EXTRACTION AND DEGRADATION RATE ANALAYSIS OF CALCIUM PHOSPHATE FROM DIVERSE FISH BONES: A COMPARATIVE STUDY

Abstract

ABSTRACT

Converting waste fish bones into bioactive materials presents an innovative and eco-friendly approach to materials science. Fish bones, often discarded as waste in the seafood industry, are rich in calcium and phosphorous, making them ideal precursors for Calcium phosphate (CaP). in this study, different kinds of CaP materials were successfully extracted from diverse fish bone types like Carp fish (CF), Atlantic bonito (AB) and Gilt-head bream (GB) using a heat treatment method. The extracted white powders were characterized using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier transform infrared (FTIR), Transmission electron microscopy (TEM), and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) techniques and the outcomes compared the most popular phase of CaP material like beta-tricalcium phosphate (β-TCP) and hydroxyapatite (HA) which they are synthesized using microwave refluxing equipment. The XRD pattern of the CF sample closely corresponded with the HA phase, while the AB and GB samples aligned with the biphasic calcium phosphate (HA/β-TCP) phase. The FTIR spectra analysis identified the presence of phosphate, hydroxyl, and carbonate groups. The XPS spectra determined the Ca/P ratio and the presence of trace elements such as C, Na, Mg, Si, and S. in vitro degradation studies were performed in phosphate-buffered saline (PBS) at 37 ºC over 1, 3, 7, and 14 days. The ion release profiles of calcium (Ca) and phosphorus (P) were monitored, revealing the most significant degradation rate occurred between 7 and 14 days. The highest leaching levels of Ca and P ions were observed in the Atlantic bonito fish, with concentrations reaching approximately 87.35 g/L and 78.13 g/L, respectively, after 14 days of immersion. Based on the obtained results, it is concluded that the biphasic calcium phosphate derived from Atlantic bonito, along with its content of Ca, P, and other minerals, exhibits a higher degradation rate compared to other samples. This indicates its potential as a promising bioactive material suitable for use as a bone tissue substitute.

ÖZET

Atık balık kemiklerinin biyoaktif malzemelere dönüştürülmesi, malzeme bilimine yenilikçi ve çevre dostu bir yaklaşım sunmaktadır. Genellikle deniz ürünleri endüstrisinde atık olarak atılan balık kılçıkları, kalsiyum ve fosfor açısından zengindir, bu da onları kalsiyum fosfat (CaP) için ideal öncüler yapar. Bu çalışmada, Sazan balığı (CF), Atlantik palamutu (AB) ve Yaldızlı çipura (GB) gibi farklı balık kılçığı türlerinden ısıl işlem yöntemi kullanılarak farklı türde CaP malzemeleri başarılı bir şekilde ekstrakte edilmiştir. Ekstrakte edilen beyaz tozlar X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR), Transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ve Indüktif olarak eşleşmiş plazma kütle spektrometrisi (ICP-MS) teknikleri kullanılarak karakterize edildi ve sonuçlar mikrodalga geri akış ekipmanı kullanılarak sentezlenen CaP malzemesinin en popüler fazları olan beta-trikalsiyum fosfat (β-TCP) ve hidroksiapatit (HA) ile karşılaştırıldı. CF numunesinin XRD paterni HA fazına yakından karşılık gelirken, AB ve GB numuneleri iki fazlı kalsiyum fosfat (HA/β-TCP) fazıyla aynı hizadaydı. FTIR spektrum analizi fosfat, hidroksil ve karbonat gruplarının varlığını tanımladı. XPS spektrumları, Ca/P oranını ve C, Na, Mg, Si ve S gibi eser elementlerin varlığını belirledi. in vitro bozunma çalışmaları, fosfat tamponlu salinde (PBS) 37 °C'de 1, 3, 7 ve 14 gün yapıldı. Kalsiyum(Ca) ve fosforun (P) iyon salınım profilleri izlendi ve en önemli bozunma oranının 7 ila 14 gün arasında meydana geldiği ortaya çıktı. Ca ve P iyonlarının en yüksek sızıntı seviyeleri Atlantik palamut balıklarında gözlendi; konsantrasyonlar, 14 günlük daldırma sonrasında sırasıyla yaklaşık 87,35 g/L ve 78,13 g/L'ye ulaştı . Elde edilen sonuçlara göre Atlantik palamutundan elde edilen bifazik kalsiyum fosfatın Ca, P ve diğer mineral içeriğiyle birlikte diğer örneklere göre daha yüksek bir bozunma oranı sergilediği sonucuna varılmıştır. Bu, kemik dokusu yerine kullanılmaya uygun, umut verici bir biyoaktif malzeme olma potansiyelini gösterir.