Magnetic nanostructures and nanomagnetism for modern biomedical applications

Abstract

Magnetic nanomaterials represent one of the most important and emerging classes of materials in nanotechnology due to a range of potential applications. In particular, magnetic nanoparticles have been envisaged for various biological and biomedical applications. This thesis deals with the synthesis, characterization as well as with the biological in vitro application of ferrite nanoparticles. Interestingly, single, functionalized and core shell ferrites are thoroughly studied. This thesis work shows that the improvement of ferrites’ intrinsic properties (both structural and magnetic) has a crucial impact to their potential use as heating or magnetomechanical stress agents in magnetic hyperthermia and magnetomechanical cell triggering applications respectively. Meanwhile, magnetic hyperthermia standardization, one of the main objectives of this thesis, is an absolute obligatory step to highlight with certainty the series of novel nanoparticle systems with the greatest heating performance for in vitro magnetic hyperthermia.

Τα μαγνητικά νανοϋλικά αποτελούν μία από τις σημαντικότερες και αναδυόμενες κατηγορίες υλικών στη νανοτεχνολογία εξαιτίας του ότι μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές διαφόρων τύπων και πιο συγκεκριμένα έχει προβλεφθεί η χρήση τους σε διάφορες βιολογικές και βιοϊατρικές εφαρμογές. Στη διδακτορική αυτή διατριβή μελετάται η σύνθεση ο χαρακτηρισμός αλλά και η κυτταρική (in vitro) βιολογική εφαρμογή νανοσωματιδίων φερρίτη, απλών (απλής φάσης) αλλά και πιο σύνθετων δομών (επικαλυμμένες δομές και/ή δομές πυρήνα-φλοιού). Επιπλέον, μελετάται ο τρόπος με τον οποίο η βελτίωση των δομικών και μαγνητικών ιδιοτήτων των φερριτών αυτών μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στη χρήση τους στη μαγνητική υπερθερμία, ως φορέων θερμότητας αλλά και στη μαγνητομηχανική καταπόνηση κυττάρων, ως φορέων μαγνητομηχανικού ερεθισμού. Επιπλέον, στα πλαίσια της διατριβής προτείνεται η τυποποίηση του πειράματος της μαγνητικής υπερθερμίας, κάτι που δεν είχε επιχειρηθεί μέχρι σήμερα λόγω του πολυπαραμετρικού χαρακτήρα του προβλήματος.