Abstimmbares Kurzzeit-Lasersystem
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Am Lehrstuhl für Physikalische Chemie (Prof. Dick) wurde vor einigen Jahren eine neuartige Apparatur aufgebaut, welche die Messung von Absorptionsspektren mit simultaner zeitlicher und spektraler Auflösung ermöglicht. Herzstück dieser Anlage ist eine Streakkamera mit sehr hohem dynamischen Bereich. Diese Anlage macht es möglich, mit sehr kleinen Substanzmengen (z.B. Proteinen) und wenigen Anregungszyklen transiente Absorptionsspektren im Zeitbereich 1 µs – 10 ms und im Spektralbereich 350 – 750 nm zu messen. Der hier beantragte Kurzpulslaser wurde angeschafft, um diese Apparatur für die Messung schneller Fluoreszenzphänomene zu erweitern. Die Streakkamera kann Fluoreszenzlicht im Spektralbereich von 350 – 750 nm mit einer Zeitauflösung von ca. 20 ps analysieren. Selbst wenn der Fluoreszenzpuls mehrere 100 Photonen enthält, werde diese durch die zeitliche und spektrale Dispersion auf so viele Pixel verteilt, dass die Photonen einzeln gezählt werden können. Dadurch kann man auch sehr schwache Signalanteile von intensiven trennen. Eine solche Apparatur eröffnet insbesondere die Möglichkeit, spektrale Veränderungen während der Abklingphase der Fluoreszenz zu verfolgen. Da für jeden Anregungsvorgang die Fluoreszenzphotonen bei allen Wellenlängen simultan erfasst werden, sind die relativen Amplituden unabhängig von Fluktuationen in der Anregungsintensität oder der Probenkonzentration. So konnten wir mit dieser Apparatur das Abklingverhalten der Fluoreszenzen von mehreren Chromophoren untersuchen, die in unterschiedlicher Zahl, unterschiedlicher Reihenfolge und unterschiedlichen Abständen an ein DNA-Gerüst gebunden waren. Da dem fs-Laser ein optischer parametrischer Verstärker nachgeschaltet ist, konnte die Laserwellenlänge im gesamten sichtbaren und nahen UV-Bereich kontinuierlich abgestimmt und so jeder der Chromophore separat angeregt werden. Es wurde eine Software entwickelt, welche unter Berücksichtigung der Poissonstatistik kinetische Modelle an diese Daten fittet. Dies ergibt ein detailliertes Bild der Energie- und Elektronentransferprozesse, welche je nach Abstand und Orientierung der Chromophore in diesen DNA-Konstrukten möglich sind. Weitere Anwendungen betreffen Primärprozesse von photokatalytischen Reaktionen, welche über die Löschung der Fluoreszenz des Photokatalysators verfolgt werden können. In Kooperation mit Herrn Dr. Raul Perez-Ruiz (AK Jacobi von Wangelin, Uni Regensburg) wurde die Triplett-Triplett-Annihilation von Dibenzoxazol mit anschließender Energieübertragung auf ein photoreaktives Molekül untersucht. Dies ermöglicht UV-Photochemie mit sichtbarem Licht. Gegenwärtig laufen weitere Studien in Kooperation mit dem Institut für Anorganische Chemie (Prof. Wolf: Untersuchungen der Effizienz und Funktionsweise verschiedener Eisenkomplexe als Katalysator der Oxidation von PNBA zu Aldehyd in Anwesenheit eines Flavins.) der AG Prof. Yersin (Photophysikalische Charakterisierung von Pt-Komplexe mit geringen ISC-Raten.) der AG Dr. Rafał Czerwieniec (Messung von Fluoreszenzabklingzeiten von Nukleinbasen-Biokonjugate) und dem Uniklinikum Regensburg (Prof. Klein: Fluoreszenzlebensdauern von gelabelten DNA-Proben). In unserer eigenen Arbeitsgruppe laufen Experimente an biologischen Photosensorproteinen (Kathrin Magerl) und an ionischen Flüssigkeiten (Fabian Brandl).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Application of Visible-to-UV Photon Upconversion to Photoredox Catalysis: The Activation of Aryl Bromides. Chem Eur. J. 2015
M. Majek, U. Faltermeier, B. Dick. R. Perez-Ruiz, A. Jacobi v. Wangelin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/chem.201502698) - DNA-Based Oligochromophores as Light- Harvesting Systems. Chem. Eur. J. 2015, 21, 9349-9354
P. Ensslen, F. Brandl, S Sezi, R. Varghese, R.J. Kutta, B. Dick, A. Wagenknecht
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/chem.201501213)
