Ziel der vorliegenden Arbeit ist die photophysikalische Untersuchung Photosensibilisator-beladener Nanopartikel als Transportsysteme für aktives und passives Tumor-Targeting. Zu diesem Zweck wurden sowohl stationäre, als auch zeitaufgelöste spektroskopische Methoden angewandt. Der erste Teil beschäftigt sich mit der photophysikalischen Charakterisierung von Pheo-HSA-Nanopartikeln. Mittels stationärer und zeitaufgelöster Messungen konnte gezeigt werden, dass die Wechselwirkungen zwischen Phäophorbid a und den HSA-Nanopartikeln sehr stark ist. Diese Wechselwirkungen bewirken eine geringe Singulettsauerstoffquantenausbeute (0,07) in D2O verglichen mit dem von Phäophorbid a in Ethanol (0,52). Im Gegensatz dazu konnte nach der Inkubation in Jurkat- und HT-29-Zellen eine intrazelluläre Singulettsauerstoffgenerierung der Pheo-HSA-NPs nachgewiesen werden. Im zweiten Teil wurden mit den Photosensibilisatoren mTHPP and mTHPC beladene HSA- und PLGA-Nanopartikel untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die Photosensibilisator-Beladungsrate die photophysikalischen Eigenschaften der HSA- und PLGA-Nanopartikel stark beeinflusst. Für die HSA-Nanopartikel dominieren bei geringen Beladungsraten die Wechselwirkungen zwischen HSA und den Photosensibilisatormolekülen. Mit steigender Beladung spielen Wechselwirkungen zwischen den Photosensibilisatormolekülen eine zunehmende Rolle. Diese Wechselwirkungen verringern bei hoher Beladung der HSA-Nanopartikel die Generierung von Singulettsauerstoff. Auch für die PLGA-Nanopartikel konnte mit zunehmender Beladung ein verstärktes Singulettsauerstoffquenching nachgewiesen werden. Im dritten Teil dieser Arbeit wurden, für aktives Targeting von Tumorzellen, Oberflächenmodifizierte PLGA- und HSA-Nanopartikel untersucht. Die intrazellulären Singulettsauerstoffmessungen weisen auf eine erleichterte Aufnahme in Tumorzellen von Antikörper- und PEG-modifizierten HSA-Nanopartikeln in vitro hin. / The main goal of this PhD thesis is the photophysical investigation of biodegradable photosensitizer-nanoparticle carrier systems achieving passive and active tumour targeting strategies. For this purpose both steady state and time-resolved spectroscopic methods accompanied by data analysis were utilized. This work contains three main parts: First the photophysical properties of Pheo-HSA nanoparticles were compared to free pheophorbide a. Steady-state and time-resolved fluorescence experiments have already proved that the interaction between pheophorbide a and HSA nanoparticles is strong. This interaction leads to low singlet oxygen quantum yield (0.07) in D2O compared to free Pheo (0.52) in ethanol. But when incubated in Jurkat and HT-29 cell lines, Pheo-HSA nanoparticles have been proved to generate singlet oxygen inside cells. In the second part the well-known photosensitizers mTHPP and mTHPC were loaded to HSA- and PLGA- nanoparticles. It was found that the loading ratio determines the photophysical properties of both photosensitizer-loaded HSA and PLGA nanoparticles. For HSA nanoparticles, photosensitizer-nanoparticle interaction is the preferential mechanism in low loading ratio sample. But in high loading ratio sample, photosensitizer-photosensitizer interaction becomes the determining interaction. This interaction prevents singlet oxygen generation from high loading sample. For PLGA nanoparticles, high drug loading ratio also leads to a strong singlet oxygen quenching. At high drug loading ratio PLGA nanoparticles, some photosensitizer molecules may be localized deeply inside PLGA matrices and far away from surface. In the third part of this work, active tumour targeting behaviour achieved by surface modification of HSA and PLGA nanoparticles has been tested. Intracellular singlet oxygen measurement reveals that HSA nanoparticles, both with antibody and PEG surface modification have an enhanced targeting of tumour cells in vitro.

Phthalocyanine (Pc) sind aufgrund ihrer einfachen Herstellung, bekannten Eigenschaften und großen chemischen Stabilität viel versprechende organische Substanzen für verschiedene Anwendungen in der Wissenschaft und Industrie. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die elektronischen Eigenschaften von annellierten dinuklearen (ZnPc-ZnPc, H2Pc-H2Pc) und trinuklearen Pc im Vergleich zu mononuklearen Pc (H2Pc, ZnPc) und einfach kovalent über eine Ethandiol-Brücke verknüpfte dimere Pc (DH2, DZn) untersucht. Die stationären Absorptions- und Fluoreszenzspektren von DZn sind vergleichbar mit denen eines unsymmetrisch substituierten mononuklearen ZnPc. Die elektronischen Eigenschaften von DH2 sind von drei verschiedenen Phänomenen beeinflusst: Aggregation, exzitonische Wechselwirkung und der Existenz unterschiedlicher NH-Tautomere. Die große bathochrome Verschiebung der Q-Bande von annellierten dinuklearen und trinuklearen Pc im Vergleich zu den mononuklearen Analogon zeigt die Expansion des pi-Elektronensystems in solchen annellierten Systemen. Zeitabhängige Dichtefunktionalrechnungen (TD-DFT) ergaben für das dinukleare H2Pc-H2Pc erstmals drei verschiedene NH-Tautomere mit unterschiedlichen Molekülorbitalen und Absorptionsspektren. Ein Vergleich der berechneten Resultate mit den experimentellen Ergebnissen aus stationärer und zeitaufgelöster Spektroskopie ermöglichte erstmals die Bestimmung der elektronischen Parameter der einzelnen NH-Tautomere des annellierten dinuklearen H2Pc-H2Pc in Lösung. In Übereinstimmung mit den TD-DFT-Rechnungen wurde nur eine mögliche Spezies für das dinukleare ZnPc-ZnPc im Experiment gefunden. Erste spektroskopische Untersuchungen an den neuen trinuklearen annellierten Pc ergaben einen Hinweis darauf, dass die NH-Tautomerie einen großen Einfluss auf deren elektronischen Eigenschaften selbst bei Raumtemperatur hat. / Phthalocyanines (Pcs) are auspicious molecules for a broad variety of scientific and industrial applications, because of their simple production, well-defined properties and high chemical stability. The photophysical properties of annulated dinuclear (ZnPc-ZnPc, H2Pc-H2Pc) and trinuclear Pcs in comparison to mononuclear Pcs (H2Pc, ZnPc) and dimeric Pcs, covalently linked by an ethandiol-bond (DH2 and DZn), were investigated in this study. Absorption and fluorescence spectra of dimeric DZn resemble those of an asymmetric substituted mononuclear ZnPc. The photophysical properties of DH2 are influenced by three different phenomena, namely aggregation, excitonic interaction and the existence of different NH-tautomers. Strong bathochromic Q-band-shifts of annulated dinuclear and trinuclear Pcs in comparison to the mononuclear analogues show expansion of the pi-electron system in such annulated molecules. For the first time, the existence of three NH-tautomers with different molecular orbitals and absorption spectra were shown by time-dependent density functional theory (TD-DFT) calculations of dinuclear H2Pc-H2Pc. Theoretical calculations and experimental data obtained by steady state and time resolved spectroscopy were matched. This approach enabled the determination of photophysical properties of individual NH-tautomers of dinuclear H2Pc-H2Pc in solution. In accordance to the TD-DFT calculations only one dinuclear ZnPc-ZnPc species was experimentally established. First spectroscopic investigations of novel trinuclear Pc gave an evidence that NH-tautomerism might have a strong influence on their photophysical properties, even at room temperature.