Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η αποδέσμευση τριών βιοδραστικών ουσιών με διαφορετική διαλυτότητα στο νερό, από υδρόφιλες μήτρες αποτελούμενες από άλατα του φωσφορικού ασβεστίου. Οι υδρόφιλες μήτρες κυρίως πολυμερών, χρησιμοποιούνται ευρύτατα στην ελεγχόμενη αποδέσμευση βιοδραστικών ουσιών από στερεές φαρμακοτεχνικές μορφές διότι μπορούν να παρέχουν τα απαιτούμενα χαρακτηριστικά αποδέσμευσης (ρυθμός και ποσοστό αποδέσμευσης έναντι χρόνου). Σημαντικά πλεονεκτήματα των αλάτων του φωσφορικού ασβεστίου είναι το χαμηλό κόστος παραγωγής των και το γεγονός ότι πρόκειται για βιοσυμβατά και βιοδιασπώμενα υλικά. Οι βιοδραστικές ενώσεις που μελετήθηκαν ήταν η καφεϊνη, η θεοφυλλίνη και η θεοβρωμίνη που έχουν την ίδια βασική χημική δομή και ανήκουν στην κατηγορία των μεθυλοξανθινών, αλλά έχουν διαφορετική διαλυτότητα στο νερό. Οι υδρόφιλες μήτρες των αλάτων του φωσφορικού ασβεστίου που μελετήθηκαν στην παρούσα εργασία ήταν α) δισκία τα οποία παρασκευάσθηκαν με συμπίεση μιγμάτων των αλάτων του φωσφορικού ασβεστίου και της βιοδραστικής ένωσης με ορισμένη σύσταση και β) οστικά τσιμέντα τα οποία παρασκευάσθηκαν με επεξεργασία μίγματος αλάτων του φωσφορικού ασβεστίου και της βιοδραστικής ένωσης με φωσφορικό οξύ. Μελετήθηκε η μεταβολή του ρυθμού και του ποσοστού αποδέσμευσης των βιοδραστικών ουσιών έναντι του χρόνου α) για διαφορετικές συστάσεις της υδρόφιλης μήτρας, β) με την υδατοδιαλυτότητα της βιοδραστικής ένωσης, γ) με την ταχύτητα ανάδευσης του μέσου διαλυτοποίησης και δ) με την σύσταση του μέσου διαλυτοποίησης. Επίσης τα κινητικά δεδομένα (ποσοστό αποδέσμευσης έναντι του χρόνου) αναλύθηκαν με βάση ορισμένα κινητικά πρότυπα προκειμένου να προσδιορισθεί το κινητικό πρότυπο ή πρότυπα που καθορίζουν την αποδέσμευση των παραπάνω βιοδραστικών ενώσεων από τα δισκία και τα οστικά τσιμέντα αλάτων του φωσφορικού ασβεστίου. / -

Η παρούσα διατριβή εξειδίκευσης αποτελεί το προοίμιο μιας μακρόπνοης εμπλοκής του εργαστηρίου υλοποίησής της στη μελέτη ενδεχόμενης μετανάστευσης ουσιών που χρησιμοποιούνται ως ενισχυτικά φραγής ή/και ως χημικοί αισθητήρες σε βιοπολυμερικές συσκευασίες τροφίμων και αποδέσμευσής τους σε προσομοιωτές τροφίμων. Στο πλαίσιο αυτό, η εργασία αυτή αποτελεί μια προσπάθεια ανάδειξης της μεθόδου επιφανειακής ενίσχυσης της σκέδασης Raman (Surafce Enhanced Raman Scattering) ως κατάλληλης για τον ποσοτικό προσδιορισμό μικρού μοριακού βάρους ενώσεων που ενδεχομένως αποδεσμεύονται σε υδατικά διαλύματα ή/και συγκεκριμένους προσομοιωτές τροφίμων. Η μελέτη εστιάστηκε στην ελεγχόμενη αποδέσμευση φαρμακευτικών ουσιών από μια βιοπολυμερική μήτρα κυρίως κατά το πρώιμο στάδιο της μελέτης και τις παραμέτρους που επηρεάζουν το φαινόμενο αυτό. Βασικός στόχος της μελέτης ήταν η κατά το δυνατό μείωση του ορίου ανίχνευσης με SERS της αποδεσμευόμενης ουσίας με την εμβάπτιση της βιοπολυμερικής μήτρας που την εμπεριέχει σε πρότυπα υδατικά διαλύματα. Πραγματοποιήθηκε μια διεξοδική μελέτη των υποστρωμάτων που χρησιμοποιούνται στο SERS και συγκεκριμένα του νανοκολλοειδούς αργύρου (Ag). Για τον σκοπό αυτό, πραγματοποιήθηκαν πειράματα τα οποία έδειξαν την εξάρτηση της έντασης SERS από τη συσσωμάτωση των υποστρωμάτων Ag συναρτήσει του χρόνου και του παράγοντα συσσωμάτωσης, NaCl. Η εφαρμογή του SERS σε μελέτες ουσιών εξαιρετικά χαμηλών συγκεντρώσεων αναδεικνύεται ως ένα πολύ ενδιαφέρον πεδίο έρευνας. Επίσης, ως πρότυπο πείραμα, παρουσιάζεται μεθοδολογία μελέτης με την τεχνική SERS της αποδέσμευσης του αντικαρκινικού φαρμάκου Μitoxantrone (ΜΤΧ) από εμπορικά ράμματα Maxon. Για το σκοπό αυτό, παρασκευάστηκαν πολυμερικά υμένια με εγκλωβισμένη τη δραστική ουσία και η μελέτη της αποδέσμευσης της σε νερό και PBS (phosphate buffered saline) πραγματοποιήθηκε με SERS και UV-Vis, αντίστοιχα. Η φασματοσκοπία UV-Vis χρησιμοποιήθηκε συμπληρωματικά. Στηριζόμενοι στη μεθοδολογία που αναπτύξαμε εξάγαμε ποσοτικά αποτελέσματα από τρία διαφορετικά εργαστηριακά δείγματα, τα οποία προήλθαν από ανάμιξη εμπορικών ραμμάτων Maxon με 1% κ.β. MTX: (α) στην άμορφη φάση έπειτα από ταχεία ψύξη του τήγματος, (β) στην ημικρυσταλλική φάση με σχετικά χαμηλό ποσοστό κρυσταλλικότητας, που λάβαμε έπειτα από ανόπτηση της άμορφης φάσης για περιορισμένο χρόνο στη θερμοκρασία κρυστάλλωσης και (γ) σε μια επίσης ημικρυσταλλική φάση με αρκετά μεγάλο ποσοστό κρυστάλλωσης (όσης και τα εμπορικά ράμματα). Τα αποτελέσματα δείχνουν πως υπάρχει συσχέτιση μεταξύ κρυσταλλικότητας και αποδέσμευσης του φαρμάκου, με τα μικρότερα ποσά αποδέσμευσης στην περίπτωση του άμορφου δείγματος. Αυτό που παρατηρήθηκε στα πρώιμα στάδια της αποδέσμευσης από τις μετρήσεις SERS φαίνεται να επαληθεύεται από αντίστοιχα αποτελέσματα σε μεταγενέστερα στάδια αποδέσμευσης που λάβαμε με εφαρμογή της συμβατικής τεχνικής απορρόφησης ορατού – υπεριώδους (UV-Vis). Ωστόσο, οι ποσοτικές μετρήσεις με τη χρήση του SERS σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις έδειξαν μεγαλύτερη ανιχνευτική ευαισθησία σε σχέση με αυτές που πραγματοποιήθηκαν με την απορρόφηση UV-Vis. Συμπερασματικά, το SERS δείχνει ικανό στον ποσοτικό προσδιορισμό ενεργών ουσιών που αποδεσμεύονται από βιοσυμβατά πολυμερικά συστήματα μεταφοράς δραστικών ουσιών σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις. / This thesis of specialization is the precursor of a long-term involvement of the laboratory of Applied Molecular Spectroscopy of FORTH/ICE-HT in the implementation of the study of the migration of substances used as barrier and/or as chemical sensors in biopolymer based food packaging and their release into food simulants. In this context, this work attempts to highlight the method of surface enhanced Raman scattering (SERS) as appropriate for quantifying low molecular weight compounds that may be released in aqueous solutions and/or specific food simulants. The study focused on the controlled release of pharmaceuticals from a biopolymeric matrix mainly during the early stage of the study and the parameters affecting this phenomenon. The main objective of the study was to reduce SERS detection limit of the released substance by emerging the substance-incorporated biopolymeric matrix in standard aqueous solutions. In this context, we developed methods to maximize SERS enhancement and consequently reduce the limit of detection of an active substance, Mitoxantrone (MTX). This was achieved by a thorough study of the substrates used in SERS, namely nanocolloidal silver (Ag) suspensions. For this purpose, we contacted experiments which show the dependence of the SERS intensity on the aggregation of Ag substrates as a function of both time and the aggregating agent, NaCl. Also, as a standard experiment, present SERS methodology was applied in the study of the release of the anticancer drug Mitoxantrone (MTX) from commercially available sutures, Maxon. For this purpose, polymeric films prepared with the encapsulated active substance were immersed either in water or/and in PBS (phosphate buffered saline) and the release of MTX was probed by both SERS and UV-Vis. Based on the developed methodology we obtained quantitative results from three different laboratory samples produced by mixing commercial Maxon sutures with 1 wt% MTX: (a) an almost completely amorphous mixture produced by quenching from the melt, (b) a semi-crystalline one possessing low crystallinity that was produced by annealing the amorphous sample at the temperature close to the crystallization one and (c) a semi-crystalline one possessing high crystallinity similar to the commercial product. The results indicate a correlation between crystallinity and drug release rate; the more amorphous the sample is the less quantity of the drug is released. SERS was able to probe the active agent at the early state of release; UV-Vis has supported these results at a later state of the release process. In conclusion, SERS may enable low concentration quantitative assessment of controlled release of drugs from biopolymer-based delivery systems.

Η παρούσα εργασία μελετά την ανάπτυξη ενός ευέλικτου συστήματος αντιμικροβιακής προστασίας για εφαρμογή σε είδη ρουχισμού και υφάσματα οικιακής χρήσης. Πιο συγκεκριμένα αναπτύχθηκαν διασυνδεδεμένα πολυμερικά νανοσφαιρίδια πολυστυρολίου-διβινυλοβενζολίου στα οποία ενσωματώθηκε Triclosan, μία ευρέος φάσματος εμπορική αντιμικροβιακή ουσία. Σημειώνεται ότι στο πλαίσιο ανάσχεσης των ενδονοσοκομειακών λοιμώξεων η ανάπτυξη αντιμικροβιακών νοσοκομειακών στολών, σεντονιών και άλλων σχετικών κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων αποτελούν τις τελευταίες δεκαετίες αντικείμενο έντονου επιστημονικού ενδιαφέροντος. Το μέγεθος των νανοσωματιδίων βρέθηκε μετά από εξέταση με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM) και δυναμική σκέδαση φωτός (DLS) να κυμαίνεται μεταξύ 35-350 nm ανάλογα την σύσταση. H θερμική συμπεριφορά τους μελετήθηκε μέσω διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC) και διαπιστώθηκε σημείο τήξεως στους ~425 οC. Χρησιμοποιώντας την φασματοσκοπία UVVis προσδιορίστηκε ο πραγματικός εγκλωβισμός του αντιμικροβιακού στο σύστημα κατά μέσο όρο σε ποσοστό ~72% του ονομαστικού και παρακολουθήθηκε ο ρυθμός αποδέσμευσης του σε διαλύματα αιθανόλης-νερού. Επιπλέον, τα σφαιρίδια που όπως διαπιστώθηκε παρουσιάζουν χαρακτηριστικά ελεγχόμενης αποδέσμευσης ενσωματώθηκαν σε μήτρες πολυπροπυλενίου οι οποίες υπό την μορφή φιλμ εφελκύστηκαν μονοαξονικά. Τέλος κάνοντας χρήση της δονητικής φασματοσκοπίας Raman εκτιμήθηκε ο μοριακός προσανατολισμός που επιβλήθηκε στα εφελκυσμένα φιλμ και συσχετίσθηκε με την παρατηρούμενη μείωση που επιτεύχθηκε στην κινητική αποδέσμευσης της εγκλωβισμένης δραστικής ουσίας. Το πρώτο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας ασχολείται με το πρόβλημα της μικροβιακής επιμόλυνσης υφασμάτων, τις διάφορες λύσεις που έχουν προταθεί κατά καιρούς και τέλος αναλύει τον στόχο της παρούσας εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο επεξηγείται η έννοια της ελεγχόμενης αποδέσμευσης και περιγράφονται οι διάφορες κατηγορίες συστημάτων ελεγχόμενης χορήγησης μαζί με χαρακτηριστικά παραδείγματα. Τα νανοσωματίδια, η σύστασή, οι μοναδικές ιδιότητες, οι εφαρμογές και οι διάφοροι τρόποι σύνθεσης και χαρακτηρισμού τους συζητούνται στο τρίτο κεφάλαιο. Το τέταρτο κεφάλαιο αναφέρει πληροφορίες για τα υλικά και επεξηγεί τις τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν στην σύνθεση, την επεξεργασία και τον χαρακτηρισμό των νανοσωματιδίων και των μιγμάτων τους. Τέλος στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν και ακολουθεί ο σχολιασμός τους. / The present thesis studies the development of a versatile system of antimicrobial protection for use in clothing and household products. In particular Triclosan incorporated crosslinked polystyrenedinylbenzene nanobeads were developed; triclosan is a widely used antimicrobial agent. It is noted that the health hazards arising during nosocomial treatment due to infections caused by microbial pathogens and the means to protect oneself against such threats have become the subject of many research activities during the last few decades. The size of the nanoparticles after examination with scanning electron microcopy (SEM) and dynamic light scattering (DLS) was found to vary between 35-350 nm depending on the system formulation. Their thermal behavior was studied with differential scanning calorimetry (DSC) and their melting point was measured at ~425 oC. Using UV-Vis spectroscopy the real encapsulation efficiency of the antimicrobial in the system was determined at ~72% and its release kinetics were studied in a water-ethanol solution. The nanobeads possess controlled release properties; they were furthermore incorporated into polypropylene matrixes which were uniaxially drawn in film form. Finally utilizing polarized Raman spectra, the draw induced molecular orientation of the films was correlated to the relevant variation of the related antimicrobial release kinetics. The first chapter of the present thesis reviews the textile microbial infections and the various solutions that have been proposed showing up the specific research goal targeted. In the second chapter the meaning of controlled release is explained and the basic system categories involved are presented along with characteristic examples. The nanoparticles, their composition, special attributes, applications, synthesis and characterization techniques are the subject of the third chapter. The fourth chapter reports information about the materials and the methods used in the synthesis, postprocessing and characterization of the nanoparticles and their blends. Finally the last chapter presents the experimental results and relevant comments.

Στην παρούσα διατριβή διερευνήθηκαν οι παράμετροι που ελέγχουν τη δέσμευση/αποδέσμευση ιόντων Cu2+ ή/και κατιοντικών επιφανειοδραστικών ενώσεων, όπως το βρωμιούχο δεκαεξυλοτριμεθυλαμμώνιο (CTAB) ή το βρωμιούχο δεκαεξυλοτριμεθυλo φοσφώνιο (PC16) από αντίθετα φορτισμένους πολυηλεκτρολύτες. Mελετήθηκαν διαφορετικές πολυμερικές μήτρες που αποτελούνται είτε από εμπορικά διαθέσιμα πολυμερή είτε συντεθήκαν για αυτό το σκοπό, έτσι ώστε να γίνει κατανοητή η επίδραση της χημικής δομής του πολυμερούς στη ταχύτητα δέσμευσης και αποδέσμευσης των δραστικών συστατικών. Καθώς τα ιόντα αυτά έχουν βιοστατική δράση, απώτερος πρακτικός στόχος της διερεύνησης είναι η πιθανή εφαρμογή τέτοιων υβριδικών πολυμερικών υλικών σε υφαλοχώματα που θα εμποδίζουν την απόθεση θαλάσσιων βιοαποθέσεων και θα χαρακτηρίζονται από ιδιότητες «αυτοκαθαρισμού». Έτσι, παρασκευάστηκαν στατιστικά ή συσταδικά αμφίφιλα συμπολυμερή, στα οποία το υδρόφιλο μονομερές μπορεί να δεσμεύσει τα ιόντα Cu2+ ή/και τις αντίθετα φορτισμένες επιφανειοδραστικές ενώσεις, όπως το στυρενοσουλφονικό νάτριο (SSNa), το μηλεϊνικό (ΜΑc) και το ακρυλικό οξύ (ΑΑ), ενώ το υδρόφοβο μονομερές, το οποίο εισάγεται για τον έλεγχο του ισοζυγίου υδροφιλικότητας/υδροφοβικότητας, είναι ο μεθακρυλικός μεθυλεστέρας (ΜΜΑ). Έτσι, χρησιμοποιήθηκαν ομοπολυμερές PSSNa αλλά και συμπολυμερή του MAc με το SSNa (P(SSNa50-co-MANa). Επιπλέον, για συγκριτικούς λόγους παρασκευάστηκε και το συμπολυμερές του ΜΑc με οξικό βινυλεστέρα, (P(VAc-co-MAc), ενώ χρησιμοποιήθηκε και το εναλλασσόμενο συμπολυμερές του μηλεϊνικού οξέος με αιθυλένιο, P(Eth-alt-MAc). Τα στατιστικά αμφίφιλα συμπολυμερή P(MMAx-co-SSNa), P(MMAx-co-AA) παρασκευάστηκαν με συμπολυμερισμό ελευθέρων ριζών, ενώ τα συσταδικά αμφίφιλα συμπολυμερή PMMAx-b-PSSNa και PSSNa-b-PMMAx παρασκευάστηκαν με πολυμερισμό ελευθέρων ριζών μέσω μεταφοράς ατόμου (ΑΤRP), χρησιμοποιώντας ως μακροεκκινητή είτε PMMA είτε PSSNa, αντίστοιχα. Τα μοριακά βάρη των συμπολυμερών χαρακτηρίστηκαν με SEC, ενώ η χημική τους δομή ταυτοποιήθηκε με 1H-NMR και FT-IR. Η εκατοστιαία σύσταση των συμπολυμερών σε μονάδες ΜΜΑ, x, κυμαίνεται στην περιοχή 10-65 mol%, όπως προσδιορίστηκε με 1H-NMR και TGA. Από τη συγκριτική μελέτη της αυτοοργάνωσης σε υδατικό διάλυμα των συσταδικών και των στατιστικών αμφίφιλων συμπολυμερών, P(MMAx-co-SSNa) και PSSNa-b-PMMAx) με ιχνηθέτηση με φθορίζοντες ιχνηθέτες διαπιστώθηκε πως τα συσταδικά συμπολυμερή εμφανίζουν σημαντικότερη τάση αυτοοργάνωσης, καθώς έχουν σημαντικά μικρότερη κρίσιμη συγκέντρωση μικκυλοποίησης και χαρακτηρίζονται από υψηλότερα επίπεδα υδροφοβικότητας. Η δέσμευση των ιόντων Cu2+ από τα παραπάνω συμπολυμερή σε αραιά υδατικά διαλύματα πραγματοποιήθηκε μέσω ιονoανταλλαγής χρησιμοποιώντας τη μετά νατρίου άλατος μορφή των συμπολυμερών ή μέσω εξουδετέρωσης της όξινης μορφής των συμπολυμερών με Cu(OH)2 και διερευνήθηκε με φυσικοχημικές μεθόδους, όπως η θολομετρία, η ιξωδομετρία τριχοειδούς και η φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού. Διαπιστώθηκε πως σε αραιά διαλύματα η δέσμευση των ιόντων Cu2+ οδηγεί σε συρρίκνωση των πολυμερικών αλυσίδων (ιξωδομετρία τριχοειδούς). Μάλιστα, σε αντίθεση με τα συμπολυμερή που περιέχουν SSNa, στα πολυμερή που περιέχουν καρβοξυλικές ομάδες, η συρρίκνωση είναι ιδιαίτερα ισχυρή και οδηγεί σε διαχωρισμό φάσεων καθώς η αναλογία των ιόντων Cu2+ προς τις καρβοξυλικές ομάδες προσεγγίζει τη στοιχειομετρία (θολομετρία), ως αποτέλεσμα του σχηματισμού συμπλόκων ένταξης μεταξύ των ιόντων Cu2+ και των καρβοξυλικών ομάδων (φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού). Μάλιστα, στην περίπτωση του P(Eth-alt-MAc), η φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού έδωσε σαφείς ενδείξεις για το σχηματισμό διπύρηνων συμπλόκων χαλκού με τις ομάδες καρβοξυλίου, τα οποία έχουν τη δυνατότητα να δράσουν ως σταυροδεσμοί δικτυώνοντας τις πολυμερικές αλυσίδες. Ως αποτέλεσμα, σε ημιαραιά διαλύματα σχηματίζονται υδροπηκτώματα. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει το γεγονός πως οι ιξωδοελαστικές ιδιότητες των σχηματιζόμενων υδροπηκωτμάτων εξαρτώνται σημαντικά από το χρόνο ανάμιξης των συμπολυμερών με τα ιόντα Cu2+. Στην επόμενη φάση διερευνήθηκε ο σχηματισμός μικτών συσσωματωμάτων (συμπλόκων) μεταξύ των πολυηλεκτρολυτών που περιέχουν SSNa και της αντίθετα φορτισμένης επιφανειοδραστικής ένωσης, CTAΒ. Στην περίπτωση του ομοπολυμερούς PSSNa ή των συσταδικών αμφίφιλων συμπολυμερών PSSNa-b-PMMAx παρατηρείται διαχωρισμός φάσεων, καθώς η αναλογία των αλληλεπιδρώντων ειδών προσεγγίζει τη στοιχειομετρία φορτίων. Αντίθετα, όταν χρησιμοποιούνται τα στατιστικά αμφίφιλα συμπολυμερή P(MMAx-co-SSNa) με x=33-47mol%, σχηματίζονται ιξώδη διαλύματα ή ασθενή πηκτώματα. Η ρεολογική διερεύνηση του φαινόμενου κατέδειξε πως εξαρτάται από τη συγκέντρωση του πολυμερούς, τη γραμμομοριακή αναλογία CTAΒ/SSNa και την ιοντική ισχύ του υδατικού διαλύματος. Πριν τις τελικές δοκιμές σε πραγματικές συνθήκες παρασκευάστηκαν αιδιάλυτα στο νερό υβριδικά υλικά πολυμερούς-χαλκού, ενδεχομένως παρουσία CTAΒ ή PC16 χρησιμοποιώντας όλες τις προηγούμενες οικογένειες συμπολυμερών αλλά και εμπορικά διαθέσιμα πολυμερή αντίστοιχης δομής. Χρησιμοποιώντας κατάλληλο εκλεκτικό αντιδραστήριο (bathocuproine) μελετήθηκε φωτομετρικά η αποδέσμευση των ιόντων Cu2+ σε υδατικό διάλυμα NaCl 1 M. Έτσι, διευκρινίστηκε η επίδραση διαφόρων παραγόντων στο ρυθμό αποδέσμευσης των ιόντων Cu2+, όπως η ύπαρξη υδρόφοβων μονομερών, το είδος και το ποσοστό αυτών, η αρχιτεκτονική (στατιστική ή συσταδική) των συμπολυμερών, η εισαγωγή και το είδος της επιφανειοδραστικής ένωσης, ο τρόπος εισαγωγής και το είδος της αλληλεπίδρασης με τα ιόντα Cu2+. Στο τελευταίο στάδιο, διερευνήθηκε η συμβατότητά/αναμιξιμότητα των παρασκευασθέντων βιοστατικών υλικών με τυπικές πολυμερικές μήτρες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε υφαλοχρώματα. Στις περιπτώσεις που διαπιστώθηκε ικανοποιητική συμβατότητα/αναμιξιμότητα (συστήματα PSSNa/CTAB, PSSNa/PC16, P(SSNa50-co-MANa)/CuPC16, P(VAc-co-MANa)/Cu) και ήταν εφικτό, παρασκευάστηκαν τα αντίστοιχα υφαλοχρώματα. Η συμπεριφορά αυτών των υφαλοχρωμάτων διερευνήθηκε εργαστηριακά με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), όσον αφορά τις μορφολογικές μεταβολές της επιφάνειας και τις μεταβολές του πάχους του χρώματος σε επιταχυνόμενες συνθήκες αποδέσμευσης βιοστατικού (υδατικό διάλυμα 5M NaCl). Επίσης, μελετάται και η συμπεριφορά τους σε πραγματικές συνθήκες με τη βοήθεια ειδικής διάταξης σε ελεγχόμενο θαλάσσιο χώρο. / At this thesis, the parameters that influence the interaction and the release of copper ions and/or of cationic surfactants as hexadecyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) or hexadecyltrimethyl phosphonium bromide (PC16) from opposite charged polyelectrolytes, are studied. Different polymeric matrixes that are consisted either by commercially available polymers or by polymers that were synthesized for this purpose, were used in order, the influence of the polymer structure to the release rate of copper ions, to be identified. As these ions can behave as biocides, the practical purpose of this study is the possible application of these polymers to self-polishing antifouling paints. Random or block amphiphilic copolymers, whose hydrophilic monomer can interact with copper ions and/or the surfactants, such as styrene sulfonate (SSNa), maleic acid (MAc) and acrylic acid (AA), while the hydrophobic one, which is introduced for the hydrophilicity/hydrophobicity control, such as methyl methacrylate (MMA), were prepared. In addition, for comparison, the copolymer of maleic acid with vinyl acetate (VAc), (P(VAc-co-MAc)) was prepared. The alternative copolymer of maleic acid with ethylene was also used. The random copolymers P(MMAx-co-SSNa), P(MMAx-co-AA) were synthesized by free radical polymerization while the block copolymers PMMAx-b-PSSNa and PSSNa-b-PMMAx were synthesized through atom transfer polymerization (ATRP), using either PMMA or PSSNa as macroinitiator. The molecular weights of the copolymers were determined by SEC while their structure was identified by 1H-NMR and FT-IR. The copolymer composition in MMA untis is between 10-65 mol% as it was determined by 1H-NMR and TGA. The ability of self-assembling of random and block copolymers (P(MMAx-co-SSNa) και PSSNa-b-PMMAx) in aqueous solution was studied by pyrene fluorescence probing. The block copolymers was found to present self-assembling properties as they have lower critical micellization concentration. The binding of Cu2+ by the above mentioned polymers in dilute solutions was achieved through ion-exchange procedure using the sodium salt form of the copolymers or through neutralization of the acid form of the polymers using Cu(OH)2. Tholometry, viscometry and UV-Vis spectrometry were used to study this binding. The interaction of Cu2+ with the polymers leads to the shrinkage of the polymer chains. To the copolymers that contain carboxylic groups this shrinkage is more intense and leads to macroscopic phase separation, as the ratio of Cu2+ to the carboxylic groups is near the stoichiometry, as a consequence of complexes formation. The UV-Vis study of P(Eth-alt- MAc) denoted the formation of binuclear complexes between the Cu2+ and the carboxylic groups. These complexes can behave as crosslinks of the polymer chains. As a result, in semi-dilute solutions, gels are formed. Interestingly, the viscoelastic properties of these gels are dependent on the time elapsed from the mixture of the Cu2+ with the polymer. The interaction of polyelectrolytes that contain SSNa units, with opposite charged surfactant CTAΒ was studied. The interaction of homopolymer PSSNa or of the blocks copolymers PSSNa-b-PMMAx with CTAB leads to phase separation as the ratio of these compounds is near the stoichiometry. On the contrast, the interaction of CTAB with random copolymers P(MMAx-co- SSNa) where x=33-47mol%, leads to the formation of very viscous solutions or weak gels. By the study of the rheological properties of these systems, the influence of the polymer concentration, the molar ratio CTAΒ/SSNa and the ionic strength was found. All the above mentioned polymers where used for the preparation of hybrid materials that contain Cu2+. CTAΒ ή PC16 were also introduced to some of them in order to take a water insoluble material. The final purpose of this thesis was to control the release of Cu+2 ions from the prepared hybrid materials in aqueous NaCl 1M solution. The Cu+2 -release studies were performed photometrically using a selective dye (bathocuproine). As a result, the influence of many parameters such as the presence of hydrophobic monomers, their type and their content, the architecture of the copolymers (random or blocks), the introduction and the type of surfactants, the way of introduction of copper ions to the polymers and the type of their interaction was studied. The compatibility of all these materials with matrixes which are used in the antifouling paints was studied. In case that this compatibility was satisfying, antifouling paints using these polymeric materials (PSSNa/CTAB, PSSNa/PC16, P(SSNa50-co-MANa)/CuPC16, P(VAc-co-MANa)/Cu) were prepared. The morphology of the surface of these paints and the changes to their thickness was studied by SEM after staying in aqueous solution of NaCl 5M. Their behavior to real conditions (sea) is being studied.

Η Ακετονική Τριαμσινολόνη είναι ένα συνθετικό γλυκοκορτικοειδές το οποίο έχει ευρέως χρησιμοποιηθεί στη θεραπεία ενός αριθμού φλεγμονωδών και αγγειακών / εξιδρωματικών παθήσεων του οφθαλμού, χορηγούμενη υπό μορφή ένεσης παραβόλβια, υποτενόνια ή ενδοϋαλοειδικά. Δυστυχώς έχει περιορισμένο χρόνο ημιζωής με συνέπεια να είναι συχνά αναγκαίες επανειλημμένες ενέσεις για να επιτευχθεί παρατεταμένη δράση. Αυτό αυξάνει τη συχνότητα των επιπλοκών, οι οποίες σχετίζονται τόσο με το ίδιο το φάρμακο όσο και με την οδό χορήγησης. Σκοπός της μελέτης: Η παρασκευή σκληρικών συστημάτων ελεγχόμενης αποδέσμευσης Ακετονικής Τριαμσινολόνης βασιζόμενα στο βιοδιασπόμενο πολυμερές Πόλυ[γαλακτικό] (PLA) και η αξιολόγηση των in vitro/ex vivo χαρακτηριστικών τους σε σχέση με τη δυνητική χρήση τους για παρατεταμένη διασκληρική χορήγηση ΤΑ. Υλικό και Μέθοδος: Μικροσφαίρες PLA που περιείχαν ΤΑ παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο του απλού και του διπλού γαλακτώματος. Εξετάστηκαν η μορφολογία τους, το μέγεθός τους, η επίδραση της αρχικής ποσότητας ΤΑ και της μεθόδου παρασκευής στη φόρτιση των μικροσφαιρών καθώς και η in vitro αποδέσμευση ΤΑ από αυτές. Παρασκευάστηκαν δισκία αποτελούμενα από μικροσφαίρες καθαρού PLA και ΤΑ (με αναλογία βάρους 1:1, 2:1 και 4:1 αντίστοιχα) και εξετάστηκε η in vitro καμπύλη αποδέσμευσης ΤΑ από αυτά. Αξιολογήθηκε η καμπύλη διασκληρικής διάχυσης in vitro τοποθετώντας ένα δισκίο αναλογίας PLA:TA=1:1 σε ένα δοχείο δότη και μετρώντας τη συγκέντρωση ΤΑ σε δοχείο δέκτη. To δοχείο δότης και το δοχείο δέκτης διαχωρίζονταν διαμέσου ενός τμήματος σκληρού χιτώνα κουνελιού. Σε δύο πτωματικούς οφθαλμούς κουνελιών τοποθετήθηκε επισκληρικά ένα δισκίο 1:1 PLA-ΤΑ και καλύφθηκε με ένα σκληρικό μόσχευμα. Η συγκέντρωση της ΤΑ στο υδατοειδές υγρό και στο υαλοειδές μετρήθηκε 5, 10 και 20 ημέρες μετά από την ένθεση. Aποτελέσματα: Η μέση διάμετρος των μικροσφαιρών ήταν 2 μm. H μέθοδος του διπλού γαλακτώματος καθώς και η αύξηση της αρχικής ποσότητας του φαρμάκου οδήγησε στην αύξηση της τιμής φόρτισης και ενκαψακίωσης των μικροσφαιρών. Παρατηρήθηκε παρατεταμένη για αρκετές μέρες αποδέσμευση ΤΑ από τις μικροσφαίρες, με το ρυθμό αποδέσμευσης να εξαρτάται από την περιεκτικότητά τους σε ΤΑ. H ΤΑ αποδεσμευόμενη από δισκία PLA-TA παρουσίασε παρατεταμένη αποδέσμευση, με το ρυθμό της να εξαρτάται από το λόγο PLA:TA. H TA μπόρεσε να διαπεράσει το σκληρό χιτώνα με περίπου 21% του φαρμάκου στο δοχείο δότη να έχει διαχυθεί διαμέσου του σκληρού χιτώνα μετά από 45 ημέρες. Μετά από σκληρική χορήγηση η ΤΑ εμφάνισε συγκεντρώσεις στο υδατοειδές υγρό και στο υαλοειδές σε πτωματικούς οφθαλμούς. Συμπεράσματα: Οι μικροσφαίρες και τα δισκία PLA-TA που αναπτύχθηκαν σε αυτήν τη μελέτη παρουσιάζουν παρατεταμένη και ελεγχόμενη αποδέσμευση ΤΑ, έχουν τα πλεονεκτήματα της καθιερωμένης βιοαποικοδομησιμότητας και βιοσυμβατότητας του πολυμερούς PLA, παρέχουν ευελιξία ως προς το ρυθμό αποδέσμευσης και τη συνολική δόση ΤA και παρουσιάζουν ευκολία στους χειρουργικούς χειρισμούς. Αυτά τα συστήματα φαίνεται να είναι υποσχόμενα για την ελεγχόμενη διασκληρική χορήγηση ΤΑ και δικαιολογείται η περαιτέρω μελέτη τους. / Triamcinolone Acetonide (TA) is a synthetic glucocorticoid, which has been widely used to treat a number of inflammatory and vascular and/or exudative diseases of the eye, administered via a peribulbar, sub-tenon or intravitreal injection. Unfortunately, it has a limited half-life and thus repeated injections are often required to establish a prolonged effect. This increases the rate of complications, which are related to the drug itself as well as to the administration route. Study Purpose: To develop scleral controlled-release-systems of Τriamcinolone Αcetonide based on biodegradable Poly[lactide] (PLA) and evaluate their in vitro/ex vivo properties with regard to their possible application for the prolonged transscleral delivery of TA. Materials and Methods: PLA microspheres containing TA were prepared by a single or double emulsification-solvent evaporation method. Morphology, size, effect of drug input and method of microsphere preparation on drug loading, and in vitro TA release of the microspheres were investigated. Tablets consisting of blank PLA-microspheres and TA (weight ratios of 1:1, 2:1, and 4:1, respectively) were developed and their release profile οf TA in vitro was evaluated. The in vitro transscleral diffusion profile was evaluated by placing a PLA-TA (1:1) tablet in a donor chamber and measuring the TA concentration in a receptor chamber. Donor and receptor chambers were separated by rabbit sclera. Two cadaver rabbit eyes received a 1:1 PLA-TA tablet episclerally, which was covered by a scleral patch. TA aqueous humor and vitreous concentrations were measured 5, 10, and 20 days post implantation. Results: Microsphere average diameter was 2 μm. The double emulsification method and increasing drug input led to an increase in microsphere drug loading and encapsulation. Sustained release of TA over several days from the microspheres in vitro was observed, with the rate of release being affected by their TA content. TA exhibited sustained release profile from the PLA-TA tablets, with the rate of release being affected by the PLA:TA ratio. TA could cross the sclera tissue in vitro, with approximately 21% of the initial drug in the donor compartment having diffused through the sclera in 45 days. Following scleral administration of the PLA-TA tablets, TA accumulated in the vitreous and aqueous humor of cadaver eyes. Conclusions: The PLA-TA microspheres and tablets developed in this study provide a sustained and controlled release of TA, provide the advantages of established biodegradability and biocompatibility of the PLA polymer, demonstrate flexibility concerning their TA release rate and total TA dosage and are easy to surgically manipulate. These systems appear promising for the controlled transscleral delivery of TA and justify further investigation.

Ένας από τους πιο σημαντικούς στόχους της φαρμακευτικής θεραπείας είναι η ανάπτυξη φορέων φαρμάκου που θα μεταφέρουν και θα παραδίδουν εκλεκτικά το φάρμακο στις θέσεις φαρμακολογικής δράσης του αλλά και με έναν ελεγχόμενο ρυθμό χορήγησης κατάλληλα προσαρμοσμένο για την κάθε ασθένεια. Για την ελεγχόμενη χορήγηση και στόχευση βιοδραστικών ουσιών έχουν αναπτυχθεί πολλοί φορείς, όπως πολυμερικά νανοσωματίδια και λιποσώματα. Μεταξύ των πολυμερών που έχουν χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή νανοσωματιδιακών φορέων φαρμάκων ιδιαίτερη προσοχή συγκεντρώνουν τα βιοδιασπώμενα και βιοσυμβατά πολυμερή του πολυ(γαλακτικού-γλυκολικού) οξέος (PLGA). Τα νανοσωματίδια που παρασκευάζονται από τα συμπολυμερή αυτά απομακρύνονται ταχύτατα από τη συστηματική κυκλοφορία μετά από ενδοφλέβια χορήγηση, κυρίως μέσω της πρόσληψης τους από το δικτυοενδοθηλιακό σύστημα. Όταν όμως επικαλυφθούν με υδρόφιλα, μη ιονικά πολυμερή, όπως η πολυ(αιθυλενογλυκόλη), έχουμε στερεοχημική σταθεροποίηση των νανοσωματιδίων και παράταση του χρόνου παραμονής τους στην συστηματική κυκλοφορία. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η επίδραση της διαλυτότητας του φαρμάκου στην φόρτωση και αποδέσμευση του από PLGAmPEG νανοσωματίδια διαφορετικής πολυμερικής σύστασης (αναλογία PLGA/PEG). Ως πρότυπα φάρμακα χρησιμοποιήθηκαν τα μέλη της τάξης των μεθυλοξανθινών καφεΐνη, θεοφυλλίνη και θεοβρωμίνη. Οι μεθυλοξανθίνες αποτελούν ικανοποιητικά πρότυπα ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην μελέτη της επίδρασης της διαλυτότητας στις ιδιότητες φόρτωσης και απελευθέρωσης φαρμάκων από τα PLGAmPEG νανοσωματίδια, καθώς είναι μικρά μόρια με παραπλήσιο μοριακό βάρος και χημικές ιδιότητες ενώ η διαλυτότητα τους στο νερό είναι σημαντικά διαφορετική: καφεΐνη (1g/46 ml), θεοφυλλίνη (1 g/120 ml) και θεοβρωμίνη (1 g/2000 ml). Παρασκευάστηκαν έτσι τρεις διαφορετικές συνθέσεις νανοσωματιδίων με την μέθοδο του διπλού γαλακτώματος και χαρακτηρίστηκαν ως προς το μέγεθος και το ζ δυναμικό. Στην συνέχεια μελετήθηκαν οι ιδιότητες φόρτωσης των μεθυλοξανθινών καθώς και οι ιδιότητες απελευθέρωσής τους από τα νανοσωματίδια μέσα σε φυσιολογικό ορό ρυθμισμένο με φωσφορικά (PBS) και ανθρώπινο πλάσμα in vitro. Το μέσο μέγεθος των νανοσωματιδίων κυμαίνονταν από 130 έως 200 nm και το ζ δυναμικό από -7 έως -20 mV. Τα χαρακτηριστικά αυτά καθιστούν τα νανοσωματίδια κατάλληλα για εφαρμογές ελεγχόμενης αποδέσμευσης. Η φόρτωση και η ενκαψακίωση των PLGAmPEG νανοσωματιδίων βρέθηκε να εξαρτάται από την σχετική διαλυτότητα του φαρμάκου στην εξωτερική υδατική φάση και στην οργανική φάση που χρησιμοποιούνται κατά την παρασκευή των νανοσωματιδίων και όχι απλά από την υδατοδιαλυτότητά τους. Έτσι η φόρτωση των νανοσωματιδίων ήταν μεγαλύτερη στην περίπτωση της καφεΐνης απ’ ότι στην θεοβρωμίνη, και αυτής από την φόρτωση στην περίπτωση της θεοφυλλίνης. Η φόρτωση και η ενκαψακίωση των μεθυλοξανθινών σε PLGAmPEG νανοσωματίδια επηρεάζεται από την αρχική φόρτωση των νανοσωματιδίων σε φάρμακο (drug input). Για όλα τα φάρμακα που δοκιμάστηκαν, αύξηση της αρχικής ποσότητας του φαρμάκου είχε σαν αποτέλεσμα την αύξηση της φόρτωσης των νανοσωματιδίων με φάρμακο. Αντίθετα η επίδραση της αρχικής φόρτωσης στην ενκαψακίωση βρέθηκε να εξαρτάται από την υδατοδιαλυτότητα του φαρμάκου. Έτσι η αύξηση της αρχικής φόρτωσης είχε σαν αποτέλεσμα την ελάττωση της ενκαψακίωσης στην περίπτωση της καφεΐνης, δεν είχε κανένα αποτέλεσμα στην ενκαψακίωση της θεοφυλλίνης ενώ οδήγησε σε μικρή αύξηση της ενκαψακίωσης της θεοβρωμίνης. Η φόρτωση και η ενκαψακίωση των φαρμάκων που δοκιμάστηκαν δεν επηρεάστηκε σημαντικά από τη σύνθεση του PLGAmPEG συμπολυμερούς από το οποίο παρασκευάστηκαν τα νανοσωματίδια. Ανεξάρτητα από την πολυμερική σύνθεση των νανοσωματιδίων, ο ρυθμός απελευθέρωσης των εγκλωβισμένων στα νανοσωματίδια μεθυλοξανθινών ήταν, τόσο στο PBS όσο και στο ανθρώπινο πλάσμα in vitro, ανάλογος της υδατοδιαλυτότητας του φαρμάκου. Έτσι ο ρυθμός αποδέσμευσης ήταν μεγαλύτερος στην περίπτωση της καφεΐνης απ’ ότι στην θεοφυλλίνη, και αυτής από την θεοβρωμίνη. Με όλες τις πολυμερικές συνθέσεις που δοκιμάστηκαν, ο εγκλωβισμός των μεθυλοξανθινών στα νανοσωματίδια είχε ως αποτέλεσμα την ελάττωση του ρυθμού αποδέσμευσης των φαρμάκων in vitro, τόσο σε PBS όσο και σε ανθρώπινο πλάσμα. Η ελάττωση του ρυθμού αποδέσμευσης αυξάνονταν με ελάττωση της υδατοδιαλυτότητας του φαρμάκου. Ο ρυθμός απελευθέρωσης και των τριών μεθυλοξανθινών ήταν μεγαλύτερος στο PBS σε σύγκριση με το ανθρώπινο πλάσμα. Η απόδειξη της ελεγχόμενης αποδέσμευσης των φαρμάκων από τα νανοσωματίδια στο ανθρώπινο πλάσμα είναι σημαντική καθώς καταδεικνύει την καταλληλότητα των PLGAmPEG σωματιδίων για εφαρμογές ελεγχόμενης χορήγησης φαρμάκων. Πάντως η χρησιμότητα των PLGAmPEG νανοσωματιδίων σε ελεγχόμενη χορήγηση φαρμάκων φαίνεται να περιορίζεται στις περιπτώσεις των φαρμάκων με μικρή σχετικά υδατοδιαλυτότητα. / The rapid removal of conventional polymeric nanoparticles from the bloodstream limits their potentional in controlled drug delivery and targeting. Surface engineering, however, may lead to nanoparticles capable of evading their uptake from the mononuclear phagocyte system (MPS), which exhibit prolonged residence in blood. Thus, coating the nanoparticle surface with a hydrophilic polymer such as poly(ethylene glycol) (PEG) has been shown to confer long circulation properties to PLGA (poly(lactide-co-glycolide) nanoparticles. Although the basic physicochemical and biological properties of these nanoparticles have been studied, there is currently a luck of studies dealing in a systematic way with their drug incorporation and release properties. In this work the effect of three different PLGAmPEG copolymer composition on drug loading and release properties, was studied using the members of the methyl-xanthine class of drugs, i.e. caffeine, theophylline, theobromine, as model drugs. This way, the effect of drug solubility on drug loading and release from the nanoparticles can be evaluated in a more scientifically sound way than applying more common practices, such as the study of a drug and its salt. PLGAmPEG copolymers were synthesized from dl-lactide (LE), glycolide (GE) and mPEG(5000) by a melt polymerization process. The synthesized copolymers were identified by the moral ratio of (LE +GE)/mPEG determined by 1H-NMR. PLGAmPEG nanoparticles loaded with caffeine, theophylline and theobromine were prepared by a double emulsion (w1/o/w2) method, where w1: aqueous solution of drug, o: a dichloromethane (dcm) solution of the polymer and w2: an aqueous solution of sodium cholate (12mM). The size and æ potential of the nanoparticles, were determined by photon correlation spectroscopy and microelectrophoresis respectively. The size of the nanoparticles ranged approximately from 130 to 200nm depending on the type of PLGAmPEG copolymer used and the formulation. All nanoparticle formulations exhibited low negative æ potential in the range -7 to -20. Drug loading was determined using direct method in which the samples were dissolved in NaOH and the drug in the solution was assayed by a High Performance Liquid Chromatography method (HPLC). The release experiments were performed in phosphate buffered saline and in human plasma in vitro. The nanoparticles were enclosed in a dialysis bag and incubated in PBS (pH=7.4, 37oC) and in human plasma under mild agitation. At predetermined time intervals, samples were withdrawn and assayed for the drug by HPLC. The drug loading and encapsulation values increased and decreased respectively when the drug/polymer ratio increased, by increasing drug input (initially present drug) while keeping polymer input constant. Due to the relatively high aqueous solubility of the three methylxanthines low nanoparticle loadings were generally obtained. Caffeine, despite its higher aqueous solubility, exhibited a little higher encapsulation and loading than theophylline and theobromine. This may be attributed to the much higher partition coefficient K (dcm/water) of caffeine compared to theophylline and theobromine, which would decrease to a higher extend in the case of caffeine the tendency of the drug to pass from the dcm droplets, formed during the second emulsification step of nanoparticle preparation, to the surrounding aqueous phase. As a result, higher drug retention in the nanoparticles was observed in the case of caffeine. Drug release from the nanoparticles was sustained and depended on the aqueous solubility of the drugs. For instance, the more water-soluble caffeine was released relatively faster than the less water-soluble theophylline and the even less water-soluble theobromine, from all PLGAmPEG compositions both in PBS and in human plasma. Drug release from the nanoparticles did not appear to depend on the composition of the PLGAmPEG copolymer used to prepare the nanopaparticles. Drug release rate in plasma was lower than that in PBS, probably due to the binding of the drug molecules to plasma proteins. Drug encapsulation of methylxanthines in the PLGAmPEG nanoparticles depended on the solubility properties of the drugs. The organic/aqueous phase partition coefficient of the drug may be crucial with regard to the incorporation efficiency of the drug in these nanoparticles. Drug release from the nanoparticles was sustained in both PBS and human plasma, but only for the relatively hydrophobic theobromine in a satisfactory extent. The rate of drug release was affected by the aqueous solubility of the drug and the release medium. It appears that PLGAmPEG nanoparticles can be applied for controlled drug delivery applications only in the case of relatively water-insoluble drugs.

Σήμερα η μελέτη των βιοϋλικών προσανατολίζεται σε δύο κατευθύνσεις, την ανάπτυξη συστημάτων μεταφοράς φαρμάκων και συστημάτων κατάλληλων να διεγείρουν κυτταρικές λειτουργίες. Η έρευνά μας έχει σχέση με την συγκριτική μελέτη συστημάτων μεταφοράς φαρμάκων κατάλληλων για εφαρμογή σε οστικούς καρκίνους. Τέτοιου είδους συστήματα θα πρέπει, αρχικά να είναι ικανά να μεταφέρουν τα φαρμακευτικά μόρια και στη συνέχεια να μπορούν να επάγουν οστεογένεση. Η δεύτερη λειτουργικότητα είναι ιδιαιτέρως σημαντική καθώς έχει σαν αποτέλεσμα την πλήρωση του οστικού ελλείμματος που προκαλείται από την δράση των καρκινικών κυττάρων. Για τον σκοπό αυτό, διερευνήθηκε η ικανότητα του υαλώδους δικτύου να μεταφέρει φαρμακευτικά μόρια μέσω παραδοσιακών συστημάτων μεταφοράς. Συνεπώς, ακολούθησε η ex vitro μελέτη pH-ευαίσθητων τροποποιημένων πυριτικών ξηρών πηκτών στα οποία είχε συνδεθεί το αντικαρκινικό φάρμακο δοξορουπμυσίνη. Συγκεκριμένα, πυριτικά ξηρά πηκτώματα συντέθηκαν με την μέθοδο sol-gel και τροποποιήθηκαν περαιτέρω με χημεία καρβοδιϊμιδίου. Η τροποποίηση είχε σαν αποτέλεσμα την επιφανειακή σύνδεση υδροπηκτών δεξτράνης που παρουσιάζουν ευαισθησία στο pH. Στη συνέχεια, ακολούθησε η σύνθεση των ανόργανων βιοενεργών νανοσφαιρών. Για την σύνθεση των υαλωδών νανοσφαιρών με εσωτερική κοιλότητα ακολουθήθηκε η διαδικασία επικάλυψης sol-gel, κατά την οποία έγινε η ηλεκτροστατική επικάλυψη νανοσωματιδίων πολυστυρενίου με αποτέλεσμα την σύνθεση ανόργανων πυριτικών και φωσφοπυριτικών νανοσφαιρών. Επιπλέον, μελετήθηκε η εφαρμογή του συμπολυμερούς του πολυμεθακρυλικού μεθυλεστέρα – υδρομεθακρυλικού προπυλεστέρα ως υποστρώματος καθώς το PMMA αποτελεί βασικό συστατικό των οστικών τσιμέντων και παρουσιάζει βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες. Προκειμένου να ολοκληρωθεί η συγκριτική μελέτη μας, ακολούθησε η ex vitro ανάλυση των παραπάνω υβριδικών φωσφοπυριτικών νανοσφαιρών καθώς επίσης των πυριτικών νανοσφαιρών PS και PMMA-co-HPMA. Η επώαση σε διάλυμα SBF οδήγησε στον σχηματισμό ανθρακικού πυριτικού υδροξυαπατίτη με το μέγεθος των κρυσταλλιτών να μην υπερβαίνει τα 45 nm και έντονη παρουσία συσσωματωμάτων. Βέλτιστες ιδιότητες βιοενεργότητας παρουσιάζουν οι τροποποιημένες με αμίνες υβριδικές νανοσφαίρες PMMA-co-HPMA, οι οποίες έχουν επίσης την δυνατότητα να χρησιμοποιηθούν ως μεταφορείς φαρμακευτικών μορίων σε όξινο καθώς επίσης και σε φυσιολογικό pH με παρατεταμένη δυνατότητα αποδέσμευσης. / Recently the study of biomaterials has moved in two directions, the evolution of drug delivery systems and of systems that can stimulate specific cellular responses. Our investigation aims to the study of drug delivery systems for bone cancer therapy. These systems must fulfill two important functionalities. At first, they should be able to deliver drug molecules to bone cancer environment through loading or surface conjugation and subsequently to cause osteogenesis. Their second functionality is especially important since it leads to substitution of bone defects caused from the action of cancer cells. For this purpose, the ability of the glassy network to deliver drug molecules was studied. For this purpose, expanded ex vitro research was followed in DOX conjugated pH-sensitive functionalized silica xerogels. Specifically, silica xerogels were synthesized through a sol-gel process and further functionalized with carbodiimide chemistry. The functionalization process resulted in pH-sensitive dextran hydrogels. The study of the enhanced properties of glassy substrates was followed by the synthesis of amorphous bioactive nanospheres. Moreover, the change of the organic core and the use of PMMA-co-HPMA were advantageous due to the enhanced mechanical properties of PMMA-co-HPMA and its use in bone cements. In order to accomplish our comparative investigation, we followed the ex vitro study of the above hybrid binary silicate, ternary and quaternary phosphosilicate nanospheres as well as the silicate PS and PMMA-co-HPMA nanospheres. The incubation in SBF solution resulted in the formation of a silica-substituted carbonate hydroxyapatite (Si-HCA) a with crystallite size of around 45 nm and extended surface aggregates. The amino-modified PMMA-co-HPMA hybrid nanospheres present enhanced biocompatible properties, with prolonged release ability as drug delivery systems, in acidic as well as physiological pH.

Διερευνήθηκε η δέσμευση/αποδέσμευση ιόντων Cu(II) ή/και αντίθετα φορτισμένων επιφανειοδραστικών ενώσεων από συμπολυμερή τύπου κτένας. Ο κεντρικός σκελετός ήταν το πολυ(ακρυλικό νάτριο), PANa, ενώ οι πλευρικές αλυσίδες ήταν το Πολυ(Ν,Ν-διμεθυλακρυλαμίδιο) και το πολυ(Ν-Ισοπροπυλακρυλαμίδιο). Η συμπλοκοποίηση των συμπολυμερών με τα ιόντα Cu(II)σε υδατικό περιβάλλον διερευνήθηκε με θολομετρία, ιξωδομετρία, φασματοφωτομετρία UV-Vis, δυναμική σκέδαση φωτός, ιχνηθέτηση με φθορίζοντες ιχνηθέτες και προσδιορισμό του ζ-δυναμικού. Σε επόμενο στάδιο διερευνήθηκε η δυνατότητα σχηματισμού τριμερών συμπλόκων ΡAΝa/Cu(II)/επιφανειοδραστικής ένωσης σε υδατικό περιβάλλον. Από τη φυσικοχημική μελέτη των συστημάτων σε συνάρτηση του pΗ, ελήφθησαν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με τον ανταγωνισμό των δύο ειδών (ιόντα Cu(II)ή ιόντα επιφανειοδραστικής ένωσης) να σχηματίσουν σύμπλοκα με το PANa. Ως τελικό στάδιο, παρασκευάστηκαν αδιάλυτα στο νερό υβριδικά υλικά πολυμερούς/Cu(II)ή πολυμερούς/Cu(II)/επιφανειοδραστικής ένωσης. Έπειτα από διερεύνηση της συμβατότητας/αναμιξιμότητάς τους με εμπορικές μήτρες που χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιομηχανία χρωμάτων, ορισμένα από αυτά ενσωματώθηκαν σε πραγματικά χρώματα. / The binding/release of Cu(II) ions or/and surfactants from comb-type copolymers was studied. The backbone was poly(sodium acrylate), PANa, whereas the side chains were poly(N, N-Dimethylacrylamide) and Poly9N-Isopropylacrylamide). The complexation of these copolymers with Cu(II) ions in water, was studied by turbidimetry, viscometry, UV-Vis fasmatophotometry, dynamic light scattering, fluorescense probing and ζ-potential. As a next step, the possible formation of ternary PANa/Cu(II)/surfactant complexes in water was studied. From the physiocochemical studies with pH, important information was taken as far as the competition of the two species (Cu(II) ions and surfactant) to form complexes with PANa is concerned. As a next step, water-insoluble hybrid polymer/Cu(II) or polymer/Cu(II)/surfactant materials were produced. After studies upon the compatibility/mischibility of the hybrid materials with matrices that are usually used in paints, some of the materials were incorporated to paints.