Ανάπτυξη, χαρακτηρισμός και μελέτη μαγνητικών νανοσωματιδίων για τεχνολογικές και βιοϊατρικές εφαρμογές

Τις τελευταίες δεκαετίες η νανοτεχνολογία συγκεντρώνει, δικαίως, ένα μεγάλο πλήθος ερευνητών από διάφορους κλάδους επιστημών, χάρη στο ευρύτατο πεδίο εφαρμογών της. Αυτές, γενικά, μπορούν να χωριστούν σε δύο κλάδους: τις τεχνολογικές και τις βιοϊατρικές. Ο πρώτος περιλαμβάνει την προστασία του περιβάλλοντος, την κατάλυση, την αποθήκευση και παραγωγή ενέργειας και την αποθήκευση δεδομένων. Οι δεύτερος τη μαγνητική στόχευση για μεταφορά γονιδίων ή φαρμάκων, τη μαγνητική απεικονιστική τομογραφία και τη μαγνητική υπερθερμία. Μεγάλο μέρος των εργασιών που δημοσιεύονται αφορούν εφαρμογές της νανοτεχνολογίας στην καταπολέμηση του καρκίνου. Η πρόοδος που έχει επιτευχθεί είναι εντυπωσιακή, αλλά εξακολουθεί να αποτελεί μια δύσκολα ιάσιμη ασθένεια. Η μαγνητική υπερθερμία είναι μια θεραπεία, η οποία σε συνδυασμό με άλλες συμβατικές θεραπευτικές μεθόδους έχει δείξει ελπιδοφόρα αποτελέσματα. Ο στόχος της παρούσας διατριβής χωρίζεται σε τρεις βασικούς άξονες. Αρχικός στόχος είναι η παρασκευή νανοσωματιδίων με προκαθορισμένες ιδιότητες, που θα έχουν τις κατάλληλες ιδιότητες ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε τεχνολογικές ή βιοϊατρικές εφαρμογές. Ως εκ τούτου, μελετάται η επίδραση των διάφορων συνθετικών παραμέτρων στη δομή, το μέγεθος και τα ιδιαίτερα μαγνητικά χαρακτηριστικά των νανοσωματιδίων. Οι συνθετικές παράμετροι που ερευνώνται είναι η τελική θερμοκρασία της αντίδρασης, η μέθοδος παρασκευής των νανοσωματιδίων καθώς και τα χημικά αντιδραστήρια που χρησιμοποιούνται (πρόδρομη ένωση, αναλογία επιφανειοδραστικών, διαλύτης, αναγωγικοί παράγοντες). Επιπλέον, για να είναι αυτά τα νανοσωματίδια κατάλληλα για βιοϊατρικές εφαρμογές, είναι απαραίτητη η βιοσυμβατότητά τους. Συνεπώς, είτε η σύστασή τους οφείλει να είναι τέτοια ώστε να επιτρέπεται η βιοϊατρική τους εφαρμογή, είτε αν αυτό δε συμβαίνει, πρέπει να καλύπτονται από βιοσυμβατό περίβλημα. Επίσης, μελετώνται μέθοδοι σύνθεσης με χρήση αντιδραστηρίων που το συνολικό τους κόστος είναι χαμηλό, ενώ, ταυτόχρονα, έχουν επαναληψιμότητα. Συνολικά παρασκευάστηκαν τρεις κατηγορίες μαγνητικών νανοσωματιδίων: νικελίου, οξειδίων του σιδήρου και κοβαλτίου. Στο κείμενο της διατριβής περιγράφονται αναλυτικά η σύνθεση των δειγμάτων, οι μέθοδοι και τα αποτελέσματα των τεχνικών χαρακτηρισμού καθώς και η αποτελεσματικότητά τους σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Οι μέθοδοι παρασκευής που χρησιμοποιήθηκαν ήταν δύο: η θερμική διάσπαση και η διαλυτοθερμική μέθοδος. Όσον αφορά στα νανοσωματίδια κοβαλτίου, παρουσιάζεται μία μέθοδος σύνθεσης σε ένα βήμα χάρη στην οποία δημιουργείται φλοιός από άνθρακα γύρω από τα νανοσωματίδια. Ο φλοιός αυτός, σύμφωνα με βιβλιογραφικά δεδομένα, προσφέρει βιοσυμβατότητα. Οι μέθοδοι που εφαρμόστηκαν για τον δομικό και μαγνητικό χαρακτηρισμό των δειγμάτων ήταν η περίθλαση ακτίνων-Χ, η ηλεκτρονική μικροσκοπία διερχόμενης δέσμης, η φασματοσκοπία Raman, η φασματομετρία φθορισμού, η φασματοσκοπία υπερύθρου, η θερμοβαρυτική ανάλυση και η μαγνητομετρία με VSM ή SQUID. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις μαγνητικής υπερθερμίας με σκοπό τον υπολογισμό του συντελεστή που ποσοτικοποιεί τις απώλειες ισχύος ενός συστήματος σωματιδίων (SLP), με αρκετά ελπιδοφόρα αποτελέσματα για μελλοντική χρήση στην καταπολέμηση του καρκίνου.