ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΣΥΜΒΑΤΩΝ ΒΙΟΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΓΙΑ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

ΨΥΧΟΓΥΙΟΣ, ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ; PSYCHOYIOS, VASILLIOS

dc.contributor.author	ΨΥΧΟΓΥΙΟΣ, ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ	el
dc.contributor.author	PSYCHOYIOS, VASILLIOS	en
dc.date.accessioned	2015-06-26T08:32:34Z
dc.date.available	2015-06-26T08:32:34Z
dc.date.issued	2015-06-26
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40889
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2069
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	biosensors, nanotechnology, polymerised lipid membrane, potentiometric biosensor, zinc oxide nanostructure	en
dc.subject	βιοαισθητήρες, νανοτεχνολογια, ποτενσιομετρικοί βιοαισθητήρες, πολυμερισμένη λιπιδική μεμβράνη, νανοδομές οξειδίου του ψευδαργύρου	el
dc.title	ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΣΥΜΒΑΤΩΝ ΒΙΟΑΙΣΘΗΤΗΡΩΝ ΓΙΑ ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ	el
dc.contributor.department	ΧΗΜΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ	el
heal.classification	ΙΑΤΡΙΚΗ	el
heal.classification	CHEMISTRY	en
heal.classification	MEDICINE	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-06-12
heal.abstract	Οι τρέχουσες μέθοδοι της κλινικής διαγνωστικής με συνιστώσα την άντληση πληροφοριών από το βιοχημικό προφίλ του ασθενούς, στηρίζονται κατά βάση σε κλασικές μεθόδους ποσοτικής μέτρησης βιοχημικών δεικτών. Από την άλλη πλευρά η αναγνώριση ιογενών νόσων, η παρακολούθηση της βακτηριακής δραστηριότητας βακτηρίων ή η κατάδειξη νοσογόνων καταστάσεων απαιτεί πολύ εξειδικευμένα εργστήρια, στις περισσότερες των περιπτώσεων, γεγονός που αυξάνει τό κόστος, αλλά κάνει και δύσκολη την πρόσβαση. Τα δεδομένα αυτά σχεδόν καθιστούν αδύνατη την πρόσβαση απομεμακρυσμένων πληθυσμών σε υγεινομικές υπηρεσίες υψηλού βαθμού. Πέραν τούτων η χειρουργική των ιστών έχει ανάγκη τόσο από τεχνητούς ιστούς που θα χρησιμοποιηθούν για επιτέλεση βιολογικών λειτουργιών αλλά και από μηχανισμούς παρακολούθησης μεταμοσχευμένων ιστών μέχρι την πλήρη ενσωμάτωση στη νέα τους θέση. Με τα μέχρι τούδε δεδομένα και οι δύο αυτές ανάγκες είναι πολύ κοστοβόρες για τις υπηρεσίες υγείας. Πρόσφατα αυξημένος αριθμός ερευνητών έχει εστιάσει στη χρησιμότητα των βιοαισθητήρων σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Συνδυασμένοι με νανοϋλικά και νανοδομές, βιοαισθητήρες σε νανοκλίμακα μπορεί να χρησιμοποποιηθούν σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Τέτοιου είδους εφαρμογές αποτελούν η μέτρηση βιοχημικών δεικτών στον ορό ασθενών, η παρακολούθηση της δραστηριότητας παθογόνων βακτηρίων στο σώμα, η διαπίστωση μεταβολών σε κυτταρικό επίπεδο, που δυνητικά θα μπορεί να εξελιχθεί σε ογκογενετική πλατφόρμα, η αναγνώριση ιών, η χρήση τους ως δεικτών αναγνώρισης παθογόνων νόσων κλπ. Οι συσκευές αυτές –νανοβιοαισθητήρες -καθίστανται έτσι εξαιρετικά ευέλικτα συστήματα που επιτρέπουν βιοϊατρικές αναλύσεις με ταχύτητα, άριστη εκλεκτικότητα, υψηλή ευαισθησία και υπερεκλεκτική διάγνωση. Η ‘αλληλεπίδραση’ επίσης της νανοτεχνολογίας και της βιολογίας μπορεί να λύσει πολλά βιοϊατρικά θέματα και να δώσει μία νέα διάσταση στον τομέα της υγείας και της ιατρικής. Η χρήση της νανοτεχνολογίας στην ιατρική προσφέρει εκπληκτικές δυνατότητες και δίνει νέες διαστάσεις στην κλινική διαγνωστική και θεραπεία, με μερικές από τις πιθανές χρήσεις να βρίσκονται στη σφαίρα του ιδεατού, άλλες σε διάφορα στάδια χρήσης, και άλλες σε καθημερινή χρήση. H νανοτεχνολογία στην ιατρική περιλαμβάνει εφαρμογές νανοσωματιδίων που επι της τρεχούσης είναι υποαναπτυγμένες αλλά και εφαρμογές που περιλαμβάνουν τη χρήση νανορομπότ για την επισκευή αστοχιών σε κυτταρικό επίπεδο. Όπως και να το ονομάσει κανείς η νανοτεχνολογία στο πεδίο της ιατρικής θα αναπτύξει στο εγγύς μέλλον τεχνικές και μεθόδους για την τάχιστη αναγνώριση και κατάδειξη αστοχιών σε κυτταρικό επίπεδο, που δυνητικά θα μπορούσε να καταλήξει σε νοσογόνο κατάσταση σε μάκρο επίπεδο (πχ. καρκίνος), αλλά και σε πληρέστερη και στοχευμένη θεραπεία τόσο σε κυτταρικό επίπεδο, όσο και σε επίπεδο αποκλειστικά ιστών. Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει την κατασκευή και χρήση πρωτότυπων ποτενσιομετρικών βιοαισθητήρων με τη βοήθεια νανοϋλικών για την ανίχνευση και μέτρηση των επιπέδων χοληστερόλης και ουρικού οξέος. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε και οι αλεπάλληλοι πειραματικού κύκλοι που έλαβαν χώρα κατά την εκπόνηση της παρούσας διαδακτορικής διατριβής, επέτρεψαν για πρώτη φορά στην στην εμβάθυνση της γνώσης για την κατασκευή ποτενσιομετρικών βιοαισθητήρων με ενσωμάτωση νανοδομών οξειδίου του ψευδαργύρου για την ταχεία ανίχνευση βιοχημικών ουσιών. Αναπτύχθηκε ένας ποτενσιομετρικός νανοβιοαισθητήρας για τον προσδιορισμό της χοληστερόλης, βασισμένος στην ενσωμάτωση της οξειδάσης της χοληστερόλης σε σταθεροποιημένα λιπιδικά φιλμ, πολυμερισμένα με υπεριώδη ακτινοβολία, χρησιμοποιώντας νανοτοιχώματα οξειδίου του ψευδαργύρου ως ηλεκτρόδιο μέτρησης. Ο αισθητήρας αυτός έδειξε πολύ καλή επαναληψιμότητα, ευαισθησία και εκλεκτικότητα, όπως επίσης και ταχεία απόκριση, με το 95% της σταθερής τάσης να αναπτύσεται σε 5sec. Επιπλέον ο βιοαισθητήρας αυτός δεν επηρεάστηκε από τη φυσιολογική συγκέντρωση του ασκορβικού οξέος, της γλυκόζης, της ουρίας, πρωτεϊνών και λιπιδίων στοιχείων που φυσιολογικά υπάρχουν στα ανθρώπινα βιολογικά υγρά. Εκτιμήθηκε επίσης η δυνατότητα του αισθητήρα να μετρήσει τα επίπεδα της χοληστερόλης σε πραγματικά δείγματα ανθρωπίνου πλάσματος, πιστοποιώντας εξαιρετικά ικανοποιητική συσχέτιση τιμών με τις συμβατικές μεθόδους μέτρησης χοληστερόλης σε βιολογικά δείγματα. Επίσης αναπτύχθηκε ένας άλλος ποτενσιομετρικός νανοβιοαισθητήρας για τον προσδιορισμό του ουρικού οξέος, Αυτός ο αισθητήρας στηρίζει τη λειτουργία του στο ένζυμο ουρικάση και την αλληλεπίδρασή του με το ουρικό οξύ. Ο αισθητήρας αυτός κατασκευάστηκε επίσης με τη χρήση σταθεροποιημένων λιπιδικών μεμβρανών σε μικροφίλτρο ινών υάλου, πολυμερισμένων με υπεριώδη ακτινοβολία και ενσωμάτωση της ουρικάσης στο λιπιδικό υμένιο πριν τον πολυμερισμό του. Το φίλτρο με το λιπιδικό υμένιο και την ουρικάση εναποτέθηκε σε ηλεκτρόδιο με νανοσύρματα οξειδίου του ψευδαργύρου, που χρησιμοποιήθηκε ως ηλεκτρόδιο μέτρησης. Ο βιοαισθητήρας αυτός έδειξε εξαιρετική επαναληψιμότητα, πολύ γρήγορη απόκριση (περίπου 6 sec), ικανοποιητική εκλεκτικότητα, δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης, μακρά διάρκεια ζωής (τουλάχιστον 30 ημέρες σε συγκεκριμένες συνθήκες αποθήκευσης) και υψηλή ευαισθησία. Δοκιμάστηκε η απόκρισή του με παρουσία διαφόρων παρεμποδιστών (ασκορβικό οξύ, γλυκόζη, πρωτείνες, λιπίδια) και έδειξε ότι η λειτουργία του δεν επηρεάζεται, τουλάχιστον για συγκεντρώσεις που βρίσκονται σε ανθρώπινα υγρά. Το χαμηλό κόστος κατασκευής, η χρήση φθηνών υλικών, η υψηλή ευαισθησία, η βισοσυμβατότητά τους σε συνάρτηση με τα εξαιρετικά ηλεκτροχημικά χαρακτηριστικά τους δίνουν δυνατότητα για χρήση σε βιοϊατρικές εφαρμογές. Επιπλέον με βελτίωση των χαρακτηριστικών φορητότητας τους ή και βελτίωση του βιοσυμβατού προφίλ, θα μπορούσαν να γίνουν εμφυτεύσιμες συσκευές για μέτρηση σε πραγματικό χρόνο.	el
heal.abstract	The current method of clinical diagnosis based on information from the biochemical profile of the patient rely on classic methods of measurement of biochemical indicators. On the other hand the diagnosis of viral infections, the monitoring of bacterial activity or the recognition of various diseases requires very specialized medical labs. Having said that it is easily understandable that the cost is increased and the diagnostic quality is low in populations traditionally underserved. Furthermore tissue surgery requires artificial tissue-implants for biological functions in the body as well as monitoring mechanisms of transplanted tissues until complete incorporation in their new position. Currently both these targets are very expensive for health systems. Recently increased number of researchers is focused on the functionality of the biosensors in biomedical applications. These structures combined with nanotechnology can be used in biomedical applications. Such applications are biochemical measurements in blood samples, bacterial activity monitoring, viral recognition, drug delivery in specific targets etc. These devices – nanobiosensors- are very flexible systems, which provide biomedical measurements very fast, with excellent selectivity, and very high sensitivity. The combination of nanotechnology and biology can solve many biomedical issues and give a new era in medicine. The use of nanotechnology in medicine offers some exciting possibilities. Some techniques are only imagined, while others are at various stages of testing, or actually being used today. Nanotechnology in medicine involves applications of nanoparticles currently under development, as well as longer-range research that involves the use of manufactured nano-robots to make repairs at the cellular level (sometimes referred to as nanomedicine). Whatever you call it, the use of nanotechnology in the field of medicine could revolutionize the way we detect and treat damage to the human body and disease in the future, and many techniques only imagined a few years ago are making remarkable progress towards becoming realities. The work in this thesis was to fabricate novel potensiometric biosensors based on ZnO nanowalls and nanowires for the detection and measurement of cholesterol and uric acid levels in different samples. The methodology that was created and the several experimental cycles that took place during the thesis time, gave us the opportunity of deepening thw knowledge of construction of such potensiometric biosensors incorporating ZnO nanostructures for rapid detection of biochemical sustances. A novel potensiometric cholesterol nanobiosensor was fabricated by immobilisation of cholesterol oxidase into stabilised lipid films using zinc oxide nanowalls as measuring electrode. Cholesterol oxidase was incorporated into the lipid film prior polymerisation on the surface of ZnO nanowalls, resulting in a sensitive, selective, stable and reproducible cholesterol biosensor. The potensiometric response was 57mV/decade concentration, and was achived very rapidly (around 5 sec). The sensor response had no interferences by normal concentrations of ascorbic acid, glucose, urea, proteins and lipids. Additionally sensor cholesterol meeasurments in real human samples were in very close relation to measurments achieved with classical methods of analysis. Furthermore another novel potensiometric nanobiosensor was fabricated in order to measure the level of uric acid in samples. The uric acid nanobiosensor was fabricated by immobilsation – incorporation of the enzyme uricase into stabilised lipid films using zinc oxide nanowires as a measuring electrode. Uricase was incorporated into the lipid film prior polymerization on the surface of well aligned ZnO nanowires resulting in a very sensitive, selective, stable and reproducible uric acid biosensor. The potensiometric response was twice as large from previously reported values due to the presence of a cationic lipid in the lipid film. The sensor response had no interferences by normal concentrations of ascorbic acid, glucose, ures, proteins and lipids. These biosensors shown great selectivity, excellent sensitivity, and appreciable reproducibility. Due to the biocompatibility of the lipid film these biosensors with the appropriate modification could be implanted in the human body.	en
heal.advisorName	ΤΖΑΜΤΖΗΣ, ΝΙΚΟΛΑΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΝΙΚΟΛΕΛΗΣ, ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΛΙΟΔΑΚΗΣ, ΣΤΥΛΙΑΝΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΚΟΡΔΑΤΟΣ, ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΜΕΘΕΝΙΤΗΣ, ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΠΑΠΠΑ, ΑΘΗΝΑ	el
heal.committeeMemberName	ΨΑΡΟΥΔΑΚΗΣ, ΝΙΚΟΛΑΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΤΖΑΜΤΖΗΣ, ΝΙΚΟΛΑΟΣ	el
heal.academicPublisher	Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	203
heal.fullTextAvailability	true