X-Ray Fluorescence and its application in the analysis of biological materialsX-Ray Fluorescence and its application in the analysis of biological materialsΦθορισμός ακτίνων Χ και η εφαρμογή του στην ανάλυση βιολογικών υλικών Μεταπτυχιακή Διατριβή Master Thesis 2025-09-152025enThis Thesis explores the principles and applications of X-Ray fluorescence(XRF) in analyzing biological samples. The research begins with an overview of the X-Ray generation and the fundamental principles governing X-Rays,including their historical development and significance in various fields and particularly in medicine. The study delves into different XRF techniques, such as Energy Dispersive X-Ray Fluorescence (EDXRF) and Total Reflection X-Ray (TXRF), highlighting their advantages and limitations in biological analysis. It emphasizes the unique capabilities of XRF to non-invasively detect trace elements in biological materials, which is crucial for clinical diagnostics, including the assessment of heavy metal exposure and the analysis of calcified tissues like bones and teeth. Furthermore, the thesis compares XRF with other analytical methods,demonstrating its effectiveness in providing elemental composition data that can aid in understanding various health conditions. The research concludes by discussing future directions for enhancing XRF methodologies to improve sensitivity and accuracy in biological sample analysis, underscoring its potential impact on medical diagnostics and research.Η διπλωματική εργασία πραγματεύεται τις αρχές και εφαρμογές της τεχνικής του φθορισμού ακτίνων Χ (X-Ray Fluorescence, XRF) για την ανάλυση βιολογικών υλικών. Αρχικά ξεκινά με μια εκτενή ανασκόπηση των βασικών χαρακτηριστικών της ακτινοβολίας Χ, της ιστορικής της ανακάλυψης και των θεμελιωδών φυσικών αρχών που διέπουν τη γέννηση και αλληλεπίδρασή της με την ύλη. Περιγράφονται οι μηχανισμοί παραγωγής ακτίνων Χ, οι τύποι ανιχνευτών και οι βασικές αρχές απορρόφησης και σκέδασης. Η εργασία στη συνέχεια επικεντρώνεται στη μεθοδολογία του XRF, αναλύοντας τόσο τις κύριες εκδοχές του —τη φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς (EDXRF) και την ολική ανάκλαση ακτίνων Χ (TXRF)— όσο και τις πιο εξειδικευμένες παραλλαγές όπως η μικρο-XRF και η χρήση ακτινοβολίας συγχροτρόνου (SR-XRF). Συγκρίνονται τα πλεονεκτήματα και οι περιορισμοί κάθε προσέγγισης, ιδιαίτερα σε σχέση με τις ανάγκες ανάλυσης βιολογικών δειγμάτων, όπου η μη καταστροφική ανίχνευση ιχνοστοιχείων σε πολύ μικρές συγκεντρώσεις είναι κρίσιμη για τη διάγνωση κλινικών καταστάσεων και την έρευνα παθοφυσιολογικών μηχανισμών. Παρουσιάζεται σύγκριση του XRF με άλλες σύγχρονες αναλυτικές τεχνικές, όπως η φασματοσκοπία μάζας με πλάσμα (ICP-MS), η φασματοσκοπία εκπομπής ICP-AES, το SEM-EDS, το XRD και η Raman, αναδεικνύοντας τις περιοχές στις οποίες το XRF υπερτερεί αλλά και τα μειωνεκτήματα της τεχνικής σε σχέση με τις άλλες τεχνικές ανάλυσης. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη συμπληρωματικότητα αυτών των τεχνικών ανάλυσης και στη σημασία ενός πολυπαραμετρικού σχεδιασμού για αξιόπιστη στοιχειακή ανάλυση. Η εργασία , καθώς αποτελεί μια βιβλιογραφική ανασκόπηση των τεχνικών ανάλυσης, παρουσιάζει ενδεικτικές μελέτες περίπτωσης (case studies) χρήσης του XRF σε βιολογικά δείγματα όπως πέτρες νεφρών και χολής, μαλλιά, νύχια, δόντια, οστά, αλλά και παθολογικούς ιστούς (π.χ. όγκοι). Περιγράφεται επίσης η χρήση της SR-XRF για χαρτογράφηση ιχνοστοιχείων σε ιστολογικά παρασκευάσματα, με παραδείγματα όπως η διάγνωση της νόσου Wilson μέσω προσδιορισμού χαλκού στο ήπαρ, καθώς και η ανάλυση στοιχειακής διανομής σε καρκινικούς ιστούς. Τέλος, συζητούνται οι προοπτικές της τεχνικής και οι προτεινόμενες βελτιώσεις για περαιτέρω ενίσχυση της ευαισθησίας και της χωρικής ανάλυσης, με στόχο τη μεγαλύτερη αξιοπιστία στη διάγνωση και την πρόοδο της βιοϊατρικής έρευνας. Τέλος η εργασία αναδεικνύει τη σημασία του XRF (πάντα κατά περίπτωση) ως μιας μη επεμβατικής, ευέλικτης και ισχυρής αναλυτικής τεχνικής που μπορεί να συμβάλει καθοριστικά στην κατανόηση και τη διαχείριση παθολογικών καταστάσεων, αλλά και στη διασφάλιση της δημόσιας υγείας μέσα από την ανάλυση ιχνοστοιχείων σε βιολογικά υλικά.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/Πολυτεχνείο Κρήτης::Σχολή Μηχανικών Ορυκτών ΠόρωνFragkia_Ntiana-Maria_MSc_2025.pdfChania [Greece]Library of TUC2025-09-15application/pdf1.7 MBfree Fragkia Ntiana-Maria Φραγκια Ντιανα-Μαρια Kallithrakas-Kontos Nikolaos Καλλιθρακας-Κοντος Νικολαος Manoutsoglou Emmanouil Μανουτσογλου Εμμανουηλ Pasadakis Nikos Πασαδακης Νικος Πολυτεχνείο Κρήτης Technical University of Crete Biomaterials X-RAY Fluorescence