Το υδρόθειο (H2S) είναι ένα άχρωμο, εύφλεκτο αέριο με τη χαρακτηριστική οσμή του κλούβιου αυγού. Τα τελευταία χρόνια έχει αναγνωριστεί ο ρόλος του ως ένα σηματοδοτικό μόριο για το καρδιαγγειακό και το νευρικό σύστημα και είναι το τρίτο μέλος της οικογένειας των αέριων διαβιβαστών. Παράγεται ενδογενώς μέσω του μεταβολισμού της L-κυστεΐνης από δυο ένζυμα: τη β-συνθετάση της κυσταθειονίνης (CBS) και τη γ-λυάση της κυσταθειονίνης (CSE). Ένας τρίτος τρόπος σύνθεσης του H2S από L-κυστεΐνη που ανακαλύφθηκε πρόσφατα είναι μέσω της συνδυασμένης δράσης της σουλφοτρανσφεράσης του 3-μερκαπτοπυροσταφυλικού και της αμινοτρανσφεράσης της κυστεΐνης (3MST/CAT). Στην παρούσα εργασία μελετήσαμε την εκλεκτικότητα των διαθέσιμων φαρμακολογικών αναστολέων της σύνθεσης του H2S που επιδρούν στα ένζυμα παραγωγής του, CBS και CSE. Για την υλοποίηση της μελέτης έγινε η έκφραση των ενζύμων CSE και CBS ως χιμαιρικές πρωτεΐνες με GST σε βακτήρια E.coli και ακολούθησε η απομόνωση αυτών με χρωματογραφία συγγένειας με τη χρήση στηλών που έχουν ακινητοποιημένη σε σεφαρόζη τη γλουταθειόνη. Έπειτα ελέγχθηκε η δραστικότητα των ανασυνδυασμένων ενζύμων με την μέθοδο του μπλε του μεθυλενίου και στη συνέχεια εξετάσθηκαν οι αναστολείς έναντι και των δυο ενζύμων CSE και CBS. Τα αποτελέσματα μας επιβεβαιώνουν την εκλεκτικότητα της προπαργυλογλυκίνης (PAG) και της β-κυανοαλανίνης (BCA) για το CSE. Από τη μελέτη μας βρέθηκε ότι η β-κυανοαλανίνη (BCA) είναι ισχυρότερος αναστολέας του CSE από την προπαργυλογλυκίνη (PAG) με IC50 14μΜ και 750μΜ, αντίστοιχα. Το αμινο-οξικό οξύ (ΑΟΑΑ) βρέθηκε ότι είναι πιο ισχυρός αναστολέας για το CSE (IC50 1,1μΜ) παρά για το CBS (IC50 8,5μΜ), παρόλο που θεωρητικά είναι εκλεκτικός αναστολέας του CBS. Μάλιστα είναι ισχυρότερος των PAG και BCA, για το CSE. Η τριφθοροαλανίνη και η υδροξυλαμίνη ανέστειλαν και τα δυο ένζυμα, με την τριφθοροαλανίνη να είναι πιο ισχυρός αναστολέας του CBS, ενώ η υδροξυλαμίνη του CSE. Στην παρούσα εργασία εξετάστηκαν επίσης κάποιες νέες ουσίες ως πιθανοί αναστολείς του CSE, οι οποίες δε φαίνεται να είχαν την ικανότητα να προκαλέσουν σημαντική αναστολή του ενζύμου αυτού. Συμπερασματικά, παρόλο που οι αναστολείς PAG και BCA εμφανίζουν εκλεκτικότητα ως προς το CSE έναντι του CBS, δεν υπάρχει, προς το παρόν, κανένας εκλεκτικός αναστολέας για το CBS. / Hydrogen sulphide (H2S) is a colorless, flammable gas with the characteristic smell of rotten eggs. H2S is now recognized as an important signalling molecule in the cardiovascular and nervous systems and is the third member of the gasotransmitter family. H2S is synthesized via two pyridoxal-5′-phosphate-dependent enzymes responsible for the metabolism of L-cysteine: cystathionine beta synthase (CBS) and cystathionine gamma lyase (CSE), as well as by a recently identified third pathway that catalyzes the production of H2S from L-cysteine via the combined action of 3-mercaptopyruvate sulphurtransferase and cysteine aminotransferase (3MST/CAT). In the present study we examined the selectivity of commonly used pharmacological inhibitors of H2S biosynthesis towards CSE and CBS. To address this question human CSE or CBS enzymes were expressed and purified from E. coli as fusion proteins with Glutathione-S-Transferase (GST). After purification the activity of the recombinant enzymes was tested using the methylene blue method. We found that β-cyanoalanine (BCA) was a more potent CSE inhibitor than propargylglycine (PAG) (IC50 14μΜ and 750μΜ, respectively), and that aminooxyacetic acid (AOAA) was even more potent than BCA and PAG towards CSE (IC50 1.1μΜ), although it is claimed to be a CBS-selective inhibitor; AOAA inhibited CBS with an IC50 8.5μΜ. Trifluoroalanine and hydroxylamine inhibited both enzymes with the former being a more potent inhibitor of CBS, while the later of CSE. We also examined some new synthesized substances as CSE inhibitors. In conclusion, although PAG and BCA exhibit selectivity in inhibiting CSE vs CBS, no selective CBS inhibitor is currently available.

Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε μελέτη της κινητικής της κρυστάλλωσης του Μιραμπιλίτη (δεκαένυδρο θειικό άλας), που είναι και το θερμοδυναμικά σταθερότερο άλας του θειικού νατρίου που κρυσταλλώνεται στις συνήθεις περιβαλλοντικές συνθήκες. Η μελέτη έγινε σε ασταθή υπέρκορα διαλύματα τα οποία παρασκευάζονται με διάλυση του θειικού νατρίου. Στην συνέχεια επιλέχθηκαν τρεις οργανοφωσφορικές ενώσεις προκειμένου να διερευνηθεί η επίδρασή τους στην κινητική της κρυστάλλωσης του Μιραμπιλίτη. Το κοινό χαρακτηριστικό αυτών των οργανοφωσφορικών ενώσεων είναι ότι έχουν ιονιζόμενες ομάδες στο μόριο τους και γι’ αυτό θεωρείται ότι μπορούν να δεσμεύουν είτε μέσω προσρόφησης ή με τον σχηματισμό επιφανειακών συμπλόκων, τα ενεργά κέντρα κρυστάλλωσης. / Our work is concerned with the investigation and inhibition of crystal growth for mirabilite. Mirabilite is a hydrated sodium sulfate salt and considers extremely hazardous for building materials as marble and concrete when it crystallizes heterogeneously in pores. The compounds tested with respect to their effect on the crystal growth of mirabilite were three organophosphorus compounds: HEDP, ATMP, HMDTMPA. Those organophosphorus compounds possesses ionizable groups and therefore are consider to be able to block by absorption the active growth sites forming possibly surface complexes.

Κύριος στόχος της εργασίας ήταν η συγκριτική μελέτη της παλίνδρομης αναστολής μεταξύ του ραχιαίου και του κοιλιακού πόλου του ιππόκαμπου αρουραίου. Χρησιμοποιήθηκε η μεθοδολογία της in vitro διατήρησης τομών ιππόκαμπου και εξωκυττάριων καταγραφών προκλητών δυναμικών πεδίου. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η GABAA εξαρτώμενη παλίνδρομη αναστολή είναι ασθενέστερη, έχει μικρότερη διάρκεια και φθίνει πιο γρήγορα στον κοιλιακό σε σχέση με το ραχιαίο ιππόκαμπο. Χρησιμοποιώντας διάφορα φάρμακα που δρουν ενισχυτικά στον GABAA υποδοχέα δείξαμε ότι υπάρχει λειτουργική διαφοροποίηση του GABAA εξαρτώμενου ανασταλτικού μηχανισμού μεταξύ των δύο πόλων του ιππόκαμπου, ενισχύοντας την υπόθεση της λειτουργικής διαφοροποίησης στο επίπεδο του υποδοχέα μεταξύ των δύο πόλων. Στην in vivo μελέτη, χρησιμοποιώντας το μοντέλο επαγωγής επιληπτικών κρίσεων με χορήγηση πεντυλενοτετραζόλης, δείξαμε ότι η ενίσχυση της GABAA εξαρτώμενης αναστολής απο τα κατασταλτικά φάρμακα συσχετίζεται με το μέγεθος της αντιεπιληπτικής τους δράσης. Επιπλέον, η βιταμίνη D δεν παρουσίασε αντιεπιληπτική δράση στους C57BL/6J μύες, ούτε ενίσχυσε την αναστολή, κάτι που δείχνει ότι δεν έχει επίδραση στον GABAA υποδοχέα ή, τουλάχιστον, στους υπότυπούς του στον ιππόκαμπο. / The major aim of this work was the comparative study of recurrent inhibition between the dorsal and ventral pole of the rat hippocampus. We used the methodology of in vitro maintenance of hippocampal slices and recording of evoked field potentials. We showed that the GABAA mediated recurrent inhibition is weaker, lasts less and decays faster in ventral than in dorsal hippocampus. Using various drugs that act as positive allosteric modulators of the GABAA receptor, we showed that there is a functional differentiation of the GABAA inhibitory mechanism between the two hippocampal poles, strengthening the hypothesis of the functional differentiation at the level of the receptor between the two poles. In the in vivo study, using the pentylenetetrazole model for inducing epileptic seizures, we showed that the enhancement of the GABAA mediated recurrent inhibition correlates with the strength of antiepileptic action of the sedative drugs used. In addition vitamin D did not show antiepileptic action in C57BL/6J mice. Moreover it didn’t enhance recurrent inhibition, showing that it doesn’t have any action on the GABAA receptor or, at least, on its subtypes in hippocampus.

Συναπτική διέγερση και αναστολή βρίσκονται σε συνεχή δυναμική ισορροπία, απαραίτητη για την καλή λειτουργία του ΚΝΣ. Ένα από τα βασικά ανασταλτικά κυκλώματα του εγκεφάλου είναι αυτό της παλίνδρομης αναστολής. Το πιο χαρακτηριστικό, ίσως, παράδειγμα του κυκλώματος αυτού βρίσκεται στη CA1 περιοχή του ιππόκαμπου, η οποία προσφέρεται για ηλεκτροφυσιολογικές μελέτες in vitro, λόγω της στρωματοειδούς οργάνωσης των κυκλωμάτων ιππόκαμπου. Πρόσφατες έρευνες έχουν δείξει διαφορές στη δομή και λειτουργία των δύο πόλων του ιππόκαμπου, καθιστώντας αναγκαία τη συγκριτική τους μελέτη. Στην εργασία αυτή χρησιμοποιήθηκαν εξωκυττάριες καταγραφές από την πυραμιδική στοιβάδα σε συνδυασμό με το πρωτόκολλο διπλού ορθόδρομου ερεθισμού (περιορισμένα) και το πρωτόκολλο αντίδρομου-ορθόδρομου ερεθισμού (εκτενέστερα) για τη μελέτη του πλάτους και της διάρκειας της παλίνδρομης αναστολής σε τομές ραχιαίου και κοιλιακού ιππόκαμπου από αρσενικούς επίμυες, καθώς και της επίδρασης επί αυτής μιας σειράς καταπραϋντικών φαρμάκων που δρουν ως αλλοστερικοί ενισχυτές του GABAA υποδοχέα. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν: Επαλήθευση της στρωματοειδούς οργάνωσης των κυκλωμάτων του ιππόκαμπου, με μεγαλύτερη κατευθυντικότητα των ανασταλτικών κυκλωμάτων στο ραχιαίο σε σχέση με τον κοιλιακό πόλο. Μεγαλύτερο πλάτος και διάρκεια και πιο αργή μείωση της παλίνδρομης αναστολής γενικά, και της GABAA συνιστώσας της ειδικότερα, στο ραχιαίο σε σχέση με τον κοιλιακό ιππόκαμπο. Ενίσχυση της παλίνδρομης αναστολής και στους δύο πόλους του ιππόκαμπου από διαζεπάμη, μιδαζολάμη, ζολπιδέμη, φαινοβαρβιτάλη, θειοπεντάλη, πεντοβαρβιτάλη, αλφαξαλόνη και προποφόλη. Συσχέτιση της αύξησης του πλάτους της αναστολής και της διάρκειας της ενίσχυσής της με την κλινική δράση της κάθε συγκέντρωσης φαρμάκου. Ενίσχυση της αποκλειστικά GABAA εξαρτώμενης αναστολής από υψηλές συγκεντρώσεις θειοπεντάλης και αλφαξαλόνης που δοκιμάστηκαν ενδεικτικά πολύ πέρα από τα φυσιολογικά χρονικά όριά της. Μεγαλύτερη διάρκεια ενίσχυσης της συναπτικής αναστολής από τις σχετικά υψηλότερες δόσεις φαρμάκων στο ραχιαίο σε σχέση με τον κοιλιακό πόλο. Έλλειψη δράσης του νευροστεροειδούς αλλοπρεγνανολόνη και των συνθετικών παραγώγων του στη συναπτική αναστολή. Περιορισμένος αριθμός in vivo πειραμάτων εκτίμησης της επίδρασης της αλλο-πρεγνανολόνης και των παραγώγων της στην αναστολή με το μοντέλο ελέγχου επιληπτικών κρίσεων που προκαλούνται από PTZ έδειξε πως, ενώ τα συνθετικά παράγωγα δεν είχαν καμία δράση, η αλλοπρεγνανολόνη είχε σημαντική θετική δράση / Synaptic excitation and inhibition are maintained in dynamic equilibrium, necessary for the proper function of the CNS. One of the basic inhibitory circuits of the brain is that of recurrent inhibition. The most distinctive example of recurrent inhibition occurs in the CA1 region of the hippocampus, a region particularly suited to in vitro electrophysiological investigations because of the unique lamellar organization of hippocampal circuits. Recent research has uncovered considerable differences in the structure and function of the two poles of the hippocampus necessitating a comparative study. In this study we used extracellular recordings from the pyramidal cell layer of dorsal and ventral rat hippocampal slices, in conjunction with limited use of the double orthodromic and more extensive use of the paired antidromic-orthodromic stimulation protocol in order to study the CA1 recurrent inhibition and the effects of a series of sedative drugs, with GABAA allosteric modulator properties, on it. The results of these experiments showed: A verification of the lamellar organization of hippocampal circuits. Dorsal pole inhibitory circuits showed a greater orientation specificity than ventral pole ones. A greater size and duration and a slower decay of recurrent inhibition in general, and of its GABAA-mediated component in particular, in dorsal compared to ventral hippocampus. An enhancement of recurrent inhibition in both hippocampal poles produced by diazepam, midazolam, zolpidem, phenobarbital, thiopental, pentobarbital, alfaxalone and propofol. A correlation between the enhancement of the size of recurrent inhibition or the duration of its enhancement and the clinical actions of every drug concentration tested. An enhancement of the exclusively GABAA-mediated recurrent inhibition by representative high concentrations of thiopental and alfaxalone well beyond its normal duration. A greater duration of recurrent inhibition enhancement by the relatively higher drug concentrations in dorsal compared to ventral hippocampus. A lack of action on synaptic inhibition by the neurosteroid allopregnanolone and its synthetic derivatives. A limited number of in vivo experiments assessing the effect of allopregnanolone and its derivatives on synaptic inhibition, measured as their ability to control epileptic seizures induced by acute injections of PTZ, showed that the synthetic derivatives had no effect whereas allopregnanolone had a significant positive effect.

Σημαντικός αριθμός μνημείων και έργων τέχνης είναι κατασκευασμένα από πέτρα, μάρμαρο κατά πρώτο λόγο, και έπειτα από ασβεστόλιθο και από άλλα πυριτικά υλικά. Η παρούσα εργασία επικεντρώθηκε στη μελέτη της διάλυσης του μαρμάρου σε διάφορες συνθήκες με απώτερο στόχο την αποκάλυψη του μηχανισμού της φυσικοχημικής αυτής διεργασίας τόσο για την περίπτωση ασβεστιτικών όσο και δολομιτικών μαρμάρων. Η κατανόηση του μηχανισμού του προβλήματος είναι απαραίτητη για την κατάλληλη προσέγγιση και επιλογή των μεθόδων προστασίας. Έτσι, στην παρούσα εργασία επιχειρήθηκε: α) Ο προσδιορισμός του μηχανισμού διάλυσης από πειράματα μέτρησης της κινητικής της διάλυσης του μαρμάρου σε ακόρεστα ως προς το βασικό συστατικό (ασβεστίτης, δολομίτης) διαλύματα και σε διαφορετικές συνθήκες ακορεστότητας. β) Η αναστολή της διάλυσης με την προσθήκη υδατοδιαλυτών τασιενεργών ουσιών και η διερεύνηση του μηχανισμού δράσης τους. γ) Η δημιουργία δυνητικά προστατευτικών επικαλύψεων των επιφανειών του (ασβεστιτικού) μαρμάρου με στρώματα ανόργανων αλάτων. δ) Η σύγκριση των αποτελεσμάτων μέτρησης του ρυθμού διάλυσης τόσο παρουσία όσο και απουσία προσθέτων ουσιών με βιβλιογραφικές αναφορές, και αποτελέσματα από πειράματα υπαίθριας έκθεσης και από πειράματα έκθεσης δοκιμίων σε συνθήκες επιταχυνόμενης διάβρωσης σε θάλαμο αλατονέφωσης (παρουσία και άλλων παραγόντων, όπως μικροοργανισμοί, μικροβιοκτόνες ενώσεις). Ο στόχος της σύγκρισης αυτής ήταν η επιλογή του καταλληλότερου μοντέλου για την αξιόπιστη δοκιμή νέων υλικών και μεθόδων προστασίας του μαρμάρου. Για τη διεξαγωγή των δοκιμών, επιλέχθηκαν τρεις τύποι μαρμάρου που απαντώνται σε μνημεία και γλυπτά στην Ευρώπη: Carrara (ασβεστίτης >98%), Πεντελικό (ασβεστίτης >98%) και Ekeberg (δολομίης ~93%). Τα διαλύματα που χρησιμοποιήθηκαν στις μετρήσεις, κινητικής της διάλυσης ήταν ακόρεστα ως προς ασβεστίτη και παρασκευάζονταν με την αραίωση κατάλληλων όγκων stock διαλυμάτων CaCl2, MgCl2, NaHCO3, NaCl, και η αρχική τιμή του pH ρυθμιζόταν στο 8.25 με προσθήκη 0.01N NaOH. Μετά την αποκατάστασης ισορροπίας στα ακόρεστα διαλύματα εργασίας, γινόταν προσθήκη ακριβώς ζυγισμένης σκόνης μαρμάρου ή η εμβάπτιση των δοκιμίων (στερεωμένων σε ειδικό στήριγμα). Τρεις μέθοδοι χρησιμοποιήθηκαν για τις μετρήσεις της κινητικής της διάλυσης του μαρμάρου: συνθήκες ελεύθερης μεταβολής (free drift), συνθήκες σταθερού pH (pH-stat), συνθήκες σταθερού κορεσμού. Για τα ασβεστιτικά μάρμαρα, οι μετρήσεις του ρυθμού διάλυσης τόσο του μαρμάρου (κονιοποιημένου ή δοκιμίων) όσο και της πρότυπης ένωσης αναφοράς (ασβεστίτης) συναρτήσει της ακορεστότητας των διαλυμάτων έδειξαν γραμμική εξάρτηση. Σε όλες τις περιπτώσεις, οι ρυθμοί που υπολογίσθηκαν ήσαν της αυτής τάξης μεγέθους με τους αντίστοιχους ρυθμούς του καθαρού ασβεστίτη. Η θερμική κατεργασία του Πεντελικού μαρμάρου οδήγησε σε σημαντική αύξηση του ρυθμού διάλυσης, και η εξάρτηση των μετρούμενων ρυθμών, R, από τον σχετικό υπερκορεσμό, σ, ήταν μη γραμμική, με n>1. Για το δολομιτικό μάρμαρο Ekeberg, από το διάγραμμα του ρυθμού διάλυσης συναρτήσει της σχετικής ακορεστότητας σ, η προσαρμογή των δεδομένων στην R=kdσn έδωσε την τιμή n=2, οπότε εξήχθη το συμπέρασμα, ότι το στάδιο που καθορίζει τη διάλυση του δολομιτικου μαρμάρου είναι η επιφανειακή διάχυση. Μετρήθηκε και η διαλυτότητα τόσο του δολομιτικού όσο και των λοιπών τύπων μαρμάρου. Τα ασβεστιτικά μάρμαρα Πεντελικό και κρυσταλλίνα Θάσου έδωσαν τιμές για το γινόμενο διαλυτότητας κοντά στην αντίστοιχη τιμή για τον καθαρό ασβεστίτη (8.48) ενώ τα υπόλοιπα ασβεστιτικά (Carrara, Σπηλιά, Διονύσου) έδωσαν υψηλότερες τιμές διαλυτότητας. Τα δύο δολομιτικά μάρμαρα έδωσαν την αυτή τιμή για τη σταθερά διαλυτότητας, η οποία ευρίσκεται εντός των ορίων τιμών που έχουν αναφερθεί στην βιβλιογραφία για στοιχειομετρικό δολομίτη. Σε όλες τις περιπτώσεις ο ρυθμός διάλυσης του μαρμάρου βρέθηκε ότι ελέγχεται από την επιφανειακή διάχυση των δομικών λίθων στο οριακό στρώμα του υγρού. Η ρόφηση κάποιας ουσίας πάνω στο στερεό θα μπορεί να δεσμεύει τα ενεργά κέντρα και θα έχει αποτελεσματική δράση στην επιβράδυνση της διάλυσης. Έγινε μελέτη ρόφησης ουσιών με ιοντιζόμενες φωσφορικές και φωσφονικές ομάδες σε σκόνες των μαρμάρων Πεντελικού, Carrrara και Ekeberg (ισόθερμοι ρόφησης). Το HEDP μελετήθηκε σε μεγαλύτερη έκταση, τόσο γιατί η παρουσία του στα ακόρεστα διαλύματα είχε ως αποτέλεσμα τη σημαντικότατη αναστολή της διάλυσης, όσο και διότι ως ουσία με ιονιζόμενες δραστικές ομάδες αποτελεί μοντέλο για την μελέτη της επίδρασης ανάλογων ουσιών σε κρυσταλλικά στερεά τα οποία διαθέτουν κατιόντα μετάλλων στην επιφάνειά τους. Η προσθήκη του αναστολέα HEDP στα ακόρεστα διαλύματα είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του ρυθμού διάλυσης σε ανάλογο βαθμό με την προ-ρόφησή του. Η προσθήκη του HΕDP στα ακόρεστα διαλύματα, έδωσε μικρότερους ρυθμούς διάλυσης σε σύγκριση με τους αντίστοιχους ρυθμούς οι οποίοι ελήφθησαν από δείγματα στα οποία η ουσία αυτή είχε προ-ροφηθεί στο στερεό (πειράματα σε σκόνες και δοκίμια ασβεστιτικών μαρμάρων). Το HEDP εκτός από την επιβράδυνση της διάλυσης (ακόμα και κατά 80-90 %), βρέθηκε ότι είχε αρνητική επίδραση στη μορφολογία των κρυστάλλων του μαρμάρου. Ο στόχος της επόμενης σειράς πειραμάτων ήταν η δημιουργία επικαλύψεων σε συμπαγή δοκίμια μαρμάρου. Οι επικαλύψεις αυτές, αποτελούντο από ανόργανα άλατα, μικρότερης διαλυτότητας σε υδατικά διαλύματα, σε σύγκριση με τον ασβεστίτη. Τα διαλύματα αντιδραστηρίων κατεργασίας (HCl, ΕDTA, γαλακτικού οξέος, oξικού οξέος, H3PO4, HEDP, NTMP , N(phosphomethyl-) imino diacetic acid) εφαρμόσθηκαν με: α) επίχριση με πινέλο, β) επίθεση εμποτισμένων υφασμάτων, γ) εμβάπτιση των δοκιμίων στα αντίστοιχα διαλύματα. Αποτελεσματικότερος τρόπος εφαρμογής ήταν η εμβάπτιση. Ο χαρακτηρισμός των επιφανειών, και των αντίστοιχων επιστρώσεων και η ταυτοποίησή τους έγινε με XRD, FΤ-IR και SEM. Στην συνέχεια, τα σύνθετα υλικά (μάρμαρο+επικάλυψη), υποβλήθηκαν σε πειράματα διάλυσης σε διαλύματα ακόρεστα ως προς ασβεστίτη προκειμένου να δοκιμασθεί η αποτελεσματικότητά τους στην προστασία της επιφάνειας του μαρμάρου από τη διάβρωση. Η επεξεργασία με φωσφορικό οξύ, είχε ως αποτέλεσμα την δημιουργία παχέος στρώματος διένυδρου, όξινου φωσφορικού ασβέστιου (CaHPO42H2O, DCPD). Με δεύτερη εμβάπτιση σε διάλυμα όξινου φωσφορικού νατρίου η υδρόλυση των αρχικά σχηματισθέντων κρυστάλλων DCPD, οδήγησε στον σχηματισμό ψευδομορφικών κρυστάλλων OCP οι οποίοι και σχηματίζουν στρώμα περίπου 100 μm, το οποίο καλύπτει πλήρως την επιφάνεια του μαρμάρου και παρουσιάζει εξαιρετική πρόσφυση στην επιφάνεια. Οι δοκιμές διάλυσης σε ακόρεστα διαλύματα, έδειξαν ότι διαλύεται μόνο η επικάλυψη. Υπαίθρια Έκθεση. Επαληθεύθηκε η ανασταλτική δράση του HΕDP στην διάλυση των δοκιμίων του μαρμάρου τα οποία εκτέθηκαν στους σταθμούς υπαίθριας έκθεσης. Γενικά, οι τασιενεργές ουσίες που δοκιμάσθηκαν προστάτευσαν τα δοκίμια του μαρμάρου σε μεγαλύτερο βαθμό από τις υδρόφοβες ουσίες γεγονός το οποίο υπογραμμίζει την σημασία της αλληλεπίδρασης ουσίας-υποστρώματος και το οποίο είναι σε συμφωνία με τα ευρήματα από τα πειράματα που διεξήχθησαν στους αντιδραστήρες batch.. Θάλαμος αλατονέφωσης. Σε συνθήκες επιταχυνόμενης διάβρωσης, επαληθεύθηκε για μια ακόμα φορά η ανασταλτική δράση ουσιών όπως το HΕDP, οι οποίες μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το μάρμαρο. Είναι αξιοσημείωτο ότι τα αποτελέσματα των μετρήσεων της κινητικής της διάλυσης τα οποία ελήφθησαν από την υπαίθρια έκθεση δοκιμίων ήσαν συγκρίσιμα με τα αποτελέσματα των μετρήσεων σε αντιδραστήρες τύπου batch. . Η μέθοδος μέτρησης της κινητικής της διάλυσης σε ακόρεστα διαλύματα και σε συνθήκες σταθερού κορεσμού, έχει τη δυνατότητα σε μικρό σχετικά χρονικό διάστημα να δώσει ικανοποιητικές πληροφορίες σχετικά με τη συμπεριφορά των δοκιμίων μαρμάρου σε διαβρωτικό περιβάλλον αλλά και να χρησιμεύσει σε δοκιμές ελέγχου και προκαταρκτικής αξιολόγησης (screening) σειράς υποψήφιων για την προστασία του μαρμάρου ουσιών. / A significant number of historic monuments and artworks have been made of stone, mainly of marble, lime and silicate materials. The work in the present thesis, is focused on the investigation of the kinetics of marble dissolution under various conditions. These studies contribute to the understanding of the mechanism of dissolution, for of calcitic and dolomitic marbles. Understanding the mechanism of the problem is essential for the selection and the implementation of methods for the protection of monuments. More specifically, in the present work it was attempted to achieve the following tasks: a) Determination of dissolution mechanism, through measurements of the kinetics of marble dissolution in solutions undersaturated with respect to the main component (calcite, dolomite) under various undersaturation conditions at controlled conditions. b) Dissolution inhibition by addition of water soluble compounds and investigation of the mechanism of their interaction with the calcitic surfaces. c) Formation of potentially protective coatings on marble surface consisting of sparingly soluble inorganic salts. d) Comparison of marble dissolution rates (in the presence and in the absence of different water soluble substances) with the respective values reported in the literature and with results from marble specimens exposed outdoors or under accelerated weathering conditions in a salt spray chamber (with or without other agents, including colonization with microorganisms, treatment with biocides). The aim of this comparison was the selection of the best model for the reliable testing of novel methods and materials for the protection of marble. Three marble types were selected in the present investigation. These types have been frequently used as building materials in monuments and sculptures in Europe: Carrara (>98% calcite), Pentelic (>98% calcite) and Ekeberg (>93% dolomite). A number of compounds were selected for the investigation of their effectiveness of protection against marble weathering due to wet precipitation: VPA3-7 (surfactant) and HEDP (organophosphorus compounds), Hydrophase superfici (hydrophobic substannce) and Algophase  (biocide). To study the effect of microorganisms on the weathering of marble specimens exposed outdoors, they were inocculated with a bacteria culture consisting of (Geodermatophilus sp BC 508 isolated from limestone rock (Noto, Syracuse, Italy) , Micromonospora sp. BC 562 isolated from Pentelic marble), fungi (Coniosporium apolliniis MC518 isolated from marble from Tarragona Cathedral (Spain) and Coniosporium uncinatum MC557 isolated from Carrara marble statue (Messina, Italy).) The aim of the measurements of the rates of marble dissolution in solutions undersaturated with respect to calcite, as a function of the relative undersaturation was the attainment of a better understanding for the mechanism underlying marble dissolution. Undersaturated working solutions were prepeared by dilution of proper stock solutions of CaCl2, MgCl2, NaHCO3, NaCl, and pH was initially adjusted to 8.25 with 0.01N NaOH. After equilibration of undersaturated solutions in the reactor, known amount of marble was introduced, either in powder form (suspension) or in rod form (fixed on special scaffold). Depending on the control of the parameters possible the following types of experiments were done and the dissolution rates were measured: free drift (all variables change with the exception of temperature), constant pH (pH only is kept constant), constant undersaturation (the activities of all species in the undersaturated solutions are kept constant). The dissolution rates of calcitic marble (both in powders and slabs) and calcite powder showed linear dependence on the relative undersatutation. In all cases, the rates of dissolution were of the same order of magnitude with the rates corresponding to (synthetic) calcite powder. Thermal pretreatment of pentelic marble powder resulted to higher dissolution rates. In this case, the dependence of the rates measured with respect to the relative undersatutation was found to be non-linear, (R=Kdσn , n>1). In the case of Ekeberg marble, the dependence of the rates of dissolution on the relative undersatutation was found to be non-linear, as well with n = 2. It may therefore be concluded that the dissolution is surface diffusion controlled. In the present work, solubilities for different types of marbles investigated in aqueous solutions were calculated from measurements of specimens equilibrated with electrolyte solutions over a time period exceeding the 2 years. For Pentelic and Crystallina Thassou marbles, values of solubility products were close to the value of pure calcite, while those for the rest of the calcitc marbles (Carrara, Spilia, Dionysoy) were higher. For the dolomitc marbles Ekeberg and Thassos White, the values obtained were almost identical and close to the values reported for stoichiometric dolomite. In all cases, the rate of dissolution was found to be controlled by surface diffusion. The adsorption of a substance on marble surface could possibly affect the dissolution process. The adsorption of substances posessing ionisable phosphate and phosphonate groups on marble powders (Pentelic, carrara, Ekeberg) was investigated through the respective adsorption isotherms. HEDP was mainly studied in this section, because its presence in undersaturated solutions inhibited dissolution to a large extent, and also because it could be considered as a model substance for the investigation of the effect of substances with similar functional groups on crystalline solids with metal cations on their surface. The presence of HEDP in the undersaturated solutions resulted in the reduction of the marble dissolution rates, proportionally to the extent of HEDP adsorption on the substrate. The dissolution rates obtained were lower than those obtained in experiments were HEDP was pre-adsorbed on the substrate (both in marble powder and in marble rod tests). HEDP showed strong inhibition effect (even by 80-90%) but also showed negative effect on the morphology marble crystallites. The aim of the next series of experiments was the formation of coatings on pentelic marble slabs. The coatings tested in the present investigation, consisted of inorganic salts , less soluble than calcite. Treatment solutions (HCl, ΕDTA, lactic acid, H3PO4, HEDP, NTMP , N(phosphomethyl-) imino diacetic acid) were applied by:a) brush, b) impregnated patch and c) immersion. The most effective way was impregnation. XRD, FT-IR and SEM were used for the characterization of the surfaces and of the composition of the coatings. The “new” composite (marble + coating) materials were then subjected to dissolution experiments in solutions undersaturated with respect to calcite. Treatment of marble with phosphoric acid resulted in formation of a thick layer of CaHPO42H2O, DCPD. Following a second treatment with sodium hydrogen phosphate solution, the iniatially formed DCPD crystals were hydrolyzed to pseudomorfic OCP crystals, resulting to a layer of 100 um thickness with complete coverage of the surface and good adhesion on the substrate. Dissolution experiments showed that only the coating was dissolved. T Outdoors exposure. The inhibiting effect of HEDP on dissolution was verified in the case of the exposed marble specimens. The surfactant substances tested seemed to protect the specimens more than the hydrophobic compounds, which empasizes the importance of substance-substrate interaction and is in good agreement with batch experiment results. Salt spray chamber. The inhibiting effect of HEDP on dissolution was again verified in the case of the marble specimen exposedunder accelerated weathering conditions. Results of the measurements of the kinetics of marble dissolution obtained from outdoors exposure tests of marble slabs, were comparable to those obtained from batch reactor experiments. Measurement of dissolution kinetics in working solutions under constant undersaturation conditions is a method capable of providing satisfactory information on the behaviour of marble specimen under weathering conditions and a useful tool on testing and evaluating the efficiency of candidate protective methods and products in a short time (suitable as preliminary screening tool).

Η δέσμευση του P με την μορφή του στρουβίτη θεωρείται από τις εναλλακτικές μεθόδους ανάκτησης του P από τα υγρά απόβλητα. Ο στρουβίτης χρησιμοποιείται ως αργά αποδεσμευόμενο λίπασμα, ως υλικό για την σταθεροποίηση αμμωδών εδαφών και συμβάλλει στην αειφόρο ανάπτυξη. Η καταβύθιση του στρουβίτη σε υπέρκορα διαλύματά του υπό σταθερή θερμοκρασία εξαρτάται από τον υπερκορεσμό και από την παρουσία ξένων ιόντων ή ουσιών. Στόχος της παρούσας διατριβής, ήταν η μελέτη της κινητικής της καταβύθισης του στρουβίτη σε συνθήκες σύστασης αντίστοιχες των αστικών αποβλήτων. Η θερμοδυναμική ανάλυση γίνεται με μοντελοποίηση του ειδομορφισμού της υδατικής φάσης ενώ η μελέτη της κινητικής με την μέθοδο του σταθερού υπερκορεσμού η οποία επιτρέπει την διερεύνηση του ρόλου των ιόντων Ca, των βαρέων μετάλλων και οργανικών υδατοδιαλυτών ενώσεων με μεγάλη ακρίβεια και επαναληψιμότητα. Επίσης, διερευνήθηκε ο ετερογενής σχηματισμός του στρουβίτη με την χρήση κρυσταλλικών φύτρων στρουβίτη, SiO2, CaCO3 και πυριτικής άμμου για την μελέτη της πρόσφυσης του καταβυθιζόμενου στερεού στα υποστρώματα αυτά. Προσδιορίστηκε επίσης το γινόμενο διαλυτότητας του στρουβίτη προσεγγίζοντας την ισορροπία από υπέρκορα και ακόρεστα διαλύματα σε διαφορετικές τιμές ιονικής ισχύος. Με την ενζυμική υδρόλυση πολυφωσφορικών οξέων από ειδικά ένζυμα, τις φωσφατάσες, και την σταδιακή απελευθέρωση φωσφορικών ιόντων επετεύχθη ελεγχόμενη καταβύθιση του στρουβίτη σε υψηλούς υπερκορεσμούς. Τέλος, μελετήθηκε η κινητική της διάλυσης του στρουβίτη σε ακόρεστα διαλύματα συνθετικού αποβλήτου και σε διαφορετικές τιμές pH. Από τα κινητικά αποτελέσματα, με βάση την κλασσική θεωρία τη πυρηνογένεσης, προέκυψαν στενά όρια μεταστάθειας του συστήματος και η επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων ότι είναι το βραδύ στάδιο, το οποίο ελέγχει την καταβύθιση. Το ποσοστό απομάκρυνσης φωσφόρου ήταν 60-65% και από τις δοκιμές συσσωμάτωσης, προέκυψαν ελαφρά σταθεροποιημένα δοκίμια κατάλληλα για εφαρμογές σε καλλιεργήσιμα εδάφη. / Phosphorus precipitated in the form of struvite is a new prospective alternative in phosphorus recovery from wastewaters. Struvite may be used as a slow-released fertilizer, as fitment for stabilization of sandy soil areas and contributing towards sustainable development. Struvite precipitation in supersaturate solution at constant temperature depends on the supersaturation and the presence of foreign ions or substrates. The aim of this thesis was the investigation of struvite precipitation kinetics at conditions similar to municipal wastewaters. The thermodynamic analysis had been done by suitable speciation of aqueous medium while the kinetics of precipitation was investigated with constant solution supersaturation method. This method provides reliable and highly reproducible kinetics results of the effect of calcium ions, heavy metals and organic soluble compounds on the spontaneous precipitation of struvite. The heterogeneous formation of struvite was also investigated in order to examine struvite precipitated adhesion at different substrates. Struvite crystals, SiO2, CaCO3, and silicate sand were used to inoculate the supersaturated solutions. The thermodynamic solubility product of struvite was determined once equilibrium had been attained, when undersaturated and supersaturated solutions were allowed to reach equilibrium, at different ionic strengths values. Controlled struvite precipitation in solutions highly supersaturated was also achieved by the slow evolution of the supersaturation when sufficient phosphate was released from the enzymic action through the phosphatase mediated decomposition of polyphosphates. Finally, the kinetics of struvite dissolution was examined in undersaturate synthetic wastewater solutions at different pH values. The kinetics results, according to the classical nucleation theory, showed that the system stability range was very narrow and a surface diffusion controlled mechanism. A phosphorus recovery corresponding to 60-65% of the initially present phosphorus is feasible. Laboratory experiments using loose sand packs showed mildly consolidated agglomerates that can be used properly for cultivable land.