This work refers to the area of bio-nanotechnology and concerns the selective immobilization of DNA or other bio-template on microstructured gold contacts and which then permit a coordinated cooperation of several of these nanotemplate, e.g., within a microreactor. The immobilization of such nano-objects should be realized through functional thin polymer films which provide binding groups. Thus, the main aim of this work was the development of polymeric materials for thin functional films which permit to deposit on different substrates a wide variation of functional elements or metal structures and to achieve a pattern formation using optical grid methods. In order to realize this concept it was necessary to design and develop a polymer system based on suitable photolabile units and in addition having anchoring groups which attach on specific substrates like gold. In this terpolymer concept was aimed for which consists of three components with particular functions in suitable molar ratios, which allow the tune the properties of the materials, and provide: amino photolabile protected groups for the photolithographic creation of patterned areas with free amino groups, which are available for further modifications like attachment of colloids, metallization or attachment of DNA strands; disulfide derivative anchor groups providing anchoring capacity for gold surface and spacer groups for adjusting the film quality. These multifunctional terpolymers should be synthesised by free radical polymerisation of suitable monomers. Although these techniques are successful, they are limited by their complexity, rigorous synthetic demands, as well as incompatibility with many functional termolabile and highly reactive functionalities. To overcome these difficulties a polymerisation technique based on “living” free radical polymerisation has been used in this work. A highly efficient polymer-analogous modification allows to introduce the functionalities after the polymer construction reaction. The production of suitable prepolymers [poly(styrene-r-4-propargyl-oxystyrene)] was carried out with the help of a controlled synthesis methodology “nitroxide mediate radical polymerization" followed by polymer analogous reaction using one of the most efficient click reactions, the Cu(I) catalyzed Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition between terminal acetylenes and azides to attach further functionalities through the formation of a stable 1,4-disubstituted 1,2,3-triazol ring . The combination of nitroxide mediated radical polymerization (NMRP) and click chemistry was used to produce well-defined random copolymer. It could already be shown that also block copolymers can be prepared which give the chance to combine nanostructure formation in block copolymers with special functionality. Thus, the special properties of these functional polymers like the capability for photopatterning and anchoring onto gold substrates make them very interesting for nanotechnology applications. / Diese Arbeit bezieht sich auf das Gebiet der Bionanotechnologie und betrifft ein neuartiges Verfahren zur selektiven Immobilisierung der DNA oder anderer Biomoleküle auf mikrostrukturierten Goldkontakten, welche dann ein koordiniertes Zusammenwirken von einzelnen Nanomolekülen ermöglichen, z.B. in einem Mikroreaktor. Die Immobilisierung solcher Nanoobjekte soll durch dünne Funktionsschichten realisiert werden, die die Anbindungsgruppen liefern. Folglich war das Hauptziel dieser Arbeit die Entwicklung von Polymermaterialien für dünne Funktionsschichten, die die Aufbringung einer großen Vielzahl von Funktionselementen oder metallischen Strukturen auf verschiedenen Substraten gestatten und die Strukturierung durch den Einsatz von lithographischen Methoden ermöglichen. Um dieses Konzept zu realisieren, war es notwendig, ein Polymersystem zu gestalten und zu entwickeln, welches auf geeignete photolabile Einheiten basiert und zusätzlich Ankergruppen hat, die mit spezifischen Substraten wie Gold verbunden ist. Dieses Terpolymerkonzept wurde gezielt aus drei Komponenten mit speziellen Funktionen in entsprechenden molaren Verhältnissen gebildet, die eine Abstimmung der Materialeigenschaften ermöglicht und folgendes bereitstellt: photolabile geschützte Aminogruppen für die photolitographische Strukturerzeugung mit freien Aminogruppen, welche für weitere Modifikationen verfügbar sind wie das Anhängen von Kolloiden, die Metallisierung oder Anfügung von DNA-Strängen; disulfide Derivate für die kovalente Anbindung auf der Goldoberfläche und Spacer-Gruppe für Verbesserung der Schichtenbildung. Diese multifunktionalen Terpolymere sollen durch eine freie radikalische Polymerisation von entsprechenden Monomeren synthetisiert werden. Obwohl diese Techniken erfolgreich sind, sind sie eingeschränkt durch ihre Komplexität, den strengen synthetischen Anforderungen, sowie der Inkompatibilität mit vielen funktionalen thermolabilen und hochreaktiven Funktionalitäten. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden wurde eine Polymerisationstechnik für diese Arbeit genutzt, die auf der „lebenden“ freien radikalischen Polymerisation basiert. Eine hoch effiziente polymeranaloge Modifizierung erlaubt die Einführung von Funktionalitäten nach der Polymeraufbaureaktion. Die Herstellung von entsprechenden Präpolymeren Poly(Styrol-r-4-Propargyl-oxystyrol) wurde mittels einer kontrollierten Synthesemethodik „Nitroxid-mediated controled radical polymerisation“ (NMRP) durchgeführt, gefolgt von der Polymeranalogreaktion, die eine der effizientesten Click-Reaktion - die Cu(I) katalysierte 1,3-dipolar Cycloaddition von terminalen Alkinen an Aziden nach Huisgen nutzt, um weiter Funktionalitäten durch die Bildung eines stabilen 1,4-disubstituierten-[1,2,3]-Triazolringes anzufügen. Die Kombination von NMRP und Click-Chemie wurde zur Herstellung eines exakt definierten Random Copolymers genutzt. Es konnte bereits gezeigt werden, dass auch Blockcopolymere geschaffen werden können, die eine Möglichkeit zur Kombination von Nanostrukturformationen in Blockcopolymeren mit speziellen Funktionaltäten bieten. Folglich sind die speziellen Eigenschaften dieser Funktionalpolymere wie die Fähigkeit zur Photostrukturierung und Verankerung auf Goldsubstraten für nanotechnologische Anwendungen sehr interessant.

Hyaluronic acid (HA) is widely studied as a targeting moiety to CD44 overexpressing cancer cells. Various types of nanoparticles (NPs) were modified by HA. Virus-like particles (VLPs) derived from mouse polyomavirus are an interesting class of NPs that can be modified by various targeting agents to increase their potential as gene or drug delivery vehicles for e.g. theragnostic purposes. HA has not been tested as a targeting moiety on VLPs, hence this was the focus of the current study. HA (~14 kDa) was attached to the VLPs via a bispecific Bodipy-derived fluorescent probe. To test the targeting potential of HA on comparable non-viral NPs, nanodiamonds were prepared in a similar manner. NPs functionalized with HA, together with Bodipy-labeled control variants, were tested on interactions with MDA-MB-231 cells overexpressing CD44. The NP-cell interaction via CD44 was assessed by a competitive cell-binding assay, where non-labeled HA competed for HA-binding sites at CD44 with the NPs. CD44 specific cell interactions were detected in studies with HA functionalized nanodiamonds, whereas VLP-HA* associated with cells in a less specific manner. Control VLPs with polyethylene glycol (PEG) did not interact with the cells. Results indicate that the HA targeting strategy for the VLPs requires optimization to...

Die Radiomarkierung biologisch relevanter Verbindungen mit dem Radionuklid 18F erlaubt Untersuchungen mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Mit Hilfe der PET werden quantitative Informationen über die räumliche und zeitliche Verteilung von Radiotracern im lebenden Organismus erhalten. Diese Radiotracer sind Grundlage für die in vivo-Erforschung der Physiologie des menschlichen Organismus, sowie zur Aufklärung und Nachverfolgung pathologischer Prozesse. Neben bekannten Ansätzen der Acylierung, Thioetherbildung und Hydrazonbildung ist es notwendig neue Markierungsmethoden zu entwickeln, um Probleme bei Markierungsreaktionen, wie niedrige Ausbeuten und Denaturierung empfindlicher biologisch relevanter Moleküle, zu umgehen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Evaluation der Click-Chemie, speziell der 1,3 dipolaren [3+2]Cycloaddition von Alkin- und Azid-Derivaten als neue, alternative Reaktion zur Markierung von biologisch relevanten Molekülen. Ziel der Arbeit war es einen 18F markierten, bifunktionellen Markierungsbaustein, versehen mit einer Alkinfunktion durch eine vollautomatisierte Synthese (Modulsynthese) herzustellen. Ein Peptid, ein Protein und ein Oligonukleotid als biologisch relevante Moleküle, sollten mit einer Azidfunktionalität versehen werden. Mit Hilfe eines geeigneten Katalysator-Ligandsystems sollten ein bifunktioneller Markierungsbaustein, sowie ein azidfunktionalisiertes biologisch relevantes Molekül miteinander gekuppelt werden unter Verwendung der 1,3-dipolaren [3+2]Cycloaddition. Die untersuchte Methode sollte mit anderen Markierungsmethoden verglichen werden. Es wurde eine Modulsynthese zur einfachen, schnellen und vollautomatisierten Herstellung eines alkinfunktionalisierten Synthesebausteins, 4-[18F]Fluor-N-methyl-N-(prop-2-inyl)benzolsulfonamid, p[18F]F SA, entwickelt. Dieser basiert auf einem Sulfonamid-Derivat und ist mit dem Positronenstrahler 18F gekuppelt. Ausgehend von einer Trimethylammonium-Markierungsvorstufe kann das p[18F]F SA mit einer radiochemischen Ausbeute von 27-40% und einer radiochemischen Reinheit >99% innerhalb von 80 min hergestellt werden. Die Reaktion läuft in Sulfolan bei 80°C innerhalb von 10 min ab. Das Produkt liegt aufgrund der HPLC-Reinigung mit einem hohen Reinheitsgrad (RCR >99%) vor und weist eine spezifische Aktivität von 120 570 GBq/µmol auf. p[18F]F SA eignet sich zur Markierung von biologisch relevanten Molekülen, da es unter den Markierungsbedingungen der Cycloaddition stabil ist und eine für das Arbeiten im wässrigen Milieu günstige Lipophilie (logP = 1,7) aufweist. Die verschiedenen Beispiele der drei Verbindungsklassen werden mit einer Azidfunktion versehen. Ein Phosphopeptid (H-MQSpTPL-OH), HSA und ein Aminohexylspacer tragendes Oligonukleotid (NH2 (CH2)6 pCCG CAC CGC ACA GCC GC) werden mit Succinimidyl-5-azidvalerat umgesetzt, wodurch eine Funktionalisierung an den Aminogruppen erfolgt. Während das Phosphopeptid und das Oligonukleotid einfach azidfunktionalisiert vorliegen, werden durch diese Methode 27 Azidreste an das HSA angebracht. Damit stehen Alkin- und Azid-Derivat für die Cycloaddition zur Verfügung. Das Phosphopeptid konnte mit einer Ausbeute von 29% innerhalb von 45 min hergestellt werden. Als Katalysator-Ligandsystem wird ein Gemisch aus Kupfersulfat und Natriumascorbat in Boratpuffer (pH = 8,4) eingesetzt. Man geht von 0,3-0,4 mg der peptidischen Markierungsvorstufe aus. Die Methode wurde mit der [18F]SFB-Markierung des Phosphopeptids verglichen. Man erhält ähnliche Ausbeuten und Reinheiten bei ähnlichen Reaktionsbedingungen. Ein wesentlicher Vorteil ist die Höhe der spezifischen Aktivität des eingesetzten p[18F]F SA, die bis zu zehnfach höher ist, als die des [18F]SFB. Das führt vermutlich zu einem ähnlichen Unterschied der spezifischen Aktivitäten der markierten Peptide, die jedoch nicht genau bestimmt wurden. Auch sind die Reaktionszeiten zur Peptidmarkierung bei Nutzung von p[18F]F SA um ein Drittel geringer. Das führt zur Verminderung der gesamten Synthesezeit. Die Markierung von azidfunktionalisiertem HSA (Beispielprotein) erfolgt mit einer radiochemischen Ausbeute von 57% innerhalb von ca. 45 min. Als Katalysator-Ligandsystem wird ein Komplex aus TBTA und Kupfer(I)-Ionen in Phosphatpuffer (pH = 7,4) / Dimethylsulfoxid verwendet. Die Masse der eingesetzten Markierungsvorstufe beträgt 0,3 mg. Ein Vergleich der Markierungsmethode erfolgte mit der Markierung mit den bifunktionellen Markierungsbausteinen [18F]SFB und [18F]FBA. Bei gleicher Proteinkonzentration ist der Umsatz von p[18F]F SA mit 94% am höchsten. Die Reaktion des hydrazinfunktionalisierten HSA mit [18F]FBA erfordert Temperaturen von 50-60°C, um einen Umsatz des Markierungsbausteins in ähnlicher Höhe wie bei Markierungen mit p[18F]F SA und [18F]SFB zu erreichen. Die Bedingungen für die Markierung mit [18F]SFB weicht dahingehend ab, dass ein pH Wert von 8,4 angewandt wird um eine Markierung zu erreichen. Grund ist die Notwendigkeit der Deprotonierung der im HSA vorhandenen, bei niedrigeren pH Werten protonierten Aminogruppen. Das limitiert die Reaktion auf einen Bereich um diesen pH-Wert. Die Untersuchung der Markierung von Oligonukleotiden ergab, dass ebenfalls ein Komplex aus TBTA und Kupfer(I)-Ionen notwendig ist. Als Lösungsmittel dient ein Gemisch aus 1 M Natriumhydrogencarbonat-Lösung, Acetonitril und Dimethylsulfoxid (14:5:1). Nach 20 min Reaktionszeit bei 10°C kann das Produkt mit einem Anteil von 30% im Reaktionsgemisch nachgewiesen werden. Damit ist nachgewiesen, dass auch die Markierung von Oligonukleotiden unter milden Bedingungen mit dieser Reaktion möglich ist. Zusammenfassend kann man feststellen, dass sich die Click-Reaktion hervorragend für die schonende Markierung der biologisch relevanten Moleküle Phosphopeptid, HSA und Oligonukleotid eignet. TBTA wirkt während der Reaktion als Chelatbildner für die Kupfer(I)-Ionen und verhindert somit eine Bindung an die zu markierenden Moleküle oder deren Zersetzung. Damit wird die Stabilität der biologisch relevanten Moleküle gewährleistet und bei in vivo-Anwendung, das Einbringen cytotoxischen Kupfers verhindert. Im Zuge der Untersuchungen wurde ein Vergleich der Markierungsreaktionen Acylierung, Thioetherbildung, sowie Hydrazon- und Oximbildung durchgeführt. Die bifunktionellen Markierungsbausteine [18F]SFB, [18F]FBAM und [18F]FBA wurden dafür herangezogen. Die 1,3-dipolare [3+2]Cycloaddition unterscheidet sich von den zum Vergleich herangezogenen Reaktionen. Sie vereint die positiven Eigenschaften der anderen Markierungsreaktionen in sich: • Die Reaktion läuft unter milden Reaktionsbedingungen ab. • Der verwendete Markierungsbaustein p[18F]F SA ist unter den Markierungsbedingungen stabil und lässt sich in einer Einschrittsynthese mit Hilfe eines vollautomatisierten Synthesemoduls einfach in hohen Ausbeuten und Reinheiten, sowie mit einer hohen spezifischen Aktivität herstellen. Damit erweitert die 1,3 dipolare [3+2]Cycloaddition das Spektrum der Markierungsreaktionen und bietet das Potential zur Markierung verschiedenster biologisch relevanter Moleküle.

This work refers to the area of bio-nanotechnology and concerns the selective immobilization of DNA or other bio-template on microstructured gold contacts and which then permit a coordinated cooperation of several of these nanotemplate, e.g., within a microreactor. The immobilization of such nano-objects should be realized through functional thin polymer films which provide binding groups. Thus, the main aim of this work was the development of polymeric materials for thin functional films which permit to deposit on different substrates a wide variation of functional elements or metal structures and to achieve a pattern formation using optical grid methods. In order to realize this concept it was necessary to design and develop a polymer system based on suitable photolabile units and in addition having anchoring groups which attach on specific substrates like gold. In this terpolymer concept was aimed for which consists of three components with particular functions in suitable molar ratios, which allow the tune the properties of the materials, and provide: amino photolabile protected groups for the photolithographic creation of patterned areas with free amino groups, which are available for further modifications like attachment of colloids, metallization or attachment of DNA strands; disulfide derivative anchor groups providing anchoring capacity for gold surface and spacer groups for adjusting the film quality. These multifunctional terpolymers should be synthesised by free radical polymerisation of suitable monomers. Although these techniques are successful, they are limited by their complexity, rigorous synthetic demands, as well as incompatibility with many functional termolabile and highly reactive functionalities. To overcome these difficulties a polymerisation technique based on “living” free radical polymerisation has been used in this work. A highly efficient polymer-analogous modification allows to introduce the functionalities after the polymer construction reaction. The production of suitable prepolymers [poly(styrene-r-4-propargyl-oxystyrene)] was carried out with the help of a controlled synthesis methodology “nitroxide mediate radical polymerization" followed by polymer analogous reaction using one of the most efficient click reactions, the Cu(I) catalyzed Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition between terminal acetylenes and azides to attach further functionalities through the formation of a stable 1,4-disubstituted 1,2,3-triazol ring . The combination of nitroxide mediated radical polymerization (NMRP) and click chemistry was used to produce well-defined random copolymer. It could already be shown that also block copolymers can be prepared which give the chance to combine nanostructure formation in block copolymers with special functionality. Thus, the special properties of these functional polymers like the capability for photopatterning and anchoring onto gold substrates make them very interesting for nanotechnology applications. / Diese Arbeit bezieht sich auf das Gebiet der Bionanotechnologie und betrifft ein neuartiges Verfahren zur selektiven Immobilisierung der DNA oder anderer Biomoleküle auf mikrostrukturierten Goldkontakten, welche dann ein koordiniertes Zusammenwirken von einzelnen Nanomolekülen ermöglichen, z.B. in einem Mikroreaktor. Die Immobilisierung solcher Nanoobjekte soll durch dünne Funktionsschichten realisiert werden, die die Anbindungsgruppen liefern. Folglich war das Hauptziel dieser Arbeit die Entwicklung von Polymermaterialien für dünne Funktionsschichten, die die Aufbringung einer großen Vielzahl von Funktionselementen oder metallischen Strukturen auf verschiedenen Substraten gestatten und die Strukturierung durch den Einsatz von lithographischen Methoden ermöglichen. Um dieses Konzept zu realisieren, war es notwendig, ein Polymersystem zu gestalten und zu entwickeln, welches auf geeignete photolabile Einheiten basiert und zusätzlich Ankergruppen hat, die mit spezifischen Substraten wie Gold verbunden ist. Dieses Terpolymerkonzept wurde gezielt aus drei Komponenten mit speziellen Funktionen in entsprechenden molaren Verhältnissen gebildet, die eine Abstimmung der Materialeigenschaften ermöglicht und folgendes bereitstellt: photolabile geschützte Aminogruppen für die photolitographische Strukturerzeugung mit freien Aminogruppen, welche für weitere Modifikationen verfügbar sind wie das Anhängen von Kolloiden, die Metallisierung oder Anfügung von DNA-Strängen; disulfide Derivate für die kovalente Anbindung auf der Goldoberfläche und Spacer-Gruppe für Verbesserung der Schichtenbildung. Diese multifunktionalen Terpolymere sollen durch eine freie radikalische Polymerisation von entsprechenden Monomeren synthetisiert werden. Obwohl diese Techniken erfolgreich sind, sind sie eingeschränkt durch ihre Komplexität, den strengen synthetischen Anforderungen, sowie der Inkompatibilität mit vielen funktionalen thermolabilen und hochreaktiven Funktionalitäten. Um diese Schwierigkeiten zu überwinden wurde eine Polymerisationstechnik für diese Arbeit genutzt, die auf der „lebenden“ freien radikalischen Polymerisation basiert. Eine hoch effiziente polymeranaloge Modifizierung erlaubt die Einführung von Funktionalitäten nach der Polymeraufbaureaktion. Die Herstellung von entsprechenden Präpolymeren Poly(Styrol-r-4-Propargyl-oxystyrol) wurde mittels einer kontrollierten Synthesemethodik „Nitroxid-mediated controled radical polymerisation“ (NMRP) durchgeführt, gefolgt von der Polymeranalogreaktion, die eine der effizientesten Click-Reaktion - die Cu(I) katalysierte 1,3-dipolar Cycloaddition von terminalen Alkinen an Aziden nach Huisgen nutzt, um weiter Funktionalitäten durch die Bildung eines stabilen 1,4-disubstituierten-[1,2,3]-Triazolringes anzufügen. Die Kombination von NMRP und Click-Chemie wurde zur Herstellung eines exakt definierten Random Copolymers genutzt. Es konnte bereits gezeigt werden, dass auch Blockcopolymere geschaffen werden können, die eine Möglichkeit zur Kombination von Nanostrukturformationen in Blockcopolymeren mit speziellen Funktionaltäten bieten. Folglich sind die speziellen Eigenschaften dieser Funktionalpolymere wie die Fähigkeit zur Photostrukturierung und Verankerung auf Goldsubstraten für nanotechnologische Anwendungen sehr interessant.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden neuartige, temperatursensitive Polymerbürsten mit terminaler Click-Funktionalität hergestellt, die nicht nur im Detail untersucht bzw. charakterisiert wurden, sondern deren Eigenschaften zusätzlich durch die polymeranaloge Umsetzung mit einem entsprechend modifizierten Fluoreszenzfarbstoff, Polymer oder mit superparamagnetischen Nanopartikeln erweitert werden konnten. Mittels kontrolliert radikalischer Polymerisation wurde mono- und bi-funktionalisiertes Poly(N-isopropylacrylamid) mit unterschiedlichen Endgruppen und Molekulargewichten synthetisiert und über das "grafting to"-Verfahren an eine Modeloberfläche angebunden. Die kovalente Anbindung der entsprechenden Komponenten erfolgte entweder durch die Kupfer-katalysierte oder thermisch induzierte Alkin-Azid-Cycloaddition. Neben den physiko-chemischen Eigenschaften wurde im Besonderen das temperaturabhängige Schaltverhalten dieser funktionellen Polymerbürsten in situ untersucht, wobei neben der spektroskopischen Ellipsometrie als Hauptmethode, zusätzlich Rasterkraftmikroskopie, UV/VIS- und Fluoreszenzspektroskopie, sowie Elektronenmikroskopie verwendet wurden. Im Fall der Farbstoff-modifizierten Polymerbürsten zeigte sich, dass nicht nur die Eigenschaften des Farbstoffs durch das Polymer beeinflussbar sind, sondern auch das Quellverhalten der Polymerbürsten durch den Farbstoff. Die mit Nanopartikeln modifizierten Polymerbürsten zeigten eine homogene Verteilung der Partikel auf der Oberfläche, sowie eine veränderte Schaltcharakteristik, die durch das Auftreten eine dynamischen Wechselwirkungszone zwischen den Polymerbürsten und den Nanopartikeln erklärt werden kann. Mit Hilfe der thermisch induzierten Azid-Alkin-Cycloaddition konnten erstmalig definierte Kettenverlängerungen an Polymerbürsten durchgeführt und gleichzeitig der Nachteil der limitierten Pfropfungsdichte der „grafting to“-Methode überwunden werden. Darüber hinaus konnte der temperaturinduzierte Schalteffekt nicht nur erhalten bleiben, sondern in Bezug auf die Schaltamplitude auch signifikant vergrößert werden und ergab ein sensitiveres, verbessertes Polymerbürstensystem.

Gemäß der Zielstellung der Dissertation wurden verschiedene partiell tert.-Butyl- (TBU) und tert.-Butyloxycarbonyl- (Boc) geschützte Blockcopolymere auf der Basis von Poly(4-hydroxystyrol) mit engen Molmassenverteilungen sowie mit verschiedenen Blockzusammensetzungen dargestellt. Die Synthese dieser partiell TBU- und Boc-geschützten Blockcopolymere umfasste drei wesentliche Schritte: 1) Darstellung von Makroinitiatoren mittels NMRP, 2) Synthese von orthogonal geschützten Precursor-Blockcopolymeren durch Reinitiierung der Makroinitiatoren in Gegenwart eines weiteren orthogonal geschützten Monomeren und 3) orthogonale und quantitative polymeranaloge Umsetzungen ausgehend von den orthogonal geschützten Precursor-Blockcopolymeren. Mit den partiell TBU- und Boc-geschützten Blockcopolymeren wurden dünne Polymerfilme mittels „dip-coating“ präpariert. Die Untersuchung der Topographie und Morphologie der Filme erfolgte mit dem AFM. Aus den erhaltenen Topographie- und Phasenverschiebungsbildern ging eindeutig hervor, dass die verschiedenen Blöcke der jeweiligen partiell TBU- und Boc-geschützten Blockcopolymere in allen Polymerfilmen phasensepariert vorlagen. Reguläre Mikrostrukturen konnten allerdings nur bei den Polymerfilmen erhalten werden, deren Blockcopolymere sich allesamt durch asymmetrische Blockzusammensetzungen auszeichnen. Auf der Grundlage des statistischen Modellpolymeren Poly(styrol-r-4-hydroxystyrol) konnte ferner gezeigt werden, dass sich die phenolischen Hydroxylgruppen durch die Umsetzung mit Propargylbromid quantitativ in Propargylether-Gruppen umwandeln lassen und diese dann ihrerseits mit Hilfe der Cu(I)-katalysierten 1,3-dipolaren Cycloaddition (Click-Chemie) weiter mit einer Reihe von verschiedenen Aziden funktionalisiert werden können.

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Gemäß der Zielstellung der Dissertation wurden verschiedene partiell tert.-Butyl- (TBU) und tert.-Butyloxycarbonyl- (Boc) geschützte Blockcopolymere auf der Basis von Poly(4-hydroxystyrol) mit engen Molmassenverteilungen sowie mit verschiedenen Blockzusammensetzungen dargestellt. Die Synthese dieser partiell TBU- und Boc-geschützten Blockcopolymere umfasste drei wesentliche Schritte: 1) Darstellung von Makroinitiatoren mittels NMRP, 2) Synthese von orthogonal geschützten Precursor-Blockcopolymeren durch Reinitiierung der Makroinitiatoren in Gegenwart eines weiteren orthogonal geschützten Monomeren und 3) orthogonale und quantitative polymeranaloge Umsetzungen ausgehend von den orthogonal geschützten Precursor-Blockcopolymeren. Mit den partiell TBU- und Boc-geschützten Blockcopolymeren wurden dünne Polymerfilme mittels „dip-coating“ präpariert. Die Untersuchung der Topographie und Morphologie der Filme erfolgte mit dem AFM. Aus den erhaltenen Topographie- und Phasenverschiebungsbildern ging eindeutig hervor, dass die verschiedenen Blöcke der jeweiligen partiell TBU- und Boc-geschützten Blockcopolymere in allen Polymerfilmen phasensepariert vorlagen. Reguläre Mikrostrukturen konnten allerdings nur bei den Polymerfilmen erhalten werden, deren Blockcopolymere sich allesamt durch asymmetrische Blockzusammensetzungen auszeichnen. Auf der Grundlage des statistischen Modellpolymeren Poly(styrol-r-4-hydroxystyrol) konnte ferner gezeigt werden, dass sich die phenolischen Hydroxylgruppen durch die Umsetzung mit Propargylbromid quantitativ in Propargylether-Gruppen umwandeln lassen und diese dann ihrerseits mit Hilfe der Cu(I)-katalysierten 1,3-dipolaren Cycloaddition (Click-Chemie) weiter mit einer Reihe von verschiedenen Aziden funktionalisiert werden können.

Die Detektion von Nukleinsäuren ist eine der am häufigsten verwendeten Methoden zur Erkennung von viralen und bakteriellen Spezies in biologischen Proben. Oligonukleotid-vermittelte Reaktionen (OVR), die die Zielsequenz als Katalysator der chemischen Reaktion zwischen reaktiven Sonden verwenden, bieten gegenüber den enzymatischen Methoden viele Vorteile, wie z.B. Simplizität und Kosteneffizienz. Normalerweise besitzt das Produkt der OVR deutliche fluoreszierende Eigenschaften, die durch Fluoreszenzspektroskopie gemessen werden können. Die Haupteinschränkung solcher Systeme ist die nur moderate Helligkeit von organischen Farbstoffen, die meistens zur Markierung von reaktiven Sonden genutzt werden. Um dieses Problem zu lösen, sind Fluorophore mit höherer Helligkeit erforderlich. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Methode zur Detektion von RNA durch Templat-vermittelten Transfer des Fluorophors auf den Quantum Dot (QD). Das System besteht aus zwei reaktiven Peptide Nucleic Acid (PNA)-basierten Antisense-Sonden. Die Label Akzeptor PNA (LAPNA) Sonde ist auf dem QD immobilisiert und enthält eine Cysteineinheit am N-terminus. Die Label Donor PNA (LDPNA) Sonde trägt eine Cy5-Einheit, die als Thioester gebunden ist. Durch die benachbarte Hybridisierung der Sonden am RNA-Templat nimmt die effektive Molarität der reaktiven Gruppen zu, und führt somit durch das Prinzip von Native Chemical Ligation zum Transfer des Cy5 auf den QD. Dies resultiert in Förster−Resonanzenergietransfer (FRET) zwischen dem QD und den Cy5-Molekülen, der durch die Löschung der Emission des QDs sowie die Verstärkung der Fluoreszenz des Cy5 beobachtet werden kann. Die Verwendung von sehr hellen QDs als FRET-Donor ermöglicht die Umsetzung von Sonden bei geringen Konzentrationen und ermöglicht die Erkennung von RNA mit Nachweisgrenzen im Bereich von weniger pikomolar. / Detection of nucleic acids is one of the most reliable methods for the identification of bacterial and viral species in biological samples. Oligonucleotide-templated reactions (OTRs) that exploit an RNA or DNA target to catalyze a chemical reaction hold great promise for the development of enzyme-free and low-cost detection schemes. Commonly, these strategies rely on organic dyes and are designed so that the product of OTR exhibits distinct fluorogenic properties. The main constraint of such schemes is the moderate brightness of organic fluorophores, which limits the read-out when the probes are used at low concentrations. To tackle this obstacle, significantly brighter fluorophores are needed. This work describes the development of an RNA detection scheme that relies on target-templated fluorophore transfer onto a semiconductor quantum dot (QD). The approach uses two reactive peptide nucleic acid (PNA) antisense probes. Label acceptor peptide nucleic acid (LAPNA) probe is immobilized on a QD and bears a cysteine at the N-terminus; label donor peptide nucleic acid (LDPNA) probe is equipped with a Cy5 dye, attached as a thioester. The adjacent annealing of these recognition elements following binding to target RNA triggers the transfer of Cy5 onto a QD in a native chemical ligation manner. This leads to a detectable fluorescence signal brought about by FRET from QD to the Cy5. The use of unprecedentedly bright QDs that can act as FRET donors for several Cy5 functionalities allows application of probes at very low concentrations (pM range) and achieves enhanced sensitivity of target-templated RNA detection. The method enabled RNA detection in the low pM range using a conventional microtiter plate reader.