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Unter dem Motto „Innovation und Qualitätssicherung in der (Bio)Analytik“ werden in der Arbeitsgruppe Fluoreszenzspektroskopie der BAM, Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung, funktionelle Chromophor-Systeme, einfache Signalverstärkungs- und Multiplexingstrategien sowie innovative Validierungs- und rückführbare Standardisierungskonzepte für verschiedene fluorometrische Messgrößen und Methoden entwickelt. Im Mittelpunkt stehen dabei molekulare Fluorophore, Nanokristalle mit größenabhängigen optischen Eigenschaften (sogenannte Quantenpunkte, QDs) und fluoreszierende Partikel variabler Größe sowie Sonden und Sensormoleküle für neutrale und ionische Analyte und für die Charakterisierung von funktionellen Gruppen. Dabei erfolgen auch methodische Entwicklungen für die Fluoreszenzspektroskopie, die Fluoreszenzmikroskopie, die Milcrofluorometrie, die Sensorik und die Mikroarraytechnologie. Ziele sind u. a. das Design und die Untersuchung von multiplexfähigen selektiven und sensitiven Sonden für die Biomarkeranalytik, die Entwicklung von Methoden zur Charakterisierung der signalrelevanten Eigenschaften dieser Chromophor-Systeme und zur Charakterisierung von funktionellen Gruppen an Oberflächen und ihre Validierung sowie die Entwicklung und Bereitstellung von formatadaptierbaren, flexibel ersetzbaren
Standards für die fluoreszenzbasierte Multiparameteranalytik.
Plasmapolymerisierte Allylaminschichten (50 nm) wurden auf Polypropylenfolien abgeschieden. Die auf diese Weise generierte NH2-funktionalisierte Polymeroberfläche wurde mit Xanthen-Fluorophoren chemisch umgesetzt. Da die Farbstoff-gekoppelten Folien nur geringe Fluoreszenz aufwiesen, wurden zwei Wege zur möglichen Entkopplung der Farbstoffe von der Oberfläche und damit zur Erhöhung der Fluoreszenzintensität getestet. Als erstes wurde ein Spacer durch die Umsetzung der primären Aminogruppen mit Glutaraldehyd und der nachfolgenden Kettenverlängerung mit Diaminohexan eingeführt. Diese nachfolgende Reaktion ergab eine spacergebundene NH2-Oberfläche, die analog der Allylaminschicht mit den Farbstoffen umgesetzt wurde. Als weiterer Weg wurde der Zusatz einer geeigneten Käfigverbindung, des Cucurbit[6]urils, getestet. Die spacergebundenen und zusätzlich mit Cucurbituril modifizierten aminofunktionellen Oberflächen zeigten nach der Farbstoffankopplung eine verbesserte Fluoreszenzintensität.
Die Entwicklung von Hybridmaterialien mit stark verbesserten Funktionen gelingt durch die Kombination geeigneter Nanomaterialien als Träger mit Motiven aus der supramolekularen Chemie. Diese hetero-supramolekularen Konzepte bieten vielfältige Möglichkeiten, die Lücken zwischen der Molekülchemie, Materialwissenschaften und Nanotechnologie zu schließen. Im Hinblick auf funktionelle Aspekte wurden in jüngster Zeit wichtige Fortschritte erzielt, z. B. verbesserte Erkennungs- und Sensoreigenschaften durch die Anordnung von Molekülen auf vororganisierten Oberflächen, der reversible Aufbau von nanometergroßen Netzwerken und dreidimensionalen Strukturen oder biomimetische und gesteuerte chemische Prozesse in Hybrid-Nanomaterialien, die als Grundlage für hoch spezialisierte Protokolle in dreidimensionalen Gerüststrukturen dienen können. Diese Ansätze ermöglichen eine Feinabstimmung der Eigenschaften von Nanomaterialien und eröffnen neue Perspektiven für die Anwendung supramolekularer Konzepte.