Spektroskopie mit der Ulbrichtkugel: fluoreszierende und streuende Systeme in der Bioanalytik
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2012
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INHALTSVERZEICHNIS
DANKSAGUNG III
1. EINLEITUNG 1
1.1. ZIELSTELLUNG 3
2. THEORETISCHER TEIL 5
2.1. ELEKTRODYNAMIK 5
2.2. LUMINOPHORE 6
2.2.1. MOLEKULARE ABSORPTION U N D EMISSION 6
2.2.2. LEBENSZEIT U N D QUANTENAUSBEUTE 9
2.2.3. RESONANTER ENERGIETRANSFER-FRET 10
2.2.4. FLUORESZENZLOSCHUNG 11
2.2.5. DIMERISIERUNG 11
2.3. MIGRATION DER ANREGUNGSENERGIE IN FARBSTOFF BELADENEN OBERFLACHEN U
N D PARTIKELN 12
2.4. ALLGEMEINE BETRACHTUNGEN ZUR STREUTHEORIE NACH MIE 13
2.5. STRAHLUNGSTRANSPORT 18
2.6. ULBRICHTKUGELSPEKTROSKOPIE 21
2.6.1. SPEKTRALE KORREKTUR VON OPTISCHEN MESSSYSTEMEN 23
3. M E T H O D E N ZUR Q U A N T E N A U S B E U T E B E S T I M M U N G
UND O P T I S C H E AUFBAUTEN 2 5
3.1. METHODEN 25
3.1.1. B E S T I M M U N G DER ABSOLUTEN P H O T O L U M I N E S Z E N Z
Q U A N T E N A U S B E U T E N MITTELS DER ULBRICHTKUGELSPKETROSKOPIE
25
3.1.2. MESSUNG VON DIFFUSER REFLEKTION, TOTALER U N D KOLLIMIERTER
TRANSMISSION 33 3.1.3. RELATIVE QUANTENAUSBEUTEBESTIMMUNG 35
3.1.4. QUANTENAUSBEUTEBESTIMMUNG MITTELS PHOTOAKUSTIK 37
3.2. GERATE 38
3.2.1. DAS ULBRICHTKUGELSPEKTROMETER 38
3.2.2. AUFBAU ZUR PHOTOAKUSTISCHEN SPEKTROSKOPIE 47
3.2.3. AUFBAU FUR ORTSAUFGELOSTE LUMINESZENZMESSUNGEN 48
3.2.4. SONSTIGE GERATE 48
3.3. IMPLEMENTIERUNG DER AUSWERTUNG 51
3.4. MATERIALIEN 53
IX
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IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
4. CHARAKTERISIERUNG D E S ULBRICHTKUGELSPEKTROMETERS 5 5
4.1. RADIOMETRISCHE CHARAKTERISIERUNG 55
4.1.1. SPEKTRALE KORREKTUR 55
4.1.2. LINEARITAT 56
4.1.3. WELLENLANGENRICHTIGKEIT 57
4.1.4. STABILITAT DER ANREGUNGSLEISTUNG 58
4.2. BETRACHTUNGEN ZUR UNSICHERHEIT 59
4.2.1. SPEKTRALE KORREKTUR 59
4.2.2. QUANTENAUSBEUTEBESTIMMUNG 61
4.2.3. REFLEXIONS- U N D TRANSMISSIONSMESSUNGEN 63
4.3. SYSTEMATISCHE MINIMIERUNG DER REABSORPTION U N D SYSTEMVERGLEICH .
. . . 64
5 . EXPERIMENTELLE UBERPRIIFUNG D E S AUFBAUS UND VALIDIERUNG DER Q U A
N T E N A U S B E U T E B E S T I M M U N G 6 7
5.1. ABSORPTION KLARER LOSUNGEN INNERHALB DER ULBRICHTKUGEL 67
5.2. KORREKTUR VON REABSORPTIONEFFEKTEN U N D BESTIMMUNG DER MONOMER
QUANTENAUSBEUTE BEI DIMERISIERUNG 68
5.3. QUANTENAUSBEUTEBESTIMMUNG IM VIS-NIR SPEKTRALBEREICH 71
5.4. Q U A N T E N A U S B E U T E N BIOANALYTISCH RELEVANTER FARBSTOFFE
FUR D E N VIS-NIR SPEKTRALBEREICH 72
5.5. METHODENVERGLEICH ZUR QUANTENAUSBEUTEBESTIMMUNG A N KLAREN LOSUNGEN
IM UV-VIS SPEKTRALBEREICH 73
5.5.1. RELATIVE METHODEN 73
5.5.2. ABSOLUTE METHODEN 74
5.5.3. VERGLEICH DER UNTERSCHIEDLICHEN METHODEN U N D IHRER
UNSICHERHEITEN 76
6. CHARAKTERISIERUNG DER OPTISCHEN EIGENSCHAFTEN FLUORESZENTER PARTIKEL
IM GROBENBEREICH VON N M BIS P M 8 1
6.1. EINFLUSS STREUENDER SUSPENSIONEN A U F DIE BESTRAHLUNGSSTARKE DER
ULBRICHTKUGELOBERFLACHE 81
6.2. ABSORPTION STREUENDER LOSUNGEN INNERHALB DER ULBRICHTKUGEL 83
6.3. EINFLUSS VON STREUUNG A U F DEN REABSORPTIONSPARAMETER 85
6.4. EINFLUSS VON STREUUNG A U F DIE QUANTENAUSBEUTEBESTIMMUNG 86
6.5. BESTIMMUNG VON PARTIKELGROFIEN U N D KONZENTRATION STREUENDER
SUSPENSIONEN 87 6.6. BESTIMMUNG VON ABSORPTIONSWIRKUNGSQUERSCHNITTEN U N
D ABSOLUTEN HELLIGKEITSWERTEN FLUOROPHOR DOTIERTER POLYMERPARTIKEL 90
6.6.1. ABSORPTIONSWIRKUNGSQUERSCHNITT U N D KOMPLEXER BRECHUNGSINDEX .
90 6.6.2. SOLVATOCHROMIE FARBSTOFF BELADENER PARTIKEL 94
6.6.3. HELLIGKEITSWERTE FARBSTOFF BELADENER PARTIKEL 96
7. CHARAKTERISIERUNG OPTISCHER S O N D E N , SENSOREN UND
KONVERTERMATERIALIEN 9 9 7.1. OBERFLACHEN MARKIERTE PARTIKEL 99
7.1.1. FLUOROPHOR MARKIERTE PARTIKEL 99
7.1.2. Q U A N T E N P U N K T MARKIERTE PARTIKEL 101
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
7.2. CHARAKTERISIERUNG ANORGANISCHER LEUCHTSTOFFE FUR OPTISCHE
TECHNOLOGIEN . . 105 7.3. TUMORSPEZIFISCHE SONDEN IN PHYSIOLOGISCHER
UMGEBUNG 110
7.4. BIMODALE KONTRASTMITTEL 112
7.4.1. FMN-FUNKTIONALISIERTE FE203-NANOPARTIKEL (FLUSPIOS) 112
7.4.2. BIOKOMPATIBLE FLUORESZENTE MAGNETO-LIPOSOME 117
7.5. PARTIKEL BASIERTE SENSOREN 120
7.5.1. O2 SENSOREN 120
7.5.2. P H SENSOREN 122
7.6. IMPLANTIERBARE BIOSENSOREN FUR DIE GLUCOSE MESSUNG A M AUGE 128
7.6.1. CHARAKTERISIERUNG DER EINZELKOMPONENTEN 131
7.6.2. MIKROSKOPISCHE OPTISCHE P A R A M E T E R MITTELS INVERSER MONTE
CARLO SIMULATION 132
7.6.3. ANSATZE FUR VORWARTS MONTE CARLO U N D RAYTRACING MODELLIERUNGEN
VON DETEKTOR U N D SENSOR ENSEMBLE 135
8. Z U S A M M E N F A S S U N G UND AUSBLICK 1 4 1
ANHANG 1 4 5
A. GRUNDLAGEN 145
B. ULBRICHTKUGELSPEKTROMETER 148
C. QUANTENAUSBEUTEBESTIMMUNG KLARER LOSUNGEN 156
D. METHODENVERGLEICH 158
E. SYSTEMATISCHE CHARAKTERISIERUNG DER OPTISCHEN EIGENSCHAFTEN VON
FLUORESZENTEN N M BIS P M GROFIEN PARTIKELN 161
F. BEISPIELE 165
G. ABKIIRZUNGSVERZEICHNIS 168
H. SYMBOLE 169
LITERATURVERZEICHNIS 1 9 0
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 1 9 4
TABELLENVERZEICHNIS 1 9 6
PUBLIKATIONEN 2 0 3
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