@phdthesis{Eisold2017,
  author    = {Eisold, Ursula},
  title     = {Cumarin- und DBD-Farbstoffe als Fluoreszenzsonden},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-405833},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {109},
  year      = {2017},
  abstract  = {In dieser Arbeit werden drei Themen im Zusammenhang mit den spektroskopischen Eigenschaften von Cumarin- (Cou) und DBD-Farbstoffen ([1,3]Dioxolo[4,5-f][1,3]benzodioxol) behandelt. Der erste Teil zeigt die grundlegende spektroskopische Charakterisierung von 7-Aminocumarinen und ihre potentielle Anwendung als Fluoreszenzsonde f{\"u}r Fluoreszenzimmunassays. Im zweiten Teil werden mit die photophysikalischen Eigenschaften der Cumarine genutzt um Cou- und DBD-funktionalisierte Oligo-Spiro-Ketal-St{\"a}be (OSTK) und ihre Eigenschaften als Membransonden zu untersuchen. Der letzte Teil besch{\"a}ftigt sich mit der Synthese und der Charakterisierung von Cou- und DBD-funktionalisierten Polyprolinen als Referenzsysteme f{\"u}r schwefelfunktionalisierte OSTK-St{\"a}be und ihrer Kopplung an Goldnanopartikel. Immunochemische Analysemethoden sind in der klinischen Diagnostik sehr erfolgreich und werden heute auch f{\"u}r die Nahrungsmittelkontrolle und {\"U}berwachung von Umweltfragen mit einbezogen. Dadurch sind sie von großem Interesse f{\"u}r weitere Forschungen. Unter den verschiedenen Immunassays zeichnen sich lumineszenzbasierte Formate durch ihre herausragende Sensitivit{\"a}t aus, die dieses Format f{\"u}r zuk{\"u}nftige Anwendungen besonders attraktiv macht. Die Notwendigkeit von Multiparameterdetektionsm{\"o}glichkeiten erfordert einen Werkzeugkasten mit Farbstoffen, um die biochemische Reaktion in ein optisch detektierbares Signal umzuwandeln. Hier wird bei einem Multiparameteransatz jeder Analyt durch einen anderen Farbstoff mit einer einzigartigen Emissionsfarbe, die den blauen bis roten Spektralbereich abdecken, oder eine einzigartige Abklingzeit detektiert. Im Falle eines kompetitiven Immunassayformats w{\"a}re f{\"u}r jeden der verschiedenen Farbstoffe ein einzelner Antik{\"o}rper erforderlich. In der vorliegenden Arbeit wird ein leicht modifizierter Ansatz unter Verwendung einer Cumarineinheit, gegen die hochspezifische monoklonale Antik{\"o}rper (mAb) erzeugt wurden, als grundlegendes Antigen pr{\"a}sentiert. Durch eine Modifikation der Stammcumarineinheit an einer Position des Molek{\"u}ls, die f{\"u}r die Erkennung durch den Antik{\"o}rper nicht relevant ist, kann auf den vollen Spektralbereich von blau bis tiefrot zugegriffen werden. In dieser Arbeit wird die photophysikalische Charakterisierung der verschiedenen Cumarinderivate und ihrer entsprechenden Immunkomplexe mit zwei verschiedenen, aber dennoch hochspezifischen, Antik{\"o}rpern pr{\"a}sentiert. Die Cumarinfarbstoffe und ihre Immunkomplexe wurden durch station{\"a}re und zeitaufgel{\"o}ste Absorptions- sowie Fluoreszenzemissionsspektroskopie charakterisiert. Dar{\"u}ber hinaus wurden Fluoreszenzdepolarisationsmessungen durchgef{\"u}hrt, um die Daten zu vervollst{\"a}ndigen, die die verschiedenen Bindungsmodi der beiden Antik{\"o}rper betonten. Im Gegensatz zu h{\"a}ufig eingesetzten Nachweissystemen wurde eine massive Fluoreszenzverst{\"a}rkung bei der Bildung des Antik{\"o}rper-Farbstoffkomplexes bis zu einem Faktor von 50 gefunden. Wegen der leichten Emissionsfarben{\"a}nderung durch das Anpassen der Cumarinsubstitution in der f{\"u}r die Antigenbindung nicht relevanten Position des Elternmolek{\"u}ls, ist eine Farbstoff-Toolbox vorhanden, die bei der Konstruktion von kompetitiven Multiparameterfluoreszenzverst{\"a}rkungsimmunassays verwendet werden kann. Oligo-Spiro-Thio-Ketal-St{\"a}be werden aufgrund ihres hydrophoben R{\"u}ckgrats leicht in Doppellipidschichten eingebaut und deshalb als optische Membransonde verwendet. Wegen ihres geringen Durchmessers wird nur eine minimale St{\"o}rung der Doppellipidschicht verursacht. Durch die Markierung mit Fluoreszenzfarbstoffen sind neuartige F{\"o}rster-Resonanz-Energietransfersonden mit hoch definierten relativen Orientierungen der {\"U}bergangsdipolmomente der Donor- und Akzeptorfarbstoffe zug{\"a}nglich und macht die Klasse der OSTK-Sonden zu einem leistungsstarken, flexiblen Werkzeugkasten f{\"u}r optische Biosensoranwendungen. Mit Hilfe von station{\"a}ren und zeitaufgel{\"o}sten Fluoreszenzexperimenten wurde der Einbau von Cumarin- und DBD markierten OSTK-St{\"a}ben in großen unilamellaren Vesikeln untersucht und die Ergebnisse durch Fluoreszenzdepolarisationsmessungen untermauert. Der letzte Teil dieser Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von Cou- und DBD-funktionalisierten Polyprolinen und ihrer Kopplung an Goldnanopartikel. Die farbstoffmarkierten Polyproline konnten erfolgreich hergestellt werden. Es zeigten sich deutlich Einfl{\"u}sse auf die spektroskopischen Eigenschaften der Farbstoffe durch die Bindung an die Polyprolinhelix. Die Kopplung an die 5 nm großen AuNP konnte erfolgreich durchgef{\"u}hrt werden. Die Erfahrungen, die durch die Kopplung der Polyproline an die AuNP, gewonnen wurde, ist die Basis f{\"u}r eine Einzelmolek{\"u}l-AFM-FRET-Nanoskopie mit OSTK-St{\"a}ben.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Behrends2017,
  author    = {Behrends, Nicole},
  title     = {Funktionalisierte OS(T)K-St{\"a}be und Sensorfluorophore zur optischen Sensorik},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-404213},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {210},
  year      = {2017},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum einen erste Oligospiro(thio)ketal (OS(T)K)-basierte Modellsysteme (molekulare Sonden) f{\"u}r abstandsabh{\"a}ngige Messungen mittels F{\"o}rster-Resonanz-Energietransfer (FRET) und zum anderen Sensorfluorophore, basierend auf einem DBD-Fluorophor und BAPTA, zur Messung der intrazellul{\"a}ren Calcium-Konzentration dargestellt. F{\"u}r die Synthese von molekularen Sonden f{\"u}r abstandsabh{\"a}ngige Messungen wurden verschiedenste einfach- und doppelt-markierte OS(T)K-St{\"a}be entwickelt und spektroskopisch untersucht. Die OS(T)K-St{\"a}be, sogenannte molekulare St{\"a}be, dienten als starre Abstandshalter zwischen den Fluorophoren. Als Fluorophore wurden Derivate von 6,7-Dihydroxy-4-methylcoumarin (Donor) und Acyl-DBD (Akzeptor) verwendet, die zusammen ein FRET-Paar bilden. Die Fluorophore wurden so funktionalisiert, dass sie sowohl unbeweglich bzw. „starr", als auch beweglich bzw. „flexibel" an den OS(T)K-Stab gebunden werden konnten. F{\"u}r die Synthese der OS(T)K-St{\"a}be wurden ebenfalls eine Reihe an unterschiedlich langen und kurzen Stabbausteinen synthetisiert. Auf diese Weise wurden eine Vielzahl an verschiedensten einfach- und doppelt-markierten OS(T)K-St{\"a}ben dargestellt, deren Fluorophore sowohl „starr" als auch „flexibel" gebunden sind. Die dargestellten St{\"a}be wurden in verschiedensten L{\"o}sungsmitteln spektroskopisch untersucht, um anschließend das Verhalten in Vesikel, die eine biomimetische Umgebung darstellen, zu beurteilen. Es wurde festgestellt, dass sich die St{\"a}be erfolgreich in die Vesikelmembran einlagerten und hohe FRET-Effizienzen aufweisen. Des Weiteren wurde ein FRET-Paar dargestellt, das sich durch 2-Photonenabsorpion im NIR-Bereich anregen l{\"a}sst. Es wurde in den lebenden Zellen mittels Fluoreszenzlebenszeitmikroskopie (FLIM) untersucht. Zur Untersuchung von intrazellul{\"a}rem Calcium wurden zwei verschiedene DBD-Fluorophore {\"u}ber einen kurzen Linker mit dem Calcium-Chelator BAPTA verkn{\"u}pft. Die dargestellten Fluorophore wurden sowohl in vitro als auch in vivo auf ihre Calcium-Sensitivit{\"a}t {\"u}berpr{\"u}ft. Mittels FLIM wurden in lebenden Zellen die Fluoreszenzlebenszeitverteilungen der Fluorophore nach Calcium-Konzentrations{\"a}nderungen detektiert.},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Olejko2017,
  author    = {Olejko, Lydia},
  title     = {F{\"o}rster resonance energy transfer (FRET)-based nanophotonics using DNA origami structures},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-396747},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2017},
  abstract  = {The field of nanophotonics focuses on the interaction between electromagnetic radiation and matter on the nanometer scale. The elements of nanoscale photonic devices can transfer excitation energy non-radiatively from an excited donor molecule to an acceptor molecule by F{\"o}rster resonance energy transfer (FRET). The efficiency of this energy transfer is highly dependent on the donor-acceptor distance. Hence, in these nanoscale photonic devices it is of high importance to have a good control over the spatial assembly of used fluorophores. Based on molecular self-assembly processes, various nanostructures can be produced. Here, DNA nanotechnology and especially the DNA origami technique are auspicious self-assembling methods. By using DNA origami nanostructures different fluorophores can be introduced with a high local control to create a variety of nanoscale photonic objects. The applications of such nanostructures range from photonic wires and logic gates for molecular computing to artificial light harvesting systems for artificial photosynthesis. In the present cumulative doctoral thesis, different FRET systems on DNA origami structures have been designed and thoroughly analyzed. Firstly, the formation of guanine (G) quadruplex structures from G rich DNA sequences has been studied based on a two-color FRET system (Fluorescein (FAM)/Cyanine3 (Cy3)). Here, the influences of different cations (Na+ and K+), of the DNA origami structure and of the DNA sequence on the G-quadruplex formation have been analyzed. In this study, an ion-selective K+ sensing scheme based on the G-quadruplex formation on DNA origami structures has been developed. Subsequently, the reversibility of the G-quadruplex formation on DNA origami structures has been evaluated. This has been done for the simple two-color FRET system which has then been advanced to a switchable photonic wire by introducing additional fluorophores (FAM/Cy3/Cyanine5 (Cy5)/IRDye®700). In the last part, the emission intensity of the acceptor molecule (Cy5) in a three-color FRET cascade has been tuned by arranging multiple donor (FAM) and transmitter (Cy3) molecules around the central acceptor molecule. In such artificial light harvesting systems, the excitation energy is absorbed by several donor and transmitter molecules followed by an energy transfer to the acceptor leading to a brighter Cy5 emission. Furthermore, the range of possible excitation wavelengths is extended by using several different fluorophores (FAM/Cy3/Cy5). In this part of the thesis, the light harvesting efficiency (antenna effect) and the FRET efficiency of different donor/transmitter/acceptor assemblies have been analyzed and the artificial light harvesting complex has been optimized in this respect.},
  language  = {en}
}