Χιμαιρικά υλικά αποτελούμενα από νανοδομές άνθρακα και πολυμερή

Abstract

In this thesis, the integration of the block copolymer poly(isoprene-b-acrylic acid) (PI-b-PAA) with exfoliated graphene was achieved. The carboxyl groups of the copolymer were exploited toward the immobilization of cadmium sulfide nanoparticles (CdS). Moreover, the photocatalytic activity of the prepared chimeric material was examined. Following, the simultaneous exfoliation of graphite and its covalent functionalization via polymerization with three different polymers was achieved. Particularly, the polymerization and the grafting of the polymeric chains onto the graphitic lattice resulted to the exfoliation of graphite and to polymer functionalized graphene.Subsequently, our interest focused to other carbon nanostructures, such as nanodiamonds (NDs). The hybrid materials composed from NDs and the polymer qP2VP were found stable in water and were electrostatically bound to the protein albumin, creating a stable in aqueous media, chimeric material, ideal for biological applications.Finally, the hydrothermal synthesis of carbon quantum dots (CQDs) was achieved. After their comprehensive characterization, which proved their successful synthesis and the examination of their properties, they were attached to carbon nanotubes. Energy or/and charge transfer phenomena were found between the components. Furthermore, CQDs interacted electrostatically with the copolymer poly[sodium (sulfamate – carboxylate) – isoprene)] –b– poly(ethyleneoxide), while a protein was integrated to the so-prepared hybrid material. The final chimeric material was found biocompatible after viability tests that were performed to colon cancer cells, while its introduction in the cells was also proved by confocal microscopy.

Κατά την παρούσα εργασία, αρχικά πραγματοποιήθηκε η σύμπλεξη αποφλοιωμένου γραφενίου και του συμπολυμερούς πολυ(ισοπρένιο-b-ακρυλικό οξύ) (PI-b-PAA). Ακολούθως, οι καρβοξυλομάδες του συμπολυμερούς PI-b-PAA αξιοποιήθηκαν για τη σταθεροποίηση νανοσωματιδίων θειούχου καδμίου (CdS). Επιπλέον, μελετήθηκε η φωτοκαταλυτική δράση του χιμαιρικού υλικού.Στο επόμενο στάδιο της διατριβής, επιτεύχθηκε η ταυτόχρονη αποφλοίωση του γραφίτη και η ομοιοπολική τροποποίησή του μέσω πολυμερισμού με τρία διαφορετικά πολυμερή. Συγκεκριμένα, η διαδικασία ανάπτυξης και εμβολιασμού των πολυμερικών αλυσίδων στα γραφιτικά πλέγματα είχε σαν αποτέλεσμα την αποφλοίωση του γραφίτη σε τροποποιημένο γραφένιο. Στη συνέχεια, το ενδιαφέρον στράφηκε σε άλλες νανοδομές άνθρακα, όπως τα νανοδιαμάντια (NDs). Οι νανοδομές των NDs με το πολυμερές qP2VP όντας σταθερές σε νερό ενσωματώθηκαν ηλεκτροστατικά με αλβουμίνη δημιουργώντας ένα σταθερό σε υδατικά μέσα, χιμαιρικό υλικό, ιδανικό για εφαρμογές βιολογικού ενδιαφέροντος μελλοντικά. Τέλος πραγματοποιήθηκε η υδροθερμική σύνθεση κβαντικών τελειών άνθρακα (CQDs. Μετά τον εκτενή χαρακτηρισμό τους που απέδειξε την επιτυχή σύνθεσή τους και τη μελέτη των ιδιοτήτων τους οι CQDs συμπλέχθηκαν με νανοσωλήνες άνθρακα. Στο υβριδικό υλικό που δημιουργήθηκε παρατηρήθηκαν φαινόμενα μεταφοράς ενέργειας ή/και φορτίου. Επιπλέον οι CQDs αλληλεπίδρασαν ηλεκτροστατικά με το συμπολυμερές πολυ[(σουλφαμικό - καρβοξυλικό)νάτριο - ισοπρένιο] -b- πολυ (αιθυλενοξείδιο) και στην συνέχεια στο υβριδικό υλικό που δημιουργήθηκε ενσωματώθηκε πρωτεΐνη. Το τελικό χιμαιρικό υλικό βρέθηκε Κατά την παρούσα εργασία, αρχικά πραγματοποιήθηκε η σύμπλεξη αποφλοιωμένου γραφενίου και του συμπολυμερούς πολυ(ισοπρένιο-b-ακρυλικό οξύ) (PI-b-PAA). Ακολούθως, οι καρβοξυλομάδες του συμπολυμερούς PI-b-PAA αξιοποιήθηκαν για τη σταθεροποίηση νανοσωματιδίων θειούχου καδμίου (CdS). Επιπλέον, μελετήθηκε η φωτοκαταλυτική δράση του χιμαιρικού υλικού.Στο επόμενο στάδιο της διατριβής, επιτεύχθηκε η ταυτόχρονη αποφλοίωση του γραφίτη και η ομοιοπολική τροποποίησή του μέσω πολυμερισμού με τρία διαφορετικά πολυμερή. Συγκεκριμένα, η διαδικασία ανάπτυξης και εμβολιασμού των πολυμερικών αλυσίδων στα γραφιτικά πλέγματα είχε σαν αποτέλεσμα την αποφλοίωση του γραφίτη σε τροποποιημένο γραφένιο. Στη συνέχεια, το ενδιαφέρον στράφηκε σε άλλες νανοδομές άνθρακα, όπως τα νανοδιαμάντια (NDs). Οι νανοδομές των NDs με το πολυμερές qP2VP όντας σταθερές σε νερό ενσωματώθηκαν ηλεκτροστατικά με αλβουμίνη δημιουργώντας ένα σταθερό σε υδατικά μέσα, χιμαιρικό υλικό, ιδανικό για εφαρμογές βιολογικού ενδιαφέροντος μελλοντικά. Τέλος πραγματοποιήθηκε η υδροθερμική σύνθεση κβαντικών τελειών άνθρακα (CQDs. Μετά τον εκτενή χαρακτηρισμό τους που απέδειξε την επιτυχή σύνθεσή τους και τη μελέτη των ιδιοτήτων τους οι CQDs συμπλέχθηκαν με νανοσωλήνες άνθρακα. Στο υβριδικό υλικό που δημιουργήθηκε παρατηρήθηκαν φαινόμενα μεταφοράς ενέργειας ή/και φορτίου. Επιπλέον οι CQDs αλληλεπίδρασαν ηλεκτροστατικά με το συμπολυμερές πολυ[(σουλφαμικό - καρβοξυλικό)νάτριο - ισοπρένιο] -b- πολυ (αιθυλενοξείδιο) και στην συνέχεια στο υβριδικό υλικό που δημιουργήθηκε ενσωματώθηκε πρωτεΐνη. Το τελικό χιμαιρικό υλικό βρέθηκε.