Η νευρολογικές διαταραχές και κυρίως η παραπληγία, αποτελούν τις πιο καταστροφικές επιπλοκές των επεμβάσεων στη θωρακο-κοιλιακή αορτή. Η διαδικασία ισχαιμίας/επαναιμάτωσης κατά τις επεμβάσεις αυτές λόγω του αποκλεισμού της αορτής, προκαλεί την ανάπτυξη τοξικών ελεύθερων ριζών οξυγόνου φαινόμενο που ορίζει το οξειδωτικό stress. Ο σκοπός της παρούσας μελέτης είναι ο καθορισμός και η ανίχνευση των ελευθέρων ριζών, αλλά και η επίδραση της Αμιφοστίνης, ενός αντιοξειδωτικού παράγοντα της κατηγορίας των θειολών. Μέθοδος: Η μέθοδος αφορά δεκαοκτώ αρσενικούς κονίκλους που υποβάλλονται σε ισχαιμία του νωτιαίου μυελού με αποκλεισμό της αορτής με τη χρήση ενδο-αορτικού ασκού. Ο ασκός προωθείται μέσω της μηριαίας αρτηρίας σε επίπεδο αμέσως κάτωθεν της αριστεράς υποκλειδίου αρτηρίας. Τα ζώα αποτελούσαν τρείς ομάδες. Η Ομάδα Ι αποτέλεσε την ομάδα ελέγχου. Στην Ομάδα ΙΙ η αορτή αποκλείσθηκε για 30΄και ακολούθησε επαναιμάτωση για 75΄. Στην Ομάδα ΙΙΙ χορηγήθηκε Αμιφοστίνη μέσω του καθετήρα αποκλεισμού κατά το δεύτερο ήμισυ της περιόδου αποκλεισμού (των 30΄). Στο τέλος της επαναιμάτωσης δείγματα νωτιαίου μυελού υποβλήθηκαν σε ανάλογη επεξεργασία για την ανίχνευση ελευθέρων ριζών οξυγόνου με τη χρήση υδροεθιδίνης και παραγώγων λιπιδικής υπεροξείδωσης με ιδιαίτερα ευαίσθητη μέθοδο φθορισμού. Αποτελέσματα: Τα αποτελέσματα των μετρήσεων έδειξαν αύξηση του υπεροξειδίου του οξυγόνου στην Ομάδα ΙΙ κατά 27.43% σχετικά με την Ομάδα Ι για να ακολουθήσει μείωση στην Ομάδα ΙΙΙ κατά 42.55% σε σχέση με την Ομάδα ΙΙ και κατά 15.25% από την Ομάδα ΙΙΙ. Η μέτρηση ενώσεων λιπιδικής υπεροξείδωσης που αντιδρούν με θειοβαρβιτουρικό οξύ (TBARSassay) έδειξε αύξηση κατά 55.3% στην Ομάδα ΙΙ σε σχέση με την Ομάδα Ι και μείωση κατά 30.3% στην Ομάδα ΙΙΙ σε σχέση με την Ομάδα ΙΙ. Η στατιστική ανάλυση και των δύο μεθόδων ανέδειξε σημαντική διαφορά με ( p<0.05). Συμπεράσματα: Ο αποκλεισμός της κατιούσας αορτής σε επίπεδο αμέσως κάτωθεν της αριστεράς υποκλειδίου αρτηρίας, προκαλεί αναμφισβήτητα ισχαιμία του νωτιαίου μυελού. Η ανάπτυξη οξειδωτικού stressως αποτέλεσμα της διαδικασίας ισχαιμία/επαναιμάτωση ανιχνεύεται μέσω των ριζών υπεροξειδίου και παραγώγων λιπιδικής υπεροξείδωσης. Η έγχυση Αμιφοστίνης προτείνεται ως αντιοξειδωτικός παράγων που μπορεί να ανιχνεύσει και να δεσμεύσει τις ελεύθερες ρίζες οξυγόνου κατά το οξειδωτικό stress που προκαλεί η ισχαιμία /επαναιμάτωση του νωτιαίου μυελού. / Paraplegia is the most devastating complication of thoraco-abdominal aortic procedures. An ischemia-reperfusion procedure is known to elevate free radicals causing oxidative stress. The aim of this study is to determine and to detect the free radical products and to examine the influence of Amifostine, a triphosphate agent, on oxidative stress of spinal cord ischemia-reperfusion in rabbits. Methods: Eighteen male, New Zealand white rabbits were anesthetized and spinal cord ischemia was induced by inflation of a coronary artery balloon catheter, advanced to descending thoracic aorta through the femoral artery. The animals were randomly divided into 3 groups. Group I functioned as control. In group II the aorta was occluded for 30 minutes and then re-perfused for 75 min. In group III, 500mg Amifostine was infused into the distal aorta during the second half-time of ischemia period. At the end of reperfusion all animals were sacrificed and spinal cord specimens were examined for superoxide radicals by an ultra sensitive fluorescent assay. Results: Superoxide radical levels ranged, in group I between 1.52 and 1.76 (1.64±0.10), in group II between 1.96 and 2.50 (2.10±0.21), and in group III (amifostine) between 1.21 and 1.60 (1.40±0.13) (p=0.00), showing a decrease of 43% in the Group of Amifostine. A lipid peroxidation marker measurement ranged, in group I between 0.28 and 0.31 (0.30±0.01), in group II between 0.427 and 0.497 (0.466±0.024), and in group III (amifostine) between 0.343 and 0.357 (0.36±0.005) (p<0.00), showing a decrease of 38% after Amifostine administration. Conclusions: Occlusion of aorta below left subclavian artery causes spinal cause ischemia without the interference of collateral perfusion. Modified use of hydrο-ethidine is a useful assay for the detection of superoxide radicals. By direct and indirect methods of measuring the oxidative stress of spinal cord after ischemia/reperfusion, it is suggested that intra-aortic Amifostine infusion significantly attenuated the spinal cord oxidative injury.

"Το τσάι του βουνού" (στο οποίο ανήκουν πολλά είδη του γένους Sideritis) καταναλώνεται παραδοσιακά στην Ελλάδα ως ηρεμιστικό αλλά και ενάντια του κρυολογήματος και αλλεργιών. Η παρούσα μελέτη διερευνά την πιθανή νευροπροστατευτική δράση του ανωτέρω φυτού και εστιάζεται: α) στην επίδραση του αφεψήματος του φυτού Sideritis clandestina subsp. clandestina σε συμπεριφερικές παραμέτρους ενηλίκων μυών (άγχος/φόβος, μνήμη/μάθηση), β) στην επίδραση του αφεψήματος του ανωτέρω φυτού σε βιοχημικές παραμέτρους και πιο συγκεκριμένα στη συγκέντρωση της ανηγμένης γλουταθειόνης, στην υπεροξείδωση λιπιδίων και στην ενεργότητα δυο ισομορφών του ενζύμου της ακετυλοχολινεστεράσης (AChE) και γ) στην in vitro πιθανή αντιχολινεστερασική και αντιαμυλοειδική δράση του υδατικού εκχυλίσματος του φυτού. Το φυτικό αφέψημα σε συγκέντρωση 4% w/v χορηγoόταν καθημερινά σε αρσενικούς Balb-c μύες για περίοδο 40 ημερών. Για την εκτίμηση του άγχους/φόβου χρησιμοποιήθηκε α) η δοκιμασία του Υπερυψωμένου Λαβυρίνθου (χρόνος παραμονής των μυών στους ανοιχτούς βραχίονες ως προς το συνολικό χρόνο παραμονής στους ανοιχτούς και κλειστούς βραχίονες της συσκευής) και β) η δοκιμασία του Θιγμοτακτισμού (τάση παραμονής των μυών πλησίον των τοιχωμάτων του ειδικού κλωβού). Η μνήμη-μάθηση μελετήθηκε με τη δοκιμασία της Παθητικής Αποφυγής η οποία βασίζεται στην παρατήρηση ότι τα πειραματόζωα θα θυμούνται ότι μια συγκεκριμένη αντίδρασή τους θα έχει αρνητικές συνέπειες (εφαρμογή επώδυνου ηλεκτρικού ερεθίσματος στα άκρα). Οι οξειδωτικές/αντιοξειδωτικές ιδιότητες του φυτικού αφεψήματος προσδιορίστηκαν με εκτίμηση α) της συγκέντρωσης του αντιοξειδωτικού δείκτη της ανηγμένης γλουταθειόνης, η οποία στηρίζεται στο σχηματισμό ενός φθορίζοντος συμπλόκου μετά την αντίδραση της ο-φθαλαλδεϋδης με τη γλουταθειόνη και υστιδύλ-ενώσεις και β) τα επίπεδα λιπιδικής υπεροξείδωσης μέσω προσδιορισμού των επιπέδων του οξειδωτικού δείκτη της μηλονικής διαλδεΰδης που στηρίζεται στο σχηματισμό του φθορίζοντος συμπλόκου που δημιουργείται όταν η μηλονική αλδεΰδη αντιδρά με το θειοβαρβιτουρικό οξύ. Η ενεργότητα του ενζύμου της ακετυλοχολινεστεράσης (AChE) τόσο ex vivo όσο και in vitro προσδιορίστηκε με τη χρήση της χρωματομετρικής μεθόδου του Ellman, όπου ως υπόστρωμα του ενζύμου χρησιμοποιήθηκε η ιωδιούχος ακετυλοθειοχολίνη. Κατά τον προσδιορισμό της ενεργότητας του ενζύμου in vitro ως εσωτερικό πρότυπο χρησιμοποιήθηκε η γαλανταμίνη, ένας ισχυρός αναστολέας του ενζύμου. Η πιθανή αντιαμυλοειδκή δράση του φυτικού εκχυλίσματος μελετήθηκε με τη μέθοδο της θειοφλαβίνης-Τ. Τα αποτελέσματα της δοκιμασίας του Υπερυψωμένου Λαβύρινθου έδειξαν ότι ο χρόνος παραμονής στους ανοιχτούς βραχίονες ως προς το συνολικό χρόνο παραμονής στους ανοιχτούς και κλειστούς βραχίονες της συσκευής είναι στατιστικώς σημαντικά αυξημένος για την ομάδα των ζώων που κατανάλωσαν το φυτικό αφέψημα σε σύγκριση με τους μάρτυρες. Από τη δοκιμασία του Θιγμοτακτισμού για την πειραματική ομάδα φάνηκε ότι ο χρόνος θιγμοτακτισμού μειώνεται και ο αριθμός των εισόδων στην κεντρική περιοχή του ανοιχτού πεδίου αυξάνεται για κάθε 5 λεπτά παραμονής (εκ του συνολικού διαστήματος των 30 λεπτών) στη συσκευή εν συγκρίσει με την ομάδα των μαρτύρων. Τέλος, κατά τη δοκιμασία της Παθητικής Αποφυγής ο αρχικός και τελικός λανθάνων χρόνος (IL, STL αντίστοιχα) φάνηκε να μη διαφέρουν μεταξύ των δυο ομάδων πειραματοζώων. Η πόση του φυτικού αφεψήματος επηρέασε με ιστοειδικό τρόπο τις υπό μελέτη βιοχημικές παραμέτρους, καθώς παρατηρήθηκε αύξηση των επιπέδων της ανηγμένης γλουταθειόνης και μείωση της υπεροξείδωσης λιπιδίων στον ολικό εγκέφαλο (-παρ/δας) των ενηλίκων μυών, η οποία συνοδευόταν από αλλαγές στις επιμέρους εγκεφαλικές περιοχές της παρεγκεφαλίδας και του μεσεγκεφάλου ενώ ο εγκεφαλικός φλοιός ακολούθησε το πρότυπο του ήπατος και έδειξε να μην επηρεάζεται. Σε σχέση με την ενεργότητα των δυο ισομορφών του ενζύμου της AChE παρατηρήθηκε αναστολή στον ολικό εγκέφαλο (-παρ/δας) της πειραματικής ομάδας συγκρινόμενη με τους μάρτυρες, η οποία συνοδεύτηκε από μείωση στις επιμέρους περιοχές του εγκεφαλικού φλοιού, του ραβδωτού και του ιπποκάμπου. Το υδατικό εκχύλισμα του Sideritis clandestina subsp. clandestina παρουσίασε: 10% αντιχολινεστερασική δράση in vitro σε αντίθεση με τον αναστολέα της γαλανταμίνης ο οποίος ανέστειλλε το ένζυμο σε ποσοστό 85%. Τέλος, το φυτικό εκχυλίσματος σε συγκέντρωση 0,3mg/mL ανέστειλε τη συσσωμάτωση του Αβ πεπτιδίου σε ποσοστό περίπου 85%. Με βάση τα ανωτέρω το «τσάι του βουνού» επιδεικνύει τάση για αγχόλυση, ενισχύει την αντιοξειδωτική άμυνα, έχει αντιχολινεστερασικές ιδιότητες και επιφέρει ανασταλτικό αποτέλεσμα στη συσσωμάτωση του Αβ αμυλοειδούς. Οι δράσεις του αυτές οφείλονται πιθανόν στην πολυφαινολική του σύσταση και οι μηχανισμοί που εμπλέκονται χρήζουν περαιτέρω διερεύνησης. / “Mountain tea” (various species of Sideritis) has been traditionally consumed in Greece as a calmative and against common cold and allergies. The aim of the present study was to examine the neuroprotective role of the above plant and focus on: a) the effect of tea drinking in behavioral parameters of adult mice (fear/anxiety, learning and memory), b) the effect of tea drinking in antioxidative biochemical parameters of adult mice brain and liver, i.e. the concentration of reduced glutathione (GSH), the levels of lipid peroxidation and the activity of the two acetylcholinesterase (AChE) isoforms, and c) in vitro putative anticholinesterase and antiamyloid actions of Sideritis clandestina subsp. clandestina infusion. The beverage was provided (4g/100 mL, daily) for 40 days to adult male Balb-c/jice. Fear/anxiety was assessed by the measurement of i) the percentage of time spent in the open arms of the elevated plus maze apparatus and ii) the thigmotactic response (the tendency to remain close to vertical surfaces) of adult mice in an open-field. Learning and memory was assessed using the step-through passive avoidance task which is based on the obseravation that the experimental mice remember that a specific reaction has negative effects (electric foot shock). The oxidant/antioxidant properties of tea drinking was determined via measurement of a) the concentration of GSH (antioxidant marker), which is based on the formation of a fluorescent complex after the reaction of o-pthalaldehyde with glutathione and hystidyl compounds and b) the levels of malondialdehyde (MDA) (oxidant marker) by monitoring thiobarbituric acid reactive substance formation. The ex vivo and in vitro AChE activity was measured using the colorimetric method of Ellman where acetylthiocholine iodide was used as a substrate. Galantamine, a strong inhibitor of AChE, was used as a standard during in vitro determination of the enzyme activity. The effect of the infusion on amyloid-beta aggregation was studied in vitro with a thioflavine T - based fluorescence assay. Tea drinking caused statistically significant a) increase of the time percentage that animals spent into the open arms of the elevated plus maze apparatus and b) decrease of thigmotaxis time and increase of the time that animals entered to the central area of open field. Initial and Step-Through Latency showed no significant difference between two animal groups. The beverage also affected the biochemical parameters examined in the present study, in a tissue specific manner. More specifically, adult mice whole brain (-Ce) displayed increased reduced glutathione content and decreased lipid peroxidation levels compared to the controls. Similar changes were also observed in cerebellum and midbrain while cerebral cortex and liver were not affected. Regarding the activity of the two AChE isoforms, tea intake caused significant inhibition of these enzymes’ activity in whole brain (-Ce), compared with the control group. In agreement, cerebral cortex, striatum and hippocampus dispayed similar inhibition in both AChE isoforms activity after tea consuming. Sideritis clandestina subsp. clandestina infusion exhibited 10% in vitro anticholinesterase activity while galantamine inhibited the enzyme in a percentage of 85%. Moreover, tea infusion in a concentration of 0,3 mg/mL exhibited 85% inhibition of Ab1-40 fibrillogenesis in vitro, indicating, thus, strongly a putative antiamyloid action of Sideritis clandestina subsp. clandestinα. Conclusively, our results suggest that mountain tea infusion exhibits anxiolytic-like action, antioxidant and anticholintesterase properties and a strong, in vitro, inhibitory effect on amyloid-beta’s aggregation. These activities are most probably due to the polyphenols contained in Sideritis clandestina subsp. clandestina infusion; the underlying mechanisms need, though, further, in deep investigation.

Πολλοί περιβαλλοντικοί παράγοντες μελετώνται εδώ και δεκαετίες για τις επιπτώσεις τους στο νευρικό σύστημα. Περιβαλλοντικοί παράγοντες όπως ο μόλυβδος (Pb) έχει δειχθεί ότι εμπλέκονται στην παθοφυσιολογία ασθενειών όπως η νόσος Alzheimer προκαλώντας νευροεκφύλιση σε ενήλικους αλλά και αναπτυσσόμενους οργανισμούς. Το περιβάλλον όμως είναι επιπλέον πλούσιο σε προστατευτικούς παράγοντες όπως τα εκχυλίσματα διαφόρων φυτών της ελληνικής επικράτειας τα οποία μάλιστα αποτελούν και σημαντική πηγή εσόδων σε περιπτώσεις όπως του κρόκου της Κοζάνης. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η διερεύνηση της επίδρασης της πόσης μολύβδου (500ppm) για 14 και 28 ημέρες, η πόση αφεψήματος του φυτού Crocus sativous για 28 ημέρες και η χορήγησή τους σε σειρά για 14 και 14 μέρες αντίστοιχα, από ενήλικους αρσενικούς μύες. Συγκεκριμένα διερευνήθηκαν οι συμπεριφορικές καταστάσεις άγχος/φόβος και τάση για κατάθλιψη καθώς και οι βιοχημικοί δείκτες ενεργότητα της ακετυλοχολινεστεράση (AChE), συγκέντρωση της γλουταθειόνης (GSH) και υπεροξείδοση των λιπιδίων μέσω της συγκέντρωσης της μηλονικής διαλδεΰδης (MDA). Αναλυτικά, οι συμπεριφορικές καταστάσεις άγχος φόβος μελετήθηκαν με τη χρήση των δοκιμασιών του υπερυψωμένου λαβυρίνθου και του θιγμοτακτισμού και η επαγωγή καταθλιπτικής τάσης με τη χρήση της δοκιμασίας της εξαναγκασμένης κολύμβησης. Η ενεργότητα του ενζύμου AChE μετρήθηκε με τη χρήση της χρωματομετρικής μεθόδου του Ellman σε διαλυτό σε άλας κλάσμα (SS) [περιέχει κυρίως την G1 ισομορφή του ενζύμου] και διαλυτό σε απορρυπαντικό κλάσμα (DS) [περιέχει κυρίως την G4 ισομορφή του ενζύμου] του ιστού. Η συγκέντρωση της γλουταθειόνης προσδιορίστικέ με τη φθορισμομετρική μέθοδο των Mokrasch LC. & Teschke EJ. (1984), η οποία βασίζεται στο σχηματισμό φθορίζοντος συμπλόκου μετά την αντίδραση της ο- φθαλαλδεΰδης με την γλουταθειόνη και ιστιδυλ- ενώσεις. Τέλος η υπεροξείδωση των λιπιδίων μελετήθηκε μέσω της μηλονικής διαλδεΰδης (MDA), η οποία αποτελεί το κύριο προϊόν της υπεροξείδωσης των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων. Ο προσδιορισμός της έγινε φθορισμομετρικά λόγω του συμπλόκου που δημιουργείται όταν η ίδια αντιδρά με το θειοβαρβιτουρικό οξύ. Οι παραπάνω μελέτες έγιναν στους ιστούς φλοιός, παρεγκεφαλίδα, μεσεγκέφαλος, ιππόκαμπος, ραβδωτό και ήπαρ ενήλικων αρσενικών μυών. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι το βάρος των πειραματοζώων δεν επηρεάζεται κατά τη διάρκεια του χειρισμού, η πόση του Pb για 28 και 14 ημέρες προκάλεσε αγχογενή συμπεριφορά και επαγωγή του φόβου στα πειραματόζωα καθώς και επαγωγή καταθλιπτικής τάσης. Η χορήγηση του κρόκου στους μύες μάρτυρες σχετίζεται με αγχολυτική δράση αλλά όχι με αντικαταθλιπτική δράση. Αντικαταθλιπτική του δράση παρατηρείται μόνο στην περίπτωση που ακολούθησε τη χορήγηση του μολύβδου για 14 ημέρες. Επίσης η χορήγηση Pb προκάλεσε αναστολή της ενερότητας και των δύο ισομορφών του ενζύμου με ιστοειδικό τρόπο, η πόση του αφεψήματος του φυτού οδήγησε σε θετική δράση σε σχέση με την ενεργότητά του τόσο όταν χορηγήθηκε μόνο του όσο και κατά τη χορήγηση του μετά από το Pb (με ιστοειδικό τρόπο δράσης). Αξίζει να σημειωθεί ότι η δράση του μολύβδου μπορεί να είναι άμεση προκαλώντας νευροεκφύλιση είτε έμμεση επεμβαίνοντας σε διάφορα μεταβολικά μονοπάτια που επειρεάζουν την ενεργότητα του ενζύμου. Αναφορικά με τη συγκέντρωση της γλουταθειόνης ο μόλυβδος όταν χορηγήθηκε έδρασε ιστοειδικά, προκαλώντας μείωση της ενεργότητας του ενζύμου ενώ δεν παρατηρήθηκε δράση του φυτικού αφεψήματος επι του ενζύμου. Τέλος η υπεροξείδωση των λιπιδίων αυξήθηκε ιστοειδικά από την χορήγηση του Pb ενώ αντίθετα περιορίστηκε από την πόση του αφεψήματος με επίσης ιστοειδικό τρόπο. Συνοψίζοντας, στην παρούσα εργασία παρατηρήθηκε αρνητική δράση του μολύβδου σε συμπεριφορικό και βιοχημικό επίπεδο, θετική δράση του κρόκου στις παραπάνω διεργασίες καθώς επίσης θετική δράση κατά περίπτωση και της σε σειρά χορήγησης του αφεψήματος κρόκου μετά από χορήγηση μολύβδου. / Various environmental factors have been studied decades ago due to their effects on nervous system. It has been shown that lead (Pb) is implicated in the pathophysiology of diseases such as Alzheimer’s disease, resulting in neurodegeneration in adult and developing organisms. Also, the environment is rich in protective agents, such as various plant extracts of the Greek flora (e.g. Greek saffron which is cultivated at Kozani region in northern Greece) that present simultaneous financial interest. Aim of the present study was to investigate the effects of oral administration of lead (500ppm) for 14 and 28 days, Crocus sativous infusion for 28 days and lead (for 14 days) plus Crocus sativous infusion (for 14 days), in adult male mice. Briefly, behavioral parameters of anxiety/fear and depression-like and acetylcholinesterase (AChE) activity, glutathione (GSH) and lipid peroxidation (malondialdehyde, MDA) levels, were evaluated. In detail, anxiety/fear and depression-like behavior were assessed by using the elevated plus maze and thigmotaxis tests and forced swimming test, respectively. AChE activity was determined in salt soluble (SS) [contains mainly G1 isoform of the enzyme] and detergent soluble (DS) [contains mainly the G4 isoform of the enzyme] fractions of tissue homogenates, by Ellman’s colorimetric method. Glutathione content was measured fluorometrically according to the procedure of Mokrasch LC. & Teschke EJ. (1984), which is based on the formation of a fluorescent complex after reaction with o-phthalaldehyde and histidyl compounds. Also, lipid peroxidation levels were determined fluorometrically by measuring malondialdehyde (MDA) concentration after its reaction with thiobarbituric acid, as MDA is the main product of polyunsaturated fatty acid peroxidation. The biochemical assessments were performed in cortex, cerebellum, midbrain, hippocampus, striatum and liver of adult male mice. Our results showed that there were no effects on mouse body weight during the experimental period and Pb intake for 28 and 14 days induced anxiety/fear and depression-like behavior. Saffron administration to control mice is associated with anxiolytic but not antidepressant efficacy. Antidepressant effects of saffron were observed only in mice pre-treated with lead for 14 days. Also, Pb intake caused inhibition of both AChE isoforms’ activity and saffron infusion that was administered either alone or under Pb toxicity, beneficially affected enzyme activity, in a tissue-specific way. It should be noticed that lead may act directly, inducing neurodegeneration or indirectly, interfering with various metabolic pathways that influences AChE activity. Moreover, Pb intake reduced glutathione content in a tissue-specific way, while no effect was observed after saffron administration. Finally, lipid peroxidation levels were increased and decreased tissue specifically, after Pb and saffron administration, respectively. Conclusively, the current study presents adverse effects of lead on behavioral and biochemical parameters and beneficial effects of saffron infusion when it was administered either alone or under Pb toxicity.

Στη παρούσα Διατριβή διερευνήθηκε η χρήση υλικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς (high-k) ως οξειδίων ελέγχου σε διατάξεις παγίδευσης φορτίου τύπου MONOS (Μetal-Οxide-Νitride-Οxide-Silicon). Τα οξείδια που εξετάστηκαν ήταν το HfO2, τo ZrO2 και το Al2O3. Η ανάπτυξή τους πραγματοποιήθηκε με χρήση της μεθόδου εναπόθεσης ατομικού στρώματος (ALD). Οι ιδιότητες των δομών μνήμης μελετήθηκαν συναρτήσει: (α) των πρόδρομων μορίων της εναπόθεσης για τα HfO2 και ZrO2, (β) του οξειδωτικού μέσου της εναπόθεσης για την περίπτωση του Al2O3 και (γ) της επακόλουθης ανόπτησης. Η ηλεκτρική συμπεριφορά των δομών εξετάστηκε με την κατασκευή πυκνωτών τύπου MOS. Τα υμένια του HfO2 αναπτύχθηκαν επί διστρωματικής στοίβας SiO2/Si3N4 με (α) αλκυλαμίδιο του χαφνίου (ΤΕΜΑΗ) και Ο3 στους 275 oC, και (β) κυκλοπενταδιενύλιο του χαφνίου (HfD-04) και Ο3 στους 350 οC. Ομοίως, τα υμένια του ZrO2 αναπτύχθηκαν επί διστρωματικής στοίβας SiO2/Si3N4 με: (α) αλκυλαμίδιο του ζιρκονίου (ΤΕΜΑΖ) και Ο3 στους 275 oC και (β) κυκλοπενταδιενύλιο του ζιρκονίου (ZrD-04) με Ο3 στους 350 oC. Ο δομικός χαρακτηρισμός, για το HfO2, φανέρωσε πως η ύπαρξη ή όχι κρυσταλλικού χαρακτήρα και η σύσταση του οξειδίου εξαρτάται τόσο από το πρόδρομο μόριο αλλά και από την ανόπτηση (600 οC, 2 min). Αντίθετα, το ZrO2 έχει σε κάθε περίπτωση κρυσταλλικότητα. Τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των πυκνωτών Si/SiO2/Si3N4/high-k/Pt, δείχνουν ότι οι δομές έχουν ικανοποιητική συμπεριφορά ως στοιχεία μνήμης αφού όλες οι ιδιότητες πληρούν τις βασικές προϋποθέσεις ως στοιχεία μνήμης, παρά την ανυπαρξία ενεργειακού φραγμού μεταξύ στρώματος παγίδευσης και οξειδίου ελέγχου. Η ικανότητα παγίδευσης και η επίδοση των δομών με HfO2 και ZrO2 δεν διαφοροποιούνται σημαντικά με χρήση διαφορετικού πρόδρομου μορίου ή με την ανόπτηση. Ο έλεγχος όμως της αντοχής των δομών σε επαναλαμβανόμενους παλμούς εγγραφής/διαγραφής αναδεικνύει ότι αμφότερες οι δομές που ανεπτύχθησαν με βάση το κυκλοπενταδιενύλιο έχουν μειωμένη αντοχή ηλεκτρικής καταπόνησης. Τo Al2O3 αναπτύχθηκε χρησιμοποιώντας το μόριο ΤΜΑ και ως οξειδωτικό μέσο: (α) H2O, (β) O3 και (γ) Plasma Ο2 (μέθοδος PE-ALD) σε συνδυασμό με ΤΜΑ. Οι δομές στην αρχική κατάσταση, χωρίς ανόπτηση, χαρακτηρίζονται από ισχυρό ρεύμα έγχυσης ηλεκτρονίων από την πύλη (υπό αρνητικές τάσεις) περιορίζοντας την ικανότητα φόρτισης και την επίδοση διαγραφής. Η ανόπτηση σε φούρνο και αδρανές περιβάλλον (850 ή 1050 oC, 15 min) προκάλεσε σημαντική βελτίωση των ηλεκτρικών χαρακτηριστικών των δομών λόγω του σημαντικού περιορισμού του παραπάνω φαινομένου. Μετά το στάδιο της ανόπτησης οι συνδυασμοί ΤΜΑ/Η2Ο και ΤΜΑ/Plasma Ο2 έχουν καλύτερες χαρακτηριστικές σε σχέση με αυτές του συνδυασμού ΤΜΑ/Ο3. Το φαινόμενο της διαρροής ηλεκτρονίων από την πύλη αποδίδεται στη μεγάλη συγκέντρωση και χωρική κατανομή του υδρογόνου στο υμένιο υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς. Τέλος, διερευνήθηκε η τροποποίηση των ιδιοτήτων μνήμης των δομών με εμφύτευση ιόντων αζώτου χαμηλής ενέργειας και υψηλής δόσης στο Al2O3 και επακόλουθη ανόπτηση υψηλής θερμοκρασίας. Η παρουσία αζώτου στο υμένιο καθώς και ο χημικός δεσμός του εμφυτευμένου αζώτου είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας ανόπτησης. Επομένως, οι ιδιότητες μνήμης εξαρτώνται από τη μορφή σύνδεσης και την συγκέντρωση του εμφυτευμένου αζώτου στο τροποποιημένο Al2O3. Η υψηλή θερμοκρασία ανόπτησης (1050 οC, 15 min) φαίνεται να αποφέρει δομές με τις καλύτερες ιδιότητες μνήμης. / This thesis studies the functionality of high-k oxides as blocking oxide layers in SONOS type charge-trap memory devices. The oxide materials that were examined were the HfO2, the ZrO2 and the Al2O3. All these blocking oxide layers were deposited by atomic layer deposition technique (ALD). The electrical performance of the trilayer stacks was examined using Pt-gate MOS-type capacitors. The properties of the memory structures were examined as a function of: (a) precursor chemistry of HfO2 and ZrO2 deposition, (b) the deposition oxidizing agent in the case of Al2O3 and (c) subsequent high temperature annealing steps. The HfO2 films were deposited on SiO2/Si3N4 bilayer stacks using: (a) hafnium alkylamide (TEMAH) and O3 at 275 oC, and (b) hafnium cyclopentadienyl (HfD-04) and O3 at 350 oC. Similarly the ZrO2 films were deposited by (a) zirconium alkylamide (TEMAZ) and O3 at 275 oC, and (b) zirconium cyclopentadienyl (ZrD-04) and O3 at 350 oC The structural characterization of the HfO2 showed that the crystallinity of the deposited high-k material depends on the precursor choice and the post deposition annealing step (600 °C, 2 min). On the contrary ZrO2 is deposited in a crystalline phase independent of the deposition conditions and the choice of the precursors. The electrical characterization of Si/SiO2/Si3N4/high-k/Pt capacitors showed that all fabricated structures operate well as memory elements, despite the absence of an energy barrier between the trapping layer and control oxide. The trapping efficiency and the performance of structures with HfO2 or ZrO2 blocking layers do not revealed a dependence upon the precursor chemistry. However, endurance testing using continuous write/erase pulses showed that both structures deposited by cyclopentadienyl precursors cannot sustain the resulting electrical stress. The Al2O3 layers were deposited using the TMA molecule while three different oxidizing agents were used: (a) H2O, (b) O3 and (c) oxygen plasma. Electrical testing of the resulting Pt-gate trilayer capacitors showed that in the deposited condition all three samples were characterized by gate electrode induced electron leakage currents in the negative bias regime, which completely masked the substrate hole injection effects. This effect limits the performance and the functionality of the memory stacks. After a high temperature annealing step (850 or 1050 oC, 15 min) this leakage current is reduced significantly and the stacks can function as memory elements. The results point to suggest that after annealing the best performance is exhibited by the TMA/H2O and TMA/Plasma O2 samples. The effect of gate induced electron leakage current is attributed to hydrogen related contamination, which has been verified by ToF-ERDA in depth profile measurements, at least for the case of TMA/H2O samples. The modification of the memory properties of the SiO2/Si3N4/Al2O3 stacks was also investigated using low energy and high fluence nitrogen implantation into Al2O3 layer. The concentration and the chemical bonding of the implanted nitrogen is a function of annealing temperature. The memory properties of the stack depend therefore on the chemical bonding and the concentration of the remaining nitrogen in the modified Al2O3. The high temperature annealing (1050 oC, 15 min) appears to provide the structures with improved memory properties in terms of retention and fast erase performance.