Χαρακτηρισμός νέων πολυμερικών υλικών με δυνατότητες ελεγχόμενης βιοστατικής δράσης
Authors: Μαθιουδάκης Γεώργιος 
Published: September 2021

Η φασματοσκοπία Raman θεωρείται αξιόπιστη μέθοδος για το χαρακτηρισμό της μοριακής δομής της ύλης. Λειτουργεί ως εργαλείο ανίχνευσης και είναι δυνατό με τη βοήθεια αυτής της τεχνικής να γίνουν και ποσοτικές μετρήσεις. Ωστόσο το φαινόμενο Raman είναι αρκετά ασθενές για την ανίχνευση μοριακών ειδών σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις. Η τεχνική της επιφανειακής ενίσχυσης της σκέδασης Raman (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS) αυξάνει την ενεργό διατομή του φαινομένου κατά μερικές τάξεις μεγέθους και βελτιώνει αντίστοιχα τα όρια ανίχνευσης της τεχνικής. Έχει αναφερθεί ανίχνευση ακόμα και ενός μορίου. Προϋπόθεση εμφάνισης του φαινομένου SERS είναι η γειτνίαση ή η προσρόφηση της εξεταζόμενης ουσίας με/σε νανοσωματίδια ευγενούς μετάλλου, κυρίως αργύρου (Ag) ή χρυσού (Au) υπό μορφή είτε κολλοειδών αιωρημάτων, είτε νανοδομημένων επιφανειών. Πεδίο αιχμής για αποτελεσματική χρήση της τεχνικής SERS, πέρα από την ανάπτυξη νέων υποστρωμάτων SERS, είναι και η βελτιστοποίηση των ήδη χρησιμοποιούμενων. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, η τεχνική SERS αποτέλεσε κύρια μέθοδο ποιοτικού και ποσοτικού προσδιορισμού αντιμικροβιακών πολυμερών και κατιοντικών επιφανειοδραστικών ενώσεων. Επίσης, έγινε προσπάθεια βελτιστοποίησης των υποστρωμάτων SERS που βασίζονται σε νανοκολλοειδή αιωρήματα Ag, παρασκευασμένα σύμφωνα με τη μέθοδο Lee & Meisel, με χρήση επιφανειοδραστικών ενώσεων. Αρχικά, πραγματοποιήθηκε η μελέτη και ο προσδιορισμούς του ρυθμού αποδέσμευσης βιοστατικών πολυμερών από πολυμερικές μήτρες. Τα δύο βιοστατικά πολυμερή που μελετήθηκαν ήταν το PVBCHAM (πολύ(χλωριούχο βινυλο βενζοιλο δεκαεξυλοτριμεθυλαμμώνιο)) (ομοιοπολική σύνδεση CTAB/πολυμερούς) και το PSSAmC16 (πολυ(βρωμιούχο στυρολοσουλφονικό δεκαεξυλοτριμεθυλαμμώνιο)) (ιοντική σύνδεση CTAB/πολυμερούς). Το πρώτο δρα βιοστατικά μέσω επαφής, ενώ το δεύτερο δρα μέσω δυνητικής αποδέσμευσης της βιοστατικής ουσίας. Η μελέτη αποδέσμευσης πραγματοποιήθηκε σε διαλύματα NaCl 0.5M ως προσομοίωση θαλάσσιου ύδατος και σε αλκοολικά διαλύματα (95% EtOH). Εν συνεχεία, πραγματοποιήθηκε η παρασκευή υμενίων με ενσωμάτωση των βιοστατικών πολυμερών σε διαφορετικής χημικής δομής και ιδιοτήτων πολυμερικές μήτρες (PMMA, PS, PVC, PSF και PBI). Η διερεύνηση και ο προσδιορισμός του ρυθμού αποδέσμευσης της κάθε βιοστατικής ουσίας που ενσωματώθηκε στην εκάστοτε πολυμερική μήτρα πραγματοποιήθηκαν με τη εφαρμογή των τεχνικών UV-Vis και SERS. Για τον ορθότερο δομικό χαρακτηρισμό των υλικών αυτών ελήφθησαν εικόνες SEM από τα πολυμερικά υμένια πριν και μετά την ενδεχόμενη αποδέσμευση των βιοστατικών πολυμερών.Σε δεύτερο στάδιο, μελετήθηκαν κατιοντικές επιφανειοδραστικές ενώσεις (CTAB - Hexadecyltrimethylammonium bromide, BAC - Benzalkonium chloride, DTAB - Dodecyltrimethylammonium bromide) με την τεχνική SERS. Το ενδιαφέρον εστιάστηκε στη διαφοροποίηση της ενίσχυσης του σήματος SERS που παρατηρήθηκε ανάλογα με την επιφανειοδραστική ουσία. Στο πλαίσιο αυτό δόθηκε η δέουσα προσοχή στο ενδεχόμενο προσδιορισμού της κρίσιμης συγκέντρωσης μικκυλιοποίησης (CMC) μέσω της τεχνικής SERS και στην ερμηνεία αυτής της επιστημονικής παρατήρησης. Ο προσδιορισμός της CMC με τη βοήθεια της τεχνικής SERS χωρίς τροποποίηση των νανοσωματιδίων με ενεργούς ενδείκτες Raman αποτελεί ένα νέο τρόπο προσδιορισμού, ο οποίος εμφανίζει τόσο πλεονεκτήματα όσο και μειονεκτήματα. Τα αποτελέσματα όσον αφορά στον προσδιορισμό της CΜC με την τεχνική SERS συσχετίστηκαν με αντίστοιχες μετρήσεις προσδιορισμού της CMC με συμβατικές/κλασικές μεθόδους αγωγιμομετρίας και φασματοσκοπίας μοριακής εκπομπής, ενώ η επίδραση της παρουσίας νανοκολλοειδών αιωρημάτων Ag ελέγχθηκε με μετρήσεις επιφανειακής τάσης.Τέλος, κατά την ποσοτική μελέτη διαλυμάτων ClearBal (μίγματα Brilliant Green/CTAB) παρατηρήθηκαν διαφοροποιήσεις στις εντάσεις των χαρακτηριστικών κορυφών του BG στα φάσματα SERS παρουσία του CTAB. Αυτό οδήγησε στην περαιτέρω μελέτη της συμπεριφοράς του BG παρουσία του CTAB κατά την εφαρμογή της τεχνικής SERS. Στο πλαίσιο αυτό μελετήθηκε ο τρόπος δράσης κατιοντικών επιφανειοδραστικών ενώσεων (CTAB, DTAB, BAC), ως μέσων για την περαιτέρω ενίσχυση φασμάτων SERS ενεργών ουσιών και ιδιαίτερα του BG.