Mehrdimensionale Fluoreszenzspektroskopie zur Analyse des Zusammenhangs zwischen Struktur und Funktion von Makromolekülen

Fluoreszenzspektroskopische Techniken haben sich nicht nur als Standardmethoden der analytischen Chemie etabliert; sie eröffnen zudem einen tiefgehenden Einblick in biochemische Prozesse in vitro und in vivo. Eine vordringliche Aufgabe der methodenorientierten Forschung ist die Entwicklung neuer, auf spezifische Anwendungen zugeschnittener Analyseverfahren, welche den gesteigerten Fähigkeiten der modernen, mehrdimensionalen Fluoreszenzspektroskopie Rechnung tragen. In dieser Arbeit wird nicht nur die Weiterentwicklung solcher Techniken und Auswerteroutinen dargestellt, sondern auch die Leistungsfähigkeit dieser Methoden in mehreren Anwendungsbereichen demonstriert. Einen Schwerpunkt bildet die Untersuchung von Proteinstruktur, -dynamik und -aggregation. So wird eine neue Analysestrategie für zeit- und emissionswellenlängenaufgelöste laserinduzierte Fluoreszenz (LIF) vorgestellt, mit deren Hilfe Relaxationsprozesse in single-tryptophan-Proteinen im Nanosekundenbereich detektiert werden können. In der Fluoreszenzmikroskopie ermöglicht hyperspectral fluorescence lifetime imaging (hs-FLIM) die Separation der Fluoreszenzbeiträge spektral sehr ähnlicher Fluoreszenzmarker. Zudem gelingt die Beobachtung der Parkinson verursachenden Aggregation von a-Synuklein in vitro und in humanen, neuronalen Zellen. Mehrdimensionale optische Spektroskopie ist ideal geeignet zur Charakterisierung der photophysikalischen Eigenschaften neuartiger Verbindungen. Exemplarisch wird dies bei der Untersuchung lumineszenter Benzodiazaborole gezeigt, welche hohe Quantenausbeuten im blauen Spektralbereich aufweisen und damit attraktive Emitter für den Einsatz in organischen LEDs sind. Durch Kombination mit lewisacideren Triarylboraneinheiten können fluorid-sensitive Fluoreszenzschalter generiert werden.