Path: TopS3-DissertationsPhysics-FMIPA2017

FABRIKASI NANOPARTIKEL GADOLINIUM OKSIDA SEBAGAI AGEN KONTRAS T1 MRI

FABRICATION OF GADOLINIUM OXIDE NANOPARTICLES AS T1 MRI CONTRAST AGENT

PhD Theses from JBPTITBPP / 2017-11-24 09:22:45
Oleh : ATIKA SOLTIANIE AHAB, S3 - Physics-FMIPA
Dibuat : 2017-11-24, dengan 1 file

Keyword : Nanopartikel Gd2O3@PEG, dekomposisi termal, solvotermal, kalsinasi, PLAL, PEG, agen kontras MRI.

Disertasi ini adalah mengenai sintesis nanopartikel pegilasi gadolinium oksida (Gd2O3) secara in situ yang difokuskan pada aplikasinya sebagai agen kontras T1 pada pencitraan resonansi magnetik (MRI). Agen kontras MRI berbasis gadolinium disarankan secara umum karena sifat paramagnetiknya yang lebih besar dibandingkan logam paramagnetik lainnya yang berperan dalam peningkatan kontras citra hasil MRI bobot T1. Gadolinium pada dasarnya memiliki sifat toksit. Pada saat hendak digunakan dalam aplikasi biomedis, material gadolinium harus ditransfer dalam bentuk yang biokompatibel. Tanpa adanya lapisan yang melingkupi permukaan nanopartikel, nanopartikel gadolinium memiliki permukaan yang hidrofobik dan cenderung beraglomerasi membentuk kluster yang lebih besar. Material coating juga menghasilkan nanopartikel yang bersifat terdispersi dengan baik pada pelarut berbasis air. Berbagai eksperimen telah dilakukan untuk mensintesis nanopartikel Gd2O3 yang dilingkupi oleh material coating yang meliputi proses metode pelapisan secara post synthesis dan in situ. Akan tetapi, terdapat masalah yang timbul dalam proses post synthesis yakni tidak efisien secara waktu, memerlukan tambahan reagen, dan treatmen lanjutan menghasilkan sifat nanopartikel yang hanya terlarut pada pelarut tertentu saja. Tiga metode sintesis berbeda yang ramah lingkungan secara in situ digunakan untuk menghasilkan nanopartikel pegilasi Gd2O3 yang bersifat terdispersi dalam pelarut berbasis air dan biokompatibel. Metode dekomposisi termal, solvotermal-kalsinasi, dan ablasi laser terpulsa pada medium cair (PLAL) dikaji karena merupakan metode bottom-up synthesis dan menggunakan pelarut sebagai pengontrol pertumbuhan partikel. Material polyethylene glycol (PEG) dipilih untuk diaplikasikan sebagai medium cair bagi prekursor gadolinium karena kemampuannya sebagai template bagi morfologi nanopartikel, agen pereduksi ukuran partikel, dan sebagai agen fungsionalisasi nanopartikel dengan biomaterial lainnya. Selain itu yang terpenting adalah PEG merupakan material coating yang paling direkomendasikan oleh Food and Drug Administration (FDA) untuk konsumsi internal dalam aplikasi biomedis. Produk nanopartikel pegilasi Gd2O3 dengan metode fasil dekomposisi termal, solvotermal-kalsinasi treatmen, dan PLAL telah berhasil disintesis secara in situ. Morfologi, distribusi ukuran, kristalisasi, komposisi kimia, dan sifat magnetik sampel-sampel hasil sintesis dianalisis dari hasil karakterisasi scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), X-ray diffraction (XRD), spektroskopi Fourier-transform infrared (FTIR), energy-dispersive X-ray (EDX), spektroskopi X-ray photoelectron (XPS), dan vibrating sample magnetometer (VSM) secara berturut-turut. Hasil-hasil karakterisasi sintesis nanopartikel menunjukkan bahwa molekul-molekul hasil dekomposisi parsial PEG berhasil difungsionalkan ke permukaan nanopartikel Gd2O3 melalui gugus carboxyl dan carbonyl. Fungsionalisasi PEG melalui gugus-gugus tersebut mentransfer sifat hidrofilik PEG sehingga sampel-sampel produk pegilasi terdispersi dengan baik dalam pelarut berbasis air. Sampel-sampel hasil sintesis menunjukkan sifat paramagnetik pada suhu ruang yang mana sifat ini berperan penting dalam peningkatan kontras citra MRI. Performa produk-produk sintesis dekomposisi termal, solvotermal, dan PLAL dalam peningkatan kontras ditentukan dari pembobotan citra T1 MRI secara in vitro. Berdasarkan hasil pembobotan tersebut sampel-sampel mampu meningkatkan kontras citra MRI dengan peningkatan kontras citra yang sebanding dengan konsentrasi sampel-sampel. Nanopartikel pegilasi Gd2O3 hasil sintesis dengan metode PLAL dalam 0,01 mM PEG memiliki laju relaksasi longitudinal, r1, pada 1,5 T yang lebih besar dibandingkan dengan nanopartikel pegilasi Gd2O3 hasil dekomposisi termal dan partikel pegilasi gadolinium carbonate (Gd2(CO3)3) hasil solvotermal. Selain itu, partikel dan nanopartikel pegilasi gadolinium hasil penelitian ini memiliki parameter r1 yang lebih besar dari agen kontras MRI konvensional seperti Gadovist, Magnevist, Dotarem, dan Omniscan pada 1,5 T sehingga berpotensi untuk dikembangkan sebagai agen kontras T1 MRI.



Deskripsi Alternatif :

This thesis addresses the in situ synthesis of pegylated gadolinium oxide (Gd2O3) nanoparticles as T1-weighted magnetic resonance imaging (MRI). Gadolinium based MRI contrast agents have been generally suggested in T1weighted MRI imaging due to their highest paramagnetic properties among magnetic metal which have important role for the contrast enhancement. The gadolinium itself to some extent forms is toxic. When used in medical context it must be transferred into biocompatibility form. In the absence of any coating material, the gadolinium nanoparticles have hydrophobic surfaces and they tend to agglomerate to form large clusters. Coating material provides the effective dispersion ability of the nanoparticles. A variety of experimental procedures have been done to synthesize coated Gd2O3 nanoparticles, including in situ and post synthesis coating. The critical issues involved in coating using the post synthesis method are the time and materials expended in the process (since it requires other treatments after synthesizing the MNPs) and the selective chemical functionality induced by this treatment (resulting in MNPs with selective solubility properties). Three different in situ “green synthesis” routes were explored to produce pegylated Gd2O3 nanoparticles which have dispersibility in water based solvent and biocompatibility properties. Thermal decomposition, solvothermalcalcination, and pulsed laser ablation in liquid medium (PLAL) methods were utilized due to the methods are bottom-up synthesis and using solvent medium to control particles growth. Polyethylene glycol (PEG) was chosen as the liquid environment for gadolinium precursors in the synthesis procedures because PEG serves as a template that governs the morphology of the particles, as a reduction agent, and to functionalize the nanoparticle with other biocompatible materials. Most of all, PEG is much recommended as a solvent for synthesize MNPs for biomedical purposes and range of PEG molecular weights are already approved for internal consumption by Food Drug Administration (FDA). We have successfully prepared nanoparticles pegylated Gd2O3 (Gd2O3@PEG) by facile thermal decomposition, solvothermal-calcination treatment, and pulsed laser ablation in liquid medium (PLAL) methods. Morphology, size distribution, crystallinity, chemical composition, and magnetic properties of the prepared particles were comprehensively validated by scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), X-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, energy-dispersive X-ray (EDX), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and vibrating sample magnetometer (VSM) respectively. In these in situ methods, the partially oxidized molecules of PEG successfully attached to the nanoparticle Gd2O3 surface as carboxyl and carbonyl groups thus transfer its hydrophylic properties to the nanoparticles to become well-dispersed in water based solution. The samples have paramagnetic properties at room temperature which play important role in enhancing MRI contrast image. The performances of the thermal decomposition, solvothermal, and PLAL products were determined by in vitro T1-weighted MRI. Accordingly, the samples have been demonstrated to show T1 enhancing effects as the concentration were increased. Pegylated Gd2O3 nanoparticles prepared by PLAL in 0,01 mM PEG showed highest longitudinal relaxation, r1, at 1,5 T compared to pegylated Gd2O3 nanoparticles synthesized by thermal decomposition and pegylated gadolinium carbonate (Gd2(CO3)3) particles synthesized by solvothermal methods. Moreover, pegylated gadolinium particles and nanoparticles have r1 parameter higher than conventional MRI contrast agents such as Gadovist, Magnevist, Dotarem, and Omniscan at 1,5 T which may create new opportunities of these material products to be developed as T1 MRI contrast agents.



Copyrights : Copyright (c) 2001 by Perpustakaan Digital ITB. Verbatim copying and distribution of this entire article is permitted by author in any medium, provided this notice is preserved.

Beri Komentar ?#(0) | Bookmark

PropertiNilai Properti
ID PublisherJBPTITBPP
OrganisasiS3 - Physics-FMIPA
Nama KontakUPT Perpustakaan ITB
AlamatJl. Ganesha 10
KotaBandung
DaerahJawa Barat
NegaraIndonesia
Telepon62-22-2509118, 2500089
Fax62-22-2500089
E-mail Administratordigilib@lib.itb.ac.id
E-mail CKOinfo@lib.itb.ac.id

Print ...

Kontributor...

  • Prof. Idam Arif, Ph.D


    Dr. rer. nat. Freddy Haryanto)


    Dr. Eng. Ferry Iskandar)

    , Editor: Irwan Sofiyan

File PDF...