Selbstreferenzierte Photonen-aufkonvertierende Nanosensoren für bildgebende Anwendungen

• Antragstellerin: Dr. Ute Resch-Genger, seit 3/2019
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321104343

Selbstreferenzierte Photonen-aufkonvertierende Nanosensoren für bildgebende AnwendungenPhotonen-aufkonvertierende Nanomaterialien sind lumineszente anorganische Nanokristalle, dotiert mit Seltenerdmetallionen, die infrarote Strahlung in sichtbare Strahlung konvertieren. Diese Materialien können oberflächenfunktionalisiert werden mit Polymerschalen und verschiedenen (bio)molekularen Liganden, Farbstoffen und Indikatoren für verschiedenen bioanalytischen und sensorischen Applikationen. Sie besitzen viele Vorteile gegen derzeit eingesetzten lumineszenten Sonden wie die Möglichkeit der Eliminierung von Eigenfluoreszenz, mehrfarbige Emission und eine außergewöhnliche Photostabilität. Dies bietet eine gute Voraussetzung für die Entwicklung neuer und die Verbesserung existierender Methoden zum Nachweis und zur Quantifizierung bioanalytisch relevanter Analyte. Ihr Einsatz in chemischen Sensoren oder Nanosonden für die chemische Bildgebung ist aber derzeit ein vergleichswenig wenig untersuchtes Forschungsgebiet. In diesem Antrag wird der Einsatz von Aufkonvertierungs-Nanopartikeln (UCNPs) in Kombination mit Analyt-sensitiven Farbstoffen (Indicators) als neue Klasse von selbst-referenzierten Nanosonden mit verbesserter Photostabilität für die ratiometrische bildgebende Sensorik vorgeschlagen. Dabei fungieren die UCNPs als Licht-emittierende Donatoren und die an die UCNP-Oberfläche gebundenen Indikatoren als Akzeptoren. Dafür werden verschiedene Sensor-Mechanismen untersucht, wie die über einen resonanten Energietransfer sensibilisierte Emission des Indikators oder ein Emissions-Reabsorptions-Mechanismus, wobei die UCNP Emission über Analyt-induzierte Änderungen der Indikator-Absorption über einen internen Filtereffekt moduliert wird. Ziel ist es dabei, effiziente Nanosonden herzustellen und zu untersuchen für die Bestimmung von Sauerstoff, pH und Ca2+, die Schlüsselparameter des zellulären Metabolism und seiner Dysfunktion darstellen. Ein entscheidender Faktor für die rationale Entwicklung von UCNP-basierten Nanosonden sind Untersuchungen zu Interferenzen der involvierten elektronischer Übergänge durch umgebungsspezifische Faktoren (z.B. Löschung durch Wassermoleküle oder Schwermetallionen) und wie diese Interferenzen minimiert werden können durch geeignete Oberflächenbeschichtungen. In diesem Zusammenhang erfolgen auch spektroskopische Untersuchungen und Messungen der Lebensdauer der emissiven Zustände und ihrer Veränderungen durch externe Stimuli und FRET-Prozesse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Michael Schäferling, bis 2/2019