Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη υβριδικών δυαδικών υλικών θαλλίου με (βιο)τεχνολογική διαγνωστική αξία στην εφαρμογή ιχνηλατών χαρτογράφησης ιστών. Η προσπάθεια αυτή αντιπροσωπεύει συνδυασμένη προσέγγιση συμβολής διεργασιών από το σχεδιασμό, τη σύνθεση υλικών και το φυσικοχημικό τους χαρακτηρισμό μέχρι την in vitro μοριακή βιολογία. Προς το σκοπό αυτό, μελετάται η υδατική δομική ειδοκατανομή δυαδικών συστημάτων θαλλίου (Tl(I)) με υδροξυκαρβοξυλικά οξέα φυσικής προέλευσης, που οδηγεί σε νέα υλικά της οικογένειας των κρυσταλλικών πολυμερών συναρμογής. Στη συνέχεια, διαλογή των υλικών με βάση το φυσικοχημικό τους προφίλ στη στερεά κατάσταση και στο διάλυμα, προκειμένου να χρησιμοποιηθούν σε περαιτέρω in vitro μελέτες βιολογικής δραστικότητας. Για την υλοποίηση της έρευνας αυτής, πραγματοποιήθηκαν pH-εξαρτώμενα συνθετικά πειράματα σε υδατικό περιβάλλον, με ρυθμιζόμενες μεταβλητές το pH και τη στοιχειομετρική αναλογία των αντιδρώντων. Δεδομένου ότι ο τελικός στόχος ήταν η ανάπτυξη προηγμένων υλικών-μορφών του θαλλίου με προοπτική χρήσης σε διαγνωστικές διεργασίες, τα α-υδροξυκαρβοξυλικά οξέα που επιλέχθηκαν εκφράζουν τη δομική ποικιλία που χαρακτηρίζει ιδιότητες σε βιολογικό επίπεδο (υδροφιλικότητα-υδροφοβικότητα, μεταλλοδέσμευση και εξειδίκευση συναρμογής, μεταβολική και ενεργειακή φύση, κ.ά.). Τα τέσσερα παραγόμενα κρυσταλλικά πολυμερή συναρμογής χαρακτηρίστηκαν με φασματοσκοπία FT-IR και κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, για τον ακριβή προσδιορισμό της τρισδιάστατης δομής τους. Η φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) στην υγρή φάση (1H- και 13C-NMR) έδωσε το αποτύπωμα της μεταλλοδέσμευσης και ταυτότητας σε όλα τα υλικά. Η φασματοσκοπία μαζών με ηλεκτροψεκασμό (ESI-MS) απεκάλυψε την ύπαρξη των ειδών που αναπτύσσονται σε υδατικό διάλυμα κάτω από συνθήκες θερμοδυναμικής ισορροπίας (steady state). Ο αναδυόμενος συσχετισμός δομής στη στερεά και υγρή φάση προσέφερε καλά χαρακτηρισμένα είδη προς διαλογή για μελέτες βιοδραστικότητας σε επίπεδο μοριακής βιολογίας. Συλλογικά, ο σχεδιασμός, η σύνθεση, και ο φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των νέων δυαδικών υλικών διαμόρφωσαν ολιστικά το χημικό τους δυναμικό προφίλ που θα χρησιμοποιηθεί σε περαιτέρω in vitro μελέτη της βιοτοξικότητας και βιοδυναμικού προφίλ με ιστοειδικές κυτταρικές σειρές. Ως εκ τούτου, η διαπεδιακή προσέγγιση της μελέτης αυτής υποδηλώνει την ισχύ των φυσικοχημικών διεργασιών στην ανάπτυξη τεχνολογίας καλά-καθορισμένων υβριδικών υλικών με βιολογική δραστικότητα (διαγνωστική αξία) στην κυτταρική (παθο)φυσιολογία.