Dokument: Fluoreszenzspektroskopie und Bildgebung von polymergebundenen Farbstoffen und immobilisierten Biomolekülen

Titel:	Fluoreszenzspektroskopie und Bildgebung von polymergebundenen Farbstoffen und immobilisierten Biomolekülen
Weiterer Titel:	Fluorescence Spectroscopy and Imaging of polymer bound fluorophores and immobilised bio-molecules
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=20542
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20120222-154010-3
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Marawske, Stefan [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 17,33 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 21.02.2012 / geändert 21.02.2012
Beitragende:	Prof. Dr. Seidel, Claus [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Peter Gilch [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Die Anwendungsmöglichkeiten von Fluorophoren als optische Sensoren für lokale mechanische Kräfte sind untersucht worden. Dazu wurde ein eigens für diese Anwendung entwickelter Chromophor (OPV5) verwendet, der aus einem aromatischen Rückgrat und räumlich ausgedehnten Alkyloxy-Seitenketten besteht. Eine flexible PVC-Matrix wurde für die Ausrichtung der Fluorophore durch Streckung benutzt. Der Transfer von mechanischem Zug der Matrix induzierte eine geometrische Änderung im Chromophor. Im Einklang mit den Resultaten semiempirischer Berechnungen des gleichen Systems wurden eine Abnahme der Fluoreszenzlebensdauer um 2.5% (25 ps) und eine Zunahme der Emissionenergie von 0.2%, die einer Blauverschiebung von 1.2 nm entspricht, bei einer Zugbelastung von 12 N/mm2 bestimmt. Die Untersuchungen beweisen die Realisierbarkeit von fluoreszenzbasierten lokalen Kraftsensoren zur Charakterisierung von Polymeren unter Zugspannung. Weitere nötige Verbesserungen könnten durch die Entwicklung empfindlicherer Fluorophore und durch eine Steigerung der Kraftübertragung von der Matrix auf die Probe erreicht werden. Verbesserte optische Sensoren dieser Art sind im Prinzip in der Lage lokale mechanische Kräfte in transparenten Proben auf einzelmolekularer Ebene zu untersuchen. Die in dieser Arbeit vorgestellte hochauflösende Abbildungsmethode basierend auf dem allgemeinen PAINT Ansatz ist erfolgreich auf ein System von interkalierenden Farbstoffen und immobilisierten DNA Molekülen angewendet worden. Qualitativ wurde gezeigt, dass die Farbstoffaffinität zum Zielmolekül durch die Zugabe von mono- und bivalenten Metall Ionen beeinflusst werden kann. Sehr hohe Lokalisationsgenauigkeiten (10-15 nm) der untersuchten Treffereignisse konnten dabei mit ausreichend hohen Trefferdichten am Zielmolekül erreicht werden die für die gewünschte Gesamtauflösung benötigt werden. Es wurde auch hervorgehoben, dass noch höhere Trefferdichten durch weitere Modifikationen des verwendeten Verfahrens erzielt werden können. Erste Einzelmolekül-FRET-Experimente an immobilisierten Holliday-Junction Molekülen sind durchgeführt worden. Die Auswertung der entsprechenden Fluoreszenzspuren ergab Relaxationsraten um =7 s-1, die im Einklang mit bereits veröffentlichten Ergebnissen unter Berücksichtigung der vorliegenden Konzentrationen von bivalenten Metall Ionen sind. The possible applications of fluorophores as optical sensors for local mechanical forces were explored. To that end a custom tailored chromophore (OPV5) consisting of an aromatic backbone strained by sterically demanding alkyloxy side-chains have been used. A flexible PVC matrix served to align the fluorophores by stretching. Transfer of mechanical strain from the matrix induced a geometrical change in the chromophore. Consistent with the results of semiempirical calculations on the same system, this caused a decrease in the fluorescence life-time by 2.5% (25 ps) and an increase of the emission energy by 0.2% which corresponds to a blue-shift of 1.2 nm at tensile stresses of 12 N/mm2. The study proves the feasibility of fluo-rescence-based local force probes for polymers under tension. Necessary improvements can be achieved by developing more sensitive fluorophores and possibly by increasing the effi-ciency of force transmission from the matrix to the probe, i.e. by using modified end-groups to attach additional polymer chains as handles. Improved optical sensors of this type should in principle be able to monitor local mechanical stress in transparent samples down to the single molecule level, which can be used for reliability studies of the materials and also harbour promising further applications in polymer nano science and technology. The high resolution imaging method iPAINT presented in this thesis successfully applied the general PAINT approach to intercalating dyes with immobilised -DNA molecules. It was qualitatively shown that the affinity of the intercalators to the target molecules can be influ-enced by the presence of mono- and divalent metal ions in the buffer. Very high average local-isation precision (~10-15 nm) of the analysed hits with sufficient label densities on the target molecules is achieved to yield the desired total resolution. It was also pointed out that increased label densities can even be used by further modifications of the fit algorithm. First single molecule FRET experiments of immobilised Holliday-Junction molecules were performed. The analysis of the corresponding traces yielded relaxation rates of =7 s-1 which are in good accordance to already published results with the present concentrations of divalent metal ions.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie » Physikalische Chemie und Elektrochemie
Dokument erstellt am:	22.02.2012
Dateien geändert am:	22.02.2012
Promotionsantrag am:	23.11.2011
Datum der Promotion:	20.12.2011