Βελτιστοποίηση απόδοσης μαγνητικής υπερθερμίας μέσω παραμέτρων σύνθεσης μαγνητικών νανοσωματιδίων
Creators: name: Πατσιά, Ολγα Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Μαγνητική υπερθερμία
Μαγνητικά νανοσωματίδια
Magnetic hyperthermia
Magnetic nanoparticles

description: Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη χρήση των μαγνητικών νανοσωματιδίων στην μαγνητική υπερθερμία που είναι μια ενδιαφέρουσα και εναλλακτική μέθοδος θεραπείας του καρκίνου. Μέσω αυτής της μεθόδου τα μαγνητικά νανοσωματίδια εκτίθενται σε εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο παράγοντας με αυτό τον τρόπο θερμότητα ικανή να οδηγήσει στην καταπόνηση των καρκινικών κυττάρων του ανθρώπινου σώματος σε θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 41οC. Τα νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου είναι τα πιο ευρέως υπό μελέτη υλικά για μαγνητική υπερθερμία. Μέχρι σήμερα, καταβάλλονται προσπάθειες για να βελτιωθεί η θερμική απόδοση των νανοσωματιδίων συνθετικού μαγνητίτη (Fe3O4) οι οποίες βασίζονται στην βελτίωση των συνθηκών παρασκευής ορυκτού μαγνητίτη στα μαγνητοτακτικά βακτήρια. Ο αργός ρυθμός σχηματισμού κρυσταλλιτών μέσω ενδιάμεσων συμπλόκων όπως επίσης και οι αποκτώμενες διαστάσεις τους που κυμαίνονται στα όρια της μονοπεριοχής (30-40 nm) είναι οι κύριοι λόγοι για την ανώτερη θερμική τους απόδοση. Άλλη κρυσταλλική φάση η οποία περιγράφεται ως ισοδύναμη του μαγνητίτη, είναι ο γκρεϊγκίτης (Fe3S4) με δομή σπινελίου και μπορεί επίσης να βρεθεί ως προϊόν πολλών μαγνητοτακτικών βακτηρίων, με τη μορφή των αλυσίδων νανοσωματιδίων. Παρόλο που τα νανοσωματίδια γκρεϊγκίτη εμφανίζουν ασθενέστερες μαγνητικές ιδιότητες σε σύγκριση με του μαγνητίτη, υπάρχουν ορισμένα σημαντικά πλεονεκτήματα για την αξιολόγησή τους σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Αυτά είναι η σχετική ευκολία χειρισμού της επιφάνειας τους, η χαμηλή τοξικότητα και η ελάχιστη επίδραση σε φυσιολογικά κύτταρα κατά την διάρκεια της μαγνητικής υπερθερμίας. Πιο συγκεκριμένα η εργασία αυτή μελετά τη σύνθεση νανοσωματιδίων μαγνητίτη και γκρεϊγκίτη με την μέθοδο της χημικής συγκαταβύθισης χρησιμοποιώντας διάφορες επιφανειοδραστικές ουσίες (κιτρικό οξύ, CTAB, δεξτράνη) σε μια προσπάθεια βελτιστοποίησης της κολλοειδούς σταθερότητας, των ιδιοτήτων τους και της απόδοσης της θερμότητας τους υπό υψηλή συχνότητα ΑC μαγνητικού πεδίου. Αφού ολοκληρώθηκε η σύνθεση των νανοσωματιδίων πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις ακτίνων-Χ, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διερχόμενης δέσμης-ΤΕΜ για την ταυτοποίηση της κρυσταλλικής τους δομής και την εύρεση του σχήματος, της μέσης κατανομής του μεγέθους τους αλλά και της διασποράς των μεγεθών τους. Στη συνέχεια καταγράφηκαν τα μαγνητικά χαρακτηριστικά των νανοσωματιδίων από τους βρόχους υστέρησης μέσω της διάταξης μαγνητόμετρου δονούμενου δείγματος-VSM. Όσον αφορά την αξιολόγηση της θερμικής του απόκρισης, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις μαγνητικής υπερθερμίας κολλοειδών διαλυμάτων σε διάφορες συγκεντρώσεις (1, 2, 4, 6, 8 mg/mL) και σε διαφορετικά πεδία (20, 25, 30 mΤ) με χρήση γεννήτριας AC ηλεκτρικού ρεύματος σταθερής συχνότητας (765 kHz). Η θερμική απόδοση των νανοσωματιδίων προσδιορίζεται από τον ρυθμό ειδικών απωλειών ενέργειας (SLP). Τα αποτελέσματα τόσο των δειγμάτων μαγνητίτη όσο και των δειγμάτων γκρεϊγκίτη θα συγκριθούν μεταξύ τους με στόχο την εύρεση των καλύτερων δειγμάτων για την απόπτωση των καρκινικών όγκων μέσω της μαγνητικής υπερθερμίας.
description: This thesis discusses the use of magnetic nanoparticles (MNPs) in magnetic hyperthermia which is an interesting and alternative treatment of cancer. This cancer therapy involves the targeted administration of MNPs into the human body, accumulation of those MNPs at sites of cancer, and the local heating of those MNPs with an externally applied AC magnetic field. This heating can lead to cellular degradation and ultimately inducing apoptosis with cancer cell death in temperatures above 41οC.Iron oxide nanoparticles are the most widely studied materials for magnetic hyperthermia. Up to date, attempts to improve the heating efficiency of synthetic Fe3O4 nanoparticles deals with the replication of preparation conditions of magnetite biomineralization into magnetotactic bacteria. The slow rate of crystal formation through intermediate complexes and the obtained dimensions within the magnetic monodomain size range (30-40 nm) are the main reasons for their superior heating efficiency. Another crystal phase which is described as the sulfur equivalent of magnetite, the thiospinel greigite (Fe3S4), can also be found as the product of many magnetotactic bacteria in the form of nanoparticle chains. In spite of the subordinate magnetic properties of greigite nanoparticles compared to magnetite, there are some important advantages for their evaluation in biomedical applications. These are the relative ease of surface functionalization, low toxicity and minimum effect to normal cells during magnetic hyperthermia. Specifically the objective of this work constitutes the study of the synthesis of magnetite and greigite MNPs by co-precipitation using various surfactants (citric acid, CTAB, dextran) in an attempt to optimize the colloidal stability, the properties and heating efficiency under high frequency of magnetic field AC. Once the synthesis of nanoparticles had been completed, measurements of X-Ray Diffraction (XRD) and Transmission electron Microscopy (TEM) were made for identification of the crystal structure and location of the shape and the average distribution and dispersion of their size. Then magnetic characteristics of nanoparticles through hysteresis loops were received from Vibrating Sample Magnetometer (VSM). Finally, as for their thermal response, measurements of magnetic hyperthermia were made in different concentrations (1, 2, 4, 6, 8 mg / mL) and fields (0. 02, 0. 025, 0. 03T) under fixed frequency (765KHz).The heating efficiency of MNPs is expressed by SLP (Specific Loss Power). Results both of magnetite and greigite samples will be compared each other aiming the evaluation of most suitable nanoparticles for hyperthermia applications.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)