Polymer Nanopartikel als Photosensibilisatoren


Hauptgegenstand des geplanten Projektes sind neuartige Nanopartikel (NP) aus π-konjugierten Polymeren (Polythiophen), die keinen gesonderten Photosensibilisator enthalten und einzig aufgrund ihrer molekularen Struktur, Form und Materialzusammensetzung als organischer Halbleiter in der Lage sind, sehr effizient Singulettsauerstoff (hochreaktiverer, erster angeregter Zustand des Sauerstoffs, der auf direktem Wege kaum anregbar ist) zu generieren. Es soll untersucht werden, wo und wie der Energietransfer zum molekularen Sauerstoff erfolgt, dabei geht es insbesondere um den Ort (innerhalb des NP oder an seiner Oberfläche), die Geschwindigkeit der 1O2 Generierung und um nachfolgende Prozesse (Diffusion und Quenching bis zum Verlassen des NP). Ein numerisches Modell zur Beschreibung aller dieser Prozesse unter Berücksichtigung der Materialparameter (insbesondere O2- Löslichkeit und strahlende Ratenkonstanten) soll entwickelt werden, um eine zuverlässige Bestimmung der 1O2 Quantenausbeute derartiger NPs zu ermöglichen. Weiterhin steht die Frage, bis zu welchem Wert sich die 1O2 Quantenausbeute für wasserlösliche NPs aus Polythiophen und PEG optimieren lässt und wieviel von dem generierten 1O2 tatsächlich nutzbar ist (die Oberfläche des NPs erreicht und verlässt). Dies wird möglich durch hochempfindliche, zeitlich und spektral aufgelöste 1O2 Lumineszenzmessungen (z.T. auch in Echtzeit während der Synthese vor Ort) und Abgleich mit bestehenden und dem neu zu entwickelnden numerischen Modell. Die Stabilität und Biokompatibilität der NPs soll getestet werden, weiterhin auch die phototoxische Wirkung auf verschiedenartige Zelltypen (eukariotische Zellen und Bakterien). Etwaige Optimierungsmöglichkeiten werden untersucht, um mögliche Anwendungsgebiete dieser neuen, leicht im Industriemaßstab herstellbaren Photosensibilsator-Klasse zu ermitteln.


Projektleitung
Hackbarth, Steffen Dr. rer. nat. (Details) (Experimentelle Physik (Photobiophysik))

Laufzeit
Projektstart: 01/2016
Projektende: 12/2017

Publikationen
Hackbarth, S., Pfitzner, S., Guo, L., Ge, J., Wang, P., Röder, B., Singlet Oxygen Kinetics in Polymeric Photosensitizers. J. Phys. Chem. C, 2018, DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b02052

Pfitzner, S., Schlothauer, J.C., Röder, B., Hackbarth, S., Time- and spectrally resolved Singlet Oxygen phosphorescence detection – discriminating disturbance signals. Laser Phys. Lett., 2018, DOI 10.1088/1555-6611/aac5cc

Guo L, Ge JC, Liu Q, Jia QY, Zhang HY, Liu WM, Niu GL, Liu S, Gong JR, Hackbarth S, Wang PF, Versatile Polymer Nanoparticles as Two-Photon-Triggered Photosensitizers for Simultaneous Cellular, Deep-Tissue Imaging, and Photodynamic Therapy, Adv. Healthare Mat. 2017, 6, 1601431

Zuletzt aktualisiert 2020-01-06 um 17:42