Σύνθεση με μικροκύματα και χαρακτηρισμός νανοσωματιδίων φερριτών Κοβαλτίου και Μαγγανίου: Εφαρμογή υπερθερμίας σε καρκινικά κύτταρα
Creators: name: Χατζηθεοδώρου, Ιωάννης Θεοδώρου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Υπερθερμία
Φερρίτες
Μικροκύματα
Hyperthermia
Ferrites
Microwave

description: Η ελεγχόμενη σύνθεση μαγνητικών νανοσωματιδίων αποτελεί ένα από τα πιο αναπτυγμένα πεδία έρευνας της νανοτεχνολογίας. Αυτό οφείλεται και στο θεωρητικό ενδιαφέρον που προσφέρουν τα συγκεκριμένα υλικά εξαιτίας των "ιδιαίτερων" ιδιοτήτων που εμφανίζουν, αλλά κυρίως στο ευρύ φάσμα εφαρμογών που μπορούν να καλύψουν, ξεκινώντας από την ηλεκτρονική και φτάνοντας μέχρι την ιατρική και τη βιολογία. Από τα είδη των μαγνητικών νανοσωματιδίων που έχουν εμφανιστεί, εκείνα που κυριαρχούν στη βιβλιογραφία είναι οι φερρίτες (MFe2O4, M = Mn, Fe, Co, Ni). Πρόκειται για οξείδια με δομή σπινελίου και σιδηριμαγνητική συμπεριφορά. Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε η μικροκυματική σύνθεση φερριτών κοβαλτίου και μαγγανίου, προκειμένου να γίνει έλεγχος της μεθόδου παρασκευής στη σύσταση των νανοσωματιδίων, καθώς και να μελετηθούν σε βιοϊατρικές εφαρμογές. H σύνθεση με μικροκύματα αποτελεί μία πιο "πράσινη" προσέγγιση στη σύνθεση νανοσωματιδίων και νανοϋλικών. Απαιτεί λιγότερο χρόνο (μερικά λεπτά εώς 1-2 ώρες) και πολύ λιγότερη κατανάλωση ενέργειας (μερικές εκατοντάδες Watts) εξαιτίας του διαφορετικού τρόπου θέρμανσης. Έγινε μελέτη του χρόνου αντίδρασης στην παρασκευή των δειγμάτων, ώστε να εξεταστεί αν μεταβάλλονται η σύσταση και τα χαρακτηριστικά όπως το μέγεθος, το σχήμα και η παρουσία επιφανειοδραστικού. Σε όλες τις συνθέσεις ως πρόδρομες ενώσεις χρησιμοποιήθηκαν ακετυλακετονικά σύμπλοκα κοβαλτίου/μαγγανίου και σιδήρου. Ως επιφανειοδραστικό χρησιμοποιήθηκε η οκταδεκυλαμίνη (ODA) και ώς διαλύτης το νερό. Ο χαρακτηρισμός των δειγμάτων έγινε με τις εξής τεχνικές: XRD, SEM, VSM, TG και FTIR. Η υψηλή μαγνήτιση (48-69.5emu/g) και το μικρό τους μέγεθος (11-14.2nm) είναι μέσα στα επιθυμητά όρια που τα καθιστούν κατάλληλα για βιοϊατρικές εφαρμογές. Για το λόγο αυτό η μελέτη μας συνεχίστηκε με μετρήσεις υπερθερμίας και in vitro πειράματα με σκοπό τη διερεύνηση της επίδρασης της υπερθερμίας των μαγνητικών νανοσωματιδίων (φερριτών μαγγανίου) στη βιωσιμότητα των καρκινικών κυττάρων της σειρά Saos-2. Η έκθεση των εν λόγω κυττάρων στο μαγνητικό πεδίο έντασης 300 Οe και η επακόλουθη αύξηση της θερμοκρασίας τους στους 45οC, μείωσε τη βιωσιμότητά τους στο 72.2% κατά τον πρώτο κύκλο υπερθερμίας και στο 79,3% στον δεύτερο. Η δεύτερη μείωση της βιωσιμότητας αποτελεί επιπρόσθετη μείωση στο ποσοστό των βιώσιμων κυττάρων του πρώτου κύκλου υπερθερμίας και ως αποτέλεσμα με τους δύο κύκλους υπερθερμίας η συνολική πτώση της βιωσιμότητας ανέρχεται σε ποσοστό μεγαλύτερο του 40%. Σημειώνεται επίσης ότι η μικρή συγκέντρωση που χρησιμοποιήθηκε, όπως προκύπτει σε σύγκριση με τη βιβλιογραφία, κάνει αξιόλογα τα αποτελέσματα λόγω και της μεγάλης ανθεκτικότητας των Saos-2.
description: The controlled synthesis of magnetic nanoparticles is a scientific subject of great interest in the field of nanotechnology. This is due to the special properties which these materials exhibit and the wide range of applications they can cover - ranging from electronics to medicine and biology. Among the kinds of magnetic nanoparticles which have appeared, the most prevalent in literature are the ferrites (MFe2O4, M = Mn, Fe, Co, Ni). Ferrites are spinel oxides with ferrimagnetic structure. In the present study we synthesized samples of manganese and cobalt ferrite nanoparticles using a microwave assisted hydrothermal technique. The goal was to investigate how the experimental conditions can affect the final products and the possibility of biomedical applications. Microwave assisted synthesis is a new, "green" chemistry approach, with low cost and low energy consumption due to the different heating mechanics. As precursor compounds, we used complexes of acetylacetonate with trivalent iron and trivalent manganese/cobalt. The solvent that was used for all the samples was distilled water and the surfactant Octadecylamine (ODA). The characterization of the samples was achieved using the following techniques: XRD, SEM, VSM, TGA and FTIR. The results showed that the properties of the synthesized nanoparticles - high magnetization (48-69.5emu/g) and small size (11-14.2nm) - make them possible candidates for biomedical applications. For our in vitro application, human osteosarcoma Saos-2 cells were incubated with manganese ferrite nanoparticles. During the hyperthermia experiment, AC magnetic field remained on until the upper limit of 45oC was achieved. After the first hyperthermia treatment cycle viability dropped to 72.2% and after the second cycle to 79.3%, resulting in a total of over 40% viability drop. The small concentration of nanoparticles that was used (0.5-1mg/ml) is also noteworthy.