Synthesis and Characterization of Palladium-Cobalt Alloy for New Medical Micro-Devices

Selon les statistiques canadiennes sur le cancer, on estime que 196 900 Canadiens développeront un cancer et que 78 000 en mourront en 2015. Étant donné que les cellules tumorales sont plus sensibles que les cellules saines à une augmentation de température, cette propriété peut être utilisée in vivo pour détruire les cellules cancéreuses par l'élévation de la température du corps, également connu sous le nom d'hyperthermie. L'hyperthermie magnétique est une technique prometteuse pour le traitement ciblé du cancer à l'aide des nanoparticules magnétiques, et ayant donc moins d'effets secondaires que la chimiothérapie et la radiothérapie. Malgré que l'hyperthermie magnétique a été utilisée depuis des milliers d'années pour le traitement du cancer, le défi de destruction des cellules cancéreuses reste très difficile. Pour cette raison, les oncologues utilisent souvent le traitement par hyperthermie magnétique en combinaison avec la radiothérapie et/ou la chimiothérapie. Cette approche thérapeutique combinée a pour but de sensibiliser les cellules cancéreuses résistantes à la radiothérapie et/ou la chimiothérapie. Pour utiliser l'hyperthermie magnétique toute seule dans le traitement du cancer, des difficultés au niveau de la modification de surface des particules magnétiques, pour une absorption sélective par les cellules cancéreuses, et au niveau de la stabilité et des propriétés magnétiques, pour une capacité de chauffage élevée (> 1000 W/g), doivent être surmontées. L'objectif ultime de cette thèse est de synthétiser un excellent candidat pour une hyperthermie magnétique puissante. En raison des progrès rapides effectués dans le domaine des nanotechnologies, un procédé de synthèse de nanoparticules ayant une capacité de contrôle rigoureux de: la structure et la morphologie, la taille, la forme et la cristallinité, est nécessaire. L'électrodéposition est un procédé polyvalent pour la synthèse des NPs métalliques directement et sélectivement sur des substrats conducteurs par simple réglage du courant ou de la tension appliquée. En outre, la taille des particules et la forme sont facilement contrôlables, et les études ont montré que l'électrodéposition est d'une grande utilité dans la fabrication d'alliages palladium-cobalt (PdCo) nanocristallins. L'objectif principal de ce projet est de synthétiser des NPs d'alliage PdCo par électrodéposition sur une électrode de graphite. Les objectifs secondaires sont d'optimiser les paramètres suivants: la composition, la taille, la forme et la surface des NPs d'alliage PdCo afin d'améliorer leur stabilité, production de chaleur et nanotoxicité pour répondre aux besoins cliniques.

Abstract

According to Canadian Cancer Statistics, it is estimated that 196,900 Canadians will develop cancer and 78,000 will die of cancer in 2015. Given that tumor cells are more sensitive to a temperature increase than healthy ones, this property can be used in vivo to destroy the cancerous cells by elevation of body temperature, otherwise known as hyperthermia. Magnetic hyperthermia is a promising technique for cancer treatment because of ease in targeting the cancerous cells using magnetic nanoparticles (MNPs) and hence having fewer side effects than chemotherapy and radiotherapy. Despite the use of magnetic hyperthermia to treat cancer for thousands of years, the challenge of only heating malignant cells remains daunting. Thus, oncologists often use the heat treatment in combination with radiotherapy or chemotherapy or both. The combined approach results in eliminating many cancer cells in addition to making the resistant cancer cells more vulnerable to other treatments. To use stand-alone magnetic hyperthermia therapy, difficulties in surface modification of magnetic particles for selective uptake by cancerous cells and stability as well as magnetic properties for high heating capacity (> 1000 W/g) must be overcome. The ultimate objective of this thesis is to synthesize an excellent candidate for a powerful magnetic hyperthermia. Due to rapid advances in nanotechnology, a synthesis method of nanoparticles (NPs) with the ability to rigorously control the structure and morphology, such as size, shape and crystallinity, is needed. Electrodeposition is a versatile method for the synthesis of metal NPs directly and selectively onto conductive substrates, simply by regulating applied current or voltage. Furthermore, the particles size and the shape are easily controllable. Besides, studies have shown that the electrodeposition technique is of great utility in the fabrication of nanocrystalline palladium-cobalt (PdCo) alloys. The primary goal of this project is to synthesize monodispersed PdCo alloy NPs by electrodeposition, on graphite electrode. The secondary goals are to optimize the following parameters: composition, size, shape and surface of the PdCo alloy NPs in order to enhance its stability, heat generation and nanotoxicity facing their use for clinical applications.