Konzepte der künstlichen Photosynthese orientieren sich am Beispiel der Natur, um die Energie des (Sonnen-)Lichts in wertschöpfenden Substanzen und synthetischen Kraftstoffen wie beispielsweise molekularem Wasserstoff zu speichern. Unser Ziel ist es, organische Farbstoffe einzusetzen, die das sichtbare Licht effizient absorbieren und die gewonnene Energie ebenso effizient auf molekulare Katalysatoren übertragen. Neben exzellenter Absorption des (sichtbaren) Lichts sind für den Einsatz organischer Farbstoffe wie Perylene und Cumarine hohe Lichtstabilität, Löslichkeit und passende Redoxpotentiale entscheidend. Während wir uns beim Anpassen der Redoxpotentiale chemischer Modifikationen bedienen, inspirieren uns in Fragen der Löslichkeit und Photostabilität die Vorlagen der Natur: Denn in Pflanzen sind die einzelnen Komponenten der Photosynthese in eine Matrix, die Thylakoidmembran eingebettet. Wir verfolgen verschiedene Konzepte, um diese Einbettung synthetisch zu Photosensibilisatoren für die photokatalytische Wasserspaltung Lysosomen, die sauren Abbaukompartimente eukaryotischer Zellen, spielen bei vielen physiologischen Prozessen eine essenzielle Rolle. Ihre Funktionsstörung wird mit einer Reihe von Krankheiten in Verbindung gebracht, die häufig mit einer veränderten Lokalisierung oder einem veränderten luminalen pH-Wert zusammenhängen. Daher ist eine vertiefte Charakterisierung von Lysosomen in der intakten eukaryotischen Zelle von größter Bedeutung. Für die mikroskopische Auswertung der Verteilung und des Säuregehalts von Lysosomen wurde bereits eine Reihe von Markern entwickelt, wobei viele von ihnen eine geringe OrganellSpezifität aufweisen oder schnell von den Lysosomen entfernt werden, was sie für Langzeitbeobachtungen disqualifiziert. Wir berichteten kürzlich über die Synthese eines neuartigen niedermolekularen Markers für Lysosomen auf Basis eines Naphthalinmonoimids mit peri-fusionierter Guanidiniumgruppe (NMI-LS). Dieser zeichnet sich durch reversible, pH-abhängige spektrale Verschiebungen sowohl im Absorptions- als auch im Emissionsspektrum und säureabhängige Veränderungen der Fluoreszenzlebensdauer aus. Auf Lysosomen zugeschnittener pH-Indikator auf Basis eines peri-fusionierten Naphthalinmonoimids Der Farbstoff kann entweder mit Ein- oder Zweiphotonenanregung angeregt werden und scheint mehrere Tage lang sehr stabil mit Lysosomen assoziiert zu sein. Mit Hilfe von NMI-LS konnten wir chemisch induzierte Veränderungen des lysosomalen pH-Werts in HeLa-Zellen durch ratiometrische und FLIM-Bildgebung nachweisen. Unsere Ergebnisse zeigten, dass NMI-LS ein geeigneter Marker für die Bildgebung von Lysosomen und die Echtzeit-Verfolgung von lysosomalen pH-Änderungen in einer lebenden Zelle ist, wie hier nach Zugabe von chemischen Stimuli gezeigt wurde. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften von NMI-LS ermöglichen verschiedene Auslesemöglichkeiten, wie z. B. die ratiometrische Abbildung der spektralen Veränderungen von NMI-LS bei Ansäuerung/Neutralisierung oder FLIM unter Ausnutzung der pH-Abhängigkeit der NMI-LS-Fluoreszenzlebensdauer. [6] A. Tannert, J. G. Lopez, N. Petkov, A. Ivanova, K. Peneva, U. Neugebauer (2021): Lysosome-targeting pH indicator based on perifused naphtalene monoimide with superior stability for long term live cell imaging, J. Mater. Chem. B , DOI: 10.1039/D0TB02208J. imitieren und somit photokatalytisch aktive Materialien zu erhalten. Mit Hilfe polymerisierbarer funktioneller Gruppen können wir so lichtaktive und katalytische Komponenten in Polymere integrieren, und daraus resultierend Netzwerke, Gele, Mizellen und Membranen formulieren. Zusätzlich besteht unser Interesse darin, katalytisch aktive molekulare Strukturen wie Metallkomplexe synthetisch an organische Farbstoffe zu binden, um die lichtaktive und die katalytische Komponente unter Kontrolle ihrer Distanz in einer Struktur zu integrieren. [4] D. Costabel, A. Skabeev, A. Nabiyan, Y. Luo, J. Max, A. Rajagopal, D. Kowalczyk, B. Dietzek, M. Wächtler, H. Görls, D. Ziegenbalg, Y. Zagranyarski, C. Streb, F. H. Schacher, K. Peneva (2021): 1,7,9,10tetrasubstituted PMIs accessible via decarboxylatve bromination: Synthesis, Characterization, Photophysical Studies and Hydrogen Evolution Catalysis, Chem. - Eur. J. DOI: 10.1002/chem.202004326. [5] G. Knorr, D. Costabel, A. Skabeev, C. Neumann, J. Brosette, S. Kupfer, A. Turchanin, W. Weigand, K. Peneva (2021): Towards synthetic unimolecular Fe2S2-photocatalysts sensitized by perylene dyes, Dyes Pigm. 2021, 198, 109940. DOI: 10.1016/ j.dyepig.2021.109940. FORSCHUNG — 67
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