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Synthesis of hydrophilic core-shell Superparamagnetic iron oxide nanoparticles
Alemeh Karami
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Interdisziplinäres Masterstudium Environmental Sciences
Betreuer*in
Thilo Hofmann
DOI
10.25365/thesis.64027
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-27766.57737.364771-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Einheitliche sphärische superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (SPIONs) mit enger Größenverteilung wurden durch thermische Zersetzung von Eisenpentacarbonyl und Eisenoleat synthetisiert. Diese Nanopartikel sind ursprünglich mit einer Hülle aus hydrophobem Oleat bedeckt. Superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel können als Kontrastmittel in der Medizin eingesetzt werden. Für diese Anwendung müssen sie mit einer dichten Hülle aus biokompatiblen und hydrophilen Liganden bedeckt werden, damit sie nicht aggregieren, von den Zellen aufgenommen und vom Immunsystem erkannt werden können. Die Oleatschale muss daher vollständig durch hydrophile Liganden ersetzt werden. Liganden-Stripping und sequenzielles Refrafteding ist ein Ansatz, um dies zu erreichen und superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln in biologischen Medien kolloidale Stabilität zu verleihen. Die nächste Herausforderung nach dem Ersetzen des Polymerliganden auf der Oberfläche der Nanopartikel ist die effiziente Entfernung des zusätzlichen ungebundenen Liganden und der verdrängten anfänglichen Ölsäure aus der Reaktionslösung. In dieser Studie untersuchte ich die Pfropfung von mit Nitrodopamin verankertem Polyethylenglykol (PEG-5000) auf verschiedene SPION-Grössen von 6.1 bis 20.7 nm. Zusätzlich verwendete ich Dialyse-, Magnetdekantier- und Membranzentrifugationsmethoden, um die Dispersion von extra freiem PEG zu reinigen. TEM-Diagramme zeigten, dass die Nanopartikel eine einheitliche Größe und Form haben. Die aus den TGA-Massenverlustergebnissen berechneten PEG-Pfropfungsdichten zeigten, dass die Pfropfungsdichten zwischen 0.5-6 Ketten/nm2 liegen. Pfropfdichten um 1 Kette/nm2 gelten als vielversprechende Ergebnisse in Bezug auf die kolloidale Stabilität in biologischen Medien. SPIONs mit optimalen Pfropfdichten zeigten kolloidale Stabilität durch DLS-Messung über 40 Tage Monitoring. Vollständiger Ligandenersatz wurde durch 1H-NMR-Experiment nachgewiesen.
Abstract
(Englisch)
Uniform spherical superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) with narrow size distribution have been synthesised by thermal decomposition of iron pentacarbonyl and iron oleate. These nanoparticles are originally capped with a shell of hydrophobic oleate. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles can be applied as contrasting agents in medicine. For this application, they have to be covered with a dense shell of biocompatible and hydrophilic ligands to prevent them from aggregation, uptake by cells, and recognition by the immune system. Thus, the oleate shell must be completely replaced by hydrophilic ligands. Ligand stripping and sequential regrafting is an approach to achieve this and provide superparamagnetic iron oxide nanoparticles with colloidal stability in biological media. The next challenge after replacing the polymer ligand on the nanoparticle surface is efficiently removing extra unbound ligand and displaced initial oleic acid from the reaction solution. In this study, I investigated the grafting of polyethylene glycol (PEG-5000) anchored with nitrodopamine on different SPION sizes from 6.1 to 20.7 nm. Additionally, I used dialysis, magnetic decantation and membrane centrifugation methods to purify the dispersion from excess free PEG. TEM graphs revealed that nanoparticles are uniformly sized and shaped. PEG grafting densities calculated from thermogravimetric analysis of organic mass loss during thermal decomposition indicated grafting densities between 0.5-6 chains/nm2. Grafting densities around 1 chain/nm2 are considered promising results with respect to colloidal stability in biological media. SPIONs with optimal grafting densities showed colloidal stability through DLS measurement over 40 days of monitoring. Full ligand replacement was proved by 1H-NMR experiment.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Synthesis Superparamagnetic iron oxide nanoparticle (SPIONs) hydrophilic shell Polyethyleneglycol (PEG)
Schlagwörter
(Deutsch)
Synthese Superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (SPIONs) hydrophile Schale Polyethylenglykol (PEG)
Autor*innen
Alemeh Karami
Haupttitel (Englisch)
Synthesis of hydrophilic core-shell Superparamagnetic iron oxide nanoparticles
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
VIII, 54, a-f Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Thilo Hofmann
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines
AC Nummer
AC16173203
Utheses ID
56802
Studienkennzahl
UA | 066 | 299 | |