Επιφανειακά τροποποιημένα μαγνητικά νανοσωματίδια φερρίτη κοβαλτίου ως μέσα απομάκρυνσης ιόντων χαλκού και ως διττοί φορείς απεικόνισης (MRI/PET)
Creators: name: Κωστίτση, Θεοδώρα – Μαριάννα Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Μαγνητικά νανοσωματίδια
Δέσμευση ιόντων χαλκού
Διττοί φορείς απεικόνισης
Magnetic nanoparticles
Copper ion adsorption
Bimodal imaging agents

description: Περίληψη Η αποτελεσματική χρήση των μαγνητικών νανοσωματιδίων (MNPs) σε μια ποικιλία εφαρμογών, όπως στη βιοϊατρική, την τεχνολογία περιβάλλοντος κτλπ, απαιτεί μια σειρά από φυσικοχημικά χαρακτηριστικά τόσο του ανόργανου πυρήνα όσο και της επιφάνειάς τους. Στην παρούσα μελέτη, το ενδιαφέρον μας εστιάστηκε στη χημική τροποποίηση της επιφάνειας μαγνητικών νανοσωματιδίων φερρίτη κοβαλτίου, με στόχο τη χρήση τους ως διττούς φορείς απεικόνισης MRI/PET και ως μέσα καθαρισμού υδάτων. Αρχικά παρασκευάστηκαν με τη διαλυτοθερμική μέθοδο νανοσωματίδια φερρίτη κοβαλτίου επικαλυμμένα με διπλοστοιβάδα οκταδεκυλαμίνης (ODA), με βάση την προηγούμενη εμπειρία μας. Τα αρχικά νανοσωματίδια MNPs@ODA χαρακτηρίστηκαν δομικά με XRD, ΤΕΜ και SEM-EDX, μαγνητικά με VSM, η επιφάνειά τους μελετήθηκε με FT-IR και TGA και διαπιστώθηκε η ύπαρξη ελεύθερων αμινομάδων χρωματομετρικά με ανάλυση νινυδρίνης. Στα MNPs@ODA προσδέθηκαν δύο διαφορετικά σύμπλοκα του χαλκού με υποκαταστάτη το διαιθυλενοτριαμινοπενταοξικό οξύ (DTPA), ένα μη κυκλικό πολυδοτικό συναρμοτή τύπου complexone, τα οποία παρασκευάστηκαν στα πλαίσια της παρούσας εργασίας. Το μονοπυρηνικό σύμπλοκο Cu(H3-DTPA) καθηλώθηκε ομοιοπολικά (αμιδικός δεσμός) στα νανοσωματίδια μέσω των ελεύθερων καρβοξυλομάδων DTPA με τις ελεύθερες αμινομάδες της ODA. Το σύμπλοκο Cux(DTPA)y προσδέθηκε στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων μέσω ενθυλάκωσης στο πολυμερές πολυαιθυλενοϊμίνη (ΡΕΙ). Τα τροποποιημένα νανοσωματίδια χαρακτηρίστηκαν με FT-IR, VSM και το ποσοστό του χαλκού βρέθηκε με SEM-EDX. Παράλληλα, τα αρχικά MNPs@ODA τροποποιήθηκαν με τα υδρόφιλα οργανικά μόρια DTPA και ΡΕΙ με τρεις τρόπους: (a) ομοιοπολική σύζευξη του DTPA με τις αμινομάδες της ODA μέσω αμιδικού δεσμού, (b) επικάλυψη των νανοσωματιδίων με την ΡΕΙ και (c) ομοιοπολική σύζευξη του DTPA με τις αμινομάδες της ΡΕΙ μέσω αμιδικού δεσμού. Τα τροποποιημένα νανοσωματίδια χαρακτηρίστηκαν με FT-IR, TGA, DLS, VSM, βρέθηκε το δυναμικό ζ της επιφάνειας και οι ελεύθερες αμινομάδες βρέθηκαν με ανάλυση νινυδρίνης. Μελετήθηκε περαιτέρω η ικανότητα των τροποποιημένων νανοσωματιδίων να δεσμεύουν χαλκό από υδατικά διαλύματα, το είδος των αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα ανάμεσα στα ιόντα Cu2+ και τα MNPs και η δυνατότητα αναγέννησης και επαναχρησιμοποίησης των υλικών ως προσροφητικά υλικά. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα των ανωτέρω μελετών δείχνουν πως τα τροποποιημένα νανοσωματίδια μπορεί να είναι υποψήφια τόσο για χρήση ως διττοί φορείς απεικόνισης MRI/PET, μετά την ραδιοεπισήμανση των συμπλόκων με κατάλληλα ισότοπα (64Cu), αλλά και ως αποτελεσματικά μέσα καθαρισμού ιόντων Cu2+ από υδατικά τους διαλύματα ανάλογα με την τροποποίηση της επιφάνειάς τους.
description: Magnetic nanoparticles are offering great potentials in a variety of applications in their bare form or coated with a surface coating and functional groups chosen for specific uses. Herein, cobalt ferrite nanoparticles with a multi-functional surface have been designed for copper(II) removal, while the same platform has been evaluated as a dual-modality MRI/PET agent. Firstly, cobalt ferrite nanoparticles coated with a double layer of octadecylamine (ODA) were solvothermally prepared, in accordance with our previous experience. These primary MNPs@ODA nanoparticles were characterized structurally with XRD, TEM and SEM-EDX and magnetically with VSM. Their organic coating was studied using FT-IR spectroscopy and TG analysis, and the presence of free amino groups on the surface was verified using the colorimetric ninhydrin test analysis. Two different copper complexes with diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) as ligand, an acyclic multidentate complexone chelator, were prepared and loaded on the MNPs. The Cu(H3-DTPA) complex was covalently bound to the MNPs by formation of an amide bond between the complex’s carboxylate groups and the free amine groups of ODA. The Cux(DTPA)y complex was immobilized on the surface by encapsulation with polyethyleneimine (PEI) polymer. The functionalized MNPs were characterized with FT-IR, VSM while the copper amount was estimated by SEM-EDX. The primary MNPs@ODA were also functionalized by three different ways with the hydrophilic organic molecules DTPA and PEI: i) DTPA was covalently bound to the free amino groups of ODA through the formation of an amide bond ii) PEI was used as an intermediate linker and iii) DTPA was covalently bound to the free amino groups of PEI through the formation of an amide bond. The modified MNPs were characterized with FT-IR, TGA, DLS, VSM, ninhydrin test while the surface charge (ζ-potential) was measured. Comparative UV-Vis studies for removing copper(II) from aqueous solutions were conducted and the effect of time on the adsorption was also analyzed. Owing to the high magnetization of the MNPs the metal-loaded nanoadsorbents could be quickly removed from the aqueous solutions by magnetic separation and regenerated easily by acid treatment. Overall findings propose that these novel recyclable nanostructures present great potential in removing copper ions from aqueous solutions, while the possibility to radiolabel the complexes with a suitable isotope (64Cu) gives to the complex-functionalized MNPs the ability to behave as bimodal agents.