''Έξυπνα'' νανοσωματίδια του δισθενούς σιδήρου που παρουσιάζουν το φαινόμενο της μετάπτωσης του σπιν ως σκιαγραφικά μέσα στην μαγνητική απεικονιστική τομογραφία
Authors: Γκόλφη Πατρούλα 
Published: October 2022

Το φαινόμενο της μετάπτωσης του σπιν (SCO) σε μοριακές σύμπλοκες ενώσεις μηδενικής διάστασης (0-D) και σε πολυμερείς ενώσεις συναρμογής (1-D, 2-D και 3-D) μετάλλων μετάπτωσης αποτελεί επιστημονικό πεδίο μακροχρόνιου ενδιαφέροντος της Ανόργανης χημείας και γενικότερα της Επιστήμης των Υλικών. Τα τελευταία χρόνια σημειώθηκαν σημαντικές πρόοδοι στη σύνθεση SCO νανο-uλικών σε ποικίλες μορφές, όπως νανοσωματίδια, λεπτές μεμβράνες, νανο-μοτίβα, νανο-ετεροδομές και νανοσύνθετα υλικά, με ιδιαίτερη έμφαση στην εξερεύνηση νανοδιατάξεων (συσκευών) αυτού του θεαματικού φαινομένου. Μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα οικογένεια πολυμερών ένταξης (CPs) του σιδήρου(ΙΙ) είναι το πολυμερές σύστημα μίας διάστασης (1D), με γενικό τύπο {[Fe(Rtrz)3]X2}n, (Rtrz = υποκατεστημένο τριαζόλιο, X = ανιόν με φορτίο -1), το οποίο έχει συγκεντρώσει ένα πλήθος από αξιόλογες μελέτες στη στερεά κατάσταση. Αυτά τα συστήματα του δισθενούς σιδήρου, Fe(II), παρουσιάζουν το φυσικό φαινόμενο του SCO, το οποίο συνοδεύεται από έναν ισχυρό θερμοχρωματισμό και μια μαγνητική μετάβαση μεταξύ διαμαγνητικής και παραμαγνητικής κατάστασης, υστερητικής μορφής, στη στερεά κατάσταση, τόσο στην μικροκλίμακα όσο και στην νανοκλίμακα. Ωστόσο, έχει δοθεί λιγότερη προσοχή στο φαινόμενο SCO σε υδατικό περιβάλλον, κυρίως λόγω της κακής διαλυτότητας των {[Fe(Rtrz)3]X2}n αφήνοντας ανεξερεύνητη την περιοχή των βιολογικών εφαρμογών, ιδιαίτερα τη δυνατότητα εφαρμογής τους ως θερμο-ευαίσθητου μέσου μαγνητικής αντίθεσης MRI.Η παρούσα διδακτορική διατριβή περιγράφει την στοχευμένη σύνθεση νανοσωματιδίων SCO του 1D πολυμερικoύ συστήματος του Fe(II) με τύπο {[Fe(Ηtrz)2(trz)]X2}n (Ηtrz = 1Η-1,2,4-τριαζόλιο, X = BF4) που λειτουργούν ως «έξυπνα» σκιαγραφικά στην μαγνητική τομογραφία MRI, χρησιμοποιώντας την θερμοκρασιακά εξαρτώμενη αλλαγή της κατάστασης του σπιν από LS (χαμηλού σπιν) σε HS (υψηλού σπιν) ως μέσο για την αύξηση της σκιαγραφικής αντίθεσης σε περιοχές που η θερμοκρασία των καρκινικών κυττάρων είναι υψηλότερη από τα φυσιολογικά κύτταρα. Πραγματοποιήθηκε η μελέτη συνολικά 17 δειγμάτων με μια συνθετική πορεία φιλική προς το περιβάλλον, σε κανονικές συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, επαναλήψιμη και με υψηλή απόδοση. Μελετήθηκε η επίδραση του επιφανειοδραστικού μέσου, o λόγος των συγκεντρώσεων των αντιδραστηρίων όπως επίσης και ο λόγος ελαιώδους φάσης προς την υδατική στο τελικό μέγεθος των SCO NPs. Τα SCO NPs που προέκυψαν χαρακτηρίστηκαν ως προς την δομή, την μορφολογία, τις μαγνητικές και θερμοδυναμικές τους ιδιότητες με ηλεκτρονική μικροσκοπία διερχόμενης δέσμης (ΤΕΜ), με περίθλαση ακτίνων-Χ (pXRD), με μαγνητόμετρο υπεραγώγιμης κβαντικής συμβολής (SQUID), τις φασματοσκοπίες UV-Vis και υπερύθρου FT-IR και δυναμική θερμιδομετρία (DSC). Τελικά απομονώθηκαν NPs με μέσο μέγεθος 11-35 nm που διατηρούν μια ενδιάμεση κατάσταση σπιν σε υδατικά διαλύματα και η λυοφιλοποίησή τους επιβεβαίωσε την διατήρηση της δομής τους ενώ οι μαγνητικές μετρήσεις επιβεβαιώσανε ότι διατηρούν υστερητικό χαρακτήρα.Οι υδατικές διασπορές των SCO NPs μελετήθηκαν ως σκιαγραφικά μέσα στην απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού και βρέθηκε πως ο λόγος χαλαρωσιμότητας r2/r1>2.0 που τα κατατάσσει κατάλληλα ως σκιαγραφικά Τ2-αντίθεσης.