Synthese und Charakterisierung von Perylendiimid- und Xanthen-funktionalisierten Silica-Nanopartikeln sowie Untersuchungen zu der Farbstoff-Partikel-Wechselwirkung

Abstract

Obwohl mit organischen Fluoreszenzfarbstoffen modifizierte Partikel häufig verwendete Materialien sind, existieren nur wenige Studien zur Wechselwirkung zwischen Farbstoff und Partikel sowie dem Farbstoffrückhalt in Abhängigkeit der Art der Farbstoffanbindung. In dieser Arbeit wurden fluoreszierende Silica-Nanopartikel mit verschiedenen organischen Fluoreszenzfarbstoffen hergestellt und Wechselwirkungen der Farbstoffe mit den Partikeln sowie der Farbstoffrückhalt untersucht. Als Fluoreszenzfarbstoffe wurden verschiedene Xanthen- und Perylen-Derivate verwendet und diese über kovalente oder nicht-kovalente Wechselwirkungen im Partikel-Inneren oder auf der Partikel-Oberfläche angebunden. Die Position der Farbstoffe wurde mittels einer Lösemittel-Studie nachgewiesen. Die Stärke der Partikel-Farbstoff-Wechselwirkung wurde neben Fluoreszenz-Anisotropie-Messungen in verschiedenen Lösemitteln auch durch Adsorptions-Experimente an verschiedenen Partikel-Größen sowie mit Auswasch-Experimenten („Leaching“) überprüft. Es konnte gezeigt werden, dass eine kovalente Bindung bei 50 nm Partikeln ohne weitere Funktionalisierung im Falle der verwendeten Farbstoffe unerlässlich für eine stabile Farbstoff-Bindung ist. Die physisorbierten Farbstoffe Rhodamin B und Uranin lassen sich in wenigen Waschschritten fast vollständig entfernen. Eine Verbesserung des Farbstoff-Rückhaltes von Farbstoffen ohne Ankergruppe wurde durch Veresterung von Rhodamin B und anschließende Oberflächenfunktionalisierung mit Alkylketten verschiedener Länge erreicht. Der Effekt dieser lipophilen Funktionalisierung lässt sich ebenfalls mit einer hydrophilen Polyethylenglycol-Funktionalisierung erreichen, wodurch die Partikel auch in biologischen Medien gut dispergiert werden können.

Although particles modified with organic fluorescent dyes are frequently used materials, there are only a few studies on the interaction between dye and particle and the retention of dye depending on the type of dye attachment. In this work, fluorescent silica nanoparticles with various organic fluorescent dyes were pro-duced and interactions between dye-particle binding and dye retention were investigated. Various fluorescent xanthene and perylene derivatives have been used as fluorescent dyes and these have been functionalized via covalent or noncovalent interactions in the particle interior or on the particle surface. The position of the dyes was detected by means of a solvent study. In addition to fluorescence anisotropy measurements in various solvents, the particle-dye inter-action strengths were also investigated by leaching and adsorption experiments. It was shown that a covalent bond at 50 nm particles without further functionalization in the case of the dyes used is essential for stable dye binding. The physisorbed dyes rhodamine B and uranine can be almost completely removed in a few washing steps. An improvement in the retention of dyes without anchor group was achieved by esterification of rhodamine B and sub-sequent surface functionalization with alkyl chains of different lengths. The effect of this lipo-philic functionalization can also be achieved with a hydrophilic polyethylene glycol function-alization, whereby the particles are also well dispersible in biological media.