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.
Bioanalytical, clinical, and security applications increasingly require simple, efficient, and versatile strategies to measure an ever increasing number of analytes or events in parallel in a broad variety of detection formats as well as in conjunction with chromatographic separation techniques or flow cytometry. An attractive alternative to common optical multiplexing and encoding methods utilizing spectral multiplexing/color encoding and intensity encoding is lifetime multiplexing, which relies on the discrimination between different fluorescent reporters based on their fluorescence decay kinetics. Here, we propose a platform of surface-functionalizable polymeric nanoparticles stained with fluorophores differing in their fluorescence lifetimes as a new multiplexing and encoding approach. Proof-of-concept measurements with different sets of lifetime-encoded polystyrene nanoparticles are presented, obtained via staining of preformed particles with visible (vis)- and near-infrared (NIR)-emissive organic dyes, which display very similar absorption and emission spectra to enable excitation and detection at the same wavelengths, yet sufficiently different fluorescence decay kinetics in suspension, thereby minimizing instrumentation costs. Data analysis was performed with a linear combination approach in the lifetime domain. Our results and first cell experiments with these reporter sets underline the suitability of our multiplexing strategy for the discrimination between and the quantification of different labels. This simple and versatile concept can be extended to all types of fluorophores, thereby expanding the accessible time scale, and can be used, e.g., for the design of labels and targeted probes for fluorescence assays and molecular imaging, cellular imaging studies, and barcoding applications, also in conjunction with spectral and intensity encoding.