Νανοσωματίδια με βάση τον χαλκό και τον ψευδάργυρο: σύνθεση, χαρακτηρισμός, λειτουργικοποίηση με γαλλικό οξύ και αντιοξειδωτική συμπεριφορά
Creators: name: Καρανικόλας, Αθανάσιος Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Νανοσωματίδια
Χαλκός
Αντιοξειδωτική δράση
Nanoparticles
Copper
Antioxidant activity

description: Τα ανόργανα νανοσωματίδια (INPs) αποτελούν ένα ταχέα αναπτυσσόμενο κλάδο υλικών της νανομετρικής κλίμακας, με ευρύ πεδίο βιοεφαρμογών. Πέρα από τις αυτογενής ιδιότητές αυτών των νανοϋλικών, η δεύτερη γενιά INPs στοχεύει στην ανάπτυξη συνδυαστικών ιδιοτήτων των INPs με βιολογικού ενδιαφέροντος ενώσεις. Έτσι, η σύνδεση των INPs με φυσικά αντιοξειδωτικά, όπως το γαλλικό οξύ (GA), αποτελεί μία πρόκληση. Στην παρούσα διπλωματική διατριβή, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός νανοσωματιδίων με βάση τον χαλκό και τον ψευδάργυρο, παρουσία των πολυολών PEG-1000, PEG-8000, TrEG και την ολεϋλαμίνη (ΟΑm), κατά περίπτωση. Συγκεκριμένα, συντέθηκαν νανοσωματίδια μεταλλικού Cu, Cu/Cu2O@PEG-1000, CuO@PEG-8000, μεικτά νανοσωματίδια Cu-ZnO, όπως Cu@ZnC2O4 και Cu-doped ZnO@ZnC2O4, και νανοσωματίδια ZnO@OAm, μέσω της σολβοθερμικής μεθόδου. Ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός πραγματοποιήθηκε μέσω των τεχνικών XRD, FTIR, UV-Vis, TGA. Οι διαφορετικές συστάσεις, προέκυψαν από πειραματικές τροποποιήσεις, όπως το είδος της πολυόλης, ο χρόνος της αντίδρασης και η συγκέντρωση των πρόδρομων ενώσεων. Μέσω μετασυνθετικών τροποποιήσεων, πραγματοποιήθηκε η λειτουργικοποίηση των νανοσωματιδίων με γαλλικό οξύ (GA), μέσω πεγκυλίωσης (PEG-8000), και ακολούθησε ο χαρακτηρισμός των νανοσύνθετων. Στη συνέχεια, τα αρχικά νανοσωματίδια και τα νανοσύνθετα αξιολογήθηκαν ως προς την αντιοξειδωτική τους δράση, μέσω των δοκιμών DPPH και του αντιδραστηρίου Folin-Ciocalteu (F-C). Παρατηρήθηκε ότι τα περισσότερα από τα αρχικά νανοσωματίδια δεν εμφάνισαν αντιοξειδωτική δράση με τη ρίζα DPPH, η οποία λειτουργεί κυρίως μέσω του μηχανισμού μεταφοράς H+ (ΗΑΤ). Αντίθετα, τα νανοσωματίδια με γαλλικό οξύ εμφάνισαν αντιοξειδωτική δράση, λόγω συνέργειας μεταξύ νανοσωματιδίων και GA, που αυξανόταν με την αύξηση της συγκέντρωσής τους. Η αύξηση δεν είναι πάντα ανάλογη της συγκέντρωσης, επειδή οι μηχανισμοί της αντιοξειδωτικής δράσης είναι πολύπλοκοι, ειδικά στην περίπτωση συνδυασμού τους, και επηρεάζονται από πολλούς παράγοντες, όπως οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις, το μέγεθος των νανοσωματιδίων, το pH του διαλύματος και ο διαλύτης. Στην περίπτωση του αντιδραστηρίου F-C, τα περισσότερα αρχικά νανοσωματίδια εμφάνισαν ικανότητα μεταφοράς e- (SET), ενώ τα νανοσύνθετα με γαλλικό οξύ εμφανίζουν ακόμα μεγαλύτερη αντιοξειδωτική δράση, αποδεικνύοντας ότι λαμβάνουν χώρα περισσότεροι του ενός αντιοξειδωτικοί μηχανισμοί, αναλόγως της σύστασης των νανοσωματιδίων. Συμπερασματικά, τα νανοσύνθετα έδειξαν μέχρι στιγμής ότι βελτιώνουν/διαφοροποιούν τη δράση του GA.
description: Inorganic nanoparticles (INPs) are part of a growing field of materials in the nanoscale, with a wide range of bio applications. Besides their inherent properties, the second generation of INPs is aiming for their combination with bioactive molecules. Thus, the combination of INPs with natural antioxidants, like Gallic Acid (GA), is challenging. In this thesis dissertation, Copper-based and Zinc nanoparticles in the presence of polyols PEG-1000, PEG-8000, TrEG, and oleylamine (ΟΑm) respectively, have been synthesized and characterized. Specifically, metallic Cu NPs, Cu/Cu2O@PEG-1000 NPs, CuO@PEG-8000 NPs, mixed Cu-Zn nanoparticles like Cu@ZnC2O4 and Cu-doped ZnO@ZnC2O4, and ZnO@OAm nanoparticles have been synthesized via the solvothermal process. The physicochemical characterization of the NPs was conducted via XRD, FTIR, UV-Vis and TGA. Synthetic parameters that have been tested were the nature of the polyol, the concentration of the reagents and the time of the synthesis. Post-synthetic modifications have been carried out, such as the adsorption of GA on the NPs, via pegylation (PEG-8000). Then, the antioxidant activity of the initial nanoparticles and the nanocomposites was studied as opposed to DPPH radicals and the Folin-Ciocalteu reagent (F-C) assays. Most of the initial nanoparticles did not reduce the DPPH radical which functions mainly through the Hydrogen Atom Transfer mechanism (ΗΑΤ). However, the gallic acid nanocomposites demonstrated antioxidant activity, which increased with higher nanoparticle concentration, probably because of the synergistic effect between the NPs and GA. This rise isn’t always proportional to the concentration since the mechanisms of the antioxidant activity are complex, especially when both the mechanics undergo simultaneously, as many factors such as intermolecular interactions, the size of the nanoparticles, the pH of the solution, and the type of the solvent are present. When studying the nanoparticles versus the F-C reagent, most of the initial nanoparticles depicted an electron transfer via the Single Electron Transfer (SET) mechanism, where the nanocomposites with gallic acid demonstrated even greater antioxidant activity, proving that more than one antioxidant mechanisms take place, depending on the composition of the nanoparticles. In conclusion, the nanocomposites appear to ameliorate/differentiate the action of gallic acid.