Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και κατασκευή ενός κυκλώματος για την οδήγηση ενός κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Σκοπός είναι η μελέτη και κατασκευή ενός κυκλώματος τριφασικού αντιστροφέα τάσης για τηνλειτουργία και τον έλεγχο των στροφών ενός κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Αν θέλαμε νακάνουμε μια περιγραφή του κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης και να δώσουμε έναν ορισμό,θα μπορούσαμε να πούμε ότι: «Ο κινητήρας μαγνητικής αντίδρασης βασίζει τη λειτουργίατου στη ροπή αντίδρασης (reluctance torque), ροπή αντίδρασης ονομάζεται η ροπή που επάγεται σε ένα σιδερένιο αντικείμενο όταν κάποιο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο αναγκάζει το αντικείμενο αυτό να ευθυγραμμιστεί με το πεδίο. Αυτή η ροπή αναπτύσσεται επειδή το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο επάγει ένα πεδίο στο σίδηρο του αντικειμένου, το οποίο τείνει ναευθυγραμμιστεί με το μαγνητικό πεδίο που το προκάλεσε.» Αρχικά μελετώνται οι βασικές αρχές λειτουργίας του κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Αναλύεται τομαθηματικό μοντέλο που διέπει τη λειτουργία του και γίνεται αναφορά στη μορφή και τα βασικά κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του. Επίσης γίνεται μια σύντομη αναδρομή στην ιστορία των κινητήρων μαγνητικής αντίδρασης καθώς και μία σύγκριση αυτού του είδους κινητήρα με άλλουςκινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος. Και αναλύονται τα πλεονεκτήματά του που τον καθιστούνανταγωνιστικό προς αυτούς. Στη συνέχεια γίνεται μια θεωρητική ανάλυση του κυκλώματος του τριφασικού αντιστροφέα τάσηςπου κατασκευάσαμε, καθώς και όλων των υπολοίπων κυκλωμάτων που είναι αναγκαία για τηλειτουργία του. Επιπροσθέτως αναλύεται η μέθοδος παλμοδότησης των διακοπτικών στοιχείων τουαντιστροφέα τάσης που χρησιμοποιήσαμε , και είναι η «Ημιτονοειδής Διαμόρφωση Εύρους Παλμών» Στο επόμενο βήμα αναλύουμε τον τρόπο κατασκευής του κυκλώματος του τριφασικού αντιστροφέατάσης που ακολουθήσαμε καθώς και του πλήρους κυκλώματος παλμοδότησης του. Ενώ γίνεται καιαναλυτική περιγραφή του βιομηχανικού μικροελεγκτή πουχρησιμοποιήσαμε για την παραγωγή τωνπαλμών , με τη μέθοδο της «Ημιτονοειδούς Διαμόρφωσης Εύρους Παλμών» Τέλος παραθέτουμε παλμογραφήματα και μετρήσεις που προέκυψαν από τα πειράματα πουδιενεργήθηκαν αφότου κατασκευάσαμε το κύκλωμα οδήγησης του κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. / The purpose of this thesis is the analysis and construction of a three phase reluctance motor drive system. At first the special characteristics of the syncronous reluctance motors are analyzed. After that there is a theoretical analysis of the three phase inverter circuit, and finally is described the construction of the drive system

Συστήματα μαγνητικών ταινιών χρησιμοποιούνται ευρέως ως μέσα αποθήκευσης και αποκατάστασης δεδομένων. Λόγω του χαμηλού τους κόστους αναλογικά των σκληρών δίσκων συνεχίζουν να προτιμούνται σε μεγάλο πλήθος εφαρμογών όπως δευτερεύουσες συσκευές αποθήκευσης, εγγραφής και επεξεργασίας ηχητικών δεδομένων,βιντεοκάμερες κ.ά. Σε περιπτώσεις όπου θέλουμε να επεξεργαστούμε μια μαγνητοταινία για γρήγορη μεταφορά ή εγγραφή δεδομένων θα πρέπει -η ταινία- να μεταφέρεται σε υψηλή ταχύτητα από το μηχανισμό του συστήματος. Η ταχύτητα αυτή να διατηρείται σταθερή και να βρίσκεται σε συγχρονισμό ε την κεφαλή ανάγνωσης/εγγραφής προς αποφυγή σφαλμάτων μεταφοράς και αναγνώρισης δεδομένων, αναπηδήσεων και χρονικών σφαλμάτων. Σε πιθανά σφάλματα η επαναφορά της ταινίας στο επιθυμητό σημείο αποτελεί τη λύση για την αποκατάσταση του σφάλματος. Η επιτάχυνση και επιβράδυνση που δέχεται η ταινία σε κάθε γρήγορη αναζήτηση δεδομένων προκαλούν τη μεγαλύτερη επιβάρυνση σε αυτή. Ειδικά η συχνή επανατοποθέτηση της ταινίας στο ίδιο ση είο λόγω της βαθμιαίας εξασθένισης του σήματος ανάγνωσης. Σκοπός είναι ο σχεδιασμός ενός μηχανισμού εταφοράς της ταινίας ο οποίος προσφέρει μια ικανοποιητική τάση στην ταινία όπως και ταχύτητα μεταφοράς αυτής. / Optimal control and estimation of a magnetic tape-drive system.

Η κλασική Απεικόνιση του Μαγνητικού Συντονισμού (ΑΜΣ) βασίζεται στο φαινόμενο του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού όπου η κάθε λέξη ξεχωριστά μας βοηθάει να κατανοήσουμε ποια είναι η προέλευση αυτού του φαινομένου. Συγκεκριμένα, το μετρούμενο σήμα προέρχεται από τους πυρήνες των ατόμων της ύλης, η αλληλεπίδραση μεταξύ των οποίων είναι μαγνητική και το τελικό σήμα εκφρασμένο σε μορφή φασμάτων ή εικόνων λαμβάνεται χρησιμοποιώντας το φαινόμενο του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού. Στην κατηγορία της ποσοτικής ΑΜΣ (πΑΜΣ), όμως, μετράμε άμεσα τις ποσοτικές παραμέτρους από τις οποίες εξαρτώνται τα τελικά σήματα όπως χρόνους μαγνητικής αποκατάστασης, μοριακή διάχυση, pH, μικρο-ιξώδες κτλ. Η ρύθμιση και η βαθμονόμηση των παραμέτρων του τελικού μετρητικού συστήματος (σύστημα ΑΜΣ) παίζουν βασικό ρόλο στα τελικά αποτελέσματα των μετρήσεών μας. Για το λόγο αυτό είναι απαραίτητη η χρήση ειδικών ομοιωμάτων για τη βαθμονόμηση του μετρητικού συστήματος καθώς και για την αξιολόγηση και βελτιστοποίηση των μετρητικών μεθόδων. Τα ομοιώματα ελέγχου θα πρέπει να έχουν κάποια συγκεκριμένα βασικά χαρακτηριστικά, για να προσομοιάζουν όσο το δυνατόν καλύτερα τις μαγνητικά μετρούμενες παραμέτρους σε σχέση πάντα με εκείνες των ανθρωπίνων ιστών. Τέτοιες παράμετροι είναι κυρίως οι χρόνοι μαγνητικής αποκατάστασης (Τ1, Τ2, Τ2*) και η μοριακή διάχυση. Στα υλικά των ομοιωμάτων θα πρέπει να υπάρχει επιπλέον η δυνατότητα ανεξάρτητου ελέγχου των χρόνων μαγνητικής αποκατάστασης Τ1 και Τ2. Επίσης, θα πρέπει τα υλικά αυτά να έχουν φυσική και χημική σταθερότητα στο χρόνο και τέλος να παρασκευάζονται εύκολα και να είναι οικονομικά. Στην παρούσα εργασία παρασκευάστηκαν ειδικά ομοιώματα ενός πολυσακχαρίτη, της αγαρόζης, με πρόσμιξη μιας παραμαγνητικής ουσίας, του γαδολινίου (Gd-DTPA), σε 20 διαφορετικούς συνδυασμούς συγκεντρώσεων μεταξύ τους. Με βάση αυτά τα ομοιώματα μετρήσαμε τους χρόνους μαγνητικής αποκατάστασης Τ1, Τ2, Τ2* για οκτώ επαναλήψεις σε διάστημα τεσσάρων μηνών. Διαπιστώσαμε ότι η πιο αποτελεσματική ακολουθία για τη μέτρηση της Τ2 είναι σε μια ακολουθία πολλαπλών συμμετρικά επαναλαμβανόμενων Spin Echo (32 echo) με αρχική τιμή ΤΕ = 20ms. Με την χρήση της ακολουθίας αυτής καλύπτεται το μεγαλύτερο φάσμα μετρήσεων τιμών Τ2 για τους μαλακούς βιολογικούς ιστούς και επίσης τηρείται το 6 επιτρεπτό όριο του συντελεστή μεταβλητότητας για αυτόν τον τύπο των μετρήσεων (CV=±5%). Για τη μέτρηση της Τ1 εφαρμόσαμε δύο μεθόδους (Variable Flip Angle-VFA, Variable Time Inversion-VTI). Η πιο αποτελεσματική μέθοδος αποδείχθηκε η VTI. Η VFA υστερούσε στις μετρήσεις λόγω της αδυναμίας προσαρμογής των δεδομένων στην μαθηματική συνάρτηση περιγραφής των σημάτων λήψης Y(FA) = f (FA). Επιπλέον, διαπιστώσαμε ότι το παραμαγνητικό ιόν του γαδολινίου επηρεάζει την μέτρηση της Τ1 ανεξάρτητα από το μοριακό τύπο ή το είδος της χειλικής χημικής ένωσης στην οποία ανήκει. Τέλος, διαπιστώσαμε ότι σε όλες τις μετρήσεις η μεγαλύτερη ανομοιογένεια του τοπικού μαγνητικού πεδίου παρουσιάζεται στα πυκνά διαλύματα σε αγαρόζη και γαδολίνιο κυρίως λόγω της παραμαγνητικής ιδιότητας του γαδολινίου, η οποία επηρεάζει το τοπικό μαγνητικό πεδίο της μέτρησης. Μεγάλο συντελεστή μεταβλητότητας στις μετρήσεις της ανομοιογένειας του τοπικού μαγνητικού πεδίου παρουσιάζουν τα αραιά κολλοειδή διαλύματα και το νερό, διότι επηρεάζονται ευκολότερα από τις εξωτερικές επιδράσεις της μέτρησης (π.χ. θερμοκρασία) εξαιτίας της ασθενούς σύνδεσης μεταξύ των μορίων του υλικού τους. / The typical Magnetic Resonance Imaging (MRI) is based in the phenomenon of the nuclear magnetic resonance where each individual word, helps us understand its origin. Specifically, the measured signal is generated by the nucleus of the matter's atoms. The interaction of the latter is magnetic and the final signal is detected in the form of spectrum or images through the phenomenon of nuclear magnetic resonance. Nevertheless, in the field of quantitative MRI, we can measure quantitative parameters like magnetic relaxation time, molecular diffusion, micro-viscosity etc., on which the final signals depend. The adjustment and calibration of the parameters of the final metering systems (system MRI) are crucial for the final results. Therefore, it is essential to use special phantoms for the calibration of the metering system as well as for the valuation and optimization of the metering processes. The control phantoms need to have specific characteristics in order to simulate as much as possible the magnetically measured parameters with respect to the ones of the human tissues. Such parameters are mainly the magnetic relaxation times (T1, T2, T2*) and the molecular diffusion. The phantoms should also provide the option of individual testing of the magnetic relaxation times T1 and T2. Moreover, these materials should have the same physical and chemical stability in time and their production needs to be financially effective. In this paper, special agarose phantoms were produced, by mixing gadolinium, a paramagnetic substance, in 20 different concentrations. Based on these phantoms we measured 8 times the magnetic relaxation times Τ1, Τ2, Τ2* within a period of 4 months. We noted that the most effective sequence for measuring T2 is by symmetrically spin echo sequence with the initial time having the value of 20ms. Using this method, the widest range of T2 values is covered with regards to soft tissues. Additionally, the variation coefficient permissible figures for such measurements is respected (CV=±5%). In order to measure T1 we used two methods, Variable Flip Angle-VFA, Variable Time Inversion-VTI. The most effective one, was proven to be the VTI one. VFA method was presenting delays in the measurements due to the inability to adjust the data in the function of signal reception description Y(FA) = f (FA). Moreover, we discovered that the paramagnetic ion of gadolinium is affecting the measurement of T1 regardless the molecular type or the type of chemical ligand that this belongs to. Finally, we noted that throughout the experiments, the highest inhomogeneity of the local magnetic field is found in the dense solutions of agarose and gadolinium mainly due to the paramagnetic properties of gadolinium which affects the local magnetic field of the measurement. High variability factor of inhomogeneity of the local magnetic field demonstrated the dilute gels and water because of the poor connection between the molecules of their material.

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την μελέτη και κατασκευή ενός συστήματος ελέγχου για έναν κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης (Reluctance). Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών της πολυτεχνικής σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας αυτής, είναι η μελέτη και η κατασκευή ενός τριφασικού αντιστροφέα πηγής τάσης, ο οποίος θα επιτρέπει την υλοποίηση βαθμωτού και διανυσματικού ελέγχου για έναν σύγχρονο κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης χωρίς έκτυπους πόλους στο στάτη. Ο σύγχρονος κινητήρας μαγνητικής αντίδρασης χωρίς έκτυπους πόλους στο στάτη, όπως και οποιοσδήποτε άλλος κινητήρας μαγνητικής αντίδρασης, βασίζει τη λειτουργία του στη ροπή αντίδρασης, γεγονός από το οποίο προέρχεται και η ονομασία των κινητήρων αυτού του είδους (ReluctanceMotors). Το κύριο χαρακτηριστικό των κινητήρων μαγνητικής αντίδρασης είναι η έλλειψη οποιασδήποτε πηγής διέγερσης στο δρομέα. Τα τελευταία χρόνια έχει αναπτυχθεί έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον σχετικά με τη βελτιστοποίηση της κατασκευής των σύγχρονων κινητήρων μαγνητικής αντίδρασης χωρίς έκτυπους πόλους στο στάτη, καθώς και των μεθόδων ελέγχου, που μπορούν να εφαρμοστούν για βελτιστοποίηση της λειτουργίας τους. Αρχικά μελετήθηκαν οι βασικές αρχές λειτουργίας των μηχανών εναλλασσόμενου ρεύματος και η ανάλυση επικεντρώθηκε στο σύγχρονο κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης. Μελετήθηκαν τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά του σύγχρονου κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης χωρίς έκτυπους πόλους στο στάτη, το μαθηματικό μοντέλο που περιγράφει τη λειτουργία του, συγκρίθηκε με άλλους τύπους κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος και παρουσιάστηκαν οι μέθοδοι ελέγχου που μπορούν να εφαρμοστούν σε έναν σύγχρονο κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης χωρίς έκτυπους πόλους στο στάτη. Επιπλέον μελετήθηκε ο τριφασικός αντιστροφέας πηγής τάσης, ο οποίος είναι απαραίτητος για την οδήγηση ενός σύγχρονου κινητήρα μαγνητικής αντίδρασης, καθώς και διάφορες τεχνικές για την παλμοδότησή του. Τέλος προσομοιώθηκε ο σύγχρονος κινητήρας μαγνητικής αντίδρασης με το πρόγραμμα προσομοίωσης Matlab/Simulink για διάφορες καταστάσεις λειτουργίας του, και ακολούθησε η κατασκευή του τριφασικού αντιστροφέα για την πειραματική διερεύνηση και επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης. / The present diploma thesis deals with the design and manufacture of a control system for a Reluctance Motor. This work was developed in the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion at the Department of Electrical Engineering and Computer Technology of the School of Engineering in the University of Patras, Greece. The purpose of this thesis is the design and manufacture of a three-phase voltage source inverter for the control of the performance of a Synchronous Reluctance Motor by the implementation of Scalar and Vector control. The operation of Synchronous Reluctance Motor, like any other type of Reluctance Motors, is based on reluctance torque. The main characteristic of Reluctance Motors is that the rotor does not have any field winding. During the last years, a great interest has emerged around the Synchronous Reluctance Motor, which mainly focuses on the optimization of its construction and control. At first, an introduction to the operation principles of the AC motor is done, while the main interest is focused on Synchronous Reluctance Motor. The analysis of Synchronous Reluctance Motor covers many aspects, such as its construction characteristics, its dynamic model, its control strategies, as well as a comparison with other AC motors. Furthermore the three phase inverter is studied and its modulation techniques, since it is used for the driving of the motor. Finally the Synchronous Reluctance Motor is simulated in Matlab/Simulink for some operating conditions, and a three phase voltage source inverter is constructed for the experimental investigation and to see the relationship between the results of the simulation and the experiment.

Σκοπός της μελέτης ήταν η ανάπτυξη και αξιολόγηση ενός προγράμματος πολυμέσων για την εκμάθηση των φυσικών αρχών της μαγνητικής τομογραφίας από μεταπτυχιακούς φοιτητές της Ιατρικής Φυσικής του Πανεπιστημίου της Πάτρας. Η ανάπτυξη του εκπαιδευτικού προγράμματος έγινε με την χρήση κατάλληλου προγράμματος συγγραφής πολυμέσων. Δεκαοχτώ μεταπτυχιακοί φοιτητές της Ιατρικής Φυσικής κατατάχτηκαν τυχαία σε δύο ομάδες, την ομάδα των υπολογιστών και την ομάδα του βιβλίου. Όλοι οι συμμετέχοντες αξιολογήθηκαν με ένα τεστ με ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής 2 εβδομάδες πριν την αρχή των παραδόσεων, στο τέλος των παραδόσεων και ένα μήνα μετά το τέλος των παραδόσεων. Επιπλέον συμπλήρωσαν ερωτηματολόγια για την αξιολόγηση των στάσεων και πεποιθήσεων τους σχετικά με την χρήση υπολογιστών στην εκπαίδευση. Οι βαθμολογίες των δύο ομάδων συγκρίθηκαν με την βοήθεια της στατιστικής δοκιμασίας ANOVA. Το εκπαιδευτικό πρόγραμμα που αναπτύχτηκε αποτελείται από 6 ενότητες για την διδασκαλία πολύπλοκων φυσικών αρχών MRI με την βοήθεια animation. Κάθε ενότητα περιλαμβάνει ένα τεστ και οι επιδόσεις των χρηστών μπορούν να καταγραφούν και να αναλυθούν με ένα ξεχωριστό πρόγραμμα. Στην ενότητα που χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση οι φοιτητές της ομάδας με τους υπολογιστές πέτυχαν στατιστικά υψηλότερους βαθμούς (Μ=80.5, SD=9.4) από τους σπουδαστές με το βιβλίο (M=61.3, SD=12.5, p=.003). Επιπλέον οι φοιτητές των υπολογιστών φαίνεται να εκτιμούν περισσότερο την εκμάθηση μέσω της χρήσης υπολογιστών συγκριτικά με τους σπουδαστές της ομάδας του βιβλίου (p=.230). Οι απόψεις των φοιτητών για την επέκταση της χρήσης των πολυμέσων στην ιατρική φυσική εστιάζονται σε θέματα σχετικά με τα κίνητρα, τις εκπαιδευτικές δυνατότητες και την αξία του περιεχομένου. Τα αναφερθέντα μειονεκτήματα ήταν ελάχιστα, και ήταν επικεντρωμένα κυρίως σε τεχνικά θέματα και σε μαθησιακές δυσκολίες. Η εκπαίδευση με χρήση πολυμέσων είναι χρήσιμη και επικουρική μέθοδος για την εκμάθηση των φυσικών αρχών MRI από μεταπτυχιακούς φοιτητές. Η παρούσα μελέτη έδειξε ότι η χρήση κατάλληλων προγραμμάτων πολυμέσων βελτιώνει την κατανόηση πολύ περισσότερο συγκριτικά με παραδοσιακές μεθόδους μάθησης. / The objectives of this study were to develop and evaluate an interactive multimedia computer based instructional package in MRI physics and to provide first year medical physics postgraduate students of University of Patras with an interactive means of self-study and self-evaluation. An authoring system was used to develop the courseware package. Eighteen postgraduate medical physics students were prospectively, randomly assigned to receive instruction on the same topic from a textbook and an interactive computer module. Participants were evaluated by a multiple choice test 2 weeks before the lectures, at the end of the lectures and by a retention test 1 month after the end. They also completed questionnaires to elicit their attitudes toward the two instructional methods. Mean test scores of the textbook and computer groups were compared by means of analysis of variance. The developed MRI program is a suite of 6 interactive modules designed to dynamically teach complex MRI concepts using media-rich animations. All modules include a quiz and since patterns of use by student can be recorded a Log Decryption utility and a Log Reader utility was also developed. The tested module demonstrated that students in the computer group (M=80.5, SD=9.4) scored significantly higher on their post-test when compared with the textbook group (M=61.3, SD=12.5, p=.003). Furthermore students in the computer group seem to appreciate multimedia modules more compared to textbook students (p=.003). There were no differences noted between method of instruction and learner satisfaction (p=.230). Students’ rationale for expanding the use of multimedia in physics education seemed to focus on issues concerning motivation, instructional capabilities and content value. The disadvantages reported were few, their prevalence considerably small, especially after the intervention and were mostly focused on technical issues and some difficulties in learning. Computer aided instruction is a useful and effective aid for teaching MRI principles to postgraduate students. The study demonstrated that the inclusion of properly designed multimedia modules enhance conceptual understanding far more than do traditional methods.

Με σκοπό τη μελέτη της χημείας ένταξης του υποκαταστάτη δι-2,6-(2-πυριδυλοκαρβονυλο) πυριδίνη (dpcp) με μέταλλα μετάπτωσης 3d, παρασκευάστηκαν οι τετραπυρηνικές πλειάδες [Cu4(N3)2{pyCO(OMe)pyCO(OMe)py}2(MeOH)2](ClO4)∙2MeOH (1∙2MeOH) και [Co4(N3)2(NO3)2{pyCO(OMe)pyCO(OMe)py}2]∙0.5MeOH (2∙0.5MeOH), η εξαπυρηνική πλειάδα [Ni6(CO3)(N3)6{pyCOpyC(O)(OMe)py}3(MeOH)2(H2O)][Ni6(CO3)(N3)6 {pyCOpyC(O)(OMe)py}3(MeOH)3](ClO4)2 (3∙1.8MeOH) και η διπυρηνική πλειάδα [Fe2{pyCO(OMe)py(Η)CO(OMe)py}2(MeO)2](ClO4)2∙(4∙MeOH). Στην συνέχεια μελετήθηκε η χημεία ένταξης του ίδιου υποκαταστάτη με μέταλλα 3d και 4f και παρασκευάστηκαν τα ετερομεταλλικά διπυρηνικά σύμπλοκα [ΜIILnIII{pyCOH(OEt)pyCOH(OEt)py}3](ClO4)2∙EtOH (5-16∙EtOH) με ΜΙΙ = CuΙΙ, CoΙΙ, NiΙΙ, ZnΙΙ, MnΙΙ, FeΙΙ [LnΙΙΙ = GdΙΙΙ (5 - 10), TbΙΙΙ (11 – 16) αντίστοιχα]. Όλα τα σύμπλοκα χαρακτηρίστηκαν κρυσταλλογραφικά, τα σύμπλοκα 4, 10 και 16 χαρακτηρίστηκαν με φασματοσκοπία Mössbauer ενώ τα σύμπλοκα 1 – 10 χαρακτηρίστηκαν μαγνητικά. Πιο συγκεκριμένα, οι μαγνητικές μελέτες των συμπλόκων 1 – 3, 5 και 10 έδειξαν σιδηρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις ενώ εκείνες των συμπλόκων 4, 6, 7 και 9 έδειξαν αντισιδηρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Προκειμένου να μελετηθεί σε βάθος η οικογένεια των βασικών καρβοξυλικών αλάτων του σιδήρου [Fe3O(O2CR)6(H2O)3]A, παρασκευάστηκαν δύο σειρές αυτών των συμπλόκων με R = CCl3, CHBr2, CH2F, CH2Cl, C(OH)Ph2, H, Ph, (CH2)3Cl, Me, CHMe2, Et και CMe3. Στην πρώτη σειρά συμπλόκων (17 - 28) το αντισταθμιστικό ιόν (Α) είναι ClO4-, ενώ στη δεύτερη (29 - 40) είναι NO3-. Η προσπάθεια απομόνωσης του ανάλογου με R = CF3 ήταν άκαρπη και για τα δύο αντισταθμιστικά ιόντα και οδήγησε σε ένα τετραπυρηνικό σύμπλοκο [Fe4O2(O2CCF3)8(H2O)6] (41) με δομή τύπου «πεταλούδας». Πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις Mössbauer σε στερεά δείγματα και για τις δύο σειρές και οι ισομερείς μετατοπίσεις και οι τετραπολικές αλληλεπιδράσεις διαφέρουν μεταξύ 0.51 – 0.54 mms-1 και 0.36 – 0.76 mms-1 αντίστοιχα. Μετρήσεις Mössbauer και σε διαλύματα αυτών έδειξαν τη σταθερότητά τους και σε διάλυμα, με εξαίρεση το σύμπλοκο 29 (R = Cl3C, Α = NO3-) που οδήγησε σε σύμπλοκο τύπου «πεταλούδας». Το υψηλής συμμετρίας σύμπλοκο [Fe3O(O2CPh)6(py)3](ClO4)∙py (42) έχει μελετηθεί στο παρελθόν κρυσταλλογραφικά αλλά και με μετρήσεις ανελαστικής σκέδασης νετρονίων IINS και είχε προταθεί ύπαρξη του μαγνητικού φαινομένου Jahn-Teller σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Θέλοντας να εξακριβωθεί εάν η μαγνητική συμμετρία σχετίζεται με την πραγματική, πραγματοποιήθηκαν κρυσταλλογραφικές μετρήσεις μεταβλητής θερμοκρασίας στο εργαστήριο ΒΜ01Α του ESRF. Τα αποτελέσματα των πειραματικών μετρήσεων έδειξαν ότι η πραγματική συμμετρία παραμένει ίδια. Στη συνέχεια από μετρήσεις μαγνητικής επιδεκτικότητας ac, παρατηρήθηκε η ύπαρξη μαγνητικών φαινομένων χαλάρωσης υπό την επίδραση ασθενών μαγνητικών πεδίων. / Seeking to study the coordination chemistry of the ligand di-2, 6-(2-pyridylcarbonyl) pyridine (dpcp) with 3d transition metal ions, the tetranuclear complexes [Cu4(N3)2{pyCO(OMe)pyCO(OMe)py}2(MeOH)2](ClO4)∙2MeOH (1∙2MeOH) and [Co4(N3)2(NO3)2{pyCO(OMe)pyCO(OMe)py}2]∙0.5MeOH (2∙0.5MeOH), the hexanuclear complex [Ni6(CO3)(N3)6{pyCOpyC(O)(OMe)py}3(MeOH)2(H2O)][Ni6(CO3)(N3)6{pyCOpyC(O) (OMe)py}3(MeOH)3](ClO4)2 (3∙1.8MeOH) and the dinuclear complex [Fe2{pyCO(OMe)py(Η)CO(OMe)py}2(MeO)2](ClO4)2∙(4∙MeOH) were synthesized. In addition, in order to study the coordination chemistry of the same ligand with mixed 3d transition metal ions and 4f lanthanide ions, the heterometallic dinuclear complexes [ΜIILnIII{pyCOH(OEt)pyCOH(OEt)py}3] (ClO4)2∙EtOH (5-16∙EtOH) were synthesized, with ΜΙΙ = CuΙΙ, CoΙΙ, NiΙΙ, ZnΙΙ, MnΙΙ, FeΙΙ [LnΙΙΙ = GdΙΙΙ (5 - 10), TbΙΙΙ (11 – 16) respectively]. All complexes were structurally characterized and complexes 4, 10 and 16 were characterized by Mössbauer spectroscopy. Magnetic properties measurements of complexes 1-3, 5 and 10 indicated the existence of ferromagnetic interactions, while those of 4, 6, 7 and 9 indicated the existence of antiferromagnetic interactions. For the in depth study of the family of basic iron (III) carboxylates [Fe3O(O2CR)6(H2O)3]A, two series of complexes were prepared with R = Cl3C, CHBr2, CH2F, CH2Cl, C(OH)Ph2, H, Ph, Cl(CH2)3, Me, CHMe2, Et and Me3C. For the former series (17 - 28) the counteranion (A-) is ClO4- and for the latter (29 - 40) is NO3-. Attempts to prepare the respective trifluoroacetate (R = CF3) complexes were unsuccessful and the reaction system lead to the tetranuclear “butterfly” complex [Fe4O2(O2CCF3)8(H2O)6] (41), irrespective of whether perchlorates or nitrates were used as counteranions. Mössbauer studies revealed very similar isomer shifts for all complexes in the region of 0.51 – 0.54 mms-1, and variable quadrupole splittings, ranging from 0.36 to 0.76 mms-1. Mössbauer studies of the complexes were carried out in frozen MeCN solutions in order to assess their stability in solution and they proved to be stable in MeCN solutions, except complex 29 (R = Cl3C, Α = NO3-), which dissociated to a butterfly-type complex. The high-symmetry cluster [Fe3O(O2CPh)6(py)3](ClO4)∙py (42) has been structurally characterized and its Inelastic Incoherent Neutron Scattering studies have been reported. These studies suggested the existence of a magnetic Jahn-Teller effect at lower temperatures. Seeking to study if there is any correlation between magnetic and structural symmetry, we undertook variable-temperature crystallographic studies on ESRF BM01A beamline. With the results of these data we concluded that the symmetry of the crystal remained. Moreover, we have discovered that this complex exhibits magnetic relaxation phenomena under weak magnetic fields, observed by ac magnetic susceptometry.

Η Πακλιταξέλη (PTX) αποτελεί ένα ευρέως διαδεδομένο αντινεοπλασματικό φάρμακο και ενδείκνυται σε μεταστατικό καρκίνο του μαστού, καρκίνο ωοθηκών, μη μικροκυτταρικό καρκίνο του πνεύμονα και σε σάρκωμα Kaposi ασθενών με AIDS. Παρ’ όλα αυτά, η σημαντική τοξικότητα που εμφανίζει (μυελοκαταστολή, νευροτοξικότητα, αντιδράσεις υπερευαισθησίας), υπογραμμίζει την αναγκαιότητα για μορφοποίησή της σε Συστήματα Ελεγχόμενης Χορήγησης Φαρμάκων (DDS), με σκοπό τη μείωση των ανεπιθύμητων ενεργειών και την αύξηση της βιοδιαθεσιμότητας του φαρμάκου. Τα πολυμερικά μικκύλια έχουν μελετεθεί εκτενώς τα τελευταία χρόνια ως Συστήματα Ελεγχόμενης Χορήγησης Φαρμάκων. Η ενσωμάτωση υπερπαραμαγνητικών νανοκρυσταλλιτών οξειδίου του σιδήρου (SPIONs) στον πυρήνα των PTX-μικκυλίων, παρέχει τη δυνατότητα μαγνητικής στόχευσης του φαρμάκου στην επιθυμητή περιοχή δράσης, καθώς και τη θεραπεία του καρκίνου μέσω επαγωγής μαγνητικής υπερθερμίας, με την εφαρμογή εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου. Επιπλεόν, η χρήση των SPIONs ως σκιαγραφικά μέσα (Τ2-contrast enhancement) στη μαγνητική τομογραφία πυρηνικού συντονισμού (MRI), εξασφαλίζει το πλεονέκτημα ταυτόχρονης διάγνωσης και θεραπείας (Theranostics), αποκαλύπτοντας την πολυλειτουργικότητα των συστημάτων αυτών. Οι συγκεκριμένοι νανοφορείς, έχοντας μικρό μέγεθος (100-200nm), θεωρούνται κατάλληλοι για να αποφύγουν την οψωνινοποίηση απο τις λιποπρωτεϊνες του αίματος, την επίθεση απο τα φαγοκύτταρα του Δικτυοενδοθηλιακού συστήματος (RES) καθώς και την ταχεία νεφρική κάθαρση, με αποτέλεσμα την παρατεταμένη κυκλοφορία τους στο αίμα (stealth systems) και την εκλεκτική πρόσληψη τους απο τους συμπαγείς καρκινικούς όγκους, μέσω του φαινομένου της ενισχυμένης διαπερατότητας και κατακράτησης (EPR effect). Οι ιδιότητες αυτές, καθιστούν τα συγκεκριμένα συστήματα πολύτιμα εργαλεία στον τομέα της νανοϊατρικής. Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή πραγματεύεται τη σύνθεση υδρόφοβων SPIONs μέσω της τεχνικής της θερμικής αποικοδόμησης. Μελετήθηκαν οι συνθετικές παράμετροι (πρόδρομη ένωση, ποσότητα ελαϊκού οξέος, θερμοκρασία και διάρκεια αντίδρασης, ρυθμός αύξησης της θερμοκρασίας κ.α) που επηρεάζουν το μέγεθος, το σχήμα και τη διασπορά του μεγέθους των σχηματιζομένων νανοκρυσταλλιτών (5-13nm, σ: 10-20%), καθώς διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη μαγνητική συμπεριφορά των υβριδικών νανονοφορέων. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε σύνθεση υβριδικών νανοφορέων με εγκλωβισμό των SPIONs σε πολυμερικά μικκύλια. Η παρασκευή των υπερπαραμαγνητικών μικκυλίων επιτελέστηκε με την τεχνικη solvent diffusion and evaporation (nanoprecipitation), με χρήση του αμφίφιλου συμπολυμερούς πολυ(γαλακτικό οξύ)-πολυ(αιθυλενογλυκόλη) (PLA-PEG). Στον υδρόφοβο πυρήνα των μικκυλίων (PLA) δεσμεύονται υδρόφοβες ενώσεις (PTX, SPIONs), ενώ το υδρόφιλο κέλυφος (PEG) προσδίδει κολλοειδή σταθερότητα σε υδατικά μέσα (δομή πυρήνα-κελύφους). Διερευνήθηκαν διάφορες συνθετικές παράμετροι (μοριακό βάρος συμπολυμερούς, ποσότητα SPIONs, ρυθμός προσθήκης οργανικής φάσης κ.α) και προσδιορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες για την παρασκευή υπερπαραμαγνητικών μικκυλίων μεγέθους <200nm, με αξιοσημείωτη κολλοειδή σταθερότητα (μέχρι και έξι μήνες), σε συνθήκες παρόμοιες με αυτές του ανθρώπινου πλάσματος (pH: 7.4, ιοντική ισχύς: 0.15Μ). Στο επόμενο στάδιο της παρούσας εργασίας, μελετήθηκαν οι παράγοντες που επηρεάζουν τη φόρτωση-ενκαψυλίωση της PTX και των SPIONs στα πολυμερικά μικκύλια (ποσότητα PTX, ποσότητα και μέγεθος SPIONs, μοριακό βάρος PLA-PEG, ρυθμός προσθήκης οργανικής φάσης κ.α), σε φυσιολογικές συνθήκες (pH:7.4, ιοντική ισχύς: 0.15Μ). Αναπτύχθηκε πρωτόκολλο μέσω του οποίου έγινε κατορθωτός ο διαχωρισμός των μαγνητικών νανοφορέων απο τους μη μαγνητικούς, καθώς και ο υπολογισμός της φόρτωσης-ενκαψυλίωσης PTX και SPIONs ξεχωριστά, τόσο στους μαγνητικούς και μη μαγνητικούς νανοφορείς, όσο και στο μέιγμα αυτών. Οι συγκεκριμένοι νανοφορείς χαρακτηρίζονται απο εξαιρετικά υψηλή απόδοση ενκαψυλίωσης φαρμάκου (93 %wt.) και φόρτωση φαρμάκου που ανέρχεται στο 4.8 %wt. Oι αμιγώς μαγνητικοί νανοφορείς επιδεικνύουν υψηλή απόδοση ενκαψυλίωσης νανοκρυσταλλιτών (70 %wt.), ενώ η φόρτωση σε φάρμακο και SPIONs ανέρχεται σε 5.2 και 20 %wt. αντίστοιχα. Σε αμφότερες τις περιπτώσεις οι νανοφορείς, μεγέθους (υδροδυναμική διάμετρος) 170nm, χαρακτηρίζονται απο ικανοποιητική μαγνητική συμπεριφορά. Εξετάστηκε η επίδραση του μεγέθους των νανοκρυσταλλιτών στη μαγνητική συμπεριφορά των νανοφορέων. Οι αμιγώς μαγνητικοί νανοφορείς με μεγαλύτερο μέγεθος SPIONs παρουσιάζουν καλύτερη μαγνητική συμπεριφορά. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν μελέτες αποδέσμευσης του φαρμάκου σε PBS (0.14Μ, pH:7.4) στους 37oC και διερευνήθηκε η επίδραση της εφαρμογής εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου στην αποδέσμευση της PTX απο τους μαγνητικούς νανοφορείς (Triggered Drug Release). Σε κάθε περίπτωση, παρατηρήθηκε ελεγχόμενη αποδέσμευση του φαρμάκου για 24 ώρες, σε συνθήκες που προσομοιάζουν με αυτές του πλάσματος. Ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των νανοφορέων πραγματοποιήθηκε με HPLC, DLS, TGA, TEM και μαγνητοφόρηση. / Paclitaxel (PTX) is one of the most successful anticancer drugs against a broad range of solid tumors, such as metastatic breast cancer, ovarian cancer, non-small-cell lung cancer and AIDS-related Kaposi sarcoma. However, the serious systematic side effects of PTX (myelosuppression, neurotoxicity, hypersensitivity) underline the need for formulation of PTX in Drug Delivery Systems (DDS), in order to reduce the side effects and increase the bioavailability of the drug. Among DDS, polymeric micelles have drawn much attention due to their great flexibility in tuning drug solubility, micelle size, targeted drug delivery and stability. Incorporation of Superparamagnetic Iron Oxide Nanocrystals (SPIONs) inside the core of drug-loaded polymeric micelles, imparts to the final Drug Delivery System the prospect of physical (magnetic) targeting, intrinsic therapeutic function (hyperthermia-based cancer therapy under alternating external magnetic field), T2-based contrast enhancement in magnetic resonance imaging (MRI) and remotely triggered drug release. These core-shell polymeric micelles having small size (100-200nm), are considered appropriate for avoiding both opsonization, macrophages attack by ReticuloEndothelial System (RES) and rapid renal clearance, thus allowing micelles to be taken up preferably by solid tumors through Enhanced Permeability and Retention (EPR) effect. Therefore, such nanoassemblies encode high potential in nanomedicine, due to their dual nature (Therapeutic+Diagnostic = Theranostics). In particular, we have studied the synthesis of organophilic SPIONs through thermal decomposition. The synthetic parameters (precursor, precursor:oleic acid ratio, reaction temperature and duration, heat rate, etc.) affecting the size, shape and size distribution of the nanocrystals have also been examined thoroughly, since they play a key-role concerning the magnetic behavior of the final hybrid. Nanosized SPIONs with narrow size distribution were synthesized (5-13nm, σ: 10-20%). The preparation of poly(lactic acid)-block-poly(ethyleneglycol) (PLA-PEG) micelles encapsulating hydrophobic SPIONs, by varying the molecular weight of the polymers, the amount of SPIONs and the addition rate during micelle assembly, has also been investigated. The core-shell superparamagnetic micelles were prepared through solvent diffusion and evaporation technique (nanoprecipitation). PTX and SPIONs are being incorporated into the micelle’s hydrophobic core (PLA) through hydrophobic interactions, whereas the hydrophilic shell (PEG) stabilizes the micelles in aqueous dispersions, optimizing their colloidal stability and providing prolonged circulating time. The optimum parameters were determined, conferring to the micelles (Hydrodynamic Diameter < 200nm) high colloidal stability (up to six months) at biorelevant conditions (pH:7.4, ionic strenght: 0.15M). The next phase of the present master thesis focused on studying the factors (amount of PTX and SPIONs, molecular weight of PLA-PEG, addition rate, etc.) affecting the Loading of PTX and SPIONs into the polymeric micelles and how they can be fine-tuned towards high drug loading, while retaining their size at a scale where long circulation would not be precluded. Through protocol establishment, we have managed to separate the magnetic and non magnetic micelles, and to determine individually the loading of PTX and SPIONs for magnetic, non magnetic micelles, as well as for the mixture of them. The micelles’ mixture exhibits very high Drug Encapsulation Efficiency (93 %wt.) and 4.8 %wt. Drug Loading (D.L). Magnetic nanocarriers display high Magnetic Encapsulation Efficiency (70 %wt.), with D.L and Magnetic Loading of 5.2 and 20 %wt. respectively, In both cases, micelles demonstrate adequate magnetic behavior and small sizes (hydrodynamic diameter: 170nm), under conditions which simulate with human plasma (pH:7.4, ionic strenght: 0.15M). The effect of SPIONs’ size on the magnetic behavior of hybrid colloids, was also examined. Magnetic nanocarriers encapsulating SPIONs of greater size exhibit better magnetic behavior. Finally, we have conducted Drug release studies in PBS (0.14M, pH:7.4) at 37oC. The effect of SPIONs presence on the release profile of PTX, including triggered drug-release by application of AC magnetic field, has also been investigated. PTX-magnetic micelles exhibit Controlled Drug release for 24 hours. Several techniques have been used for the characterization of such nanoassemblies, like: HPLC, DLS, TGA, TEM, XRD, Magnetophoresis and Triggered Drug release by application of AC magnetic field.