Ανάπτυξη νανοδομημένων ικριωμάτων για βιοϊατρικές εφαρμογές με βελτιωμένη μηχανική και βιολογική συμπεριφορά
Authors: Γκομόζα Παρασκευή 
Published: July 2024

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιείται σύνθεση αρχικών σύνθετων κεραμικών παστών υδροξυαπατίτη (HAP) μέσω υγρής χημικής σύνθεσης και σε βιομιμητικό περιβάλλον. Οι σύνθετες πάστες ενισχύονται τόσο βιολογικά όσο και μηχανικά με την προσθήκη πρωτότυπων σύνθετων αιωρημάτων νανοσωματιδίων δημητρίας (CeO2) και νανοδομών πυρήνα-κελύφους πυριτίας-αργύρου-δημητρίας (SiO2-Ag-CeO2). Από τις εν λόγω πάστες κατασκευάζονται σύνθετα τελικά ικριώματα HAP – CeO2 και HAP – (SiO2-Ag-CeO2), μέσω της τεχνικής της λυοφιλίωσης (freeze-drying) και με τη χρησιμοποίηση πρωτότυπων καλουπιών μορφοποίησης. Το πλεονέκτημα της χρήσης των εν λόγω καλουπιών για τις προαναφερθείσες πάστες, επιβεβαιώνεται χάριν της μελέτης της εσωτερικής μικροδομής των ικρωμάτων και κυρίως με τον προσδιορισμό της επιφανειακής τους τραχύτητας, μέσω της τεχνικής Οπτικής Προφιλομετρίας (Optical Profilometry). Επιπλέον, πραγματοποιείται περαιτέρω μηχανική ενίσχυση της σύνθετης κεραμικής σκόνης HAP μέσω χημικής διασύνδεσης (chemical cross-linking), με τη συνδυαστική χρήση των διασυνδετών γλουταραλδεΰδη (GA) και οξείδιο του πολυαιθυλενίου (PEO). Κατ’ αυτόν τον τρόπο κατασκευάζονται σύνθετα ικριώματα HAP – GA – PEO, επίσης μέσω της τεχνικής της λυοφιλίωσης. Τα τελικά σύνθετα ικριώματα μελετώνται ως προς την εσωτερική μικροδομή τους με χρήση των τεχνικών Μικροσκοπίας Σάρωσης Ηλεκτρονίων (SEM) και Μικροσκοπίας Διέλευσης Ηλεκτρονίων (TEM). Πραγματοποιείται επίσης, προσδιορισμός των φάσεων στα τελικά δείγματα και εκτίμηση της κρυσταλλικότητάς τους μέσω της Ανάλυσης με Περίθλαση Ακτίνων-X (XRD) και παράλληλα διερευνάται η μοριακή δομή τους μέσω Φασματοσκοπίας Υπερύθρου με Μετασχηματισμούς Fourier (FTIR). Οι μηχανικές ιδιότητες των τελικών ικριωμάτων αξιολογούνται μέσω ελέγχου της απόκρισής τους τόσο σε δυναμικά όσο και σε στατικά φορτία. Συγκεκριμένα, για την εξέταση των ιξωδοελαστικών χαρακτηριστικών τους χρησιμοποιείται η τεχνική της Δυναμικής Μηχανικής Ανάλυσης (DMA), ενώ για τον προσδιορισμό της αντοχής τους πραγματοποιούνται έλεγχοι αντοχής σε μονοαξονική θλίψη χωρίς περιορισμό (UCT) και σε κυκλική φόρτιση (cyclic loading). Συν τοις άλλοις, γίνεται συνεκτίμηση του πορώδους των ικριωμάτων μέσω δύο τεχνικών, αυτής της Ανάλυσης Εικόνας (Image Analysis) και της Mεθόδου του Αρχιμήδη (Archimedes’ method). Τέλος, εκτιμώνται η ικανότητα διόγκωσης (swelling) και απορροφητικότητας (water uptake) των ικριωμάτων και εξετάζεται το ποσοστό διάλυσής τους (passive resorption) σε περιβάλλον ρυθμιστικού διαλύματος φωσφορικών ιόντων (PBS) έπειτα από διάστημα επτά ημερών. Οι βιολογικές ιδιότητες των ικριωμάτων αξιολογούνται έμμεσα, μέσω αντιμυκητιακού ελέγχου ο οποίος πραγματοποιείται στα αιωρήματα CeO2 και SiO2-Ag-CeO2 που προστέθηκαν στις σύνθετες πάστες για την ενίσχυσή τους.Για τον χαρακτηρισμό των παραπάνω πρόσθετων σύνθετων αιωρημάτων ενίσχυσης, χρησιμοποιήθηκαν οι γνωστές τεχνικές TEM και XRD για τη μελέτη της μικροδομής των νανοσωματιδίων και για τον προσδιορισμό της κυρίαρχης φάσης στο τελικό αιώρημα, αντίστοιχα. Η ανάλυση FTIR πραγματοποιήθηκε για να μελετηθεί η μοριακή δομή των νανοδομών που σχηματίζονται κατά τη σύνθεση και να επιβεβαιωθεί, στον βαθμό που αυτό είναι δυνατό, η επιφανειακή ενεργοποίησή τους (functionalization), μέσω της δημιουργίας συμπλόκων ή πρόσδεσης μορίων πολυμερούς. Το σύνθετο αιώρημα CeO2 επιπρόσθετα εξετάζεται μέσω Φασματοσκοπίας Φωτοηλεκτρονίων Ακτίνων-Χ (XPS) για τον προδιορισμό της αναλογίας ιόντων Ce3+/Ce4+ στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων, καθώς και για τη μελέτη της εξέλιξης της επιφανειακής χημικής τους σύνθεσης (οξειδωτική κατάσταση) σε βάθος χρόνου. Το συγκεκριμένο αιώρημα εξετάζεται και μέσω Φασματοσκοπίας Υπεριώδους-Ορατού (UV–Vis) ούτως ώστε να επιβεβαιωθεί η πεγκυλίωση των νανοσωματιδίων CeO2. Και για τα δύο σύνθετα αιωρήματα, πραγματοποιείται μέτρηση του μεγέθους των νανοσωματιδίων και εκτίμηση του βαθμού πολυδιασποράς τους στο αντίστοιχο αιώρημα μέσω της τεχνικής της Δυναμικής Σκέδασης Φωτός (DLS). Τέλος, αξιολογείται η σταθερότητα των εν λόγω αιωρημάτων μέσω προσδιορισμού του ζ-δυναμικού τους (z-potential).