Χρήση της μικροσκοπίας ατομικής δύναμης για μελέτη της επίδρασης ερυθρής ακτινοβολίας σε ίνες βιοϋλικών - Τσαβαλιάς, Στυλιανός (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Εφαρμοσμένων Μαθηματικών και Φυσικών Επιστημών, 2016)
Η παρούσα μεταπτυχιακή εργασία αφορά στη σύνθεση και στη μελέτη δομών ελαστίνης υπό την επίδραση της ερυθρής ακτινοβολίας laser χαμηλής ισχύος στη νανοκλίμακα καθώς και στη συνδυαστική σύνθεση, απεικόνιση και μελέτη ικριωμάτων ελαστίνης-κολλαγόνου με τη χρήση μικροσκοπίου ατομικής δύναμης. Η ελαστίνη είναι μια ελαστομερική πρωτεΐνη και ένα από τα κύρια συστατικά της εξωκυττάριας μήτρας, η οποία προσδίδει δομική συνοχή μεταξύ ιστών και οργάνων. Οι ελαστικές ίνες παρέχουν την ελαστικότητα των ιστών των πνευμόνων, του δέρματος και των αρτηριών. Το κολλαγόνο είναι μια ινώδης πρωτεΐνη που υπάρχει σε αφθονία στην εξωκυττάρια μήτρα και έχει ιδιαίτερο ρόλο στη σύσταση των ιστών στα οστά, στους τένοντες και στο δέρμα. Συνεπώς, και τα δυο συστατικά έχουν ένα ιδιαίτερα σημαντικό δομικό και λειτουργικό ρόλο στην εξωκυττάρια μήτρα. Η ακτινοβολία laser χαμηλής ισχύος στην περιοχή του ερυθρού είναι μια ταχέως αναπτυσσόμενη τεχνική φωτοθεραπείας που εφαρμόζεται σε πλήθος ιατρικών εφαρμογών. Η ερυθρή ακτινοβολία δείχνει να έχει ευρεία επιρροή στους ιστούς από τη μακροκλίμακα έως και τη νανοκλίμακα. Έχει αναφερθεί ότι, εκτός από την αντιφλεγμονώδη και την αναλγητική δράση της, η ερυθρή ακτινοβολία ενισχύει και την ικανότητα για ανάπλαση των ιστών. Επίσης, έχει αναφερθεί η συνεισφορά της στην επούλωση των διαταραχών στους τένοντες. Για τη μελέτη όλων των παραπάνω δημιουργήθηκαν stock εναιωρήματα ελαστίνης- υπερκάθαρου νερού (1% w/v), ελαστίνης-PBS (1% w/v) και ελαστίνης-TBS (1% w/v). Tα εναιωρήματα ελαστίνης- υπερκάθαρου νερού ήταν αυτά που εμφάνισαν δομές ινών ελαστίνης, ενώ τα ελαστίνης-PBS και ελαστίνης-ΤBS παρουσίασαν πολλά συσσωματώματα. Τα εναιωρήματα μετά τη δημιουργία τους αφέθηκαν για 14 μέρες σε ηρεμία, ώστε να ξεκινήσει η διαδικασία αυτοοργάνωσης των ινών. Έπειτα, γινόταν η προετοιμασία του δείγματος κατά την οποία τοποθετούνταν σε κάθε δείγμα ένα πλέγμα χαρτογράφησης. Το πλέγμα χαρτογράφησης ήταν απαραίτητο, ώστε να είναι εφικτό να προσδιοριστεί η ίδια νανοπεριοχή μετά από κάθε ακτινοβόληση του δείγματος, αφού ο στόχος ήταν η μελέτη της ίδιας ίνας πριν και μετά το πέρας των ακτινοβολήσεων. Η επίδραση της ερυθρής ακτινοβολίας μελετήθηκε σε τρεις κατηγορίες στη νανοκλίμακα με τη χρήση ατομικού μικροσκοπίου δύναμης. Στην πρώτη κατηγορία, πραγματοποιήθηκαν 20 κύκλοι ακτινοβόλησης για 45 δευτερόλεπτα με 60 δευτερόλεπτα ηρεμίας μεταξύ των διαδοχικών δόσεων, όπου παρατηρήθηκε αύξηση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών, όπως αυτή της διαμέτρου κατά 51%. Στη δεύτερη και στην τρίτη κατηγορία πραγματοποιήθηκε συνεχής ακτινοβόληση 15 λεπτών για 3 κύκλους ακτινοβόλησης και 60 λεπτών για 3 κύκλους ακτινοβόλησης αντίστοιχα. Στην πρώτη ακτινοβόληση της δεύτερης κατηγορίας παρατηρήθηκε παρόμοια συμπεριφορά με την πρώτη κατηγορία, ενώ στις επόμενες ακτινοβολήσεις της δευτερης κατηγορίας υπήρξε μείωση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών. Τα παραπάνω αποτελέσματα παρουσίασαν ομοιόμορφες διακυμάνσεις των γεωμετρικών χαρακτηριστικών. Σε αντίθεση με αυτά της τρίτης κατηγορίας, όπου υπήρξαν ανομοιόμορφες διακυμάνσεις. Στη συνέχεια, παρασκευάσθηκαν stock εναιωρήματα ελαστίνης- κολλαγόννου αναλογίας (1:1), για τη συνδυαστική μελέτη στη νανοκλίμακα κολλαγόνου-ελαστίνης με τη χρήση ατομικής μικροσκοπίας δύναμης όπου παρατηρήθηκε πλέγμα δομών κολλαγόνου και ελαστίνης.