Ανάπτυξη υβριδικών υλικών με βάση τις τελείες άνθρακα για εφαρμογή στην φωτοδυναμική θεραπεία

Στεφάνου, Ελένη Νίκη; Stefanou, Eleni Niki

dc.contributor.author	Στεφάνου, Ελένη Νίκη	el
dc.contributor.author	Stefanou, Eleni Niki	en
dc.date.accessioned	2025-04-02T08:37:06Z
dc.date.available	2025-04-02T08:37:06Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61570
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29266
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	Νανοτεχνολογία	el
dc.subject	Συστήματα μεταφοράς φαρμάκων	el
dc.subject	Φωτοδυναμική θεραπεία	el
dc.subject	Έξυπνα πολυμερή	el
dc.subject	Τελείες άνθρακα	el
dc.subject	Nanotechnology	en
dc.subject	Drug delivery systems	en
dc.subject	Photodynamic therapy	en
dc.subject	Smart polymers	en
dc.subject	Carbon dots	en
dc.title	Ανάπτυξη υβριδικών υλικών με βάση τις τελείες άνθρακα για εφαρμογή στην φωτοδυναμική θεραπεία	el
dc.title	Development of hybrid materials based on carbon dots for photodynamic therapy applications	en
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Ανάπτυξη και χαρακτηρισμός υβριδικών υλικών τελειών άνθρακα, φθαλοκυανίνης ψευδαργύρου και θερμοαποκρινόμενου πολυμερούς για εφαρμογή στην φωτοδυναμική θεραπεία	el
heal.secondaryTitle	Development and characterisation of hybrid materials based on carbon dots, zinc phthalocyanine and thermoresponsive polymer for photodynamic therapy applications	en
heal.generalDescription	Η εργασία αυτή εκπονήθηκε με την συνεργασία του Εργαστηρίου Ανόργανης και Αναλυτικής Χημείας της Σχολής Χημικών Μηχανικών Ε.Μ.Π., του Ινστιτούτου Θεωρητικής και Φυσικής Χημείας του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών και του Εργαστηρίου Βιοϊατρικής Οπτικής και Εφαρμοσμένης Βιοφυσικής της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Ε.Μ.Π.	el
heal.classification	Χημική Μηχανική	el
heal.classification	Χημεία	el
heal.classification	Νανοτεχνολογία	el
heal.classification	Επιστήμη Υλικών	el
heal.classification	Πολυμερή	el
heal.classification	Φυσικοχημεία	el
heal.classification	Chemical Engineering	en
heal.classification	Chemistry	en
heal.classification	Nanotechnology	en
heal.classification	Materials Science	en
heal.classification	Polymers	en
heal.classification	Physical Chemistry	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-03
heal.abstract	Η έρευνα αυτή αποσκοπεί στη σύνθεση και τον πλήρη χαρακτηρισμό νέων, υβριδικών υλικών προκειμένου να αξιοποιηθούν στη Φωτοδυναμική Θεραπεία. Τα υβριδικά συστήματα αυτά αποτελούν σύνθετα υλικά, συνδυασμούς ενός «έξυπνου» θερμοαποκρινόμενου πολυμερούς, του πολύ(Ν-ισοπροπυλακριλαμίδιου), ή ΡΝΙΡΑΜ, της εμπορικής φθαλοκυανίνης ψευδαργύρου (ZnPc) –ενός φωτοευαισθητοποιητή δεύτερης γενιάς, και του πολυλειτουργικού νανοϋλικού των τελειών άνθρακα, ντοπαρισμένων με ετεροάτομα αζώτου (N-CDs). Συνεπώς, στόχος είναι η εύρεση φωτοευαισθητοποιητών τρίτης γενιάς, με ενισχυμένες ιδιότητες, όπως βελτιωμένη κυτταρική πρόσληψη, επιλεκτικότητα ως προς την πάσχουσα περιοχή, σε συνδυασμό με ελαχιστοποίηση της σκοτεινής κυτταροτοξικότητας, αλλά και βελτιωμένες οπτικές ιδιότητες για διαγνωστικούς και θεραπευτικούς σκοπούς. Η φθαλοκυανίνη ήδη αποτελεί έναν ελκυστικό θεραπευτικό παράγοντα, λόγω του υψηλού ρυθμού παραγωγής ριζών οξυγόνου, αλλά και του μήκους κύματος ενεργοποίησής της, που χαρακτηρίζεται από μεγάλο βάθος διείσδυσης. Η ZnPc είναι ανυποκατάστατη (εμπορική), το ΡΝΙΡΑΜ λήφθηκε από το Ι.Θ.Φ.Χ. του Ε.Ι.Ε., ενώ οι N-CDs παράχθηκαν υδροθερμικά. Επίσης, συντέθηκαν και χαρακτηρίστηκαν συστήματα PNIPAM/N-CDs, PNIPAM/ZnPc, PNIPAM/N- CDs/ZnPc, αλλά και ελέγχθηκε η επίδοση και των επι μέρους συστατικών. Η σύμπλεξη έγινε με φύση μη ομοιοπολική, με δεσμούς υδρογόνου, αλληλεπιδράσεις π-π και δυνάμεις διπόλου-διπόλου. Στην παρούσα διπλωματική, επιτεύχθηκε η αντιμετώπιση διάφορων εγγενών αδυναμιών της ανυποκατάστατης ZnPc, καθώς συμπλέχθηκε με το ενισχυμένο με N-CDs πολυμερές, όπως η υψηλή τάση συσσωμάτωσης σε υδατικά συστήματα και το σβήσιμο της ακτινοβολίας της (self-quenching). Ο χαρακτηρισμός εκκινεί με τη μορφολογική διερεύνηση των δομών, μέσω των τεχνικών DLS και ELS, ενώ η στοιχειακή ερμηνεία και η ανάλυση της σύμπλεξης πραγματοποιήθηκε μέσω FT-IR. Οι οπτικές ιδιότητες των υβριδικών υλικών αξιολογούνται με τις μεθόδους UV-Vis και PL, ενώ μέσω PL αξιολογείται και η παραγωγή ROS. Τέλος, γίνονται μελέτες σκοτεινής κυτταροτοξικότητας προκειμένου να αξιολογηθεί η δυνατότητα εφαρμογής Φωτοδυναμικής Θεραπείας (PDT) σε καρκινικά κύτταρα ανθρώπινου καρκίνου του δέρματος, της σειράς Α-431. Έτσι, το κάθε συστατικό του συστήματος φέρει έναν ξεχωριστό ρόλο: Οι νανοτελείες άνθρακα είναι υπεύθυνες για τη μεταφορά και τον φθορισμό που επιτρέπει τη βιοαπεικόνιση και εντοπισμό του συστήματος, ενώ ταυτόχρονα βελτιώνουν τις σχετικά πτωχές μηχανικές ιδιότητες του πολυμερούς και συνεργούν και στην παραγωγή ROS. Το πολυμερές, από μεριάς του, λειτουργεί σαν φορέας που προστατεύει και εσωκλείει την φθαλοκυανίνη, διευκολύνει σημαντικά την κυτταρική πρόσληψη ενώ και αυτό αποδεικνύεται ότι παράγει ελεύθερες ρίζες. Τέλος, η φθαλοκυανίνη διατηρεί κανονικά τον κύριο ρόλο της ως φωτοευαισθητοποιητής για να εκκινήσει η φωτοδυναμική θεραπεία, παράλληλα και με τον φθορισμό της, που επιτρέπει τον εντοπισμό του συστήματος σε πραγματικό χρόνο. Μερικά επιλεγμένα συμπεράσματα της έρευνας αυτής συμπεριλαμβάνουν τη ραγδαία μείωση της σκοτεινής κυτταροτοξικότητας της φθαλοκυανίνης, την πολυλειτουργικότητα του τελικού τριπλού συστήματος, λόγω των πολλών οπτικών κέντρων ενεργοποίησης, την εν δυνάμει εφαρμογή των συστημάτων αυτών στη Φωτοδυναμική Θεραπεία αλλά και ευρήματα αναφορικά με τις οπτικές ιδιότητες και την παραγωγή ROS από το πολυμερές.	el
heal.abstract	This Diploma Thesis focuses on the synthesis and comprehensive characterization of novel hybrid materials with potential applications in Photodynamic Therapy (PDT). These hybrid systems consist of composite materials that combine a "smart" thermoresponsive polymer, poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM), with zinc phthalocyanine (ZnPc)—a commercially available, second-generation photosensitizer—and multifunctional nitrogen-doped carbon dots (N-CDs). The goal is to develop third-generation photosensitizers with enhanced properties, including improved cellular uptake, greater selectivity toward target areas, reduced dark cytotoxicity, and superior optical properties for theranostics. Phthalocyanine is already a promising therapeutic agent due to its high rate of reactive oxygen species (ROS) production and its activation wavelength, which allows deep tissue penetration. In this research, the ZnPc used was unsubstituted (commercial), the PNIPAM was sourced from the Institute of Theoretical and Physical Chemistry at the National Hellenic Research Foundation, and the N-CDs were synthesized hydrothermally. The hybrid systems PNIPAM/N-CDs, PNIPAM/ZnPc, and PNIPAM/N-CDs/ZnPc were all synthesized and characterized, with the performance of each component material evaluated. Non-covalent interactions, such as hydrogen bonding, π-π interactions, and dipole-dipole forces, govern the binding mechanisms in these systems. This Thesis also addresses several limitations of unsubstituted ZnPc, including its tendency to aggregate in aqueous environments and the resultant fluorescence quenching, by complexing it with the N-CDs-enhanced polymer. Characterization of the systems began with morphological analysis using Dynamic Light Scattering (DLS) and Electrophoretic Light Scattering (ELS), while the elemental composition and binding mechanisms were explored through Fourier- Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy. The optical properties of the hybrid materials were investigated using UV-Visible (UV-Vis) and Photoluminescence (PL) spectroscopy. ROS production was also assessed using PL spectroscopy using fluorescein. In addition, studies on dark cytotoxicity were conducted on A-431 human skin cancer cells to evaluate the potential of these systems for use in PDT. Each component of the system has a specific function: the carbon dots (N-CDs) contribute to transport and fluorescence, enabling bioimaging and system localization, while also significantly improving the mechanical properties of PNIPAM and enhancing ROS production. The polymer serves as a carrier that encapsulates and protects the phthalocyanine, facilitates cellular uptake, and generates free radicals. Finally, the phthalocyanine retains its primary role as a photosensitizer for initiating Photodynamic Therapy, with enhanced fluorescence allowing for real-time tracking of the system. Key conclusions from this research include a significant reduction in the innate dark cytotoxicity of phthalocyanine, the multifunctionality of the final composite system (ZPD) due to multiple optical activation centers, the potential applicability of these systems in PDT, and insights into the optical and ROS-producing properties of the pristine polymer.	en
heal.advisorName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.advisorName	Πίσπας, Στέργιος	el
heal.advisorName	Kordatos, Konstantinos	en
heal.advisorName	Pispas, Stergios	en
heal.committeeMemberName	Κορδάτος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Πίσπας, Στέργιος	el
heal.committeeMemberName	Ταραντίλη, Πετρούλα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	184 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false