Σύνθεση μέσω πολυολών διμεταλλικών νανοσωματιδίων, CuFe, CuZn και φερριτών ψευδαργύρου, ZnXFe3-XO4, και βιοεφαρμογές τους

Abstract

In the current thesis, synthesis (under polyol process), characterization and bioapplications of hydrophilic coated CuFe bimetallic nanoparticles, CuFeO2 heterostructured nanoparticles, CuZn bimetallic nanoparticles and ZnxFe3-xO4 zinc ferrite nanoparticles are presented. Synthesis of the nanoparticles was carried out in autoclaves via the solvothermal and/or microwave-assisted approaches. Several experimental conditions were investigated including the effect of polyols by the means of different molecular weight, boiling point, reductive ability and tangent loss of microwave irradiation, the effect of temperature, the effect of the synthetic route and the nature of the precursors as well as their ratio. Through synthetic regulations, copper and/or iron rich CuFe nanoalloys, CuFeO2 delafossite oxide, copper and/or zinc rich CuZn nanoalloys and ZnxFe3-xO4 nanoparticles with different zinc doping were effectively produced. The oxidation and fragmentation of polyols during syntheses were evaluated. Addionally the preservation of the polymeric nature of the coating of the nanoparticles was investigated after the synthesis. The isolated nanoparticles were characterized through XRD, TEM, SEM, FTIR, Raman, UV-Vis, FL, NMR, ICP-AES, FAAS, TGA, DLS and VSM. Bioapplications of nanoparticles were recorded on the basis of the composition and physicochemical characterization of the nanoparticles and biological evaluations were recorded. Under these studies, the synergistic antimicrobial activity of CuFe and CuFeO2 nanoparticles as well as their interaction with various forms of DNA and biomolecules was investigated. Additionally, the synergistic antifungal activity and phytotoxicity of CuZn were evaluated. Moreover, the theranostic (therapy and diagnosis) action of ZnxFe3-xO4 was examined through their imaging ability in MRI, their drug delivery characteristics and their interaction with proteins related to central nervous system disorders.

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η σύνθεση μέσω πολυολών, ο χαρακτηρισμός και οι βιοεφαρμογές υδρόφιλων επικαλυμμένων διμεταλλικών νανοσωματιδίων CuFe, νανοσωματιδίων CuFeO2, διμεταλλικών νανοσωματιδίων CuZn και νανοσωματιδίων φερρίτη ψευδαργύρου, ZnxFe3-xO4. Η σύνθεση των νανοσωματιδίων πραγματοποιήθηκε σε αυτόκλειστες συνθήκες μέσω διαλυτοθερμικής προσέγγισης ή/και υποβοηθούμενη μέσω μικροκυματικής ακτινοβολίας. Οι πειραματικές συνθήκες που διερευνήθηκαν είναι η επίδραση πολυολών με διαφορετικά μοριακά βάρη, σημεία ζέσεως, αναγωγική ικανότητα και εφαπτόμενη απώλεια μικροκυματικής ακτινοβολίας, η επίδραση της θερμοκρασίας, η επίδραση της συνθετικής προσέγγισης και η επίδραση των προδρόμων ενώσεων καθώς και της αναλογίας τους. Παρασκευάστηκαν πλούσια σε χαλκό ή/και σίδηρο νανοκράματα CuFe, καθώς και CuFeO2, πλούσια σε χαλκό ή/και ψευδάργυρο νανοκράματα CuZn καθώς και νανοσωματίδια ZnxFe3-xO4 με διαφορετικά ποσοστά-doping ψευδαργύρου. Επιπρόσθετα, μελετήθηκε ο βαθμός οξείδωσης και θραυσματοποίησης των πολυολών κατά τη σύνθεση, και η διατήρηση του πολυμερικού χαρακτήρα στην επικάλυψη των νανοσωματιδίων μετά τη σύνθεση. Τα νανοσωματίδια χαρακτηρίστηκαν μέσα XRD, TEM, SEM, FTIR, Raman, UV-Vis, FL, NMR, ICP-AES, FAAS, TGA, DLS και VSM. Μελετήθηκε η συνεργιστική αντιμικροβιακή δράση των CuFe, CuFeO2 και η αλληλεπίδραση τους με μορφές DNA και βιομόρια, η συνεργιστική αντιμυκητιακή δράση και η φυτοτοξικότητα των CuZn καθώς και η δράση των ZnxFe3-xO4 ως παράγοντες θεραπείας και διάγνωσης μέσα από την απεικονιστική τους δράση, τη δράση τους ως μεταφορείς φαρμάκων και την αλληλεπίδραση τους με πρωτεΐνες που σχετίζονται με παθήσεις του κεντρικού νευρικού συστήματος.