Περίληψη:
Οι λοιμώξεις από παθογόνους μικροοργανισμούς αποτελούν συνεχή και σημαντική
πρόκληση σε διάφορους τομείς που σχετίζονται, για παράδειγμα, με τα συστήματα καθαρισμού
του νερού, τη συσκευασία τροφίμων, τα συνθετικά κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, τις
κατασκευές, την υγειονομική και ιατρική περίθαλψη, την οικιακή υγιεινή κ.α., καθώς οι
βακτηριακές λοιμώξεις είναι γνωστό ότι αποτελούν μία από τις κυριότερες αιτίες θανάτου των
ανθρώπων παγκοσμίως. Μέχρι σήμερα, η χρήση αντιβιοτικών αποτελεί το κυριότερο όπλο
στην καταπολέμηση μολυσματικών ασθενειών, αλλά λόγω της κακής και εκτεταμένης χρήσης
τους, η αντοχή στα αντιβιοτικά (Μικροβιακή Αντοχή) έχει καταστεί μία από τις κορυφαίες
απειλές για τη δημόσια υγεία του 21ου αιώνα. Από την άλλη, διάφορα απολυμαντικά, όπως
υποχλωριώδη, τρικλοζάνη, υπεροξείδιο του υδρογόνου, άλατα αργύρου κ.λπ.,
χρησιμοποιούνται στην καθημερινή ζωή για την καταπολέμηση της μικροβιακής μόλυνσης,
αλλά εξαιτίας της μικρής διάρκειας ζωής τους και διάφορων θεμάτων ασφάλειας, που
σχετίζονται με την υγεία, η χρήση τους είναι περιορισμένη. Έτσι, στη σύγχρονη εποχή και
ιδιαίτερα μετά την πανδημία του Covid-19, η ανάγκη για το σχεδιασμό νέων αντιμικροβιακών
υλικών για την καταπολέμηση των μικροβιακών λοιμώξεων, είναι πλέον επιτακτική.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύχθηκαν νέα αντιβακτηριδιακά υλικά με
βάση νανοσωλήνες αλλοϋσίτη (HNTs-Halloysite Nanotubes), ένα αργιλοπυριτικό ορυκτό της
ομάδας των καολινιτών με χημική δομή Al2Si2O5(OH)4·nH2O. Οι νανοσωλήνες αλλοϋσίτη
φέρουν κυρίως ομάδες οξειδίου του αργιλίου (Al2O3) στο εσωτερικό τους και ομάδες οξειδίου
του πυριτίου (SiO2) στην εξωτερική τους επιφάνεια, με αποτέλεσμα αυτές οι επιφάνειες να είναι
αντίθετα φορτισμένες. Η συγκεκριμένη μορφολογία, καθώς και η χημική δομή, καθιστά τους
HNTs ιδανικούς υποψήφιους για την εναπόθεση μεγάλης ποικιλίας μορίων, τόσο στην
εσωτερική κοιλότητα των νανοσωλήνων, όσο και στην εξωτερική τους επιφάνεια.
Η συγκεκριμένη εργασία επικεντρώθηκε στην ανάπτυξη τροποποιημένων
νανοσωλήνων αλλοϋσίτη με ομάδες πολυ(αιθυλενογλυκόλης) (PEG), οι οποίες στο τελικό άκρο
τους τροποποιήθηκαν με κατάλληλες ομάδες, που είναι γνωστό ότι επάγουν αντιβακτηριδιακές
ιδιότητες. Σκοπός ήταν να ενισχυθούν οι αντιβακτηριδιακές ιδιότητες των HNTs, αλλά και
αφενός να μειωθεί η κυτταροτοξικότητα και αφετέρου να αυξηθεί η υδροφιλικότητα τους και
άρα η συμβατότητα με διάφορα υδατικά μέσα. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε είναι η εξής:
αρχικά με χρήση υπερήχων και διαδοχικών φυγοκεντρίσεων πραγματοποιήθηκε καθαρισμός
των εμπορικά διαθέσιμων νανοσωλήνων HNTs και διαχωρισμός των μικρών σε μήκος από
τους μεγαλύτερους, καθώς οι μικρότεροι σε μήκος νανοσωλήνες θεωρούνται, βάσει
βιβλιογραφίας, καταλληλότεροι για βιολογικές εφαρμογές. Στη συνέχεια, αφού
πραγματοποιήθηκε ενεργοποίηση των HNTs σε αλκαλικό περιβάλλον και εισαγωγή
λειτουργικών ομάδων (αμινομάδων και καρβοξυλομάδων) στην επιφάνειά τους, ακολούθησε
τροποποίηση τους, με μία σειρά αντιδράσεων, χρησιμοποιώντας τρία παράγωγα της
πολυ(αιθυλενογλυκόλης) (PEG), με στόχο να μειωθεί η κυτταροτοξικότητα των HNTs και να
βελτιωθεί η ικανότητα διασποράς τους σε υδατικά μέσα. Για τον σκοπό αυτό συντέθηκαν τρία
παράγωγα PEG, μοριακού βάρους 3000Da, που στην μία τους άκρη εισήχθησαν διαφορετικές
λειτουργικές ομάδες, οι οποίες είναι γνωστό ότι επάγουν αντιβακτηριδιακές ιδιότητες.
Συγκεκριμένα, τα λειτουργικά παράγωγα PEG που παρασκευάστηκαν έφεραν στο ένα άκρο
τους την ομάδα του τεταρτοταγούς αμμωνιακού άλατος (QAC) ή την ομάδα της σουλφο
βεταΐνης ή την ομάδα του τριφαινυλοφωσφονίου (TPP), τα οποία στη συνέχεια αντέδρασαν με
τις δραστικές ομάδες της επιφάνειας των HNTs δίνοντας τα υβριδικά υλικά HNTs-PEGQ, HNTs
PEGS και HNTs-PEGTPP, αντίστοιχα, με δύο διαφορετικούς βαθμούς υποκατάστασης.
Τα υβριδικά υλικά των τροποποιημένων νανοσωλήνων αλλοϋσίτη χαρακτηρίστηκαν,
αρχικά, φυσικοχημικά με διάφορες τεχνικές. Πιο συγκεκριμένα, η δομή των νανοσωλήνων
μελετήθηκε με φασματοσκοπία FT-IR και Περίθλαση Ακτίνων Χ (XRD), όπου και
πιστοποιήθηκε η επιτυχής αντίδραση των HNTs με τα λειτουργικά παράγωγα PEG, ενώ ο
βαθμός της υποκατάστασης των τριών παραγώγων PEG σε αυτούς υπολογίστηκε με τον
προσδιορισμό των αμινομάδων με τη μέθοδο της νινυδρίνης και με Θερμοσταθμική Ανάλυση
(TGA). Στη συνέχεια, η μορφολογία, τόσο των αρχικών, όσο και των τροποποιημένων
νανοσωλήνων, μελετήθηκε με Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης (SEM) και Ηλεκτρονική
Μικροσκοπία Διέλευσης (ΤΕΜ), ενώ πραγματοποιήθηκε επίσης και χαρτογράφηση των
στοιχείων τους, όπου επιβεβαιώθηκε η παρουσία των PEG στα τελικά υβριδικά υλικά. Η
σταθερότητα των υδατικών τους διασπορών αξιολογήθηκε οπτικά, αλλά και με μετρήσεις ζ
δυναμικού, όπου βρέθηκε ότι παραμένουν σταθερές για τουλάχιστον 2 μήνες, εξαιτίας της
παρουσίας, αφενός των αλυσίδων PEG και αφετέρου των φορτισμένων λειτουργικών ομάδων,
οι οποίες προσδίδουν υδροφιλικότητα στους υβριδικούς νανοσωλήνες αλλοϋσίτη. Ακολούθησε
αντιβακτηριδιακή μελέτη των υβριδικών υλικών σε κατά Gram (-) Escherichia coli και κατά
Gram (+) Staphylococcus aureus βακτήρια.
Από τα αποτελέσματα που ελήφθησαν, συμπεραίνεται ότι τα υβριδικά υλικά HNTs
PEGQ και HNTs-PEGS έχουν συγκρίσιμη αντιβακτηριδιακή δράση με τα αρχικά HNTs, ενώ τα
HNTs-PEGTPP εμφανίζουν σημαντικά βελτιωμένες αντιβακτηριδιακές ιδιότητες, ιδιαίτερα
έναντι των κατά Gram (-) E. coli βακτηρίων. Τέλος, η μελέτη της τοξικότητας των υβριδικών
υλικών έδειξε ότι σε συγκεντρώσεις όπου εμφανίζουν αντιβακτηριδιακή δράση δεν
επιδεικνύουν καμία τοξικότητα έναντι δύο επιλεγμένων ευκαρυωτικών κυτταρικών σειρών.
Συνεπώς, τα υβριδικά υλικά HNTs-PEGTPP είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές
ως ασφαλή, αντιβακτηριδιακά υλικά, εφόσον παρουσιάζουν ταυτόχρονα, τόσο χαμηλή
κυτταροτοξικότητα, όσο και ενισχυμένες αντιβακτηριδιακές ιδιότητες.
