TY - JOUR A1 - Schwarze, Thomas A1 - Sprenger, Tobias A1 - Riemer, Janine T1 - 1,2,3-Triazol-1,4-diyl-Fluoroionophores for Zn2+, Mg2+ and Ca2+ based on Fluorescence Intensity Enhancements in Water JF - ChemistrySelect N2 - Herein, we represent cation-responsive fluorescent probes for the divalent cations Zn2+, Mg2+ and Ca2+, which show cation-induced fluorescence enhancements (FE) in water. The Zn2+-responsive probes Zn1, Zn2, Zn3 and Zn4 are based on o-aminoanisole-N,N-diacetic acid (AADA) derivatives and show in the presence of Zn2+ FE factors of 11.4, 13.9, 6.1 and 8.2, respectively. Most of all, Zn1 and Zn2 show higher Zn2+ induced FE than the regioisomeric triazole linked fluorescent probes Zn3 and Zn4, respectively. In this set, ZN2 is the most suitable probe to detect extracellular Zn2+ levels. For the Mg2+-responsive fluorescent probes Mg1, Mg2 and Mg3 based on o-aminophenol-N,N,O-triacetic acid (APTRA) derivatives, we also found that the regioisomeric linkage influences the fluorescence responds towards Mg2+ (Mg1+100 mM Mg2+ (FEF=13.2) and Mg3+100 mM Mg2+ (FEF=2.1)). Mg2 shows the highest Mg2+-induced FE by a factor of 25.7 and an appropriate K-d value of 3 mM to measure intracellular Mg2+ levels. Further, the Ca2+-responsive fluorescent probes Ca1 and Ca2 equipped with a 1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid (BAPTA) derivative show high Ca2+-induced FEs (Ca1 (FEF=22.1) and Ca2 (FEF=23.0)). Herein, only Ca1 (K-d=313 nM) is a suitable Ca2+ fluorescent indicator to determine intracellular Ca2+ levels. KW - calcium KW - fluorescence KW - magnesium KW - probes KW - zinc Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1002/slct.202003695 SN - 2365-6549 VL - 5 IS - 41 SP - 12727 EP - 12735 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Schwarze, Thomas A1 - Schneider, Radu A1 - Riemer, Janine A1 - Holdt, Hans-Jürgen T1 - A Highly K+-Selective Fluorescent Probe - Tuning the K+-Complex Stability and the K+/Na+ Selectivity by Varying the Lariat-Alkoxy Unit of a Phenylaza[18]crown-6 Ionophore JF - Chemistry : an Asian journal ; an ACES journal N2 - A desirable goal is to synthesize easily accessible and highly K+/Na+-selective fluoroionophores to monitor physiological K+ levels in vitro and in vivo. Therefore, highly K+/Na+-selective ionophores have to be developed. Herein, we obtained in a sequence of only four synthetic steps a set of K+-responsive fluorescent probes 4, 5 and 6. In a systematic study, we investigated the influence of the alkoxy substitution in ortho position of the aniline moiety in -conjugated aniline-1,2,3-triazole-coumarin-fluoroionophores 4, 5 and 6 [R=MeO (4), EtO (5) and iPrO (6)] towards the K+-complex stability and K+/Na+ selectivity. The highest K+-complex stability showed fluoroionophore 4 with a dissociation constant K-d of 19mm, but the K-d value increases to 31mm in combined K+/Na+ solutions, indicating a poor K+/Na+ selectivity. By contrast, 6 showed even in the presence of competitive Na+ ions equal K-d values (K-d(K+)=45mm and K-d(K+/Na+)=45mm) and equal K+-induced fluorescence enhancement factors (FEFs=2.3). Thus, the fluorescent probe 6 showed an outstanding K+/Na+ selectivity and is a suitable fluorescent tool to measure physiological K+ levels in the range of 10-80mm in vitro. Further, the isopropoxy-substituted N-phenylaza[18]crown-6 ionophore in 6 is a highly K+-selective building block with a feasible synthetic route. KW - crown compounds KW - fluorescence KW - fluorescent probes KW - potassium KW - sodium Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1002/asia.201500956 SN - 1861-4728 SN - 1861-471X VL - 11 SP - 241 EP - 247 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Schwarze, Thomas A1 - Riemer, Janine A1 - Holdt, Hans-Jürgen T1 - A Ratiometric Fluorescent Probe for K+ in Water Based on a Phenylaza-18-Crown-6 Lariat Ether JF - Chemistry - a European journal N2 - This work presents two molecular fluorescent probes 1 and 2 for the selective determination of physiologically relevant K+ levels in water based on a highly K+/Na+ selective building block, the o-(2-methoxyethoxy)phenylaza-18-crown-6 lariat ether unit. Fluorescent probe 1 showed a high K+-induced fluorescence enhancement (FE) by a factor of 7.7 of the anthracenic emission and a dissociation constant (K-d) value of 38mm in water. Further, for 2+K+, we observed a dual emission behavior at 405 and 505nm. K+ increases the fluorescence intensity of 2 at 405nm by a factor of approximately 4.6 and K+ decreases the fluorescence intensity at 505nm by a factor of about 4.8. Fluorescent probe 2+K+ exhibited a K-d value of approximately 8mm in Na+-free solutions and in combined K+/Na+ solution a similar K-d value of about 9mm was found, reflecting the high K+/Na+ selectivity of 2 in water. Therefore, 2 is a promising fluorescent tool to measure ratiometrically and selectively physiologically relevant K+ levels. KW - charge transfer KW - crown compounds KW - fluorescence KW - potassium KW - ratiometric sensors Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/chem.201802306 SN - 0947-6539 SN - 1521-3765 VL - 24 IS - 40 SP - 10116 EP - 10121 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Schwarze, Thomas A1 - Riemer, Janine A1 - Eidner, Sascha A1 - Holdt, Hans-Jürgen T1 - A Highly K+-Selective Two-Photon Fluorescent Probe JF - Chemistry - a European journal N2 - A highly K+-selective two-photon fluorescent probe for the in vitro monitoring of physiological K+ levels in the range of 1-100 mM is reported. The two-photon excited fluorescence (TPEF) probe shows a fluorescence enhancement (FE) by a factor of about three in the presence of 160 mM K+, independently of one-photon (OP, 430 nm) or two-photon (TP, 860 nm) excitation and comparable K+-induced FEs in the presence of competitive Na+ ions. The estimated dissociation constant (K-d) values in Na+-free solutions (K-d(OP)=(28 +/- 5) mM and K-d(TP)=(36 +/- 6) mM) and in combined K+/Na+ solutions (K-d(OP)=(38 +/- 8) mM and K-d(TP)=(46 +/- 25) mM) reflecting the high K+/Na+ selectivity of the fluorescent probe. The TP absorption cross-section (sigma(2PA)) of the TPEF probe+160 mMK(+) is 26 GM at 860 nm. Therefore, the TPEF probe is a suitable tool for the in vitro determination of K+. KW - click chemistry KW - fluorescence KW - fluorescent probes KW - potassium KW - two-photon Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1002/chem.201501473 SN - 0947-6539 SN - 1521-3765 VL - 21 IS - 32 SP - 11306 EP - 11310 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Schwarze, Thomas A1 - Riemer, Janine T1 - Highly K+ selective probes with fluorescence emission wavelengths higher than 500 nm in water JF - ChemistrySelect N2 - Herein, we report on the synthesis of highly K+/Na+ selective fluorescent probes in a feasible number of synthetic steps. These K+ selective fluorescent probes, so called fluoroionophores, 1 and 2 consists of different highly K+/Na+ selective building blocks the alkoxy-substituted N-phenylaza-18-crown-6 lariat ethers (ionophores) and "green" (cf. coumarin unit in 1) or "red" (cf. nile red unit in 2) fluorescent moieties (fluorophores). The fluorescent probes 1 and 2 show K+ induced fluorescence enhancement factors of 4.1 for 1 and 1.9 for 2 and dissociation constants for the corresponding K+ complexes of 43 mM (1+K+) and 18 mM (2+K+) in buffered aqueous solution. The fluorescence signal of 1 and 2 is changed by less than 5 % by pH values in the range of 6.8 to 8.8. Thus, 1 and 2 are capable fluorescent tools to determine extracellular K+ levels by fluorescence enhancements at wavelengths higher than 500 nm. KW - potassium KW - sodium KW - fluorescence KW - selectivity KW - probes Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1002/slct.202003785 SN - 2365-6549 VL - 5 IS - 42 SP - 13174 EP - 13178 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Schwarze, Thomas A1 - Mueller, Holger A1 - Schmidt, Darya A1 - Riemer, Janine A1 - Holdt, Hans-Jürgen T1 - Design of Na+-Selective Fluorescent Probes: A Systematic Study of the Na+-Complex Stability and the Na+/K+ Selectivity in Acetonitrile and Water JF - Chemistry - a European journal N2 - There is a tremendous demand for highly Na+-selective fluoroionophores to monitor the top analyte Na+ in life science. Here, we report a systematic route to develop highly Na+/K+ selective fluorescent probes. Thus, we synthesized a set of fluoroionophores 1, 3, 4, 5, 8 and 9 (see Scheme 1) to investigate the Na+/K+ selectivity and Na(+-)complex stability in CH3CN and H2O. These Na+-probes bear different 15-crown-5 moieties to bind Na+ stronger than K+. In the set of the diethylaminocoumarin-substituted fluoroionophores 1-5, the following trend of fluorescence quenching 1 > 3 > 2 > 4 > 5 in CH3CN was observed. Therefore, the flexibility of the aza-15-crown-5 moieties in 1-4 determines the conjugation of the nitrogen lone pair with the aromatic ring. As a consequence, 1 showed in CH3CN the highest Na+-induced fluorescence enhancement (FE) by a factor of 46.5 and a weaker K+ induced FE of 3.7. The Na+-complex stability of 1-4 in CH3CN is enhanced in the following order of 2 > 4 > 3 > 1, assuming that the O-atom of the methoxy group in the ortho-position, as shown in 2, strengthened the Na+-complex formation. Furthermore, we found for the N( o-methoxyphenyl) aza-15-crown-5 substituted fluoroionophores 2, 8 and 9 in H2O, an enhanced Na+-complex stability in the following order 8 > 2 > 9 and an increased Na+/K+ selectivity in the reverse order 9 > 2 > 8. Notably, the Na+-induced FE of 8 (FEF = 10.9), 2 (FEF = 5.0) and 9 (FEF = 2.0) showed a similar trend associated with a decreased K+-induced FE [8 (FEF = 2.7) > 2 (FEF = 1.5) > 9 (FEF = 1.1)]. Here, the Na+-complex stability and Na+/K+ selectivity is also influenced by the fluorophore moiety. Thus, fluorescent probe 8 (K-d = 48 mm) allows high-contrast, sensitive, and selective Na+ measurements over extracellular K+ levels. A higher Na+/K+ selectivity showed fluorescent probe 9, but also a higher Kd value of 223 mm. Therefore, 9 is a suitable tool to measure Na+ concentrations up to 300 mm at a fluorescence emission of 614 nm. KW - crown compounds KW - fluorescence KW - fluorescent probes KW - potassium KW - sodium Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1002/chem.201605986 SN - 0947-6539 SN - 1521-3765 VL - 23 SP - 7255 EP - 7263 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Schwarze, Thomas A1 - Kelling, Alexandra A1 - Sperlich, Eric A1 - Holdt, Hans-Jürgen T1 - Influence of regioisomerism in 9-anthracenyl-substituted dithiodicyanoethene derivatives on photoinduced electron transfer controlled by intramolecular charge transfer JF - ChemPhotoChem N2 - In this paper, we report on the fluorescence behaviour of three regioisomers which consist of two 9-anthracenyl fluorophores and of differently substituted dithiodicyanoethene moieties. These isomeric fluorescent probes show different quantum yields (phi(f)). In these probes, an oxidative photoinduced electron transfer (PET) from the excited 9-anthracenyl fluorophore to the dithiodicyanoethene unit quenches the fluorescence. This quenching process is accelerated by an intramolecular charge transfer (ICT) of the push-pull pi-electron system of the dithiodicyanoethene group. The acceleration of the PET depends on the strength of the ICT unit. The higher the dipole moment of the ICT unit, the stronger the observed fluorescence quenching. To the best of our knowledge, this is the first report of a regioisomeric influence on an oxidative PET by an ICT. KW - anthracene KW - charge transfer KW - electron transfer KW - fluorescence KW - isomerism Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/cptc.202100070 SN - 2367-0932 VL - 5 IS - 10 SP - 911 EP - 914 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Schwarze, Thomas A1 - Garz, Andreas A1 - Teuchner, Klaus A1 - Menzel, Ralf A1 - Holdt, Hans-Jürgen T1 - Two-photon probes for metal ions based on phenylaza[18]crown-6 ethers and 1,2,3-triazoles as pi-linkers JF - ChemPhysChem : a European journal of chemical physics and physical chemistry KW - absorption KW - cations KW - click chemistry KW - dyes/pigments KW - fluorescence Y1 - 2014 U6 - https://doi.org/10.1002/cphc.201402232 SN - 1439-4235 SN - 1439-7641 VL - 15 IS - 12 SP - 2436 EP - 2439 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Schwarze, Thomas T1 - Determination of Pd2+ by fluorescence enhancement caused by an off-switching of an energy- and an electron transfer JF - ChemistrySelect N2 - In this paper, we introduce a fluorescent dye 1, which is able to detect selectively Pd2+ by a clear fluorescence enhancement (FE) in THF. In the presence of eight Pd2+ equivalents, we observed a fluorescence enhancement factor (FEF) of 28.3. The high Pd2+ induced FEF can be explained by an off switching of multiple quenching processes within 1 by Pd2+. In the free dye 1 a photoinduced electron transfer (PET) and energy transfer (ET) takes place and quenches the anthracenic fluorescence. The coordination of eight Pd2+ units by the alkylthio-substituted porphyrazine receptor suppresses the PET and ET quenching process and the anthracenic fluorescence is switched on. KW - Palladium ion KW - electron transfer KW - energy transfer KW - fluorescence KW - porphyrazine Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/slct.202003975 SN - 2365-6549 VL - 6 IS - 3 SP - 318 EP - 322 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - THES A1 - Rosenhauer, Regina T1 - Lichtinduzierte Generierung von optisch anisotropen Filmen auf der Basis von multi-funktionalen Polymeren N2 - Gegenstand der Arbeit ist die lichtinduzierte Orientierung von multifunktionalen Polymeren, die u.a. für die Herstellung von optischen Schichten in Flüssigkristalldisplays verwendet werden können. Dafür wurden Polymere entwickelt, die wenigstens eine mesogene und eine lichtsensitive Gruppe enthalten. Diese Gruppen zeigen Eigenschaften, die für die Orientierung der kompletten Polymerfilme verantwortlich sind. Das Material wird dafür zunächst in einem ersten Schritt kurz mit linear polarisiertem Licht bestrahlt, wobei richtungsabhängig eine photochemische Reaktion an der lichtsensitiven Gruppe erfolgt und dadurch ein "Orientierungskeim" gelegt wird. Durch die thermische Ausrichtung der mesogenen Gruppen an den photochemisch generierten "Orientierungskeimen" erfolgt die komplette Orientierung des Filmes in einem zweiten Schritt. Dadurch wird eine hohe optische Anisotropie erhalten. Dieses Verfahren wurde als Zwei-Stufen-Bulk-Orientierungsprozess bezeichnet. In der vorliegenden Arbeit wurden die Photoreaktionen verschiedener lichtsensitiver Gruppen, wie z. B. Azobenzen, Stilben und Zimtsäureester und deren Orientierungsfähigkeit in flüssigkristallinen Polymeren untersucht. Der Orientierungsprozess wurde durch die Wahl geeigneter Bestrahlungsbedingungen optimiert. Die Effizienz der Orientierung wurde anhand der sich verändernden winkelabhängigen Absorptionseigenschaften und der Doppelbrechung des Materials analysiert. Es wurde gezeigt, dass eine effiziente lichtinduzierte Orientierung bei einer Vielzahl von flüssigkristallinen Polymeren realisierbar ist. So wurde z. B. erstmalig gefunden, dass durch eine Photo-Fries-Orientierung eine hohe optische Anisotropie erhalten werden kann. Außerdem wurde eine neue lichtsensitive Gruppe auf der Basis von Donor-Akzeptor-substituiertem Ethen entwickelt, die farbneutral ist und durch polarisiertes UV-Licht sowohl orientiert als auch re-orientiert werden kann. Es wurden weiterhin Polymere entwickelt, die zusätzlich zu den photosensitiven und flüssigkristallinen Einheiten, fluoreszierende Gruppen enthalten. Die Auswahl geeigneter Fluoreszenzverbindungen erfolgte aufgrund ihrer anisometrischen Form, ihrer Ordnungsparameter in einer niedermolekularen Flüssigkristallmischung und ihrer Photostabilität. Das Orientierungsverhalten von ausgewählten Fluorophoren wurde in sechs Ter- und zwei Copolymeren untersucht. Das Prinzip der Orientierung beruht auf einer kooperativen Ausrichtung der Seitengruppen. Aus diesem Grund kommt dem Nachweis der Kooperativität in der vorliegenden Arbeit eine besondere Stellung zu. Durch lichtinduzierte Bulk-Orientierung wurden Filme erhalten, welche durch eine richtungsabhängige Fluoreszenz und Absorption im sichtbaren- oder UV-Bereich charakterisiert sind. Die Fluoreszenz wird durch einige lichtsensitive Verbindungen komplett gelöscht. Die wahlweise erhaltenen anisotropen Filme von farbigen, fluoreszierenden oder farbneutralen Verbindungen, die zudem in kleinen Pixeln von wenigen Mikrometern orientiert werden können, eröffnen vielfältige Möglichkeiten für den Einsatz von multi-funktionalen Polymeren als optische Schichten in Flüssigkristalldisplays. N2 - The work presents the light-induced orientation of multifunctional polymers, which can be used for the preparation of optical films in liquid crystal displays (LCDs). Polymers which contain at least one mesogenic and one photosensitive side group were developed for this approach. The side groups of the specially designed polymers show properties which allow for the orientation of the whole polymer film. Isotropic films of the polymeric material were shortly irradiated with linearly polarised light in a first step. So, a photochemical reaction on the light-sensitive group takes place and results in the generation of "orientational seeds". The complete orientation of the polymer film takes place applying a secondary thermal step which aligns the mesogenic groups near to these "orientational seeds". In this way highly anisotropic films are generated. This method was called two-step-bulk-orientation process. The photoreaction of different light-sensitive groups, such as azobenzene, stilbene, cinnamic ester and their ability to orient liquid crystalline polymers were investigated in this thesis. The orientation process was optimised using suitable irradiation conditions. The efficiency of the orientation was analysed measuring the angular dependent absorbance and the birefringence of the material due to the ordering procedure. It was shown, that a light-induced orientation is practicable in a high amount of different liquid crystalline polymers. So, for the first time it was found, that the generation of a high optical anisotropy is achieved as result of the rearrangement of the Photo-Fries-Reaction. Moreover, a new light-sensitive group based on donor-acceptor substituted ethylene was developed, which is colourless and allow the orientation and reorientation using polarised UV light. Moreover, polymers were developed, which contain fluorescent groups in addition to the photo-sensitive and mesogenic units. The selection of suitable fluorophores was carried out with respect to their anisometric shape, their order parameter in a low molecular liquid crystalline mixture and their photostability. The orientational behaviour of selected fluorophores in six terpolymers and in two copolymers were investigated. The principle of the ordering is based on the cooperative orientation of the side groups. In this way the verification of the cooperativity of the process plays an important role in this work. It was shown, that films can be fabricated by means of the light-induced bulk-orientation, which is characterised by an angular selective fluorescence and absorption in the UV or visible region. The fluorescence was completely quenched by some light-sensitive groups. In this way the anisotropic films became optional coloured, fluorescent or colourless and can be patterned in small anisotropic pixels of some micrometers. So, the developed multifunctional materials and the ordering method open new possibilities for the generation of different types of optical films in LCDs. T2 - Lichtinduzierte Generierung von optisch anisotropen Filmen auf der Basis von multi-funktionalen Polymeren KW - multifunktionale Polymere KW - Anisotropie KW - photosensitiv KW - flüssigkristallin KW - Fluoreszenz KW - Azobenzen KW - Zimtsäureester KW - Stilben KW - Ethen KW - Anthrazen KW - optis KW - multifunctional polymers KW - anisotropy KW - photosensitive KW - liquid crystalline KW - fluorescence KW - azobenzene KW - cinnamic ester KW - stilbene KW - ethylene KW - anthracene KW - op Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001890 ER - TY - GEN A1 - Regenstein, Wolfgang T1 - Optische Spektroskopie dünner organischer Schichten in Stichpunkten T1 - Optical spectroscopy of thin organic layers in bullet points N2 - Es wird ein Überblick über verschiedene spektroskopische Techniken, mit denen dünne organische Schichten, wie sie in der Fotovoltaik, bei Leuchtdioden oder organischen Halbleitern Anwendung finden, gegeben. Mit einfachen Zusatzgeräten lassen sich Schichtdicke, Schichtaufbau und Zusammensetzung untersuchen. Die Schichtdicke kann monomolekular sein. Unter bestimmten Voraussetzungen sind einzelne Moleküle in einer Schicht charakterisierbar. N2 - An overview of various spectroscopic techniques with thin organic layers, such as those used in photovoltaics, light emitting diodes or find organic semiconductors application given. Layer thickness, layer structure and composition can be examined with simple additional equipment. The layer thickness can be monomolecular. Under certain conditions, individual molecules in a layer can be characterized. KW - dünne organische Schichten KW - thin organic layers KW - Techniken der optischen Spektroskopie: IR-Absorption KW - techniques of optical spectroscopy: IR absorption KW - Fluoreszenz KW - fluorescence KW - RAMAN-Spektroskopie KW - RAMAN spectroscopy KW - Einzelmolekülspektroskopie KW - individual molecules spectroscopy Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-608135 ER - TY - THES A1 - Rasch, Claudia T1 - Optische Spektroskopie zum Nachweis von Schimmelpilzen und deren Mykotoxine T1 - Optical spectroscopy for the determination of mould and mycotoxins N2 - Gesunde sowie qualitativ hochwertige Nahrungsmittel sind wichtige Voraussetzungen, um einerseits die Lebensmittelsicherheit entlang der Wertschöpfungskette (Wachstum, Verarbeitung, Lagerung und Transport) und andererseits einen vorbeugenden Verbraucherschutz zu gewährleisten. Die Belastung der Nahrung mit Rückständen jeglicher Art war in letzter Zeit häufig Mittelpunkt heftiger öffentlicher Diskussionen. Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen durch Pilze gebildete Giftstoffe, so genannte Mykotoxine, die Ernteprodukte belasten und es bei deren Verzehr durch Menschen oder Tiere zu Vergiftungen kommen kann. Die FAO schätzt, dass etwa 25% der Weltproduktion von Nahrungsmitteln mit Mykotoxinen kontaminiert und in 20% der Getreideernte der Europäischen Union messbare Konzentrationen an Mykotoxinen detektierbar sind. Damit die Lebensmittelsicherheit weiterhin gewährleistet bleibt, werden neben den Routinemethoden schnellere und zerstörungsfreie Methoden benötigt, um die Lebensmittel direkt vor Ort auf Schimmelpilze und deren Mykotoxine zu untersuchen. In dieser Arbeit wird das Potenzial von ausgewählten optisch-basierten spektroskopischen Methoden für die in-situ bzw. in-line Detektion von Schimmelpilzen sowie Mykotoxinen in Getreide(produkten) untersucht. Es werden Absorptions- und Reflexionsmethoden einerseits und Fluoreszenztechniken andererseits eingesetzt. Die spektroskopischen Methoden werden dabei auf Proben unterschiedlicher Komplexität angewandt - beginnend mit der Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften der reinen Mykotoxine in Lösung über künstlich mit verschiedenen Mykotoxinen kontaminierten Getreideproben bis hin zu mit Pilzen befallenem Getreide und hochveredelte Lebensmittel (Wein und Bier) als Proben höchster Komplexität. N2 - Problems of food safety have led to an increasing concern regarding contamination of foods and feeds with mycotoxins and the relevant toxigenic fungi, mainly Aspergillus, Penicillium and Fusarium genera. There is a real need for rapid, sensitive and inexpensive sensors for the detection of toxigenic fungi and mycotoxins, both in the field and after harvest in order to obtain real-time monitoring data on contamination and this assist in food safety assessment. This will result in an enormous cost saving to the farmers as well as to agro-food industry through the prevention and reduction of product recalls and reduced treatment costs. The German Ministry of Education and Research (BMBF) has provided funding of more than 1.9 million Euros from July 2006 to December 2009 for the large joint project "ProSeso.net2" on the development of innovative sensor-based techniques and processes in the field of food quality and safety. In this research-project "Exploration of sustainability potentials by use of sensor-based technologies and integrated assessment models in the production chain of plant related food" 13 partners from universities, non-university institutions and industry cooperate within seven subprojects. The expected results shall contribute to maintain freshness and improve safety of the food production chain. In the subproject “Indicators and sensor technology for the identification of mycotoxin producing fungi in the processing of grain” spectroscopic methods are tested for in-situ and in-line detection of moulds and/or mycotoxins. This presentation focuses on some possible spectroscopic methods for the rapid detection of mycotoxins and fungi on grains. Methods based on one- and two-photon-induced fluorescence spectroscopy are highly attractive because of their outstanding sensitivity and selectivity. In order to utilize a fluorescence technique for the analysis of the mycotoxins in food and feedstuff as well as for basic research on the fungal metabolism, the photochemistry and photophysics of the mycotoxins and fungi need to be elucidated in detail, especially the influence of solvent parameters such as polarity and pH value. Consequently, for a sensitive and selective spectroscopic analysis, it is indispensable to take the specific photophysic of the known mycotoxins into account in order to minimize serious limitations upon sensitivity, selectivity, and accuracy of a potential fluorescence-based sensing application. The spectroscopic techniques are complemented by chemometric tools (Principle Component Analysis) to extract the desired chemical information, e.g. with respect to presence of contaminations. The combination of data obtained from different spectroscopic methods (such as optimal excitation and emission wavelength, fluorescence decay times, and fluorescence quantum efficiency) on the one hand side and NIR spectroscopy on the other side shows promising results for the qualitative as well as quantitative identification of mycotoxins grains. Moreover, NIR reflectance spectra yield additional information on ingredients, moisture content, and the presence (or absence) of fungi in the sample. KW - Mykotoxine KW - Schimmelpilze KW - Fluoreszenz KW - Chemometrie KW - Zweiphotonenanregung KW - mycotoxins KW - mould KW - fluorescence KW - chemometrics KW - Two-Photon-Absorption Y1 - 2010 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-50746 ER - TY - JOUR A1 - Nazir, Rashid A1 - Meiling, Till Thomas A1 - Cywinski, Piotr J. A1 - Gryko, Daniel T. T1 - Synthesis and Optical Properties of alpha,beta-Unsaturated Ketones Bearing a Benzofuran Moiety JF - Asian journal of organic chemistry : an ACES journal N2 - Five pi-expanded alpha,beta-unsaturated ketones have been prepared from a strongly electron-rich benzofuran derivative via Knoevenagel reaction and aldol condensation. The incorporation of two 6-didodecylaminobenzofuran-2-yl groups at the periphery of D-pi-A and D-pi-A-pi-D molecules resulted in dyes with excellent solubility in the majority of organic solvents. In contrast to the majority of alpha,beta-unsaturated ketones, these dyes emit relatively strongly in the red region with a fluorescence quantum yield up to 40%. They also display strong solvatofluorochromism with emission shifting from 570 nm in toluene to 670 nm in CHCl3. Depending on the chemical structure, they two-photon cross-sections (sigma(2)) are up to 1700 GM (1 GM=10(50) cm(4)s photon(-1)). KW - aldol reaction KW - benzofurans KW - fluorescence KW - ketones KW - two-photon absorption Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1002/ajoc.201500242 SN - 2193-5807 SN - 2193-5815 VL - 4 IS - 9 SP - 929 EP - 935 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - THES A1 - Meiling, Till Thomas T1 - Development of a reliable and environmentally friendly synthesis for fluorescence carbon nanodots T1 - Entwicklung einer zuverlässigen und umweltfreundlichen Synthese für fluoreszierende Kohlenstoff-Nanopunkte BT - preparation and characterisation of excellent and well-defined carbon nanodots by a fast, simple and cost-efficient synthesis method; with special focus on future exploration and large scale applications BT - Herstellung und Charakterisierung von hochwertigen und klar definierten Kohlenstoff-Nanopunkten mit Hilfe einer schnellen, einfachen, und kosteneffizienten Synthesemethode; mit speziellem Fokus auf ihre zukünftige Erforschung und breite Anwendung N2 - Carbon nanodots (CNDs) have generated considerable attention due to their promising properties, e.g. high water solubility, chemical inertness, resistance to photobleaching, high biocompatibility and ease of functionalization. These properties render them ideal for a wide range of functions, e.g. electrochemical applications, waste water treatment, (photo)catalysis, bio-imaging and bio-technology, as well as chemical sensing, and optoelectronic devices like LEDs. In particular, the ability to prepare CNDs from a wide range of accessible organic materials makes them a potential alternative for conventional organic dyes and semiconductor quantum dots (QDs) in various applications. However, current synthesis methods are typically expensive and depend on complex and time-consuming processes or severe synthesis conditions and toxic chemicals. One way to reduce overall preparation costs is the use of biological waste as starting material. Hence, natural carbon sources such as pomelo peal, egg white and egg yolk, orange juice, and even eggshells, to name a few; have been used for the preparation of CNDs. While the use of waste is desirable, especially to avoid competition with essential food production, most starting-materials lack the essential purity and structural homogeneity to obtain homogeneous carbon dots. Furthermore, most synthesis approaches reported to date require extensive purification steps and have resulted in carbon dots with heterogeneous photoluminescent properties and indefinite composition. For this reason, among others, the relationship between CND structure (e.g. size, edge shape, functional groups and overall composition) and photophysical properties is yet not fully understood. This is particularly true for carbon dots displaying selective luminescence (one of their most intriguing properties), i.e. their PL emission wavelength can be tuned by varying the excitation wavelength. In this work, a new reliable, economic, and environmentally-friendly one-step synthesis is established to obtain CNDs with well-defined and reproducible photoluminescence (PL) properties via the microwave-assisted hydrothermal treatment of starch, carboxylic acids and Tris-EDTA (TE) buffer as carbon- and nitrogen source, respectively. The presented microwave-assisted hydrothermal precursor carbonization (MW-hPC) is characterized by its cost-efficiency, simplicity, short reaction times, low environmental footprint, and high yields of approx. 80% (w/w). Furthermore, only a single synthesis step is necessary to obtain homogeneous water-soluble CNDs with no need for further purification. Depending on starting materials and reaction conditions different types of CNDs have been prepared. The as-prepared CNDs exhibit reproducible, highly homogeneous and favourable PL properties with narrow emission bands (approx. 70nm FWHM), are non-blinking, and are ready to use without need for further purification, modification or surface passivation agents. Furthermore, the CNDs are comparatively small (approx. 2.0nm to 2.4nm) with narrow size distributions; are stable over a long period of time (at least one year), either in solution or as a dried solid; and maintain their PL properties when re-dispersed in solution. Depending on CND type, the PL quantum yield (PLQY) can be adjusted from as low as 1% to as high as 90%; one of the highest reported PLQY values (for CNDs) so far. An essential part of this work was the utilization of a microwave synthesis reactor, allowing various batch sizes and precise control over reaction temperature and -time, pressure, and heating- and cooling rate, while also being safe to operate at elevated reaction conditions (e.g. 230 ±C and 30 bar). The hereby-achieved high sample throughput allowed, for the first time, the thorough investigation of a wide range of synthesis parameters, providing valuable insight into the CND formation. The influence of carbon- and nitrogen source, precursor concentration and -combination, reaction time and -temperature, batch size, and post-synthesis purification steps were carefully investigated regarding their influence on the optical properties of as-synthesized CNDs. In addition, the change in photophysical properties resulting from the conversion of CND solution into solid and back into the solution was investigated. Remarkably, upon freeze-drying the initial brown CND-solution turns into a non-fluorescent white/slightly yellow to brown solid which recovers PL in aqueous solution. Selected CND samples were also subject to EDX, FTIR, NMR, PL lifetime (TCSPC), particle size (TEM), TGA and XRD analysis. Besides structural characterization, the pH- and excitation dependent PL characteristics (i.e. selective luminescence) were examined; giving inside into the origin of photophysical properties and excitation dependent behaviour of CNDs. The obtained results support the notion that for CNDs the nature of the surface states determines the PL properties and that excitation dependent behaviour is caused by the “Giant Red-Edge Excitation Shift” (GREES). N2 - Kohlenstoff-Nanopunkte (CNDs, engl. carbon nanodots) haben im letzten Jahrzehnt insbesondere durch ihre vielversprechenden Eigenschaften immer mehr an Popularität gewonnen. CNDs zeichnen sich insbesondere durch ihre Wasserlöslichkeit, hohe chemische Stabilität, Biokompatibilität, hohe Resistenz gegen Photobleichen, und die Möglichkeit zur Oberflächenfunktionalisierung aus. Diese Eigenschaften machen sie somit ideal für eine breite Palette von Anwendungen: z.B. Abwasserbehandlung, (Foto-) Katalyse, Bioimaging und Biotechnologie, chemische Sensorik, sowie elektrochemische- und optoelektronische Anwendungen (z.B. LEDs). Insbesondere die Möglichkeit, CNDs aus einer Vielzahl organischer Materialien herzustellen, machen sie zu einer möglichen Alternative für herkömmliche organische Farbstoffe und Halbleiter-Quantenpunkte (QDs). Derzeitigen Synthesestrategien erweisen sich jedoch häufig als teuer, komplex und zeitaufwändig; bzw. benötigen toxischen Chemikalien und/oder drastische Reaktionsbedingungen. Eine Möglichkeit, die Herstellungskosten von CNDs zu reduzieren, ist die Verwendung von biologischem Abfall als Ausgangsmaterial. So wurden bereits eine Vielzahl an natürlichen Kohlenstoffquellen, z.B. Pomelo-Schale, Eiweiß und Eigelb, Orangensaft und sogar Eierschalen, für die Darstellung von CNDs verwendet. Während die Verwendung von biologischem Abfall wünschenswert ist, insbesondere um Wettbewerb mit der Nahrungsmittelproduktion zu vermeiden, fehlt den meisten Ausgangsmaterialien jedoch die notwendige Reinheit und strukturelle Homogenität um einheitliche CNDs zu erhalten. So führen bisherige Syntheseansätze oft zu CNDs mit heterogenen photophysikalischen Eigenschaften und unbestimmter Zusammensetzung. Für die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen CND Struktur und photophysikalischen Eigenschaften werden aber möglichst homogene und vergleichbare Proben benötigt. In dieser Arbeit wird daher eine neue, zuverlässige, ökonomische und umweltfreundliche Einstufen-Synthese zur Darstellung von CNDs mit klar definierten und reproduzierbaren Photolumineszenz- (PL) -Eigenschaften vorgestellt. Die vorgestellte Methode basiert auf der mikrowellenunterstützten, hydrothermischen Behandlung (MW-hPC, engl. microwaveassisted hydrothermal precursor carbonization) wässriger Lösungen aus Stärke, Carbonsäuren (als Kohlenstoffquelle) und Tris-EDTA (TE) -Puffer (als Stickstoffquelle). Die MW-hPC zeichnet sich insbesondere durch die hohe Reproduzierbarkeit, einfache Handhabung, geringen Reaktionszeiten, geringe Umweltbelastung, Kosteneffizienz und die hohen Ausbeuten von ca. 80% (w/w) aus. Darüber hinaus wird nur ein einziger Syntheseschritt (ohne weitere Aufreinigung) benötigt um homogene, wasserlösliche CNDs zu erhalten. In Abhängig der gewählten Ausgangsmaterialen und Reaktionsbedingungen können verschiedene Typen an CNDs gewonnen werden. Die so gewonnen CNDs sind verhältnismäßig klein (ca. 2.0nm- 2.4nm); besitzen eine geringe Größenverteilung, hochgradig homogenen PL-Eigenschaften, und geringen Halbwertsbreiten (FWHM) von ca. 70nm. Darüber hinaus erwiesen sie sich als nicht blinkend; sind langzeitstabil (min. ein Jahr) sowohl in Lösung als auch als Feststoff; und sind direkt gebrauchsfertig, d.h. benötigen keine weitere Aufreinigung oder Oberflächenpassivierung. In Abhängigkeit vom CND-Typ kann die PL-Quantenausbeute zwischen 1% bis 90% betragen; einer der höchsten Werte der je (für CNDs) erreicht wurde. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit war die Verwendung eines Mikrowellensynthese- Reaktors (MiWR) und die damit einhergehende präzise Kontrolle über die Reaktionstemperatur und -zeit, den Druck, und die Heiz- und Abkühlgeschwindigkeit. Des Weiteren ermöglichte der MiWR unterschiedliche Ansatzgrößen und das sichere Arbeiten bei erhöhten Reaktionsbedingungen (z.B. 230 ±C und 30 bar). Der hierdurch erreichte hohe Probendurchsatz ermöglichte somit erstmals die sorgfältige Untersuchung einer Vielzahl an Syntheseparametern hinsichtlich ihres Einflusses auf die photophysikalischen Eigenschaften der dargestellten CNDs. Die untersuchten Parameter reichen hierbei von der Reaktionstemperatur und -zeit über die Edukt-Konzentration und -Kombination (Kohlenstoff- und Stickstoffquelle) bis hin zur Ansatzgröße. Bemerkenswerterweise, und unabhängig vom CND-Typ, transformieren die ursprünglich braunen CND-Lösungen während der Trocknung zu einem nicht fluoreszierenden, weißen/leicht gelblich bis bräunlichen Feststoff; und regenerieren ihre photophysikalischen Eigenschaften verlustfrei in wässriger Lösung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden ausgewählte CND-Proben der EDX-, FTIR-, NMR-, TCSPC-, Partikelgrößen (TEM)-, TGA- und XRD-Analyse unterzogen. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse stützen die Theorie, dass die photophysikalischen Eigenschaften der CNDs durch ihre Oberflächenzustände bestimmt werden und dass die s.g. ”Riesen-Rotkanten-Anregungsverschiebung” (GREES, engl. Giant Red Edge Excitation Shift) eine mögliche Ursache für die häufig beobachtete Anregungswellenlängenabhängigkeit der Emissionswellenlänge (bzw. selektive Lumineszenz) in CNDs ist. KW - carbon dots KW - carbon nanodots KW - fluorescence KW - high quantum yield KW - microwave synthesis KW - white carbon KW - Kohlenstoff-Punkte KW - Kohlenstoff-Nanopunkte KW - Fluoreszenz KW - hohe Quantenausbeute KW - mikrowellengestützte Synthese KW - weißer Kohlenstoff Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-410160 ER - TY - THES A1 - Kölsch, Jonas David T1 - Entwicklung neuer farbstoffmarkierter Polymere zur Visualisierung des LCST-Phasenübergangs in wässriger Lösung T1 - Development of new dye labeled polymers for visualisation of LCST transition in water N2 - Ziel der Arbeit war die Entwicklung von farbstoffmarkierten Polymeren, die einen temperaturgetriebenen Knäuel-Kollaps-Phasenübergang in wässriger Lösung ("thermo-responsive Polymere") zeigen und diesen in ein optisches Signal übersetzen können. Solche Polymere unterliegen innerhalb eines kleinen Temperaturintervalls einer massiven Änderung ihres Verhaltens, z B. ihrer Konformation und ihres Quellungsgrads. Diese Änderungen sind mit einem Wechsel der Löseeigenschaften von hydrophil zu hydrophob verbunden. Als Matrixpolymere wurden Poly-N-isopropylacrylamid (polyNIPAm), Poly(oligoethylen-glykolacrylat) (polyOEGA) und Poly(oligoethylenglykolmethacrylat) (polyOEGMA) ein-gesetzt, in die geeignete Farbstoffen durch Copolymerisation eingebaut wurden. Als besonders geeignet, um den Phasenübergang in ein optisches Signal zu übersetzen, erwiesen sich hierfür kompakte, solvatochrome Cumarin- und Naphthalimidderivate. Diese beeinträchtigten weder das Polymerisationsverhalten noch den Phasenübergang, reagierten aber sowohl bezüglich Farbe als auch Fluoreszenz stark auf die Polarität des Lösemittels. Weiterhin wurden Systeme entwickelt, die mittels Energietransfer (FRET) ein an den Phasenübergang gekoppeltes optisches Signal erzeugen. Hierbei wurde ein Cumarin als Donor- und ein Polythiophen als Akzeptorfarbstoff eingesetzt. Es zeigte sich, dass trotz scheinbarer Ähnlichkeit bestimmte Polymere ausgeprägt auf einen Temperaturstimulus mit Änderung ihrer spektralen Eigenschaften reagieren, andere aber nicht. Hierfür wurden die molekularen Ursachen untersucht. Als wahrscheinliche Gründe für das Ausbleiben einer spektralen Änderung in Oligo(ethylenglykol)-basierten Polymeren sind zum einen die fehlende Dehydratationseffektivität infolge des Fehlens eines selbstgenügenden Wasserstoffbrückenbindungsmotivs zu nennen und zum anderen die sterische Abschirmung der Farbstoffe durch die Oligo(ethylenglykol)-Seitenketten. Als Prinzipbeweis für die Nützlichkeit solcher Systeme für die Bioanalytik wurde ein System entwickelt, dass die Löslichkeitseigenschaft eines thermoresponsiven Polymers durch Antikörper-Antigen-Reaktion änderte. Die Bindung selbst kleiner Mengen eines Antikörpers ließ sich so direkt optisch auslesen und war bereits mit dem bloßen Auge zu erkennen. N2 - This work is based on different dye labeled thermo responsive polymers. These polymers are useful tool for the visualisation of the LCST phase transition in water. KW - LCST KW - Farbstoff KW - Polymer KW - Fluoreszens KW - LCST KW - dye KW - polymer KW - fluorescence Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72531 ER - TY - THES A1 - Jung, Carl Christoph T1 - Lichtinduzierte Generierung und Charakterisierung optischer Anisotropie N2 - Eine Nutzung der optischen Anisotropie dünner Schichten ist vor allem für die Displaytechnologie, die optische Datenspeicherung und für optische Sicherheitselemente von hoher Bedeutung. Diese Doktorarbeit befasst sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchung von dreidimensionaler Anisotropie und dabei insbesondere mit der Untersuchung von lichtinduzierter dreidimensionaler Anisotropie in organischen dünnen Polymer-Schichten. Die gewonnenen Erkentnisse und entwickelten Methoden können wertvolle Beiträge für Optimierungsprozesse, wie bei der Kompensation der Blickwinkelabhängigkeit von Flüssigkristall-Displays, liefern. Die neue Methode der Immersions-Transmissions-Ellipsometrie (ITE) zur Untersuchung von dünneren Schichten wurde im Rahmen dieser Dissertation entwickelt. Diese Methode gestattet es, in Kombination mit konventioneller Reflexions- und Transmissionsellipsometrie, die absoluten dreidimensionalen Brechungsindices einer biaxialen Schicht zu bestimmen. Erstmals gelang es damit, das dreidimensionale Brechungsindexellipsoid von transparenten, dünneren (150 nm) Filmen hochgenau (drei Stellen hinter dem Komma) zu bestimmen. Die ITE-Methode hat demzufolge das Potential, auch bei noch dünneren Schichten mit Gewinn eingesetzt werden zu können. Die lichtinduzierte Generierung von dreidimensionaler Anisotropie wurde in dünnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimtsäurehaltigen, amorphen und flüssig-kristallinen Homo- und Copolymeren untersucht. Erstmals wurden quantitative Untersuchungen zur Änderung von lichtinduzierten, dreidimensionalen Anisotropien in dünnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimtsäurehaltigen Polymeren bei Tempern oberhalb der Glastemperatur durchgeführt. Bei vielen der untersuchten Polymere war die dreidimensionale Ordnung nach dem Bestrahlen mit polarisiertem Licht und anschließendem Tempern oberhalb der Glastemperatur scheinbar von der Schichtdicke abhängig. Die Ursache liegt wohl in der, mit der neuentwickelten ITE-Methode detektierten, planaren Ausgangsorientierung der aufgeschleuderten dünneren Schichten. Um Verkippungs-Gradienten in dickeren Polymerschichten in ihrem Verlauf zu bestimmen, wurde eine spezielle Methode unter Benutzung der Wellenleitermoden-Spektroskopie entwickelt. Quantenchemisch bestimmte, maximal induzierbare Doppelbrechungen in flüssig-kristallinen Polymeren wurden mit den experimentell gefundenen Ordnungen verglichen. N2 - The optical anisotropy of thin films is of great interest mainly in the display technology, the optical data storage and for optical security elements. The topic of this thesis was the theoretical and experimental investigation of three-dimensional anisotropy and especially the investigation of light-induced three-dimensional anisotropy in thin organic polymer films. The results and newly developed methods can contribute significantly to technical optimisation processes, e. g. for the compensation of the viewing angle dependence of liquid crystal displays. The new method of immersion-transmission-ellipsometry (ITE) for the investigation of thinner layers was developed in the course of this PhD. The new method allows to determine the absolute three-dimensional refractive indices of a biaxial film. For the first time it has been possible to determine the three-dimensional indicatrix of transparent, 150 nm thin films with an accuracy of three digits after the decimal point. The ITE-method therefore has the potential to be used for the investigation of even thinner films. The light-induced generation of three-dimensional anisotropy was investigated in thin films of azobenzene-containing and cinnamate containing, amorphous and liquid crystalline homo- and copolymers. For the first time, quantitative investigations of the changes of light-induced, three-dimensional anisotropies in thin films of azobenzene containing and cinnamate containing polymers, that were brought about by annealing above the glass transition temperatures, were carried out. For many of the investigated polymers the three-dimensional order after irradiation with polarised light and subsequent annealing above the glass transition temperature seemed to be dependent on the film thickness. The reason could be the planar initial order of the spin-coated thinner films, which was detected with the new ITE-method. For the characterisation of tilt gradients in thicker polymer films a special method using waveguide spectroscopy was developed. Quantum chemically determined maximal values of inducible birefringence were compared with the experimentally determined values. KW - Anisotropie KW - Photoorientierung KW - Photoalignment KW - dünne Schichten KW - 3D KW - Ellipsometrie KW - Kompensatoren KW - Wellenleiter KW - Displays KW - Fluoreszenz KW - anisotropy KW - photo-orientation KW - photoalignment KW - thin films KW - 3D KW - ellipsometry KW - compensation films KW - waveguides KW - displays KW - fluorescence Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001390 ER - TY - BOOK A1 - Jung, Carl Christoph T1 - Lichtinduzierte Generierung und Charakterisierung optischer Anisotropie. - [überarb. Diss.] N2 - Eine Nutzung der optischen Anisotropie dünner Schichten ist vor allem für die Displaytechnologie, die optische Datenspeicherung und für optische Sicherheitselemente von hoher Bedeutung. Diese Doktorarbeit befasst sich mit theoretischen und experimentellen Untersuchung von dreidimensionaler Anisotropie und dabei insbesondere mit der Untersuchung von lichtinduzierter dreidimensionaler Anisotropie in organischen dünnen Polymer-Schichten. Die gewonnenen Erkentnisse und entwickelten Methoden können wertvolle Beiträge für Optimierungsprozesse, wie bei der Kompensation der Blickwinkelabhängigkeit von Flüssigkristall-Displays, liefern. Die neue Methode der Immersions-Transmissions-Ellipsometrie (ITE) zur Untersuchung von dünneren Schichten wurde im Rahmen dieser Dissertation entwickelt. Diese Methode gestattet es, in Kombination mit konventioneller Reflexions- und Transmissionsellipsometrie, die absoluten dreidimensionalen Brechungsindices einer biaxialen Schicht zu bestimmen. Erstmals gelang es damit, das dreidimensionale Brechungsindexellipsoid von transparenten, dünneren (150 nm) Filmen hochgenau (drei Stellen hinter dem Komma) zu bestimmen. Die ITE-Methode hat demzufolge das Potential, auch bei noch dünneren Schichten mit Gewinn eingesetzt werden zu können. Die lichtinduzierte Generierung von dreidimensionaler Anisotropie wurde in dünnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimtsäurehaltigen, amorphen und flüssig-kristallinen Homo- und Copolymeren untersucht. Erstmals wurden quantitative Untersuchungen zur Änderung von lichtinduzierten, dreidimensionalen Anisotropien in dünnen Schichten von azobenzenhaltigen und zimtsäurehaltigen Polymeren bei Tempern oberhalb der Glastemperatur durchgeführt. Bei vielen der untersuchten Polymere war die dreidimensionale Ordnung nach dem Bestrahlen mit polarisiertem Licht und anschließendem Tempern oberhalb der Glastemperatur scheinbar von der Schichtdicke abhängig. Die Ursache liegt wohl in der, mit der neuentwickelten ITE-Methode detektierten, planaren Ausgangsorientierung der aufgeschleuderten dünneren Schichten. Um Verkippungs-Gradienten in dickeren Polymerschichten in ihrem Verlauf zu bestimmen, wurde eine spezielle Methode unter Benutzung der Wellenleitermoden-Spektroskopie entwickelt. Quantenchemisch bestimmte, maximal induzierbare Doppelbrechungen in flüssig-kristallinen Polymeren wurden mit den experimentell gefundenen Ordnungen verglichen. N2 - The optical anisotropy of thin films is of great interest mainly in the display technology, the optical data storage and for optical security elements. The topic of this thesis was the theoretical and experimental investigation of three-dimensional anisotropy and especially the investigation of light-induced three-dimensional anisotropy in thin organic polymer films. The results and newly developed methods can contribute significantly to technical optimisation processes, e. g. for the compensation of the viewing angle dependence of liquid crystal displays. The new method of immersion-transmission-ellipsometry (ITE) for the investigation of thinner layers was developed in the course of this PhD. The new method allows to determine the absolute three-dimensional refractive indices of a biaxial film. For the first time it has been possible to determine the three-dimensional indicatrix of transparent, 150 nm thin films with an accuracy of three digits after the decimal point. The ITE-method therefore has the potential to be used for the investigation of even thinner films. The light-induced generation of three-dimensional anisotropy was investigated in thin films of azobenzene-containing and cinnamate containing, amorphous and liquid crystalline homo- and copolymers. For the first time, quantitative investigations of the changes of light-induced, three-dimensional anisotropies in thin films of azobenzene containing and cinnamate containing polymers, that were brought about by annealing above the glass transition temperatures, were carried out. For many of the investigated polymers the three-dimensional order after irradiation with polarised light and subsequent annealing above the glass transition temperature seemed to be dependent on the film thickness. The reason could be the planar initial order of the spin-coated thinner films, which was detected with the new ITE-method. For the characterisation of tilt gradients in thicker polymer films a special method using waveguide spectroscopy was developed. Quantum chemically determined maximal values of inducible birefringence were compared with the experimentally determined values. KW - Anisotropie KW - Photoorientierung KW - Photoalignment KW - dünne Schichten KW - 3D KW - Ellipsometrie KW - Kompensatoren KW - Wellenleiter KW - Displays KW - Fluoreszenz KW - anisotropy KW - photo-orientation KW - photoalignment KW - thin films KW - 3D KW - ellipsometry KW - compensation films KW - waveguides KW - displays KW - fluorescence Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001501 ER - TY - THES A1 - Inal, Sahika T1 - Responsive polymers for optical sensing applications T1 - Responsive Polymere für optische Sensoren N2 - LCST-type synthetic thermoresponsive polymers can reversibly respond to certain stimuli in aqueous media with a massive change of their physical state. When fluorophores, that are sensitive to such changes, are incorporated into the polymeric structure, the response can be translated into a fluorescence signal. Based on this idea, this thesis presents sensing schemes which transduce the stimuli-induced variations in the solubility of polymer chains with covalently-bound fluorophores into a well-detectable fluorescence output. Benefiting from the principles of different photophysical phenomena, i.e. of fluorescence resonance energy transfer and solvatochromism, such fluorescent copolymers enabled monitoring of stimuli such as the solution temperature and ionic strength, but also of association/disassociation mechanisms with other macromolecules or of biochemical binding events through remarkable changes in their fluorescence properties. For instance, an aqueous ratiometric dual sensor for temperature and salts was developed, relying on the delicate supramolecular assembly of a thermoresponsive copolymer with a thiophene-based conjugated polyelectrolyte. Alternatively, by taking advantage of the sensitivity of solvatochromic fluorophores, an increase in solution temperature or the presence of analytes was signaled as an enhancement of the fluorescence intensity. A simultaneous use of the sensitivity of chains towards the temperature and a specific antibody allowed monitoring of more complex phenomena such as competitive binding of analytes. The use of different thermoresponsive polymers, namely poly(N-isopropylacrylamide) and poly(meth)acrylates bearing oligo(ethylene glycol) side chains, revealed that the responsive polymers differed widely in their ability to perform a particular sensing function. In order to address questions regarding the impact of the chemical structure of the host polymer on the sensing performance, the macromolecular assembly behavior below and above the phase transition temperature was evaluated by a combination of fluorescence and light scattering methods. It was found that although the temperature-triggered changes in the macroscopic absorption characteristics were similar for these polymers, properties such as the degree of hydration or the extent of interchain aggregations differed substantially. Therefore, in addition to the demonstration of strategies for fluorescence-based sensing with thermoresponsive polymers, this work highlights the role of the chemical structure of the two popular thermoresponsive polymers on the fluorescence response. The results are fundamentally important for the rational choice of polymeric materials for a specific sensing strategy. N2 - Als Reaktion auf bestimmte äußere Stimuli ändern bestimmte wasserlösliche Polymere reversibel ihren physikalischen Zustand. Dieser Vorgang kann mithilfe von Fluorophoren, die in die Polymerstrukturen eingebaut werden und deren Fluoreszenzeigenschaften vom Polymer¬zustand abhängen, detektiert werden. Diese Idee ist der Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit, die sich damit beschäftigt, wie äußerlich induzierte Änderungen der Löslichkeit solcher Polymere mit kovalent gebundenen Fluorophoren in Wasser in ein deutlich messbares Fluoreszenzsignal übersetzt werden können. Dazu werden photophysikalische Phänomene wie Fluoreszenz-Resonanz¬energie¬transfer und Solvatochromie ausgenutzt. In Kombination mit einem responsiven Polymergerüst wird es möglich, verschiedene Stimuli wie Lösungs¬temperatur oder Ionenstärke, oder auch Assoziation-Dissoziation Reaktionen mit anderen Makromolekülen oder biochemische Bindungs¬reaktionen über die Änderung von Fluorezenz¬farbe bzw. –Intensität autonom mit bloßem Auge zu detektieren. Unter anderem wurde ein wässriger ratiometrischer Temperatur- und Salzsensor entwickelt, der auf der komplexen supramolekularen Struktur eines thermoresponsiven Copolymers und eines thiophenbasierten konjugierten Polyelektrolyts beruht. Die Anbindung solvato¬chromer Fluorophore erlaubte den empfindlichen Nachweis einer Temperatur¬änderung oder des Vorhandenseins von Analyten. Komplexere Phänomene wie das kompetitive Anbinden von Analyten ließen sich hochempfindlich steuern und auslesen, indem gleichzeitig die Sensitivität dieser Polymeren gegenüber der Temperatur und spezifischen Antikörpern ausgenutzt wurde. Überraschenderweise wiesen die hier untersuchten thermoresponsiven Polymere wie poly-N-isopropylacrylamid (pNIPAm) oder poly-Oligoethylenglykolmethacrylate (pOEGMA) große Unterschiede bzgl. ihrer responsiven optischen Eigenschaften auf. Dies erforderte eine ausführliche Charakterisierung des Fluoreszenz- und Aggregationsverhaltens, unter- und oberhalb des Phasenübergangs, im Bezug auf die chemische Struktur. Ein Ergebnis war, dass alle drei Polymertypen sehr ähnliche temperaturabhängige makroskopische Absorptionseigenschaften aufweisen, während sich die Eigenschaften auf molekularer Ebene, wie der Hydratisierungsgrad oder die intermolekulare Polymerkettenaggregation, bei diesen Polymeren sehr unterschiedlich. Diese Arbeit zeigt damit anhand zweier sehr etablierter thermoresponsiver Polymere, nämlich pNIPAm und pOEGMA, das die chemische Struktur entscheidend für den Einsatz dieser Polymere in fluoreszenzbasierten Sensoren ist. Diese Ergebnisse haben große Bedeutung für die gezielte Entwicklung von Polymermaterialien für fluoreszenzbasierte Assays. KW - Responsive Polymere KW - Fluoreszenz KW - Sensor KW - Konjugierten polyelektrolyt KW - responsive polymer KW - fluorescence KW - sensor KW - conjugated polyelectrolyte Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-70806 ER - TY - JOUR A1 - Gupta, Banshi D. A1 - Pathak, Anisha A1 - Shrivastav, Anand T1 - Optical Biomedical Diagnostics Using Lab-on-Fiber Technology BT - a review JF - Photonics : open access journal N2 - Point-of-care and in-vivo bio-diagnostic tools are the current need for the present critical scenarios in the healthcare industry. The past few decades have seen a surge in research activities related to solving the challenges associated with precise on-site bio-sensing. Cutting-edge fiber optic technology enables the interaction of light with functionalized fiber surfaces at remote locations to develop a novel, miniaturized and cost-effective lab on fiber technology for bio-sensing applications. The recent remarkable developments in the field of nanotechnology provide innumerable functionalization methodologies to develop selective bio-recognition elements for label free biosensors. These exceptional methods may be easily integrated with fiber surfaces to provide highly selective light-matter interaction depending on various transduction mechanisms. In the present review, an overview of optical fiber-based biosensors has been provided with focus on physical principles used, along with the functionalization protocols for the detection of various biological analytes to diagnose the disease. The design and performance of these biosensors in terms of operating range, selectivity, response time and limit of detection have been discussed. In the concluding remarks, the challenges associated with these biosensors and the improvement required to develop handheld devices to enable direct target detection have been highlighted. KW - fiber optic sensors KW - synthesis KW - interferometry KW - fluorescence KW - SERS KW - SPR KW - immunosensors KW - enzymatic sensors KW - molecular imprinted polymers Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.3390/photonics9020086 SN - 2304-6732 VL - 9 IS - 2 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Eerqing, Narima A1 - Subramanian, Sivaraman A1 - Rubio Jimenez, Jesus A1 - Lutz, Tobias A1 - Wu, Hsin-Yu A1 - Anders, Janet A1 - Soeller, Christian A1 - Vollmer, Frank T1 - Comparing transient oligonucleotide hybridization kinetics using DNA-PAINT and optoplasmonic single-molecule sensing on gold nanorods JF - ACS photonics / American Chemical Society N2 - We report a comparison of two photonic techniques for single-molecule sensing: fluorescence nanoscopy and optoplasmonic sensing. As the test system, oligonucleotides with and without fluorescent labels are transiently hybridized to complementary "docking" strands attached to gold nanorods. Comparing the measured single-molecule kinetics helps to examine the influence of the fluorescent labels as well as factors arising from different sensing geometries. Our results demonstrate that DNA dissociation is not significantly altered by the fluorescent labels and that DNA association is affected by geometric factors in the two techniques. These findings open the door to exploiting plasmonic sensing and fluorescence nanoscopy in a complementary fashion, which will aid in building more powerful sensors and uncovering the intricate effects that influence the behavior of single molecules. KW - single-molecule KW - plasmonics KW - whispering gallery modes KW - optoplasmonic KW - DNA-PAINT KW - fluorescence KW - localization microscopy Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c01179 SN - 2330-4022 VL - 8 IS - 10 SP - 2882 EP - 2888 PB - American Chemical Society CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Dunsing, Valentin A1 - Petrich, Annett A1 - Chiantia, Salvatore T1 - Multicolor fluorescence fluctuation spectroscopy in living cells via spectral detection JF - eLife N2 - Signaling pathways in biological systems rely on specific interactions between multiple biomolecules. Fluorescence fluctuation spectroscopy provides a powerful toolbox to quantify such interactions directly in living cells. Cross-correlation analysis of spectrally separated fluctuations provides information about intermolecular interactions but is usually limited to two fluorophore species. Here, we present scanning fluorescence spectral correlation spectroscopy (SFSCS), a versatile approach that can be implemented on commercial confocal microscopes, allowing the investigation of interactions between multiple protein species at the plasma membrane. We demonstrate that SFSCS enables cross-talk-free cross-correlation, diffusion, and oligomerization analysis of up to four protein species labeled with strongly overlapping fluorophores. As an example, we investigate the interactions of influenza A virus (IAV) matrix protein 2 with two cellular host factors simultaneously. We furthermore apply raster spectral image correlation spectroscopy for the simultaneous analysis of up to four species and determine the stoichiometry of ternary IAV polymerase complexes in the cell nucleus. KW - fluorescence KW - optical microscopy KW - virus assembly KW - protein-protein KW - interactions KW - diffusion KW - Viruses Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.7554/eLife.69687 SN - 2050-084X VL - 10 PB - eLife Sciences Publications CY - Cambridge ER - TY - JOUR A1 - Broeker, Nina K. A1 - Roske, Yvette A1 - Valleriani, Angelo A1 - Stephan, Mareike Sophia A1 - Andres, Dorothee A1 - Koetz, Joachim A1 - Heinemann, Udo A1 - Barbirz, Stefanie T1 - Time-resolved DNA release from an O-antigen-specific Salmonella bacteriophage with a contractile tail JF - The journal of biological chemistry N2 - Myoviruses, bacteriophages with T4-like architecture, must contract their tails prior to DNA release. However, quantitative kinetic data on myovirus particle opening are lacking, although they are promising tools in bacteriophage-based antimicrobial strategies directed against Gram-negative hosts. For the first time, we show time-resolved DNA ejection from a bacteriophage with a contractile tail, the multi-O-antigen-specific Salmonella myovirus Det7. DNA release from Det7 was triggered by lipopolysaccharide (LPS) O-antigen receptors and notably slower than in noncontractile-tailed siphoviruses. Det7 showed two individual kinetic steps for tail contraction and particle opening. Our in vitro studies showed that highly specialized tailspike proteins (TSPs) are necessary to attach the particle to LPS. A P22-like TSP confers specificity for the Salmonella Typhimurium O-antigen. Moreover, crystal structure analysis at 1.63 angstrom resolution confirmed that Det7 recognized the Salmonella Anatum O-antigen via an E15-like TSP, DettilonTSP. DNA ejection triggered by LPS from either host showed similar velocities, so particle opening is thus a process independent of O-antigen composition and the recognizing TSP. In Det7, at permissive temperatures TSPs mediate O-antigen cleavage and couple cell surface binding with DNA ejection, but no irreversible adsorption occurred at low temperatures. This finding was in contrast to short-tailed Salmonella podoviruses, illustrating that tailed phages use common particle-opening mechanisms but have specialized into different infection niches. KW - bacteriophage KW - lipopolysaccharide (YLPS) KW - structural biology KW - DNA viruses KW - glycobiology KW - fluorescence KW - Salmonella enterica KW - contractile tail KW - DNA ejection KW - O-antigen specificity KW - Salmonella myovirus KW - tailspike protein KW - molecular machine Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1074/jbc.RA119.008133 SN - 1083-351X VL - 294 IS - 31 SP - 11751 EP - 11761 PB - American Society for Biochemistry and Molecular Biology CY - Bethesda ER - TY - JOUR A1 - Beisner, Beatrix E. A1 - Grossart, Hans-Peter A1 - Gasol, Josep M. T1 - A guide to methods for estimating phago-mixotrophy in nanophytoplankton JF - Journal of plankton research N2 - Growing attention to phytoplankton mixotrophy as a trophic strategy has led to significant revisions of traditional pelagic food web models and ecosystem functioning. Although some empirical estimates of mixotrophy do exist, a much broader set of in situ measurements are required to (i) identify which organisms are acting as mixotrophs in real time and to (ii) assess the contribution of their heterotrophy to biogeochemical cycling. Estimates are needed through time and across space to evaluate which environmental conditions or habitats favour mixotrophy: conditions still largely unknown. We review methodologies currently available to plankton ecologists to undertake estimates of plankton mixotrophy, in particular nanophytoplankton phago-mixotrophy. Methods are based largely on fluorescent or isotopic tracers, but also take advantage of genomics to identify phylotypes and function. We also suggest novel methods on the cusp of use for phago-mixotrophy assessment, including single-cell measurements improving our capacity to estimate mixotrophic activity and rates in wild plankton communities down to the single-cell level. Future methods will benefit from advances in nanotechnology, micromanipulation and microscopy combined with stable isotope and genomic methodologies. Improved estimates of mixotrophy will enable more reliable models to predict changes in food web structure and biogeochemical flows in a rapidly changing world. KW - flow cytometry KW - phagotrophy KW - phytoplankton KW - methods KW - fluorescence KW - microscopy KW - FISH KW - isotopic methods KW - phylotypes KW - carbon flows KW - gene sequencing Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1093/plankt/fbz008 SN - 0142-7873 SN - 1464-3774 VL - 41 IS - 2 SP - 77 EP - 89 PB - Oxford Univ. Press CY - Oxford ER - TY - JOUR A1 - Ast, Sandra A1 - Schwarze, Thomas A1 - Müller, Holger A1 - Sukhanov, Aleksey A1 - Michaelis, Stefanie A1 - Wegener, Joachim A1 - Wolfbeis, Otto S. A1 - Körzdörfer, Thomas A1 - Dürkop, Axel A1 - Holdt, Hans-Jürgen T1 - A highly K+-Selective Phenylaza-[18]crown-6-Lariat-Ether-Based Fluoroionophore and its application in the sensing of K+ Ions with an optical sensor film and in cells JF - Chemistry - a European journal N2 - Herein, we report the synthesis of two phenylaza-[18]crown-6 lariat ethers with a coumarin fluorophore (1 and 2) and we reveal that compound 1 is an excellent probe for K+ ions under simulated physiological conditions. The presence of a 2-methoxyethoxy lariat group at the ortho position of the anilino moiety is crucial to the substantially increased stability of compounds 1 and 2 over their lariat-free phenylaza-[18] crown-6 ether analogues. Probe 1 shows a high K+/Na+ selectivity and a 2.5-fold fluorescence enhancement was observed in the presence of 100 mm K+ ions. A fluorescent membrane sensor, which was prepared by incorporating probe 1 into a hydrogel, showed a fully reversible response, a response time of 150 s, and a signal change of 7.8% per 1 mm K+ within the range 1-10 mm K+. The membrane was easily fabricated (only a single sensing layer on a solid polyester support), yet no leaching was observed. Moreover, compound 1 rapidly permeated into cells, was cytocompatible, and was suitable for the fluorescent imaging of K+ ions on both the extracellular and intracellular levels. KW - crown compounds KW - fluorescence KW - gels KW - potassium KW - sensors Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1002/chem.201302350 SN - 0947-6539 SN - 1521-3765 VL - 19 IS - 44 SP - 14911 EP - 14917 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER -