Immobilisierbare Pyrenderivate zur Anwendung als pH-Sonde

Abstract

Intracellular pH probes is an emerging topic in the analysis of the role of protons play in the ongoing chemical processes within cells (e.g. in the respiratory chain) or in the diagnosis of functional disorders. In this study, a probe molecule based on the photoacid pyrenol was synthesized. Pyrenol derivatives can be used as a ratiometric pH probe or as an environmental probe. In the present thesis, a pyrenol derivative with a silane as a specific anchor group was synthesized, so that immobilization on glass surfaces could be realized. In addition, the immobilizable derivative of hydroxypyrene, was subsequently covalently embedded in silica nanoparticles. With the modified nanoparticles, both the properties of the probe molecule and the silica matrix were analyzed by steady-state and time-resolved fluorescence spectroscopy. There are several observations from the researchers. On one hand, a rigidly incorporation of the chromophore into the silica matrix could be confirmed. On the other hand, the embedded dye in core nanoparticles is accessible for protons. Therefore, the synthesized nanoparticles are suitable as an intracellular pH probe, which was demonstrated by in vitro cell experiments during this work.

Intrazelluläre pH-Sonden sind von großem Interesse, um die Rolle von Protonen in ablaufenden chemischen Prozessen in Zellen näher zu analysieren (z.B. in der Atmungskette) oder um Fehlfunktionen bzw. Krankheiten zu diagnostizieren. In dieser Arbeit wurde ein Sondenmolekül synthetisiert, welches auf der Photosäure Pyrenol basiert. Pyrenolderivate können sowohl als ratiometrische pH-Sonde als auch als Umgebungssonde verwendet werden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Pyrenolderivat mit einem Silan als spezifische Ankergruppe dargestellt, sodass eine Immobilisierung auf Glasoberflächen realisiert wurde. Darüber hinaus wurde das hergestellte Sondenmolekül in Silica-Nanopartikel eingebaut. Nach Darstellung der modifizierten Nanopartikel wurden sowohl die Eigenschaften des Sondenmoleküls als auch der Silica-Matrix mit Hilfe von statistischer und zeitaufgelöster Fluoreszenzspektroskopie analysiert. Aus den Untersuchungen konnten mehrere Informationen gewonnen werden. Zum einen konnte ein fester Einbau des Chromophors in die Silica-Matrix bestätigt werden. Zum anderen wurde für den eingebundenen Farbstoff in Kern-Nanopartikel ein gutes Ansprechverhalten auf Protonen in der näheren Umgebung festgestellt. Die synthetisierten Nanopartikel eignen sich daher als intrazelluläre pH-Sonde, was im Rahmen dieser Arbeit durch in vitro Zellexperimente gezeigt wurde.