, Bekhit AE-DA, Sun ZF, Ali A. A Review of Syn- thesis Methods, Properties and Use of Hydroxyapatite as a Substitute of Bone. Journal of Biomimetics, Biomaterials and Biomedical Engineering. 2015;25:98-117. ;Available from: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/JBBBE.25.98. 20. Kusrini E, SontangM. Characterization of x-ray diffraction and electron spin resonance: Effects of sintering time and tem- perature on bovine hydroxyapatite. Radiation Physics and Chemistry. 2012;81(2):118-25.;Available from: https://doi.org/ 10.1016/j.radphyschem.2011.10.006. 21. Rana M, Akhtar N, Rahman S, Jamil H, Asaduzzaman SJIJCAM. Extraction of hydroxyapatite from bovine and human corti- cal bone by thermal decomposition and effect of gamma ra- diation: a comparative study. 2017;8(3):1-10. ;Available from: https://doi.org/10.15406/ijcam.2017.07.00263. 22. GreenspanDCJZDI. Comparison of a synthetic and bovine de- rived hydroxyapatite bone graft substitute. 2012:1-4.;. 23. Barakat NA, Khalil K, Sheikh FA, Omran A, Gaihre B, Khil SM, et al. Physiochemical characterizations of hydroxyapatite extracted from bovine bones by three different methods: extraction of biologically desirable HAp. 2008;28(8):1381-7. ;Available from: https://doi.org/10.1016/j.msec.2008.03.003. 1013 Science & Technology Development Journal – Natural Sciences, 5(1):1005-1014 Open Access Full Text Article Research article 1Faculty of Materials Science and Technology, Ho Chi Minh University of Science, VNU-HCM, HCMC, Vietnam. 2Faculty of Dentistry, Pham Ngoc Thach University of Medicine, HCMC, Vietnam. Correspondence Linh Van Ha, Faculty of Materials Science and Technology, Ho Chi Minh University of Science, VNU-HCM, HCMC, Vietnam. Email: halinh0508@gmail.com History  Received: 30-10-2020  Accepted: 23-12-2020  Published: 02-2-2021 DOI : 10.32508/stdjns.v5i1.967 Copyright © VNU-HCM Press. This is an open- access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution 4.0 International license. The variable size consideration of hydroxyapatite extracted from bovine bone at different temperature furnaces Linh Van Ha1,*, Diem Ngoc Thi Mai2, Tien Huu Cao2 Use your smartphone to scan this QR code and download this article ABSTRACT Current bone regeneration surgeries focus on regenerating damaged bone tissue structures rather than replacing them. Bone-derived hydroxyapatite (HAP) is a natural bone component with good bone resilience, emerging and a promising bone graft material. Factors in the synthesis process are very important to the properties of hydroxyapatite. The purpose of this study is to assess the effect of three different furnaced temperatures on the size and phase purity of the HA crystal. The re- search consists of the following two stages: after combining physical and chemical methods in the first period to eliminate most of the organic components; bones continue to be heated at temper- atures of 600oC, 700oC and 800oC to create the various size of HA crystals in bone particles. Product composition and size of HA crystal are determined by TGA, XRD, FTIR, SEM, EDX methods. The re- sults show that crystal size and phase purity can be controlled and increased with the temperature. In particular, the HA crystal size did not change significantly in the range of 600C but increased 10-times above 700C. Single crystal HA is expected to form in the range of 600 - 700C. After the sample was heated to 600C, the organic compounds such as blood and bone marrow were com- pletely burned. In addition, two trace elements, Na and Mg, were not completely removed as in other cases but were still retained inside the bone particle. The Ca/P ratio is 1.63 is similar to the Ca/P ratio found in human bones. Key words: Hydroxyapatite, HA crystal particle, bovine bone, temperature, furnace Cite this article : Ha L V, Mai D N T, Cao T H. The variable size consideration of hydroxyapatite ex-tracted from bovine bone at different temperature furnaces. Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.; 5(1):1005-1014. 1014