Indikatoren für langwellig anregbare Lumineszenz-Sensoren

Das Ziel dieses Projects besteht darin, Lumineszenzsensoren zu entwickeln, die in Kombination mit langwellig emittierenden Lichtquellen eingesetzt werden können. Die meisten in der Literatur beschriebenen Lumineszenzsensoren verwenden Indikatoren, die entweder mit sichtbarem Licht kürzerer Wellenlänge (< 550 nm) oder sogar UV-Licht angeregt werden müssen. Auch in der Praxis erfolgreiche Systeme verwenden vornehmlich solche Indikatoren. Dabei ist bekannt, dass mit abnehmender Wellenlänge des Lichtes die praktischen Schwierigkeiten deutlich zunehmen. Dies betrifft neben Störungen aus der Probe (Eigenabsorption- und Fluoreszenz, Lichtstreung) insbesondere instrumentelle Aspekte. Preisgünstige optische- und optoelectronische Komponenten mit herausragenden Eigenschaften stehen hauptsächlich im Wellenlängenbereich > 600 nm zur Verfügung. Eine erfolgreichen Etablierung von langwellich emittierenden Lumineszenzsensoren in der Praxis steht die fehlende Verfügbarkeit von Indikatoren mit maßgeschneiderten Eigenschaften entgegen. Die meisten in der Literatur beschriebenen Farbstoffe erfüllen die notwendigen Kriterien für den Einsatz in Sensoren nur unzureichend (Quantenausbeute, Photostabilität, Rezeptoreigenschaften und Immobilisierbarkeit). Der Schwerpunkt des Projects liegt in der Synthese und Charakterisierung neuer lanwellig anregbarer Lumineszenzindikatoren mit maßgeschneiderten sensorischen Eigenschaften. Diese sollen für die Bestimmung von Gelöstsauerstoff, pH, sowie sauer- oder basisch reagierender Gase eingesetzt werden. Die Realisierung solcher Sensoren auf Basis der neuen Indikatoren in verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet der 2. Teil des Projects. Mit Hilfe dieser neuen Sensoren soll der Einsatzbereich der optischen Sensorik um bisher nicht realisierbare Applikationen wie subkutane Analysen erweitert werden, aber auch die Zuverlässigkeit etablierter Methoden verbessert werden.

Optische Sensoren für die Bestimmung chemischer und biologischer Parameter erfreuen sich immer größerer Beliebtheit. Die größte Attraktivität besteht darin, dass sie sehr einfach aufgebaut sind, sowie sehr variabel eingesetzt werden können. Es können sowohl sehr kleine Mikrosonden für spezielle biologische Anwendungen, klassische Tauchsonden, als auch flächige Sensoren in Kombination mit abbildenden Verfahren eingesetzt werden, die alle auf den gleichen Messkonzepten beruhen. Auch Nano- und Mikropartikel mit sensorischen Eigenschaften werden immer häufiger eingesetzt. Das Kernelement der meisten optischen Chemosensoren besteht aus einem Farbstoff der mit dem Analyten eine spezielle Wechselwirkung eingeht und einer Matrix, in welche dieser Farbstoff eingebettet wird. Optisch detektierbare Eigenschaften, die durch den Analyten beeinflusst werden, können beispielsweise die Färbung oder die Lumineszenzeigenschaften sein, wobei optische Sensoren auf der Basis von Lumineszenzmaterialien am häufigsten eingesetzt werden. Ein praktisches Problem beim Einsatz von optischen Chemosensoren besteht darin, dass die optischen Eigenschaften des Mediums, in welchem die Messung erfolgt, die Detektion stört. Insbesondere Eigenfärbung, Eigenlumineszenz und Trübung sind typische optische Störgrößen, die beispielsweise bei der Messung in Blut empfindliche Probleme hervorrufen können. Optische Störungen sind besonders gravierend, wenn die Messung im UV-Bereich oder mit sichtbarem Licht durchgeführt wird. Strahlung im Bereich des nahen Infrarot (650nm - 1000nm) geht wesentlich weniger Wechselwirkungen mit dem Medium ein. Leider gibt es nur eine sehr eingeschränkte Anzahl von Lumineszenzindikatoren, die in diesem interessanten Spektralbereich emittieren und praktisch einsetzbar sind. In diesem Projekt wurden eine Reihe neuer Indikatoren für die optische Messung solch wichtiger medizinische, biologischer und technischer Parameter wie Sauerstoff und Säuregrad (pH) entwickelt und charakterisiert. Insbesondere die phosphoreszierenden Platin(II) und Palladium(II) Porphyrine haben sich als besonders vielversprechende Farbstoffklasse herausgestellt, die mittlerweile auch in mehreren Folgeprojekten, wie die optische Glukosebestimmung bei Diabetikern, und die Überwachung des Sauerstoffgehaltes im Ozean, eingesetzt werden.