Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός βιοϊατρικών μαγνητικών συστημάτων
Creators: name: Οντουτόλα, Ταμάρα Ναστάσια Τιτίλολα Άις του Αμπιοντούν Σαμσεντίν Λάρρυ
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2020
Subjects: Μαγνητικά Νανοσωματίδια
Πολυμερή
Βιοϊατρικές Εφαρμογές
Magnetic Nanoparticles
Polymers
Biomedical Applications

description: Η διπλωματική αυτή εργασία αποτελεί το αποτέλεσμα μιας σειράς πειραμάτων που ως στόχο είχαν τη σύνθεση και τον χαρακτηρισμό βιοϊατρικών μαγνητικών συστημάτων. Κατά την εργασία αυτή αναδείχτηκε η δυνατότητα αρωγής των μαγνητικών νανοσωματιδίων στις βιοϊατρικές εφαρμογές και η σημασία της χρήσης βιοαποικοδομήσιμων πολυμερών για την επικάλυψη των μαγνητικών νανοσωματιδίων. Ασχοληθήκαμε με τη σύνθεση και των χαρακτηρισμό: α) των μαγνητικών νανοσωματιδίων, και β) σύνθετων μαγνητικών συστημάτων με τη χρήση βιοαποικοδομήσιμων πολυμερών. Τα μαγνητικά νανοσωματίδια χρησιμοποιούνται σε πλήθος εφαρμογών (βιοϊατρικών και μη) λόγω των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών που διαθέτουν. Η δυνατότητα κατεύθυνσής τους με χρήση εξωτερικού μαγνητικού πεδίου αλλά και η δυνατότητα αύξησης της θερμοκρασίας τους, και κατά συνέπεια του χώρου που τους περιβάλλει είναι δύο από τα χαρακτηριστικά που μας επιτρέπουν να τα χρησιμοποιούμε σε εφαρμογές μαγνητικής υπερθερμίας. Η μαγνητική υπερθερμία είναι μία τεχνική, η οποία χρησιμοποιείται για την καταπολέμηση των καρκινικών όγκων. Στηρίζεται στο γεγονός ότι τα καρκινικά κύτταρα είναι πιο ευπαθή στις θερμοκρασιακές μεταβολές σε σχέση με τα υγιή κύτταρα, κι έτσι μέσω της στοχευμένης έγχυσης μαγνητικών νανοσωματιδίων και της εφαρμογής εναλλασσόμενων μαγνητικών πεδίων αυξάνουμε τη θερμοκρασία των κυττάρων μεταξύ 41oC και 45oC. Στην εργασία αυτή, παρασκευάστηκαν νανοσωματίδια μαγνητίτη Fe3O4 και προσδιορίστηκαν δομικά και μαγνητικά και μελετήθηκαν στη διάταξη της υπερθερμίας, από όπου λάβαμε καμπύλες θέρμανσης και ψύξης, μέσω των οποίων με κατάλληλη επεξεργασία προσδιορίσαμε τους συντελεστές θερμικής απόδοσής τους. Στο δεύτερο κομμάτι της εργασίας αυτής ασχοληθήκαμε με την επικάλυψη των μαγνητικών αυτών νανοσωματιδίων από βιοαποικοδομήσιμα πολυμερή, προκειμένου να συνθέσουμε σύνθετα βιοϊατρικά μαγνητικά συστήματα. Η χρήση πολυμερών στις βιοϊατρικές εφαρμογές είναι ίσως η συνηθέστερη τεχνική για την εξασφάλιση της βιοσυμβατότητας των δειγμάτων που εισάγονται σε έναν οργανισμό. Τα πολυμερή, λόγω της σχεδόν μηδενικής τοξικότητας που προκαλούν στον οργανισμό χρησιμοποιούνται ως επικαλύψεις στα διάφορα τεχνολογικά προϊόντα που θέλουμε να εισάγουμε στον οργανισμό κατά την εκάστοτε βιοϊατρική εφαρμογή. Επίσης, η δυνατότητα αποικοδόμησής τους τα καθιστούν σημαντικότατους φορείς ελεγχόμενης μεταφοράς φαρμάκων, μορίων και νανοσωματιδίων στον οργανισμό στον οποίο εισέρχονται. Στην συγκεκριμένη εργασία, χρησιμοποιήθηκαν τέσσερα διαφορετικά πολυμερή, με τα οποία συνθέσαμε πολυμερικές νανοΐνες με την τεχνική electrospinning (με ή χωρίς μαγνητικά νανοσωματίδια). Οι ίνες αυτές χαρακτηρίστηκαν δομικά προκειμένου να επιλέξουμε το πολυμερές που μας δίνει το καλύτερο αποτέλεσμα. Στη συνέχεια, με το πολυμερές αυτό συνθέσαμε στρώματα μαγνητικών νανοϊνών διαφορετικών χρόνων εναπόθεσης, τα οποία εξετάσαμε ως προς την αποικοδόμηση και τα μαγνητικά τους χαρακτηριστικά, και κατ’ επέκταση το κατά πόσο θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως φορείς φαρμάκων. Έπειτα, χρησιμοποιώντας και πάλι το πολυμερές που μας έδωσε προηγουμένως τα βέλτιστα αποτελέσματα, αναπτύξαμε λεπτά υμένια με την τεχνική spin-coating (με ή χωρίς νανοσωματίδια). Τα λεπτά υμένια τα οποία περιείχαν μαγνητικά νανοσωματίδια διέφεραν μεταξύ τους ως προς τη συγκέντρωση των μαγνητικών νανοσωματιδίων στα αρχικά διαλύματα. Τα δείγματα αυτά μελετήθηκαν στη συνέχεια δομικά, οπτικά και μαγνητικά και προσδιορίστηκε η δυνατότητα δυνητικής χρήσης τους ως φορείς μαγνητικής υπερθερμίας. Κατά συνέπεια, η χρήση βιοαποικοδομήσιμων πολυμερών για την επικάλυψη μαγνητικών νανοσωματιδίων ανοίγει πολύ σημαντικά μονοπάτια στον τομέα της βιοϊατρικής
description: The present master thesis is the outcome of an experimental series which aimed at the synthesis and the characterization of magnetic biomedical systems. Via this thesis the ancillary ability of magnetic nanoparticles was highlighted, such as the significance of using biodegradable polymers in order to coat those nanoparticles. We dealt with the synthesis and the characterization of: a)magnetic nanoparticles, and b)complex magnetic systems through the use of biodegradable polymers. Magnetic nanoparticles are used in various applications (either biomedical and not) due to their special features. Their ability to be directed through an externally applied magnetic field and increase their temperature, and consequently the temperature of their environment, are two of the features that allow us to use them in magnetic hyperthermia applications. Magnetic hyperthermia is a technique used in cancer tumor treatment. It is based on the fact that cancer cells are more prone to temperature increases than the healthy ones. Thus, by accurately injecting magnetic nanoparticles and by applying alternating magnetic fields, we achieve cells’ temperature increase in the region of 41oC and 45oC. In this thesis, magnetite nanoparticles (Fe3O4) were synthesized and characterized (structurally and magnetically). The particles were examined in the magnetic hyperthermia set-up, wherefrom we gathered heating and cooling curves, via which after fitting we designated the samples’ specific loss power (SLP). In the second thesis’ part, we dealt with the polymeric coating of the particles with biodegradable polymers, in order to produce complex magnetic biomedical systems. The polymer utilization in biomedical applications is the most common method in order to ensure the appropriate biocompatibility of the systems entering in human organism. This is due to the minimal toxicity they cause to the body. Also, their biodegradation capability makes them important candidates for controlled drug, molecule and particle delivery. In this thesis, we used four different types of polymers in order to create polymeric nanofibers using the electrospinning technique (with or without magnetic nanoparticles). Those fibers were characterized structurally in order to choose the polymer that creates the best fiber nets. Subsequently, using this polymer we proceeded to the development of polymeric nanofibers with magnetic nanoparticles inclusions with different deposition time, which were examined in order to specify their biodegradation and their magnetic features. So we were able to determine if they could be used as drug delivery systems. Afterwards, we synthesized thin films (with or without magnetic nanoparticles) by spin-coating technique using the same polymer as before. Those that contained magnetic nanoparticles had different particle concentrations in their initial solutions. The samples were examined structurally, optically, and magnetically in order to define if they could be potentially used as heating carriers in magnetic hyperthermia applications. Consequently, the use of biodegradable polymers as magnetic nanoparticles’ coatings show great perspectives and open a novel pathway towards nanomedicine