Μελέτη της δομής νανοσωματιδίων για βιολογικές εφαρμογές με τεχνικές Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας Διέλευσης
Creators: name: Οικονόμου, Ηλίας-Παναγιώτης Μιλτιάδη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Διέλευσης
Νανοσωματίδια
Οξείδιο του Ψευδαργύρου
Transmission Electron Microscopy
Nanoparticles
Zinc Oxide (ZnO)

description: Η αλματώδης ανάπτυξη της Νανοτεχνολογίας και ιδιαίτερα των νανοσωματιδίων για εφαρμογές Νανοτεχνολογίας, διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην αντιμετώπιση πολλών ασθενειών οι οποίες θεωρούνταν ανίατες. Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η νόσος Alzheimer, η οποία εντάσσεται στις νευροεκφυλιστικές ασθένειες και προσβάλλει εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως. Πρόσφατες μελέτες, υπέδειξαν τη χρήση επικαλυμμένων νανοσωματιδίων ZnO ως πιθανούς αναστολείς της πρωτεϊνικής αμυλοείδωσης, η οποία αποτελεί συνηθισμένο σύμπτωμα σε ασθενείς που εμφανίζουν τη νόσο Alzheimer. Για το λόγο αυτό, συντέθηκαν με σολβοθερμική μέθοδο, σειρές δειγμάτων από επικαλυμμένα νανοσωματίδια ZnO με χρήση διαφορετικών επιφανειοδραστικών μέσων, όπως για παράδειγμα αλειφατικές αμίνες, μεταβάλλοντας και το χρόνο αντίδρασης. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αποτέλεσε η διερεύνηση της μικροδομής των νανοσωματιδίων ZnO και η σύνδεση αυτής με τη σύνθεση και τα αποτελέσματα της βιολογικής απόκρισης από τα in vitro πειράματα. Τα δείγματα μελετήθηκαν με συμβατική και υψηλής ανάλυσης Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Διέλευσης (CTEM/HRTEM). Επίσης χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Γεωμετρικής Ανάλυσης Φάσης (Geometrical Phase Analysis) για τη διερεύνηση της κρυσταλλικής φύσης των νανοσωματιδίων. Τα πειραματικά δεδομένα από εικόνες και πρότυπα περίθλασης, υποστηρίχθηκαν από προσομοιώσεις εικόνων Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας υψηλής ανάλυσης χρησιμοποιώντας την πολυστρωματική προσέγγιση (Multislice calculations), με σκοπό να υπολογιστούν έμμεσα επιφανειακές ιδιότητες των νανοσωματιδίων. Τα αποτελέσματα από την ανάλυση των εικόνων Ηλεκτρονικής Μικροσκοπίας αναδεικνύουν τις διαφορές στις δομικές ιδιότητες των νανοσωματιδίων συναρτήσει της χρησιμοποιούμενης αμίνης κατά τη σολβοθερμική σύνθεση. Πιο συγκεκριμένα, σε όλα τα δείγματα ανιχνεύτηκαν νανοσωματίδια ZnO εξαγωνικής συμμετρίας με βουρτσιτική δομή, ενώ ανιχνεύθηκαν μεμονωμένες περιπτώσεις νανοσωματιδίων κυβικής συμμετρίας με δομή σφαλερίτη ή/και νανοσωματίδια ορθορομβικής δομής Zn(OH)2. Η ύπαρξη επικάλυψης γύρω από τα νανοσωματίδια, επιβεβαιώθηκε σε μέρος της σειράς των δειγμάτων και έγινε συσχετισμός με τις συνθήκες ανάπτυξης. Η επιλογή των διαφορετικών επικαλυπτικών μέσων είχε άμεσο αντίκτυπο και στα μορφολογικά τους χαρακτηριστικά όπως το σχήμα (εξαγωνικά, τραπεζοειδή και σφαιρικά) αλλά και το μέγεθος.
description: The tremendous development of Nanotechnology and especially nanoparticles for Nanotechnology applications, plays a crucial role in the combat of diseases, which were considered as incurable. An indicative example of this category is Alzheimer disease, a neurodegenerative disease, which affects millions of people worldwide. Recent studies, suggest the use of coated ZnO nanoparticles as possible inhibitors of protein amyloidosis, a common effect in patients with Alzheimer disease. On that occasion, coated ZnO nanoparticles were synthesized with the solvothermal method, using different surfactants (e.g. aliphatic amines) while keeping (or not) the reaction time. The aim of this thesis was to investigate the microstructure of ZnO nanoparticles, correlating the structural characteristics with the synthesis procedure and their biological response from in vitro experiments. ZnO nanoparticles were studied using conventional and high resolution Transmission Electron Microscopy (CTEM/HRTEM) techniques. Fast-Fourier Transform (FFT) and Bragg filtering of the HRTEM images, combined with Geometrical Phase Analysis (GPA) were used for the determination of nanoparticles’ crystalline nature and structure. Experimental structural analysis was complemented by simulated high resolution Transmission Electron Microscopy images, using the multislice calculations approach, in order to indirectly calculate surface properties of the nanoparticles. The structural characteristics of the studied samples reveal the effect of different surfactants used in solvothermal synthesis. More specifically, in all samples ZnO nanoparticles with wurtzite structure were detected, while in a few cases ZnO nanoparticles with sphalerite structure were also detected, or/and nanoparticles with Zn(OH)2 orthorhombic structure. Furthermore, the presence of amine-coating around the nanoparticles was testified in several samples and correlated with synthesis procedure. The choice of different surfactants had a direct impact on the morphological features as the shape (hexagonal, spherical, trapezoid) and size.