Νανομηχανικές ιδιότητες νανοϊνών με εφαρμογές στη νανοϊατρική
Creators: name: Γκέρτσιου, Παναγιώτα Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2017
Subjects: Νανομηχανικές Ιδιότητες
Νανοσκληρομέτρηση
Μικροσκοπία Ατομικών Δυνάμεων
Nanomechanical properties
Nanoindentation
Atomic force microscopy

description: Τα τελευταία 15 χρόνια λόγω της προόδου των όλων διατάξεων αλλά και της τεχνολογικής επανάστασης προς την κλίμακα των νανομέτρων έχει προκληθεί μεγάλο ενδιαφέρον για τα πολυμερικά ικριώματα ινών στην ερευνητική κοινότητα. Οι ίνες συναντώνται παντού και με κατάλληλη δόμηση και τροποποίηση φέρουν αξιοσημείωτες ιδιότητες. Ορισμένες από τις εφαρμογές που βρίσκουν τα ικριώματα περιλαμβάνουν τα συστήματα μεταφοράς φαρμάκων, την ιστική αναγέννηση, την ενίσχυση για συνθετικά υλικά αλλά και την εφαρμογή αυτών ως αντιμικροβιακές επιφάνειες. Στην πραγματικότητα, πρόκειται για νανοδομημένα πολυμερικά συστήματα οι μηχανικές ιδιότητες των οποίων απαιτούν προσεκτική μελέτη καθώς, η βιωσιμότητα τόσο του ίδιου του ικριώματος όσο και η βιωσιμότητα και η λειτουργία των προσκολλημένων κυττάρων εξαρτώνται από αυτές. Με αφορμή τα παραπάνω, στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζεται η μελέτη των νανομηχανικών ιδιοτήτων και της επιφανειακής μορφολογίας μαλακής, κυρίως, ύλης. Συγκεκριμένα, σκοπός της εργασίας ήταν η μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων πολυμερικών συστημάτων με εφαρμογές ως συστήματα μεταφοράς φαρμάκων αλλά και αυτών με εφαρμογές ως αντιμικροβιακές επιφάνειας, και το πως μεταβάλλονται οι συγκεκριμένες ιδιότητες με την προσθήκη κάποιου παράγοντα όπως φαρμάκου ή νανοσωματιδίων (NPs) ΖnO αντίστοιχα. Για το σκοπό αυτό επιλέχτηκε και χρησιμοποιήθηκε η τεχνική του Nanoindentation (NI) με διάταξη Nano Indenter. Επιπλέον, επιμέρους στόχοι της παρούσας διπλωματικής αποτέλεσαν ο προσδιορισμός α) του ελάχιστου κάθετου φορτίου παραμόρφωσης μεμονωμένης ίνας, β) της δύναμης πρόσφυσης μεταξύ του tip και του δείγματος και γ) του ελάχιστου πλάγιου φορτίου αποκόλλησης ή/και γενικά παραμόρφωσης μεμονωμένης ίνας. Ξεκινώντας από το θεωρητικό λοιπόν μέρος, γίνεται εισαγωγή στην νανοτεχνολογία και στα νανοδομικά υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή των υπό μελέτη πολυμερικών συστημάτων, αλλά και περιγραφή των διατάξεων μέτρησης και χαρακτηρισμού και ειδικότερα της Μικροσκοπίας Ατομικών Δυνάμεων (Atomic Force Microscopy, AFM) και της Νανοσκληρομέτρησης (NanoIndentation, NI). Παράλληλα, στο 4ο κεφάλαιο γίνεται μια βιβλιογραφική εισαγωγή των μηχανικών ιδιοτήτων των πολυμερικών υλικών και αναλύονται και τα θεωρητικά μηχανικά μοντέλα ανάλυσης με τα οποία μπορεί εν δυνάμει να πραγματοποιηθεί η ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων. Περνώντας τώρα στο πειραματικό μέρος παρουσιάζεται αναλυτικά η μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων των πολυμερικών συστημάτων για χρήση ως συστήματα μεταφοράς φαρμάκων, όπως αυτή προκύπτει ύστερα από πειράματα νανοσκληρομέτρησης (NanoIndentation, NI). Ειδικότερα, μελετάται η μεταβολή των μηχανικών ιδιοτήτων του ικριώματος πολυκαπρολακτόνης (polycaprolactone, PCL) όταν προστίθεται φάρμακο και ειδικότερα Curcumin ή/και Vancomycin. Επιπλέον, ελέγχεται η τροποποίηση των μηχανικών ιδιοτήτων του ικριώματος οξικής κυτταρίνης (Cellulose Acetate, CA) όταν προστίθεται το φάρμακο Dexamethasone. Επιπλέον, μελετώνται τα πολυμερικά συστήματα με εφαρμογές ως αντιμικροβιακές επιφάνειες. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μηχανικών ιδιοτήτων όπως αυτά μετρήθηκαν με την διάταξη του Nano Indenter για το ικρίωμα PCL και οι διαφοροποιήσεις αυτών όταν προστίθενται στις ίνες PCL, NPs ZnO παρουσία και μη επιφανειοδραστικού. Για τα ίδια πολυμερικά συστήματα παρατίθενται και τα αποτελέσματα από την μελέτη της μηχανικής παραμόρφωσης τους με την τεχνική του AFM.
description: Over the past 15 years, due to the progress of all devices and the technological revolution to the nanometer scale, it has generated a great deal of interest about the polymeric scaffolds in the research community. The fibers are found everywhere and with proper structure and modification they have remarkable properties. Some of their applications include drug delivery systems, tissue regeneration, reinforcing for synthetic materials and their application as antimicrobial surfaces. In fact, these are nanostructured polymer systems whose mechanical properties require careful study, as the viability of both the scaffold itself and the viability and function of the adherent cells depend on them. In view of the above, this thesis presents the study of nanomechanical properties and the surface morphology mainly of soft matter. Specifically, the purpose of this thesis was to study the mechanical properties of polymer systems with applications as drug delivery systems as well as those with applications as antimicrobial surface, and how the specific mechanical properties change with the addition of an agent such as drug or nanoparticles (NPs) ZnO respectively. For this purpose, the technique of Nanoindentation (NI) was chosen. In addition, the objectives of this diploma thesis were to determine (a) the minimum vertical load of single fiber deformation, (b) the adhesion force between the tip and the sample, and (c) the minimum lateral load detachment and / or generally deformation of individual fibers. Starting from the theoretical part, the first three chapters introduce nanotechnology and in particular nanostructured materials and simultaneously summarizes the polymers used as well as the techniques of Atomic Force Microscopy (AFM) and Nanoindentation (NI). Also, the fourth chapter introduces a bibliographic introduction of the mechanical properties of the polymeric materials and analyzes the theoretical mechanical analysis models with which the analysis of the experimental results can be realized. The study of the mechanical properties of polymeric systems for use as drug delivery systems, as it results from NanoIndentation (NI) experiments, is presented in detail in the fifth chapter. In particular, the mechanical properties of the polycaprolactone scaffold (PCL) are being studied when drug is added, in particular Curcumin and / or Vancomycin. In addition, the mechanical properties of cellulose acetate (Cellulose Acetate, CA) fibers were studies and the manner were modified when Dexamethasone is added. Furthermore, polymeric systems with applications as antimicrobial surfaces in terms of their mechanical properties are studied. In particular, the results of the mechanical properties as measured by the Nano Indenter layout for the PCL scaffold and their variations when added to the PCL, NPs ZnO fibers are presented. For the same polymer systems, the results from their mechanical deformation study with the AFM technique are also presented.