TY  - THES
A1  - Griebel, Dragan
T1  - Fluoreszente, hybride Nanosensoren auf Silicatbasis für die Bioanalytik
T1  - Fluorescent, hybrid silica nanosensors for bioanalytic applications
N2  - Es wurde ein Leitpartikeltyp mit hoher Fluoreszenz sowie einem Absorptionsbereich oberhalb von 600 nm evaluiert. Zur Anbindung der hochspezifisch wirkenden Antikörper wurde die Teilchenoberfläche mit Carboxylgruppen funktionalisiert. Die Darstellung dieser sphärischen, komplex aufgebauten erfolgte über eine nasschemische Synthese. Die synthetisierten Partikel besitzen eine hohe Fluoreszenzintensität, gutes Chromatographierverhalten und spezifische Beladbarkeit mit monoklonalen Antikörpern (z.B. Troponin T) auf einer mit Carboxylgruppen modifizierten Partikeloberfläche. Auf die Partikel mit dem favorisierten Fluorophor musste eine zusätzliche Silicathülle aufkondensiert werden, damit diese im Anschluss erfolgreich mit Antikörpern beladen werden konnte. Die erhaltenen partikulären Systeme wurden sowohl qualitativ als auch quantitativ charakterisiert. Die Fluoreszenzintensität dieser dotierten Kern-Schale-Partikel konnte soweit optimiert werden, dass sich klinisch relevante und noch höhere Sensitivitäten in Prüfteststreifen detektieren ließen. Weiterhin wurden neuartige Fluoralkylsilan und Fluorophor codotierte Silicat-Nanopartikel synthetisiert, die auf Anhieb eine gute untere Nachweisgrenze von Troponin erzielten. Durch UV-VIS- und Fluoreszenz-Untersuchungen sowie Konjugations- und Prüfteststreifen-Versuche konnte gezeigt werden, dass die Cokondensation des Fluoralkylsilans in einer Erhöhung von Absorption und Fluoreszenz der Partikel resultiert. Weitere Untersuchungen von zeigten, dass eine zusätzliche Oberflächenmodifizierung mit Fluoralkylsilan zu einer signifikanten Verschlechterung der Konjugationseigenschaften mit Antikörpern führt. Alternative Detekorreagenzien und -methoden wurden ebenfalls untersucht. So konnte der kationische Komplex Tris-(1,10-phenantrolin)ruthenium(II)-dichlorid erfolgreich in monodisperse Silicat-Partikel eingebaut werden. Aufgrund ihrer geringen Sauerstoffpermeabilität sind sie als impermeabler Referenzstandard in O2-Sensoren geeignet. Eine andere untersuchte Detektionsmethode basiert auf zeitaufgelöster Fluoreszenz (TRF). Hierbei werden hauptsächlich Lanthanoid-Komplexe eingesetzt. Am besten untersucht sind Europium-Komplexe, welche meistens Diketone als Liganden besitzen. Bislang konnten diese neutralen Komplexe jedoch nicht in polare Silicatpartikel-Matrizes eingebaut werden. Durch Einsatz von 3,3,3-Trifluoropropyltrimethoxysilan gelang es erstmalig, einen Europium(III)-tris-4,4,4-trifluoro-1-(2-naphthoyl)-1,3-butandion-Komplex (Eu(TNB)3) in hydrophobierte Silicat-Nanopartikeln physikalisch einzubauen. TRF-Messungen zeigten Abklingzeiten von ca. 300 µs. In diesem bislang nicht verfügbaren Partikel-Typ konnten positive Eigenschaften von Latex- und Silicatpartikeln kombiniert werden. Auch einige Porphyrinkomplexe mit langen Fluoreszenzlebensdauern sind in Silicat-Nanopartikel eingebaut worden. Der neutrale Komplex 5,10,15,20-Tetrakis(4-carboxyphenyl)-porphyrin-Pd(II) konnte nur durch vorhergehende Silanisierung erfolgreich eingebunden werden. Die erhaltenen sphärischen Partikel weisen eine Größenverteilung von 200-300 nm auf. Ein weiteres, kationisches Porphyrin (5,10,15,20-Tetrakis(N-methyl-4-pyridyl)-21,23H-porphyrin-Zn(II)) konnte ebenfalls erfolgreich in etwa 140 nm große Silicat-Nanopartikel blutungsstabil eingebaut werden.
N2  - The aim was to develop monodisperse detector reagents based on nanoparticles, that can be used as biosensors for medical diagnostics and other bioanalytical applications. A particle-type with a high fluorescence intensity and an absorption range around or above 600 nm was evaluated. The particle surface was functionalized with carboxyl groups to allow for covalent attachment of specific antibodies through which the particles can bind to target molecules. The synthesis of these complex spherical particles was done following the wet-chemical Sol-Gel-Process. The particles could be adjusted to the desired requirements: high fluorescence quantum yields, good chromatographic behaviour , efficient conjugation of antibodies (e.g. Troponin T) to a carboxyl modified particle surface. The nanoparticles with the favoured fluorophore had first to be covered with an additional silica shell in order to prepare them for loading with antibodies afterwards. The resulting particles have been characterized qualitatively as well as quantitatively. Furthermore, novel silica nanoparticles have been synthesized by cocondensation of a fluoroalkylsilane and a fluorophore. UV-VIS- and fluorescence spectroscopy as well as conjugational and biosensor tests showed that the cocondensation has positive effects on the absorption and on the fluorescence of the particles. Alternative detection reagents and methods have also been investigated. Thus, the cationic complex Tris-(1,10-phenantrolin)ruthenium(II)-dichloride could successfully be integrated into monodisperse silica particles. These particles are suitable as a standard substrate in O2-sensors because of their low oxygen permeability. The required physical entrapment quantity of the complex as well as the desired low permeability could be demonstrated successfully. Time resolved flourescence (TRF) was applied as an additional detection method. Mainly lanthanoid complexes are used within this method. Most commonly used are Eu(III)-b-diketonate complexes. Up to now, these neutral complexes could not be integrated into the polar silica particle matrix. For the first time, an Europium(III)-tris-4,4,4-trifluoro-1-(2-naphthoyl)-1,3-butandion-complex (Eu(TNB)3 could be embedded into silica particles hydrophobized with 3,3,3-Trifluoropropyltrimethoxysilane. The embedment into the 140 nm diameter nanoparticles has been proved quantitatively as well as qualitatively TRF measurements detected a fluorescence lifetime of approximately 300 µs. In this - up to now- unique particle type the positive properties of latex particles and silica particles could be combined. Some porphyrin complexes possess long fluorescence lifetimes and, therefore, have been investigated. The neutral 5,10,15,20-Tetrakis(4-carboxyphenyl)-porphyrin-Pd(II) complex could only be integrated successfully into silica nanoparticles after having been silanized. The resulting spheric particles have a particle size distribution of 200- 300 nm. Another cationic porphyrin (5,10,15,20-Tetrakis(N-methyl-4-pyridyl)-21,23H-porphyrin-Zn(II)) could also be integrated successfully and without bleeding into 140 nm sized monodisperse silica particles.
KW  - Silicate
KW  - Nanopartikel
KW  - Fluoreszenzmarkierung
KW  - Biologisches Material
KW  - Analyse
KW  - Nanosilicatpartikel
KW  - hybrid
KW  - Fluoreszenz
KW  - nano
KW  - nanoparticles
KW  - hybrid
KW  - fluorescence
Y1  - 2003
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-6153
ER  -