dc.contributor.author
Heek, Timm
dc.date.accessioned
2018-06-07T23:15:00Z
dc.date.available
2013-09-16T12:24:20.703Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/10238
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-14436
dc.description.abstract
Within this thesis different polyglycerol (PG) dendronized rylene dyes were
synthesized and their photophysical properties determined as well as their
possible application in two different fields tested. In the first part it was
shown, that a high water-solubility could be introduced to the completely
hydrophobic dye material by a substitution with PG-dendrons at the imide
positions of perylene bisimide. Furthermore by just increasing the steric
demand of the PG-dendrons by increasing the attached dendron generation (up to
[G4]), the strong aggregation tendency was successfully suppressed thereby
yielding highly fluorescent perylene bisimide dyes. Based on these findings,
another set of bay functionalized perylene bisimides as well as the higher
rylene homologs terrylene bisimide and quaterrylene bisimide bearing PG-
dendrons were synthesized and their spectral characteristics determined. Due
to their higher lying absorption and emission profiles these dye conjugates
are of special interest for biological imaging as they are near or within the
so-called optical window. In the second part, the capability of PG dendronized
rylene dyes to serve as a platform for the development of functional dyes was
investigated. Therefore first an amphiphilic character was introduced to the
PG dendronized perylene dye by attaching two hydrophobic alkyl chains instead
of one PG-dendron yielding a classical amphiphile. This was successfully
applied as solubilizing agent for single-walled carbon nanotubes (SWCNT) in an
aqueous environment. It was shown, that this did not only solubilize and
debundle SWCNTs very effectively into individual tubes but it also caused an
efficient energy transfer from the perylene dye moiety to the SWCNTs. Although
similar energy transfer processes are known from other fluorophores, e.g.,
porphyrines to SWCNTs, this was the first time that this phenomenon was
observed for a water-soluble perylene based amphiphile. In the following, a
closer inspection of the suspension revealed that besides this extraordinary
property the surfactant is also able to enrich SWCNTs with specific
chiralities. This is of great importance, because the optoelectronic
properties of SWCNTs strongly depend on the chirality and there are only few
post-growth sorting mechanisms available. To get more insight into the
solubilization and the energy transfer processes, a whole library of perylene
based surfactants was then synthesized and tested. As a result different
parameters for the rational design of an ideal SWCNT-surfactant design could
be obtained. In the last part, one of the amphiphiles was used as a
fluorescent membrane marker for bioimaging purposes. Therefore, the design was
adapted to allow the best interaction with natural lipid bilayer membranes. It
was shown that this marker easily intercalates into artificial and natural
membranes and due to its high photostability and water solubility outperforms
many commercially available membrane labels.
de
dc.description.abstract
In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Polyglycerol (PG)
dendronisierte Rylen Farbstoffe hergestellt, deren photophysikalischen
Eigenschaften sowie Ihre mögliche Anwendung als funktioneller Farbstoff in
zwei unterschiedlichen Themenfeldern untersucht. Im ersten Teil konnte gezeigt
werden, dass durch eine einfache Substitution mit PG-Dendronen an den Imid
Positionen von Perylenebisimid eine hohe Wasserlöslichkeit dieses komplett
hydrophoben Farbstoffs erreicht werden kann. Zusätzlich dazu konnte durch eine
sukzessive Erhöhung der Dendrimergeneration (bis [G4]) und damit des
sterischen Anspruchs die extrem ausgeprägte Aggregationsneigung erfolgreich
unterdrückt werden. Dies resultierte in hoch fluoreszenten, wasserlöslichen
Perylenbisimiden. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden in Folge sowohl bay
funktionalisierte als auch höhere Rylen Homologe wie Terrylenbisimid oder
Quaterrylenbismid mit PG-Dendronen modifiziert und ihre optischen
Eigenschaften bestimmt. Durch ihre längerwelligen Absorptions- und
Emissionseigenschaften sind diese Farbstoffkonjugate insbesondere für
biologische Bildgebungsverfahren interessant, da sie sich nahe oder innerhalb
des sogenannten optischen Fensters für biologisches Gewebe befinden. Im
zweiten Teil wurde untersucht inwiefern sich PG denronisierte Rylen Farbstoffe
als Plattform für die Entwicklung von funktionellen Farbstoffen eigenen. Dafür
wurde der PG-dendroniserte Perylen Farbstoff in eine klassische amphiphile
Struktur umgewandelt indem ein PG-Dendron durch zwei Alkylketten ersetzt
wurde. Dieser Farbstoff konnte erfolgreich als Tensid für die Solubilisierung
von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren (engl. SWCNT) in wässriger Umgebung
eingesetzt werden. Desweiteren konnte gezeigt werden, dass neben der hoch
effizienten Solubilisierung und Entbündelung der SWCNTs zu einzelnen Röhren
ein effizienter Energietransfer vom Perylen Farbstoff in die SWCTNs
stattfindet. Obwohl dieser Effekt von anderen Farbstoffen bekannt ist,
insbesondere von Porphyrinen, ist dies das erste Mal, dass dieser Effekt bei
wasserlöslichen Perylen basierten Amphiphilen auftritt. Darauf folgende
Untersuchungen zeigten, dass der Farbstoff neben dieser außergewöhnlichen
Eigenschaft auch zu einer Anreicherung von SWCNTs mit bestimmten Chiralitäten
verwendet werden kann. Dies ist von besonderer Bedeutung, da die opto-
elektronischen Eigenschaften von SWCNTs stark von der jeweiligen Chiralität
abhängen und es bis dato nur sehr wenige Sortiermechanismen dafür gibt. Um ein
tieferes Verständnis für den Solubiliserungs- und den Energietransferprozess
zu erhalten wurde abschließend eine Bibliothek von Perylen basierten
Amphiphilen hergestellt und getestet. Daraus konnten verschiedene Parameter
bezüglich des Designs eines idealen SCWNTs-Tensids abgeleitet werden. Im
letzten Teil der Arbeit wurde einer der amphiphilen Farbstoffe als
fluoreszenter Membranmarker in der biologischen Bildgebung angewendet. Dafür
wurde das Design so gewählt, das es eine bestmögliche Interaktion mit
natürlichen Lipid-Doppelschichten gewährleistet. Es konnte gezeigt werden,
dass dieser Marker sowohl in der Lage ist in künstliche Membranen als auch in
natürliche Zellemembranen zu Interkalieren und dass seine hohe Photostabilität
die von vielen kommerziell erhältlichen Membranmarkern übertrifft.
de
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::540 Chemie
dc.title
Synthesis and Application of Water-Soluble Dendronized Rylene Dyes
dc.contributor.contact
timm@heek.org
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Rainer Haag
dc.contributor.furtherReferee
PD Dr. habil. Kai Licha
dc.date.accepted
2013-04-24
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000094883-5
dc.title.translated
Zur Synthese und Anwendung von wasserlöslichen denronisierten Rylene
Farbstoffen
de
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000094883
refubium.note.author
Aus Copyrightgründen sind einige Zeitschriftenartikel hier nicht online
veröffentlicht.
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000013873
dcterms.accessRights.dnb
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