Η ρύπανση από τα χημικά λιπάσματα είναι έντονη στα ελληνικά εδάφη (ιδιαίτερα από τα νιτρικά άλατα) και επομένως είναι κρίσιμη η μείωση των εισροών αγροχημικών στο περιβάλλον. Η μείωση της λίπανσης αυξάνει την συγκέντρωση αντιοξειδωτικών ουσιών στους φυτικούς ιστούς. Πολλές επιστημονικές μελέτες μέχρι σήμερα συσχετίζουν την διατροφή με φυτικά προϊόντα υψηλής διατροφικής αξίας που περιέχουν φαινολικές-αντιοξειδωτικές ουσίες με την πρόληψη καρδιαγγειακών παθήσεων, πολλών μορφών καρκίνου αλλά και την γήρανση. Έτσι η έρευνα αυτή είχε διπλό στόχο: τη μείωση της ρύπανσης του περιβάλλοντος μέσω της μείωσης των λιπασμάτων που χορηγούνται στις καλλιέργειες, και την παραγωγή φυτικών προϊόντων υψηλής βιολογικής και διατροφικής αξίας, αφού θα παρέχουν μεγαλύτερες ποσότητες αντιοξειδωτικών ουσιών στον ανθρώπινο οργανισμό. Επίσης θα πρέπει να αναφερθεί ότι η μείωση των ποσοτήτων των λιπασμάτων που θα απαιτούνται για την καλλιέργεια των φυτών θα επιφέρει και οικονομικό όφελος προς τους καλλιεργητές και τους καταναλωτές, αφού θα μειωθεί το κόστος παραγωγής των φυτικών προϊόντων. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκε για πρώτη φορά η επίδραση της μεταβολής της συγκέντρωσης των χορηγούμενων νιτρικών ιόντων μέσω του θρεπτικού διαλύματος υδροπονικής καλλιέργειας στο ρυθμό παραγωγής πολυφαινολικών ενώσεων σε λαχανικά ευρείας κατανάλωσης (παντζάρι και μαρούλι) και διαπιστώθηκε ότι η μεγιστοποίηση της παραγωγής των φυσικών αντιοξειδωτικών παραγόντων είναι δυνατή μέσω του ελέγχου της αζωτούχου θρέψης. Παράλληλα, διαπιστώθηκε και ποσοτικοποιήθηκε η ύπαρξη ενός κρίσιμου σημείου στη συγκέντρωση του χορηγούμενου αζώτου που ενεργοποιεί τον δευτερογενή μεταβολισμό των καλλιεργούμενων φυτών παντζαριού και μαρουλιού, αυξάνοντας σημαντικά το ρυθμό παραγωγής των ιδιαίτερα ευεργετικών για την υγεία φυτοχημικών ενώσεων όπως φαινολικών και μπετακυανινών. Η αύξηση όχι μόνο της περιεκτικότητας αλλά και της ενεργότητας των αντιοξειδωτικών παραγόντων επιβεβαιώθηκε με τη χρήση προηγμένων μεθόδων προσδιορισμού όπως το EPR. Τέλος προσδιορίστηκαν και ποσοτικοποιήθηκαν με σύγχρονη μέθοδο φασματομετρίας μαζών (LC-MS/MS) στα διαφορετικά μέρη των φυτών παντζαριού και στα φύλλα του μαρουλιού συνολικά επτά διαφορετικές πολυφαινολικές ενώσεις. / The pollution from chemical fertilizers is pronounced in Greek soils (particularly nitrates) and is therefore critical to reduce inputs of agrochemicals in the environment. The decrease of fertilization increases the concentration of antioxidants in plant tissues. Many scientific studies to date relate the diet with plant products of high nutritional value containing phenolic-antioxidants with the prevention of cardiovascular disease, number of cancers and aging. So the aims of the present research are: to reduce environmental pollution by reducing fertilizer applied to crops, and the production of crops with high biological and nutritional value, providing greater amounts of antioxidants in the human body. It should also be noted that the decrease in the quantities of fertilizer that will be required for the cultivation of plants will also lead to economic benefits to farmers and consumers, as it will reduce the cost of production of plant products. For this purpose the effect of varying concentration of nitrate granted via hydroponic nutrient solution, in the production rate of polyphenolic compounds in vegetables (lettuce and beetroot) was studied. It was found that maximizing the production of natural antioxidants is possible through the control of nitrogen nutrition. Also, it was ascertained that a critical point in the concentration of the administered nitrogen exists below which the secondary metabolism of the studied crops i.e. beetroot and lettuce is activated, significantly increasing the rate of production of the highly beneficial for the health compounds such as phenolic phytochemicals and betacyanins. The augmentation of the activity of antioxidants was confirmed by using advanced methods such as EPR. Finally seven different polyphenolic compounds were identified and quantified by the use of liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), in different plant parts of beetroot and lettuce leaves.

Η υδατική καταπόνηση αποτελεί έναν από τους κυριότερους περιβαλλοντικούς παράγοντες περιορισμού της φυτικής ανάπτυξης και απόδοσης στα ξηρά και ημίξηρα οικοσυστήματα, συμπεριλαμβανομένων κι αυτών με μεσογειακού τύπου κλίμα. Σκοπός της παρούσας ερευνητικής εργασίας ήταν η εκτίμηση των επιδράσεων της υδατικής καταπόνησης στη φωτοχημική ικανότητα του PSII και τις φωτεινές αντιδράσεις της φωτοσύνθεσης, σε τυπικά μεσογειακά είδη. Η υδατική καταπόνηση επιτεύχθηκε τόσο εργαστηριακά εντός διαστήματος λίγων ωρών, όσο και σε ημι-φυσικές συνθήκες περιβάλλοντος σε διάστημα περίπου δύο εβδομάδων. Μετά τις δύο εβδομάδες τα φυτά επανυδατώθηκαν, με στόχο την εκτίμηση της ικανότητας ανάκαμψης από το έντονο υδατικό stress. Η ανάλυση της κινητικής της επαγωγής του φθορισμού της χλωροφύλλης a μέσω του JIP-test αποκάλυψε την άμεση επίδραση της έλλειψης νερού στη ροή των ηλεκτρονίων, όπως αυτή εκφράζεται από τις παραμέτρους ψΕο, φΕο, δRo και φRo. Επιπλέον, παρατηρήθηκε αρνητική συσχέτιση του δείκτη RWC με το συνολικό απόθεμα των ενεργών κέντρων του PSI και τους τελικούς υποδοχείς του PSI, καθώς και με τους δείκτες φωτοσυνθετικής απόδοσης PIABS & PItotal. Η μέγιστη φωτοχημική ικανότητα του PSII, φPo(=Fv/Fm) μειώθηκε μόνο σε πολύ χαμηλές τιμές RWC στις εργαστηριακές μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν, ενώ στις ημι-φυσικές συνθήκες η μείωση του φPo την δεύτερη εβδομάδα της υδατικής καταπόνησης συνοδεύτηκε από αυξημένη θερμική απόσβεση της απορροφούμενης ενέργειας διεγέρσεως. Η ανάπτυξη του υδατικού stress σε ημι-φυσικές συνθήκες οδήγησε επίσης στη μεταβολή των ειδικών ενεργειακών ροών ανά δραστικό ενεργό κέντρο του PSII, πιθανώς λόγω της μερικής αδρανοποίησης ενεργών κέντρων στις συνθήκες αυτές. Επιπλέον, καταγράφηκε αύξηση του φθορισμού στα 300 μsec (Σημείο Κ), ένα φαινόμενο που συνδέεται με καταστολή της λειτουργίας του συμπλόκου έκλυσης οξυγόνου. Οι εν λόγω μεταβολές δεν παρατηρήθηκαν στον ίδιο βαθμό στις εργαστηριακές μετρήσεις, γεγονός που πιθανώς οφείλεται στη σταδιακή ανάπτυξη της ξηρασίας και τη συνδυαστική δράση της έλλειψης νερού, της υψηλής θερμοκρασίας και των υψηλών εντάσεων φωτός κάτω από φυσικές συνθήκες περιβάλλοντος. Από την πρώτη κιόλας ημέρα μετά την επανυδάτωση των φυτών, όλες οι παράμετροι του JIP-test άρχισαν να επανακάμπτουν. Ωστόσο, εντοπίστηκαν διαφορές στην ταχύτητα επαναφοράς μεταξύ των διαφορετικών ειδών. Συνολικά, τα ευρήματα μας υποδεικνύουν καταστολή των φωτεινών αντιδράσεων της φωτοσύνθεσης σε συνθήκες υδατικής καταπόνησης, μεταβολή η οποία αντιστράφηκε γρήγορα στα πειράματά μας. Θα μπορούσε λοιπόν, να θεωρηθεί ως ένας μηχανισμός προσαρμογής που εξασφαλίζει στα μεσογειακά είδη που μελετήθηκαν την διατήρηση της λειτουργικότητας της φωτοσυνθετικής συσκευής, ακόμη και σε συνθήκες έντονης υδατικής καταπόνησης. / Water stress is one of the most important environmental factors limiting plant growth and yield in arid and semi-arid ecosystems, including those with Mediterranean climate. The objective of this study was to evaluate the effects of water stress on the photosynthetic capacity of PSII and on the light reactions of photosynthesis of typical Mediterranean species. Water stress experiments were conducted both under laboratory conditions, through dehydration of leaf-disks within hours and under semi-natural conditions by withholding water for about two weeks. Drought period was followed by six days of re-watering, in order to assess the recovery of the photosynthetic apparatus. Analysis of the polyphasic OJIP fluorescence transient through JIP-test, revealed direct limitations in electron transport, as expressed by the parameters ψΕο, φΕο, δRo and φRo. Furthermore, a negative correlation was found between RWC and the pool of the RCs of PSI, the pool of electron end-acceptors, and the photosynthetic efficiency, as expressed by the parameters PIABS & PItotal. The maximum quantum yield of primary photochemistry φPο (=Fv/Fm) was affected only under very low RWC values during the laboratory experiments. On the other hand, a reduction was found during the second week of drought stress treatment, along with an increased conversion rate of absorbed light into thermal energy. Under semi-natural conditions, water stress also caused a shift in the specific energy flows per RC of PSII, caused possibly by inactivation of RCs. Moreover, there was an increase in fluorescence intensity at 300 microseconds (K-band), a phenomenon associated with inhibition of the oxygen evolving complex. These alterations were not observed to the same extent in the laboratory experiments, so they can be attributed to the gradual onset of drought and the combined effect of dehydration, high temperature and high light intensities under natural conditions. Within one day after rehydration, all the parameters of the JIP-test began to recover. However, differences in the recovery rate were observed between different species. In conclusion, our findings indicate down-regulation of light reactions of photosynthesis under water stress. This phenomenon was quickly reversed in our experiments. Therefore, it could be regarded as an adaptive response, which maintains the functionality of the photosynthetic apparatus of the Mediterranean species studied, even under severe water deficit.

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η θερμική γήρανση του poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonic acid (PEDOT:PSS), με μετρήσεις ειδικής αγωγιμότητας συνεχούς ρεύματος, φασματοσκοπίας φωτοηλεκτρονίων και ηλεκτρονίων Auger από ακτίνες-Χ (XPS και ΧΑΕS) και φασματοσκοπίας φωτο-ηλεκτρονίων από υπεριώδη ακτινοβολία (UPS). Για τη μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκαν δείγματα PET (Polyethylene terephthalate) PEDOT:PSS, υπό μορφή λεπτών υμενίων (films), πάχους επίστρωσης 50 nm και 180 nm. Οι θερμοκρασίες στις οποίες καταπονήθηκαν τα δείγματα ήταν οι 120οC, 150οC και 170οC, ενώ οι χρόνοι καταπόνησης κυμάνθηκαν από 0 έως 100 ώρες περίπου. Για την επεξεργασία των μετρήσεων θερμικής γήρανσης, χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο Variable Range Hopping (VRH) του Mott που προβλέπει μια εξάρτηση της σ(Τ) της μορφής: (VRH) Στη σχέση αυτή σ είναι η ειδική ηλεκτρική αγωγιμότητα, Τ η θερμοκρασία, σο, Το σταθερές που εξαρτώνται από το υλικό και α εκθέτης που σχετίζεται με τον αριθμό των διαστάσεων που πραγματοποιείται η μετάβαση με άλματα ενός φορέα ηλεκτρικού φορτίου στις αλυσίδες του PEDOT. Τα αποτελέσματα αυτών των μετρήσεων έδειξαν ότι η θερμική ταλαιπωρία, οδηγεί στη θερμική γήρανση των δειγμάτων, με ταχύτερο ρυθμό στα λεπτότερα υμένια των 50 nm, καταδεικνύοντας ότι το πάχος επίστρωσης αποτελεί σημαντικό παράγοντα στην επιβράδυνση της γήρανσης. Οι φασματοσκοπικές μετρήσεις έδειξαν ότι η θερμική καταπόνηση οδηγεί στην μείωση του ποσοστού PSS στην επιφάνεια του δείγματος. Επίσης βρέθηκε ότι μειώνεται η τιμή του έργου εξόδου. Στην συνέχεια εξετάσθηκε η επίδραση παραγόντων, όπως ο χρόνος και ρυθμός θέρμανσης, καθώς και η περιβάλλουσα ατμόσφαιρα στην ηλεκτρική αγωγιμότητα. Παρατηρήθηκε ότι σε όλες τις περιπτώσεις κοντά στους 400 Κ σημειώνεται μετάβαση μονωτή-μετάλλου (Insulator-Metal Transition, IMT). Διαπιστώθηκε ότι το σημείο μετάβασης εξαρτάται σημαντικά από τις αλλαγές που προκαλούνται στη δομή των υμενίων. Από τις καμπύλες που προέκυψαν μετά από σταθερή θέρμανση δειγμάτων πάχους 120 nm, σε θερμοκρασίες από 100 oC έως 190 οC, παρατηρήθηκε ότι ανάλογα το χρόνο και τη θερμοκρασία καταπόνησης, είναι δυνατόν να σημειωθεί άλλοτε υποβάθμιση και άλλοτε βελτίωση της αγωγιμότητας. Τα φαινόμενα αυτά αποδόθηκαν στη δράση δύο ανταγωνιστικών μηχανισμών. Τέλος, η σύγκριση αποτελεσμάτων θερμικής καταπόνησης σε ατμοσφαιρικές συνθήκες και σε αδρανή ατμόσφαιρα He, έδειξε ότι η θερμική γήρανση ήταν πιο έντονη στην περίπτωση δειγμάτων που καταπονήθηκαν στον ατμοσφαιρικό αέρα, οφειλόμενη στις μη αντιστρεπτές δομικές αλλαγές που επιφέρει η οξείδωση παρουσία του οξυγόνου στις αλυσίδες του PEDOT. Αντίθετα, σε αδρανή ατμόσφαιρα Ηe οι ηλεκτρικές ιδιότητες βελτιώνονται σημαντικά με τη θέρμανση. / In this work the thermal aging of the copolymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) has been investigated by measuring the d.c. conductivity σ and photoelectron spectroscopy data (XPS, XAES, UPS). For this study thin films of PET PEDOT:PSS of 50 and 180 nm of thickness were used. The temperatures of the thermal treatment were 120 0C, 150 0C and 170 0C and the times of this process varied between 0 and 100 hours approximately. For the d.c. conductivity data, the Mott’s variable range hopping model was used, described by the following relation: (VRH) where T is the absolute temperature, σ0, T0 parameters depending on the material and α an exponent, which is related to the number of dimensions of the transport by hopping of a carrier in and between the PEDOT chains. These measurements showed that the thermal treatment has as a result the aging of the samples, which was more intense for the 50 nm films, proving that the increase of the samples thickness reduces significantly the thermal aging. The spectroscopic measurements showed that the thermal treatment leads to the removal the PSS percentage on the surface of the specimen. It was found also, that the value of the work function of the samples decreases with aging. Finally, the effect of the stability of d.c. conductivity value during prolonged heating at constant temperature, as well as the rate of the thermal treatment and the composition of the surrounding atmosphere on the electrical conductivity were investigated. It was found that in all cases, an insulator – metal transition (IMT) was taking place near the temperature of 400 K. The exact temperature of this transition depends on the changes taking place in the structure of the films. From the experimental curves after heating the 120 nm samples with constant rate for temperatures between 100 0C and 190 0C, it was found that it is possible to have either, deterioration or improvement of the conductivity. These phenomena were attributed to two different competitive mechanisms. Finally, the comparison of the results of the thermal treatment under atmospheric conditions and under inert atmosphere of He, showed that thermal aging is more intense in the first case, due to irreversible structural changes brought about by oxidization in the presence of moisture and oxygen in the PEDOT chains. On the other hand, it was found that the electrical properties were improved significantly by heating under the inert atmosphere of He.

Με την ηλικία, νόσοι που σχετίζονται με δομικά ελαττώματα των οστών που οφείλονται σε κατάγματα ή εκφυλισμούς, αναμένονται να αυξηθούν σε συχνότητα. Επιπλέον, η αύξηση του προσδόκιμου ζωής επιβάλλει τη χρήση βελτιωμένων συνθετικών υλικών για την αντικατάσταση νοσούντων οστών, για παράδειγμα κατά τη χρήση μεταλλικών ράβδων σε περιπτώσεις βλαβών μη-ένωσης και στις χειρουργικές επεμβάσεις αντικατάστασης ισχίου. Τα υπάρχοντα υλικά σχετίζονται με υπο-βέλτιστη οστεοενσωμάτωση και προβληματική μακροπρόθεσμη επιβίωση του σύνθετου εμφυτεύματος. Για το λόγο αυτό, η βελτίωση των υλικών επικάλυψης και των μηχανικών ιδιοτήτων των νέων, κυτταρικά συμβατών, συστατικών είναι επιτακτική. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα, υλικά νέας γενιάς είναι διαθέσιμα, ενδεχομένως με καλύτερες ιδιότητες ως υπόστρωμα προσκόλλησης για τα κύτταρα των οστών. Ο σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν να εκτιμηθεί η ικανότητα ενός νέου, ειδικά κατασκευασμένου υλικού απο νανοσωλήνες άνθρακα ως προς τη διατήρηση της σωστής έκφρασης των χαρακτηριστικών γονιδίων των οστεοβλαστών, με έμφαση στην έκφραση των γονιδίων που εμπλέκονται στις αλληλεπιδράσεις οστεοβλαστών-υποστρώματος και έτσι προωθούν την σταθερή προσκόλληση των κυττάρων στο υπόστρωμα. Παράλληλα, ερευνήσαμε και την επίδραση της μηχανικής καταπόνησης στην έκφραση των γονιδίων αυτών σε κύτταρα που καλλιεργήθηκαν σε νανοσωλήνες άνθρακα. Χρησιμοποιήσαμε δύο ανεξάρτητες απομονώσεις οστεοβλαστών διαφοροποιημένων από ανθρώπινα μεσεγχυματικά βλαστικά κύτταρα μυελού των οστών, δηλαδή προχωρήσαμε σε δύο ανεξάρτητα πειράματα. Και στα δύο, για να γίνει ο πειραματισμός όσο εγγύτερα στις πραγματικές συνθήκες, καλλιεργήσαμε τους οστεοβλάστες υπο στατικές συνθήκες όσο και υπό συνθήκες μηχανικής καταπόνησης, για την προσομοίωση "in vivo" συνθηκών, και συγκρίθηκε η γονιδιακή έκφραση οστεοβλαστών που καλλιεργήθηκαν σε πλαστικό έναντι επιφανειών επικαλυμμένων με νανοσωλήνες άνθρακα. Απομονώσαμε το RNA από τους οστεοβλάστες μετά από την καλλιέργειά τους για 3 και 24 ώρες και προσδιορίσαμε, χρησιμοποιώντας την τεχνική real time RΤ-PCR, την έκφραση των ακόλουθων γονιδίων σε επίπεδο mRNA: κολλαγόνο-α1, αλκαλική φωσφατάση, οστεοποντίνη, βινκουλίνη και ιντεγκρίνες α4, αV, β1 και β3. Συνολικά, τα αποτελέσματα της ανάλυσης του κυτταρικού mRNA έδειξαν ότι η γονιδιακή έκφραση μετά από 3 ώρες καλλιέργειας είναι πολύ μεταβλητή, και οριστικά συμπεράσματα δεν θα μπορούσαν να εξαχθούν. Ωστόσο, αφού δίνεται η ευκαιρία στα κύτταρα να προσκολληθούν σταθερά, στις 24 ώρες, κατέστη σαφές ότι: α) η κυτταρική ταυτότητα των διαφοροποιημένων οστεοβλαστών διατηρείται, με βάση το γεγονός ότι η έκφραση αυτών των χαρακτηριστικών γονιδίων, που σχετίζονται με την προσκόλληση, συντηρείται σωστά, αν και σε διάφορα επίπεδα, β) σε στατικές συνθήκες, το επίπεδο της έκφρασης των εξετασθέντων γονιδίων είναι κατά τι χαμηλότερο σε οστεοβλάστες που καλλιεργηθήκαν σε επικαλυμμένη επιφάνεια με νανοσωλήνες άνθρακα σε σύγκριση με τα κύτταρα που καλλιεργηθήκαν σε πλαστικό, και γ) σε σύγκριση με τις στατικές συνθήκες, το μηχανικό ερέθισμα ενισχύει την έκφραση αυτών των γονιδίων οστεοβλαστών όταν καλλιεργούνται σε νανοσωλήνες άνθρακα, για την επίτευξη υψηλών επιπέδων mRNA έκφρασης των γονιδίων κυτταρικής προσκόλλησης. Τα αποτελέσματα της τελευταίας ανάλυσης της γονιδιακής έκφρασης είναι επίσης συμβατά με τις συνολικές ποσότητες RNA που λαμβάνονται, υποστηρίζοντας έμμεσα τη σταθερή προσκόλληση και επιβίωση των οστεοβλαστών σε νανοσωλήνες άνθρακα υπο συνθήκες μηχανικής καταπόνησης. Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι το νέο υπόστρωμα από νανοσωλήνες άνθρακα που αναλύθηκε σε μηχανικές συνθήκες διέγερσης που προσομοιάζουν, κατά το δυνατόν, συνθήκες καταπόνησης in vivo, συνιστά ένα κατάλληλο κυτταρικό υπόστρωμα, συμβατό με την επιβίωση των οστεοβλαστών, τη διαφοροποίηση, την ανάπτυξη και την σταθερή προσκόλλησή τους στο υπόστρωμα νανοσωλήνων. Η εργασία αυτή υποστηρίζει την πιθανότητα της χρήσης αυτών των νέων υλικών στο μέλλον για την επικάλυψη σκελετικών προσθέσεων, με σκοπό την απόκτηση βέλτιστης οστεοενσωμάτωσης. / As population ages, diseases related to bone structural defects due to fracture or degeneration are expected to increase in frequency. In addition, the increase in life expectancy necessitates better composite materials for replacement of diseased/fractured bones, for example during the use of metal rods for non-union defects and in hip replacement surgery. The existing materials are associated with sub-optimal osseointegration and problematic long-term survival of the composite graft. For this reason, improvement of coating materials and engineering of novel cell-compatible components is imperative. To address this problem, new-generation materials are available, with possibly better bone cell adherence properties. The Aim of this work was to evaluate the ability of a novel, specially-constructed carbon nanotube material to sustain proper expression of characteristic osteoblast genes, with emphasis on the expression of genes that are functionally involved in osteoblast-matrix interactions and promote firm cell adherence to substrate. We used two independent isolates of osteoblasts differentiated from human bone marrow mesenchymal stem cells, ie we proceeded to two independent experimental runs. In both, to make the experimentation more context-relevant, we grew the osteoblasts in static as well as under mechanical strain, to simulate in vivo conditions, and also compared gene expression in osteoblasts grown on plastic versus carbon nanotube-coated surface. We isolated RNA from the osteoblasts at 3 hours and 24 hours after seeding them on the culture vessels and determined, using real-time RT-PCR techniques, the level of expression of the following genes at the mRNA level: α1-collagen, alkaline phosphatase, osteopontin, vinculin, and integrins α4, αV, β1 and β3. All in all, the results on cell mRNA analysis indicated that gene expression at 3h post-plating is too variable and no firm conclusions could be drawn. However, once the cells are given a chance to firmly adhere, at 24h, it became clear that: a) osteoblast cell identity is maintained, based on the fact that the expression of these characteristic matrix- and adhesion-related genes is properly maintained, albeit in various levels, b) in static conditions, the level of expression of the examined genes is lower in cells grown on nanotube-coated surface compared to cells grown on plastic, and c) in comparison to static conditions, mechanical stimulation enhances expression of these genes in osteoblasts grown on nanotubes, to attain robust levels of cell adherence gene mRNA expression. The results of the latter gene expression analysis are also compatible with total RNA quantities obtained, indirectly arguing firm osteoblast adhesion/survival on nanotubes under mechanical strain conditions. We therefore conclude that the novel carbon nanotubes assayed herein in lifelike mechanical stimulation conditions, constitute an appropriate cell-bearing surface, compatible with osteoblast survival, differentiation, growth and firm adherence to substrate. This work raises the possibility of using this novel material in the future to coat skeletal prostheses, in order to obtain improved osseointegration.

Η παρούσα διατριβή ανήκει στο γενικότερο θεματικό πεδίο της σεισμικής αποτίμησης, σχεδιασμού ή ανασχεδιασμού κατασκευών οπλισμένου σκυροδέματος με βάση τις μετακινήσεις. Οι σύγχρονες μέθοδοι αυτού του τύπου, στηρίζονται σε έλεγχο και σύγκριση της σεισμικής απαίτησης με την ικανότητα των μελών της κατασκευής σε όρους μετακινήσεων παρά σε όρους δυνάμεων. Δημιουργείται επομένως η ανάγκη για απλό και αξιόπιστο υπολογισμό της συμπεριφοράς μελών οπλισμένου σκυροδέματος σε κάμψη και διάτμηση, σε όρους μετακινήσεων. Το αντικείμενο της παρούσης διατριβής είναι η ανάπτυξη προσομοιωμάτων για τον υπολογισμό των βασικών χαρακτηριστικών της συμπεριφοράς καμπτόμενων μελών οπλισμένου σκυροδέματος και συγκεκριμένα: της ροπής διαρροής, της παραμόρφωσης στη διαρροή, της ενεργού δυσκαμψίας, της παραμόρφωσης στην αστοχία, της διατμητικής αντοχής σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση, της αντοχής μελών με χαμηλό λόγο διάτμησης και της συμπεριφοράς υπό διαξονική καταπόνηση. Εξετάζονται μέλη διαφόρων τύπων και διαφορετικής διατομής, μέλη με ενίσχυση μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος ή μανδύα σύνθετων υλικών, καθώς επίσης και μέλη με μάτιση του διαμήκους οπλισμού στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης. Για την ανάπτυξη των προσομοιωμάτων, καθώς και για τον έλεγχο άλλων παλαιότερων, αναπτύχθηκε και αξιοποιήθηκε βάση πειραματικών δεδομένων μελών οπλισμένου σκυροδέματος με περισσότερα από 2800 πειράματα από τη διεθνή βιβλιογραφία. Για τον υπολογισμό της ροπής και της καμπυλότητας στη διαρροή, αναπτύσσονται απλές σχέσεις υπολογισμού, βασιζόμενες σε ανάλυση σε επίπεδο διατομής και καθορίζονται τα κατάλληλα κριτήρια διαρροής. Αναπτύσσονται ακολούθως σχέσεις υπολογισμού της παραμόρφωσης στη διαρροή, και συγκεκριμένα της γωνίας στροφής χορδής του μέλους στη διαρροή, θy, ως άθροισμα τριών όρων: καμπτικής παραμόρφωσης, διατμητικής παραμόρφωσης και παραμόρφωσης λόγω ολίσθησης των ράβδων διαμήκους οπλισμού από την περιοχή αγκύρωσης. Προτείνονται δε δύο εναλλακτικοί τρόποι υπολογισμού της ενεργού δυσκαμψίας, ένας θεωρητικός και ένας καθαρά εμπειρικός. Στη συνέχεια εξετάζεται η παραμόρφωση στην αστοχία και προτείνονται δύο εναλλακτικοί μέθοδοι υπολογισμού της γωνίας στροφής χορδής στην αστοχία, θu. Η 1η βασίζεται στον υπολογισμό της καμπυλότητας στην αστοχία, φu, με εφαρμογή του κατάλληλου προσομοιώματος περίσφιγξης του σκυροδέματος, και στην εφαρμογή της φu σε μήκος πλαστικής άρθρωσης ίσο με Lpl, ενώ η 2η σε καθαρά εμπειρικές εξισώσεις. Εξετάζεται ακολούθως η διατμητική αντοχή σε ανακυκλιζόμενη φόρτιση και προτείνονται προσομοιώματα για αστοχία σε διαγώνιο εφελκυσμό ή αστοχία σε λοξή θλίψη, μετά την καμπτική διαρροή. Στη συνέχεια εξετάζεται η συμπεριφορά μελών οπλισμένου σκυροδέματος υπό διαξονική καταπόνηση. Εξετάζονται επίσης μέλη με χαμηλό λόγο διάτμησης και προτείνονται νέα αντιπροσωπευτικότερα κριτήρια για τον χαρακτηρισμό ενός μέλους ως “κοντό μέλος”, καθώς και νέα μεθοδολογία υπολογισμού της αντοχής των μελών αυτών, με κατάλληλο συνδυασμό του προσομοιώματος των Shohara and Kato, 1981 και των Φαρδής και συνεργάτες 1998. Ακολούθως εξετάζονται μέλη ενισχυμένα με μανδύα σύνθετων υλικών και προτείνονται προσομοιώματα υπολογισμού της γωνίας στροφής χορδής στη διαρροή και την καμπτική αστοχία, καθώς και προσομοίωμα υπολογισμού της διατμητικής αντοχής. Στη συνέχεια εξετάζεται η συμπεριφορά μελών με μάτιση του διαμήκους οπλισμού στην περιοχή πλαστικής άρθρωσης, καθώς και η εφαρμογή μανδύα σύνθετων υλικών για την ενίσχυση της περιοχής αυτής. Τέλος εξετάζεται η συμπεριφορά στη διαρροή και στην αστοχία, μελών ενισχυμένων με μανδύα οπλισμένου σκυροδέματος. Η ανάπτυξη όλων των προτεινόμενων προσομοιωμάτων της διατριβής βασίζεται στην καλύτερη δυνατή συμφωνία με τα πειραματικά αποτελέσματα της βάσης δεδομένων, χωρίς όμως να θυσιάζεται η απλότητα και η ευχρηστία αυτών. / The present Thesis belongs in the general field of seismic assessment, design and redesign of concrete structures with displacement based procedures. Modern methods of this kind are based in controlling and comparing seismic demand with structural elements capacity in terms of displacements rather than forces. This leads in the need of estimating reinforced concrete elements performance under bending and shear, in terms of displacements. The object of the Thesis is development of models for calculating the basic performance characteristics of reinforced concrete elements under bending, in particular: yield moment, deformation at yielding, effective stiffness, deformation at ultimate, shear strength under cyclic loading, maximum strength of members with low shear ratio and behavior under biaxial loading. Members with various types of section and various characteristics are included, as also members retrofitted with FRP jacket or concrete jacket and members with lap-splice of longitudinal reinforcement in plastic hinge region. In order to develop new models and check older ones, a database of more than 2800 experiments from international literature on reinforced concrete elements was created and used here. Simple equations and procedures are suggested for calculating yield moment and corresponding curvature, based on section analysis, by specifying the appropriate yield criteria. Equations for calculating deformation at yielding, in particular chord rotation at yielding, θy as the sum of deformations due to bending, due to shear and due to slippage of longitudinal reinforcement from anchorage zone, are also developed. Calculation of effective stiffness is based on two alternative models, one theoretical and one purely empirical. Deformation at ultimate is then examined where two methods for calculating chord rotation at ultimate are suggested. 1st one is based on ultimate curvature, φu, where an appropriate concrete confinement model is used, and plastic hinge length Lpl, while 2nd one is based on purely empirical equations. Shear strength under cyclic loading is also examined and new models for calculating shear strength for shear tension and shear compression failure after flexural yield are developed. Behavior of reinforced concrete elements under biaxial loading is then examined. Elements with low shear ratio are also covered and new, more representative, criteria to characterize an element as a “short element” are suggested. A procedure based on an appropriate combination of Shohara and Kato 1981 model and Fardis et al. 1998 model is then suggested for calculating maximum strength of such “short elements”. Retrofitted members with FRP jacket are then examined and models for chord rotation at yielding and ultimate, as well as for shear strength are suggested. Behavior of members with lap-splice of longitudinal reinforcement inside plastic hinge region is then examined, including also retrofitting of this region with FRP jacket. Performance at yielding and ultimate of retrofitted members with concrete jacket is also examined. Development of all the suggested models of the Thesis is based on best fit with experimental results of the database, without sacrificing simplicity and applicability of the models.