Ανάπτυξη νέων υλικών ως υποστρωμάτων για την ανίχνευση μορίων με τη μέθοδο επιφανειακής ενίσχυσης της σκέδασης Raman [Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS)]

Κουσούλη, Έλλη Μαρτίνα; Kousouli, Elli Martina

dc.contributor.author	Κουσούλη, Έλλη Μαρτίνα
dc.contributor.author	Kousouli, Elli Martina	en
dc.date.accessioned	2022-02-10T09:30:54Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54649
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22347
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	Νανοσωματίδια αργύρου	el
dc.subject	Δισφαινόλη Α	el
dc.subject	Επιφανειακή ενίσχυση σκέδασης Raman	el
dc.subject	Ιοντικό υγρό	el
dc.subject	Πειραματικός σχεδιασμός Box-Behnken	el
dc.subject	Silver nanoparticles	en
dc.subject	Bisphenol A	en
dc.subject	Surface-enhanced Raman scattering	en
dc.subject	Ionic liquid	en
dc.subject	Box-Behnken design	en
dc.title	Ανάπτυξη νέων υλικών ως υποστρωμάτων για την ανίχνευση μορίων με τη μέθοδο επιφανειακής ενίσχυσης της σκέδασης Raman [Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS)]	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Φαρμακευτική χημεία και τεχνολογία	el
heal.dateAvailable	2023-02-09T22:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-10-11
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια η επιφανειακή ενίσχυση της σκέδασης Raman (Surface Enhanced Raman Scattering, SERS), μια μη καταστρεπτική και ευαίσθητη αναλυτική τεχνική, χρησιμοποιείται ευρέως για την ανίχνευση και την ταυτοποίηση χημικών ουσιών μέσω ηλεκτρομαγνητικών και χημικών φαινομένων. Η εύρεση κατάλληλων υποστρωμάτων με ευκολία χρήσης και επαναληψιμότητα είναι επίπονη διαδικασία. Τα νανοσωματίδια αργύρου χρησιμοποιούνται εκτενώς ως υπόστρωμα SERS καθώς εμφανίζουν φαινόμενο συντονισμού επιφανειακών πλασμονίων (Surface Plasmon Resonance absorption, SPR), το οποίο θεωρείται πως ενισχύει την ένταση του σήματος Raman, παρασκευάζονται με απλές διαδικασίες και έχουν σημαντική κολλοειδή σταθερότητα. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτέλεσε η μελέτη και η βελτιστοποίηση της σύνθεσης νανοσωματιδίων αργύρου από ιοντικό υγρό για την χρήση τους ως υπόστρωμα SERS στην ανίχνευση της δισφαινόλης Α. Η δισφαινόλη Α (Bisphenol A, BPA) είναι οργανική ένωση που χρησιμοποιείται ευρέως στην βιομηχανία των πλαστικών και εντοπίζεται σε πλαστικά ποτήρια, ως εσωτερική επίστρωση σε σωλήνες νερού και σε μεταλλικά σκευάσματα τροφίμων. Συνδέεται με επικίνδυνες επιπτώσεις στην υγεία όπως δυσλειτουργία της αναπαραγωγής, αποβολές και καρκίνο του μαστού. Λόγω της ικανότητάς της να διεισδύει από τα τοιχώματα του προϊόντος στο τρόφιμο είναι σημαντική η εύρεση μεθόδων ελέγχου των επιπέδων BPA σε προϊόντα κατανάλωσης. Εφαρμόστηκε πράσινη μεθοδολογία για τη σύνθεση των νανοσωματιδίων, μέσω της αναγωγής του νιτρικού αργύρου με τη χρήση ιοντικού υγρού ως αναγωγικός και προστατευτικός παράγοντας και της χιτοζάνης, η οποία είχε σταθεροποιητικό ρόλο και πιθανόν προέτρεπε την ανομοιόμορφη ανάπτυξη των νανοσωματιδίων. Αρχικά μελετήθηκαν δύο είδη ιοντικών υγρών για την παρασκευή νανοσωματιδίων αργύρου, το κιτρικό 2-υδροξυαιθυλαμμώνιο (ΙΥ1) και το ασκορβικό 2-υδροξυαιθυλαμμώνιο (ΙΥ2). Τα παραγόμενα νανοσωματίδια εξετάσθηκαν ως προς την ικανότητά τους να ενισχύουν το σήμα Raman της δισφαινόλης Α. Τα νανοσωματίδια που παράχθηκαν από το ΙΥ1 δεν ήταν αποτελεσματικό υπόστρωμα SERS, ενώ τα νανοσωματίδια από το ΙΥ2 συνέβαλλαν στην ανίχνευση υψηλής συγκέντρωσης της ουσίας. Επομένως επιλέχθηκε η βελτιστοποίηση των νανοσωματιδίων παρασκευασμένα από το ασκορβικό 2-υδροξυαιθυλαμμώνιο (ΙΥ2) για την ανίχνευση χαμηλότερων συγκεντρώσεων δισφαινόλης Α. Γι’ αυτό το σκοπό χρησιμοποιήθηκε ο πειραματικός σχεδιασμός τύπου Box-Behnken ο οποίος υπέδειξε την πραγματοποίηση 14 πειραμάτων για τη μελέτη της επίδρασης τριών ανεξάρτητων μεταβλητών στο μέγεθος, τον δείκτη πολυδιασποράς και το ζ-δυναμικό των νανοσωματιδίων, καθώς και την ελάχιστη δυνατή συγκέντρωση της δισφαινόλης Α που μπορεί να ανιχνευτεί με αυτά τα νανοσωματίδια. Οι ανεξάρτητες μεταβλητές ήταν η ποσότητα του διαλύματος του μεταλλικού άλατος (AgNO3), του ιοντικού υγρού (ασκορβικό 2- υδροξυαιθυλαμμώνιο) και η περιεκτικότητα σε χιτοζάνη (%w/v). Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων προέκυψαν μαθηματικά μοντέλα που περιγράφουν την εξάρτηση των αποκρίσεων από τις ανεξάρτητες μεταβλητές. Μέσω της φασματοσκοπίας Raman μελετήθηκαν τα παραγόμενα νανοσωματίδια αργύρου ως υποστρώμα SERS. Τελικά, η ελάχιστη ανιχνεύσιμη συγκέντρωση δισφαινόλης Α ήταν 0.09 mM (20 μg/ml), σε διάλυμα αιθανόλης, με τη χρήση των νανοσωματιδίων των πειραμάτων 2 και 9. Τα νανοσωματίδια του πειράματος 2 είχαν μέγεθος 107.3 ± 2.1 nm, δείκτη PDI 0.232 ± 0.02 και ζ-δυναμικό +18.3 ± 1.0 mV, ενώ του πειράματος 9 είχαν μέγεθος 135.3 ± 4.6 nm, δείκτη PDI 0.284 ± 0.021 και ζ-δυναμικό +21.6 ± 0.3 mV.	el
heal.abstract	In recent years, Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS), a non-destructive and sensitive analytical technique, has been widely used to detect and identify chemical compounds through electromagnetic and chemical phenomena. Finding suitable substrates with ease of use and repeatability can be a laborious process. Silver nanoparticles are widely used as SERS substrate as they can exhibit Surface Plasmon Resonance absorption (SPR), which is considered to amplify the Raman signal intensity, and are prepared by simple procedures with significant colloidal stability. The object of the present study was the synthesis and optimization of silver nanoparticles from ionic liquid for their use as SERS substrate in the detection of bisphenol A. Bisphenol A (BPA) is an organic compound widely used in the plastics industry as packaging, as an inner coating on water pipes and metal food packaging. It is associated with dangerous health effects such as reproductive dysfunction, miscarriage, and breast cancer. Due to its ability to diffuse from the packaging into the food, it’s consequential to find methods to detect BPA levels in consumer products. A green methodology was applied for the synthesis of nanoparticles through the reduction of silver nitrate using ionic liquid as a reducing and protective agent and chitosan, which had a stabilizing role and possibly stimulated the uneven growth of nanoparticles. Two types of ionic liquids were initially studied for the preparation of silver nanoparticles, 2-hydroxyethylammonium citrate (IL1) and 2-hydroxyethylammonium ascorbate (IL2). The nanoparticles produced were tested for their ability to amplify the Raman signal of bisphenol A. The nanoparticles produced by IL1 were not an effective SERS substrate, while the nanoparticles from IL2 contributed to the detection of high concentrations of the substance. Τherefore, the nanoparticles produced from 2-hydroxyethyl ammonium ascorbate (IL2) were chosen to be optimized for the detection of lower concentrations of bisphenol A. For this purpose, the experimental design used was type Box-Behnken, which recommended a total of 14 experiments to be conducted to study the effect of three independent variables on the size, polydispersity index, and ζ-potential of nanoparticles, as well as the minimum possible concentration of bisphenol A which can be detected with these nanoparticles. The independent variables of the design were the amount of silver nitrate solution (AgNO3), ionic liquid solution (2-hydroxyethylammonium ascorbate) and the chitosan content (% w/v). Mathematical models were applied to describe the dependence of the responses on the independent variables. The generated silver nanoparticles were used as SERS substrate for Raman spectroscopy. Finally, the minimum detectable concentration of bisphenol A was 0.09 mM (20 μg/ml), in ethanol solution, using the nanoparticles of experiments 2 and 9. The nanoparticles of experiment 2 had a size of 107.3 ± 2.1 nm, PDI index 0.232 ± 0.02 and ζ-potential +18.3 ± 1.0 mV, while those of experiment 9 had a size of 135.3 ± 4.6 nm, PDI index 0.284 ± 0.021 and ζ-potential +21.6 ± 0.3 mV.	en
heal.advisorName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.committeeMemberName	Αργυρούσης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	81 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false