Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός προηγμένων νανοϋβριδικών υλικών
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Καραναστάσης, Απόστολος
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται την ανάπτυξη και τον χαρακτηρισμό
προηγμένων νανοϋβριδικών μικροπηκτών με έμφαση σε τελικές βιοϊατρικές εφαρμογές
ενθυλάκωσης, μεταφοράς και αποδέσμευσης ενεργών φαρμακευτικών ουσιών. Το
θερμοαποκρίσιμο πολυμερές πολυ(Ν-ισοπροπυλακρυλαμίδιο) υπήρξε το βασικό συστατικό
των μικροπηκτών και το ακρυλικό οξύ χρησιμοποιήθηκε ως το δεύτερο δραστικό
συμμονομερές. Για την επιτεύξη των αριστοποιημένων ιδιοτήτων (μέγεθος ~ 200 nm,
θερμοκρασία μετάπτωσης φάσης ~ 36.7 °C, μορφολογία πυρήνα/κελύφους και επιφανειακή
χημική δραστικότητα) αναπτύχθηκε ένα πρωτόκολο πολυμερισμού κατά το οποίο το
δραστικό συμμονομερές υπεισέρχεται στην αντίδραση σε χρόνο μεταγενέστερο της έναρξης
του πολυμερισμού. Για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων προτάθηκε ένα νέο μηχανιστικό
μοντέλο, σύμφωνα με το οποίο η εισαγωγή μονομερικών στοιχείων ακρυλικού νατρίου στις
διαδιδόμενες υδροφοβικές (στην θερμοκρασία διεξαγωγής του πολυμερισμού) αλυσίδες του
PNiPAm επάγει ψευδοτασιενεργό δράση και ως εκ τούτου προκαλεί την σταθεροποίηση των
αναπτυσσόμενων κολλοειδών. Ο χαρακτηρισμός των υδροδυναμικών διαστάσεων
πραγματοποιήθηκε με δυναμική σκέδαση φωτός (DLS) μεταβλητής θερμοκρασίας σε
διαφορετικές τιμές του pH. O χαρακτηρισμός του συνολικού φορτίου και των επιφανειακών
δραστικών θέσεων πραγματοποιήθηκε μέσω του συνδυασμού μετρήσεων ηλεκτροφορετικής
σκέδασης φωτός (ELS) με pH-μετρικές και ηλεκτρολυτικές τιτλοδοτήσεις. Το
αριστοποιημένο υλικό χρησιμοποιήθηκε ως ικρίωμα για την ανάπτυξη του τελικού
τριλειτουγικού νανοϋβριδικού υλικού. Αρχικά συντέθηκε ένα παράγωγο της χρωμοφόρας
φθορεσίνη με φέρουσα άμινο δραστικότητα, το οποίο προσδέθηκε ομοιοπολικά στην
επιφάνεια των καρβόξυλο δραστικών μικροπηκτών. Στην συνέχεια ακολούθησε η in-situ
εναπόθεση της μαγνητικής νανοφάσης του γ-οξειδίου του σιδήρου στην επιφάνεια των
φθορίζοντων μικροπηκτών, μέσω μίας διεργασίας καθοδηγούμενης συγκαταβύθισης αλάτων
σιδήρου στις παραμένουσες δραστικές θέσεις. Ο μοριακός χαρακτηρισμός περιελάμβανε την
χρήση φασματοσκοπικών τεχνικών FT-IR, 1H-NMR και 13C-NMR. Οι φωτοφυσικές
ιδιότητες μελετήθηκαν με φασματοσκοπίες φθορισμού και ορατού-υπεριώδους (UV-Vis). Τα
φθορίζοντα και φθορίζοντα/νανοϋβριδικά υλικά επέδειξαν αξιοσημείωτη συμπεριφορά, με
διττή θερμική/οπτική αποκρισιμότητα ανάλογα με το pH. Τα υλικά χαρακτηρίστηκαν στην
στερεά κατάσταση με θερμική σταθμική ανάλυση (TGA) και μαγνητομετρία παλλόμενου
δείγματος (VSM) για τον προσδιορισμό του ανόργανου ποσοστού και την μελέτη των
μαγνητικών ιδιοτήτων αντίστοιχα. Στο τελευταίο στάδιο της ανάπτυξης, η βιοσυμβατότητα
των υλικών ως νανοφορείς αξιολογήθηκε μέσω της πρόσληψης από καρκινικά κύτταρα της
σειράς HeLa και την μελέτη της κυτταρικής βιωσιμότητας με δοκιμή ΜΤΤ. Τα υλικά
αξιοποιήθηκαν περαιτέρω για την ενθυλάκωση του αντικαρκινικού φαρμάκου δοξορουβικίνη. Η μελέτη κυτταρικής πρόσληψης των νανοφορέων με ενθυλακωμένη
δοξορουβικίνη απέδειξε την ενδοκυτταρικά ελεγχόμενη απελευθέρωση του φαρμάκου από
όλα τα σύστηματα. Η παρουσία της μαγνητικής φάσης αποδεικνύεται ότι συμβάλλει
καθοριστικά στην ενθυλάκωση της δοξορουβικίνης σε πολύ μεγάλο ποσοστό. Για την
εξακρίβωση του μηχανισμού απελευθέρωσης, πραγματοποιήθηκαν δοκιμές in-vitro από τις
οποίες επιβεβαιώθηκε ότι η διεργασία απελευθέρωσης ελέγχεται από το pH και
συγκεκριμένα πραγματοποιείται σε ελαφρώς όξινες συνθήκες.
The present thesis focuses on the development and characterisation of advanced microgel-based nanohybrid materials, intended for use in drug uptake, transport and release for biomedical applications. Poly(N-isopropylacrylamide) (PNiPAm), a biocompatible and thermoresponsive polymer, was selected as the main constituent of the microgel nanocarriers. The copolymerisation of sodium acrylate provided active carboxylic sites for post-polymerization modification reactions. In order to achieve optimum properties (hydrodynamic dimensions ~200 nm, volume phase transition temperature ~36.7 °C, core/ shell morphology and surface reactivity) to the PNiPAm microgel scaffolds, a novel polymerization protocol was introduced, where the functional comonomer is participating in the polymerization reaction at an instance after the initiation. The results were interpreted in the basis of a phenomenological model, which suggests that the incorporation of charged residues into the developing hydrophobic (at the reaction temperature) PNiPAm chains, induces a pseudo-surfactant effect thereby stabilising the growing microgel particles. The hydrodynamic dimensions where measured with variable temperature dynamic light scattering (DLS) at different pH values. The characterization of the total charge and surface reactive sites was realised through the combination of electrophoretic light scattering measurements (ELS) with pH-metric and polyelectrolytic titrations. The optimized microgels were subsequently utilised for the development of the final trifunctional nanohybrid materials. Initially, a fluorescein derivative with an amino pendant functionality was synthesised and was covalently attached at the surface carboxyl decorated microgels, via carbodiimide coupling. Subsequently, the in-situ deposition of γ-Fe2O3 magnetic nanophase at the surface of the fluorescent/thermoresponsive materials was performed, through the directed coprecipitation of iron salts at the residual carboxylic active sites. The molecular characterisation included 1H-NMR 13C-NMR and FT-IR. The photophysical properties were studied with UV-Vis and fluorescence spectroscopies. The fluorescent and fluorescent/ magnetic materials showed a noticeable dual optical/thermoresponsive behaviour in respect with pH changes. Solid state characterization with TGA and VSM yielded the determination of inorganic content and study of the magnetic properties, respectively. In the last stage of the development, the biocompatibility of the nanocarriers was assessed through the uptake from the HeLa cervical cancer cell line and MTT cell viability study. The materials were used further for the encapsulation of the antitumour drug doxorubicin. The cell uptake study of the doxorubicin loaded nanocarriers revealed the intracellular controlled release of the drug. The presence of the magnetic nanophase was found to significantly augment the complexation of doxorubicin in the nanocarriers. For the elucidation of the drug release mechanism, in-vitro experiments were conducted, verifying that the process is controlled from pH variations and specifically triggered at the mildly acidic conditions that hold in the lysosomal cellular compartments.
The present thesis focuses on the development and characterisation of advanced microgel-based nanohybrid materials, intended for use in drug uptake, transport and release for biomedical applications. Poly(N-isopropylacrylamide) (PNiPAm), a biocompatible and thermoresponsive polymer, was selected as the main constituent of the microgel nanocarriers. The copolymerisation of sodium acrylate provided active carboxylic sites for post-polymerization modification reactions. In order to achieve optimum properties (hydrodynamic dimensions ~200 nm, volume phase transition temperature ~36.7 °C, core/ shell morphology and surface reactivity) to the PNiPAm microgel scaffolds, a novel polymerization protocol was introduced, where the functional comonomer is participating in the polymerization reaction at an instance after the initiation. The results were interpreted in the basis of a phenomenological model, which suggests that the incorporation of charged residues into the developing hydrophobic (at the reaction temperature) PNiPAm chains, induces a pseudo-surfactant effect thereby stabilising the growing microgel particles. The hydrodynamic dimensions where measured with variable temperature dynamic light scattering (DLS) at different pH values. The characterization of the total charge and surface reactive sites was realised through the combination of electrophoretic light scattering measurements (ELS) with pH-metric and polyelectrolytic titrations. The optimized microgels were subsequently utilised for the development of the final trifunctional nanohybrid materials. Initially, a fluorescein derivative with an amino pendant functionality was synthesised and was covalently attached at the surface carboxyl decorated microgels, via carbodiimide coupling. Subsequently, the in-situ deposition of γ-Fe2O3 magnetic nanophase at the surface of the fluorescent/thermoresponsive materials was performed, through the directed coprecipitation of iron salts at the residual carboxylic active sites. The molecular characterisation included 1H-NMR 13C-NMR and FT-IR. The photophysical properties were studied with UV-Vis and fluorescence spectroscopies. The fluorescent and fluorescent/ magnetic materials showed a noticeable dual optical/thermoresponsive behaviour in respect with pH changes. Solid state characterization with TGA and VSM yielded the determination of inorganic content and study of the magnetic properties, respectively. In the last stage of the development, the biocompatibility of the nanocarriers was assessed through the uptake from the HeLa cervical cancer cell line and MTT cell viability study. The materials were used further for the encapsulation of the antitumour drug doxorubicin. The cell uptake study of the doxorubicin loaded nanocarriers revealed the intracellular controlled release of the drug. The presence of the magnetic nanophase was found to significantly augment the complexation of doxorubicin in the nanocarriers. For the elucidation of the drug release mechanism, in-vitro experiments were conducted, verifying that the process is controlled from pH variations and specifically triggered at the mildly acidic conditions that hold in the lysosomal cellular compartments.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Νανοϋβριδικά υλικά
Θεματική κατηγορία
Πολυμερή
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
el
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Όνομα επιβλέποντος
Ζαφειρόπουλος, Νικόλαος
Εξεταστική επιτροπή
Ζαφειρόπουλος, Νικόλαος
Γουρνής, Δημήτριος
Μπέλτσιος, Κωνσταντίνος
Καρακασίδης, Μιχαήλ
Αγαθόπουλος, Συμεών
Φωκάς, Δημοσθένης
Τζάκος, Ανδρέας
Γουρνής, Δημήτριος
Μπέλτσιος, Κωνσταντίνος
Καρακασίδης, Μιχαήλ
Αγαθόπουλος, Συμεών
Φωκάς, Δημοσθένης
Τζάκος, Ανδρέας
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Βιβλιογράφία : σ. 175-203
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
203 σ.