Synthesis and Characterization of superparamagnetic nanomaterials for bioengineering applications
Creators: name: Μπακρατσά, Αλεξάνδρα Στέφανου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2025
Subjects: νανοσωματίδια σιδήρου
εγκλεισμός
σφαιρικά σωματίδια-ASP
nanoparticles
encapsulation
spherical particles-ASP

description: Τα μαγνητικά νανοσωματίδια (NPs), και ιδιαίτερα τα υπερπαραμαγνητικά νανοσωματίδια μαγνητίτη (Fe₃O₄), έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον λόγω των μοναδικών τους ιδιοτήτων και της ευρείας κλίμακας των εφαρμογών τους. Η παρούσα μελέτη παρουσιάζει τη σύνθεση νανοσωματιδίων μαγνητίτη με επικάλυψη πολυαιθυλενιμίνης (PEI) μέσω της μεθόδου συγκαταβύθυσης (co-precipitation) με στόχο τη βελτίωση της σταθερότητάς του αιωρήματός τους και την αποφυγή δημιουργίας συσσωματωμάτων. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε περαιτέρω εγκλεισμός αυτών των νανοσωματιδίων με επικάλυψη PEI σε οργανικέςς μήτρες, όπως το τετρααιθοξυσιλάνιο (TEOS) και η (3-αμινοπροπυλική) τριαιθοξυσιλάνη (APTES), για την τροποποίηση της επιφάνειάς τους. Οι τεχνικές electrospraying και πυρόλυσης αερολύματος (ASP) χρησιμοποιήθηκαν για να εξασφαλιστεί ο σχηματισμός σφαιρικών νανοσωματιδίων, τα οποία είναι πιο κατάλληλα για εφαρμογές όπως η μεταφορά φαρμάκων. Ο χαρακτηρισμός των συντεθειμένων νανοσωματιδίων πραγματοποιήθηκε με τη χρήση της Μεθόδου Δυναμικής Σκέδασης Φωτός (DLS), των μετρήσεων ζ-δυναμικού και της Σάρωσης Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου (SEM). Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα σωματίδια με βάση το TEOS και την APTES παρουσίασαν διμορφική κατανομή μεγέθους. Η σύγκριση των μεγεθών μεταξύ των σωματιδίων NPs+PEI και των σωματιδίων με βάση το TEOS ή της APTES υποδηλώνει ότι τα μεγαλύτερα σωματίδια πιθανώς περιέχουν εγκλεισμένα τα νανοσωματιδια σιδήρου. Οι παρόμοιες τιμές ζ-δυναμικού των γυμνών TEOS και των σωματιδίων με βάση το TEOS, καθώς και μεταξύ των γυμνών APTES και των σωματιδίων με βάση το APTES, επιβεβαιώνουν το σχηματισμό σωματιδίων σιδήρου εγκλεισμένων σε APTES και TEOS .Η χαρτογράφηση ακτίνων-Χ επιβεβαίωσε την παρουσία πυριτίου και οξυγόνου στα δείγματα, ενώ τα αποτελέσματα FT-IR επιβεβαίωσαν τη σύνθεση νανοσωματιδίων με επικάλυψη PEI και βάση την πυρίτια.
description: Magnetic nanoparticles (NPs), particularly superparamagnetic iron oxide nanoparticles (Fe₃O₄), have gained significant attention due to their unique properties and wide-range applications. This study presents the synthesis of magnetite nanoparticles coated with polyethylenimine (PEI) via the co-precipitation method to enhance their stability and prevent agglomeration. Further encapsulation of these PEI-coated nanoparticles in organic matrices such as tetraethyl orthosilicate (TEOS) and (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES) was performed to facilitate surface functionalization. Electrospraying and Aerosol Spray Pyrolysis (ASP) techniques were utilized to ensure the formation of spherical nanoparticles, which are more suitable for drug delivery applications. Characterization of the synthesized nanoparticles was conducted using Dynamic Light Scattering (DLS), ζ-potential measurements, and Scanning Electron Microscopy (SEM). Results indicated that the TEOS and APTES particles exhibited bimodal size distribution. The comparison between size ranges of the NPs+PEI and TEOS-based or NPs+PEI and APTES-based particles indicate that the bigger particles have probably encapsulated successfully the NPs+PEI. The similar ζ-potential values of bare TEOS with TEOS-based particles and bare APTES with APTES-based particles confirm the formation of magnetite inclusions. X-ray mapping confirmed the presence of silicon and oxygen in the samples. Finally, FT-IR results confirmed the successful synthesis of silica-based PEI-coated SPIONs.