Σύνθεση ενθυλακωμένων νανοσωματιδίων TiO2/SiO2 σε λιπιδικούς νανοφορείς

Συρράκου, Αθανασία; Syrrakou, Athanasia

dc.contributor.author	Συρράκου, Αθανασία	el
dc.contributor.author	Syrrakou, Athanasia	en
dc.date.accessioned	2025-04-28T07:55:53Z
dc.date.available	2025-04-28T07:55:53Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61781
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29477
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
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	Ανόργανα Νανοσωματίδια	el
dc.subject	Ενθυλακωμένα	el
dc.subject	Λιπιδικοί νανοφορείς	el
dc.subject	Λιποσώματα	el
dc.subject	Πολυμερή	el
dc.subject	Titanium dioxide	en
dc.subject	Silicon dioxide	en
dc.subject	Phospholipon 90H	en
dc.subject	Poloxamer 407	en
dc.subject	Hybrid Liposomes	en
dc.title	Σύνθεση ενθυλακωμένων νανοσωματιδίων TiO2/SiO2 σε λιπιδικούς νανοφορείς	el
dc.title	Synthesis of encapsulated nanoparticles TiO2/SiO2 in lipid nanocarriers	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Επιστήμη Υλικών	el
heal.classification	Materials Science	en
heal.classification	Βιολογικές Εφαρμογές	el
heal.classification	Biological Applications	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-11-05
heal.abstract	Η ανάγκη για δημιουργία μη τοξικών, βιοσυμβατών και βιοδιασπόμενων φορέων φαρμάκων είναι πολύ σημαντική στις μέρες μας. Η ύπαρξη ασθενειών όπως το Alzheimer, o καρκίνος ή ακόμη και ασθένειες του αναπνευστικού όπως ο SARs-CoV19 χρήζουν ανάγκη για εύρεση νέων συστημάτων για την καταπολέμηση τους που θα έχουν επιθυμητό μέγεθος για να μπορούν να διέλθουν από τους ιστούς, θα μειώσουν την τοξικότητα των φαρμάκων προς τους υγείες ιστούς, θα προσφέρουν προστασία στα φάρμακα κατά την μεταφορά για αποφυγή πρόωρης αποδόμησης και τέλος θα τα αποδεσμεύουν στο επιθυμητό μολυσμένο ιστό. Στη βιβλιογραφία χρησιμοποιούν αρκετές φορές ανόργανα νανοσωματίδια εξαιτίας των εξαιρετικών τους φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους λόγω της νανοκλίμακας (κβαντικός περιορισμός). Χρησιμοποιούνται στην θερμοδυναμική, φωτοδυναμική θεραπεία, ως μεταφορείς καρκινικών φαρμάκων και ως διαγνωστικά. Παρόλα αυτά παρουσιάζουν κάποια αρνητικά χαρακτηριστικά όπως η γρήγορη αποδόμηση τους από τον οργανισμό και η τοξικότητα τους σε υγειές κύτταρα. Ένας τρόπος μείωσης των side effects είναι με τροποποίηση της επιφάνειας με άλλα μόρια ή ανόργανα σωματίδια που ενισχύουν την βιοσυμβατότητα για παράδειγμα η πυριτία (SiO2), όπως χρησιμοποιήθηκε σε αυτή την εργασία. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε η σύνθεση νανοσύνθετων συστημάτων τιτανίας/πυριτίας (TiO2/SiO2) διαφορετικών μοριακών αναλογιών (1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1). Η πυριτία προσφέρει βιοσυμβατότητα στην τιτανία και ανάλογα ποσότητα της στο σύνθετο, μπορεί να ενισχύσει την κρυσταλλικότητα, να μειώσει το μέγεθος των κρυσταλλιτών και το ενεργειακό χάσμα Eg άρα απορρόφηση σε περιοχές του ορατού φωτός καθώς και ενίσχυση της φωτοκαταλυτικής δραστηριότητας του υλικού. Το νανοσύνθετο με αυτό τον τρόπο μπορεί να εφαρμοσθεί σε εφαρμογές που χρειάζεται να χρησιμοποιηθεί ορατό φως για να μην είναι επιβλαβής για τον οργανισμό. Τα νανοσύνθετα μελετήθηκαν με τις ακόλουθες τεχνικές XRD, FTIR, XPS, PL, FESEM, DLS και TGA για τον προσδιορισμό των φυσικοχημικών, ενεργειακών και θερμικών χαρακτηριστικών. Οι πιο ικανοποιητικές αναλογίες ήταν το 1:1 TiO2/SiO2 (ts1) και 2:1 TiO2/SiO2 (ts2). Από την τεχνική XRD βρέθηκε το μέγεθος κρυσταλλιτών στα 26.62 nm και 26.7 nm. Από το FESEM διαπιστώθηκε η σφαιρική μορφή των νανοσωματιδίων και μεγέθη 30nm-100nm. Η ανάλυση PL προσδιόρισε ότι υπάρχει ένα red sift άρα απορρόφηση προς τα μήκη κύματος του ορατού με Eg~3 eV. Από την τεχνική DLS βρέθηκε ότι για το 1:1 η υδροδυναμική διάμετρος ήταν 156.3 nm, με PDI 0.082 και ζ δυναμικό -34 mV. Αντίστοιχα για το 2:1 το μέγεθος ήταν 213.3 nm με PDI ίσο με 0.247 και ζ δυναμικό -39.2 mV. Τα νανοσύνθετα φαίνεται ότι είναι πολύ σταθερά και έχουν μονοδιασπορά με μικρό μέγεθος, για αυτό όπως φαίνεται παρακάτω είχαν και καλή αλληλεπίδραση μετά λιποσώματα και παράχθηκαν σταθερές δομές. Όμως εξακολουθούν να παρουσιάζουν μειονεκτήματα όπως η τοξικότητα για αυτό σε αυτή την εργασία ενθυλακώθηκαν σε λιποσώματα. Σύμφωνα με την βιβλιογραφία τα λιποσώματα έχουν εξαιρετικές ιδιότητες ως φορείς φαρμάκων χάρης στις φυσικοχημικές τους ιδιότητες. Αποτελούνται από φωσφολιπίδια, όπως τα ανθρώπινα κύτταρα , μπορούν ταυτόχρονα να ενθυλακώσουν λιπόφιλες και υδρόφιλες φαρμακευτικές ουσίες καθώς και να ενσωματώνουν βιοενεργά μόρια και αντιγόνα. Όλα αυτά τους δίνουν αυξημένες θεραπευτικές ιδιότητες για την καλύτερη στόχευση και μεταφορά των φαρμάκων στους μολυσμένους ιστούς. Ανάλογα το μέγεθός τους και την μορφή τους (π.χ. κολλοειδή διασπορά, σε εναιώρημα, ξηρή σκόνη κλπ.) μπορούν να χρησιμοποιηθούν ενδοφλέβια, επιδερμικά, σε οπτικές εφαρμογές ακόμα και σε νευρολογικές ασθένειες. Η ενθυλάκωση των ανόργανων νανοσωματιδίων στα λιποσώματα προσφέρει μείωση της τοξικότητας λόγω της βιοσυμβατότητας των λιποσωμάτων. Μέσα στα λιποσώματα, τα νανοσωματίδια προστατεύονται από το ανοσοποιητικό σύστημα και μπορούν να παραμείνουν στον οργανισμό για περισσότερο χρόνο. Με τροποποιήσεις της επιφάνειας των λιποσωμάτων μπορεί να γίνει στοχευμένη μεταφορά φαρμάκων σε συγκεκριμένα κύτταρα που νοσούν με την χρήση αντιγόνων ή μορίων που ανταποκρίνονται σε ερεθίσματα όπως το pH και η θερμοκρασία. Επιπλέον η ταυτόχρονη ενθυλάκωση των νανοσωματιδίων και των φαρμάκων μπορεί να βελτιώσει στην καταπολέμηση και των θάνατο των άρρωστων κυττάρων μέσω συνεργατικού τους φαινομένου. Στην παρούσα εργασία αναπτύχθηκαν υβριδικά λιποσώματα σε διαφορετικές αναλογίες (9:1, 8:2) με το φωσφολιπίδιο phospholipon 90H (p90H) και το πολυμερές Poloxamer 407(p407) και στην συνέχεια ενθυλακώθηκαν νανοσωματίδια TiO2/SiO2. Το p407 προσφέρει στο σύστημα σταθερότητα λόγω της στεροχημικής του διάταξης και τα νανοσωματίδια ενισχύουν αυτή την ιδιότητα. Επιπλέον παράγονται μικρά σε μέγεθος λιποσώματα με τάση προς την μονοδιασπορά. Τα συστήματα μελετήθηκαν με την τεχνική DLS, FTIR και DSC, στα δυο τελευταία πραγματοποιήθηκε freeze-drying και μελετήθηκαν σε ξηρή μορφή. Από το DLS διακρίθηκαν δυο συστήματα υβριδικών λιποσωμάτων με ενθυλακωμένα νανοσωματίδια: 9:1 p90H_p407_ts1 και 8:2 p90H_p407_ts2. Βρέθηκε ότι το μέγεθος του πρώτου ήταν 136.9 nm, PDI με τιμή 0.347 και δυναμικό -17.9 mV και του δεύτερου 221 nm, PDI ίσο με 0.234 και δυναμικό -13.5 mV. Κατά την διάρκεια μετρήσεων σταθερότητας σε νερό και σε simulated body fluid, διάλυμα προσομοίωσης του πλάσματος του αίματος παρατηρήθηκαν κυρίως σταθερές συμπεριφορές με λίγες μεταβολές. Άρα τα παραγόμενα συστήματα είχαν καλή διασπορά και ήταν σταθερά. Με το FTIR πιστοποιήθηκαν οι δεσμοί των υλικών και πως επηρεάζονται. Τα νανοσωματίδια φάνηκε ότι επηρέασαν λίγο της κορυφές των ταλαντώσεων του -P=Ο άρα αντιδρούν με ασθενής δεσμού με τις πολικές κεφαλές. Τέλος, η θερμική ανάλυση DSC έδειξε την συνεργατικότητα του συστήματος και η μικρές αλλαγές που υπήρχαν δεν επηρέασαν την σταθερότητά του και δεν υπήρχαν φαινόμενα κατάρρευσης. Πολύ σημαντικό ήταν που το σύστημα παρουσίασε θερμοδυναμική αντιστρεψιμότητα. Τα συστήματα αυτά λόγω του μεγέθους τους προτείνονται για ενδοφλέβια εφαρμογή, επιδερμικά ή στοματικά. Ακόμα λόγω των φωτοκαταλυτικών ικανοτήτων των νανοσωματιδίων με απορρόφηση σε μήκη κύματος του ορατού φωτός μπορούν να χρησιμοποιηθούν για PDT ή φωτοδυναμική θεραπεία με ταυτόχρονη μεταφορά κάποιου φαρμάκου.	el
heal.abstract	The need for creating non-toxic, biocompatible, and biodegradable drug carriers is very significant today. Diseases such as Alzheimer’s, cancer, and respiratory illnesses like SARS-CoV-19 highlight the necessity for new treatment systems that are small enough to pass through tissues, reduce drug toxicity to healthy tissues, protect drugs during transport to prevent premature degradation, and ultimately release them at the targeted infected tissue. In the literature, inorganic nanoparticles are frequently used due to their excellent physicochemical properties at the nanoscale (quantum confinement). They are utilized in thermodynamics, photodynamic therapy, as cancer drug carriers, and in diagnostics. However, they present some drawbacks, such as rapid degradation in the body and toxicity to healthy cells. A way to reduce these side effects is by modifying the surface with other molecules or inorganic particles that enhance biocompatibility, such as SiO₂, which was used in this study. In this study, composite systems of titania/silica (TiO₂/SiO₂) nanoparticles of different molar ratios (1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 7:1) were synthesized. Silica provides biocompatibility to titania, and depending on its amount in the composite, it can enhance crystallinity, reduce crystal size, and decrease the energy gap (Eg), thus allowing absorption in visible light regions and improving the photocatalytic activity of the material. This way, the nanocomposite can be used in applications where visible light is preferred to avoid harm to the body. The nanocomposites were studied using XRD, FTIR, XPS, PL, FESEM, DLS, and TGA techniques to determine their physicochemical, energetic, and thermal properties. The most satisfactory ratios were 1:1 TiO₂/SiO₂ (ts1) and 2:1 TiO₂/SiO₂ (ts2). From the XRD technique, the crystallite size was found to be 26.62 nm and 26.7 nm. FESEM confirmed the spherical shape of the nanoparticles with sizes ranging from 30 nm to 100 nm. PL analysis indicated a red shift, suggesting absorption in visible wavelengths with Eg ~3 eV. According to DLS, the hydrodynamic diameter for the 1:1 ratio was 156.3 nm, with a PDI of 0.082 and zeta potential of -34 mV. For the 2:1 ratio, the size was 213.3 nm, with a PDI of 0.247 and a zeta potential of -39.2 mV. The nanocomposites appeared to be very stable and monodisperse with small size, which led to favorable interaction with liposomes, resulting in stable structures. However, they still present disadvantages such as toxicity, which is why they were encapsulated in liposomes in this study. According to the literature, liposomes have excellent properties as drug carriers due to their physicochemical characteristics. They consist of phospholipids like human cells, can encapsulate both lipophilic and hydrophilic drugs, and can incorporate bioactive molecules and antigens. These features enhance their therapeutic properties, improving drug targeting and delivery to infected tissues. Depending on their size and form (e.g., colloidal dispersion, suspension, dry powder), they can be used intravenously, topically, in optical applications, or even in neurological diseases.Encapsulation of inorganic nanoparticles in liposomes reduces toxicity due to the biocompatibility of liposomes. Inside the liposomes, nanoparticles are protected from the immune system and can remain in the body for longer. By modifying the liposome surface, targeted drug delivery can be achieved to specific diseased cells using antigens or molecules responsive to stimuli such as pH and temperature. Moreover, simultaneous encapsulation of nanoparticles and drugs can improve the fight against and elimination of diseased cells through their synergistic effect. In this study, hybrid liposomes were developed in different ratios (9:1, 8:2) using the phospholipid phospholipon 90H (p90H) and the polymer Poloxamer 407 (p407), and then TiO₂/SiO₂ nanoparticles were encapsulated. P407 provides stability to the system due to its stereochemical arrangement, and the nanoparticles reinforce this property. Additionally, small-sized liposomes with a tendency toward monodispersion were produced. The systems were studied using DLS, FTIR, and DSC techniques, with freeze-drying applied for the latter two and analysis in dry form. Two systems of hybrid liposomes with encapsulated nanoparticles were distinguished via DLS: 9:1 p90H_p407_ts1 and 8:2 p90H_p407_ts2. The size of the first system was 136.9 nm with a PDI of 0.347 and zeta potential of -17.9 mV, while the second was 221 nm with a PDI of 0.234 and zeta potential of -13.5 mV. During stability measurements in water and in Simulated Body Fluid (SBF), a blood plasma simulation solution, mostly stable behaviors with minimal changes were observed. Thus, the produced systems exhibited good dispersion and stability. FTIR confirmed the bonds of the materials and how they are affected. The nanoparticles seemed to slightly influence the vibration peaks of the -P=O, indicating weak interactions with the polar head groups. Finally, DSC thermal analysis showed the system’s cooperativity, with minor changes that did not affect stability and showed no signs of collapse. Notably, the system exhibited thermodynamic reversibility. Due to their size, these systems are suggested for intravenous, topical, oral applications. Additionally, due to the photocatalytic capabilities of the nanoparticles with absorption in visible light wavelengths, they can be used for PDT (photodynamic therapies), along with simultaneous drug delivery.	en
heal.advisorName	Παυλάτου, Ευαγγελία	el
heal.advisorName	Pavlatou, Evangelia	en
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία	el
heal.committeeMemberName	Κυρίτσης, Απόστολος	el
heal.committeeMemberName	Detsi, Anastasia	en
heal.committeeMemberName	Kyritsis, Apostolos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	216 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false