Main focus of this thesis was to provide a versatile pool of particulate systems, which proved to be applicable in different fluorescence imaging applications ranging from in vitro investigations to cell culture testing or small animal applications.
Based on a simple and very gentle phase separation method, the nanoprecipitation, a system for the reproducible production of polymeric nanoparticles ...
Abstract (English)
Main focus of this thesis was to provide a versatile pool of particulate systems, which proved to be applicable in different fluorescence imaging applications ranging from in vitro investigations to cell culture testing or small animal applications. Based on a simple and very gentle phase separation method, the nanoprecipitation, a system for the reproducible production of polymeric nanoparticles within the size range of 50 to 250 nm was established. A thorough evaluation of several impact factors on particle formation, allowed to provide a toolbox, which was suitable to adjust the desired particle properties. The as prepared polymeric nanoparticles were furthermore successfully applied for in vitro as well as in vivo imaging purposes, following an encapsulation of lipophilic fluorescence dyes, using either Nile Red or DiR as model compounds. The second part of the thesis was focused on the establishment of quantum dots as alternative solid crystalline marker substances for the fluorescence imaging of particulate drug delivery systems. At first, CdSe quantum dots with desirable maximum emission wavelengths of about 610 nm were synthesized. Their native optical properties as well as stability were successfully improved by adapting the synthesis duration, the purification methods or by addition of a post-synthesis surface coating of a lipophilic organic ligand. The established non aqueous nanoprecipitation process in general was found to be also an appropriate method for the preparation of small, monodisperse, quantum dot loaded nanoparticles. Actually, their applicability as fluorescent imaging system was limited due to a high loss in their optical quality, like quantum yield and the subsequent fluorescence intensity. Finally, also the fluorescence labelling of microparticulate systems with custom-made lipophilic quantum dots was successfully established. Here the commonly available particle preparation methods, solvent evaporation and melt dispersion techniques, were investigated. The characteristics of the labelled particles, especially the morphology and intraparticulate QD distribution, were found to strongly depend on the initial optical quality and coating of the used quantum dots, but moreover on the interaction of the used matrix material with the applied quantum dot surface ligands.
Translation of the abstract (German)
Hauptziel dieser Arbeit war es eine vielseitige Auswahl partikulärer Systeme zur Verfügung zu stellen, welche für verschiedene fluoreszenzbasierte Imaging Anwendungen, von in vitro Untersuchungen bis zu Zellkulturtests oder Kleintieruntersuchungen geeignet sind.
Basierend auf der Nanopräzipitation, einer einfachen und schonenden Phasentrennmethode wurde ein System entwickelt, welches die ...
Translation of the abstract (German)
Hauptziel dieser Arbeit war es eine vielseitige Auswahl partikulärer Systeme zur Verfügung zu stellen, welche für verschiedene fluoreszenzbasierte Imaging Anwendungen, von in vitro Untersuchungen bis zu Zellkulturtests oder Kleintieruntersuchungen geeignet sind. Basierend auf der Nanopräzipitation, einer einfachen und schonenden Phasentrennmethode wurde ein System entwickelt, welches die reproduzierbare Herstellung polymerer Nanopartikel im Bereich von 50 bis 250 nm erlaubt. Nach grundlegender Charakterisierung verschiedener Einflussfaktoren, konnten ein Baukastensystem zur Verfügung gestellt werden, welches die Einstellung gewünschter Partikeleigenschaften ermöglicht. Die so hergestellten Nanopartikel wurden anschließend mit lipophilen Fluoreszenzfarbstoffen (Nilrot oder DiR) beladen und erfolgreich im in vitro und in vivo Imaging angewandt. Im zweiten Teil dieser Arbeit lag der Focus auf der Etablierung von Quantenpunkten als alternative feste kristalline Markersubstanzen für das Fluoreszenzimaging partikulärer Drug Delivery Systeme. Zunächst wurden CdSe Quantenpunkte mit einer Emissionswellenlänge von etwa 610 nm synthetisiert. Durch Adaption der Synthesedauer, der Aufreinigung oder durch Durchführung eines Oberflächencoatings mit lipophilen organischen Liganden im Anschluss an die Synthese, wurden ihre ursprünglichen optischen Eigenschaften sowie ihre Stabilität verbessert. Unter Anwendung der vorab etablierten nicht-wässrigen Nanopräzipitation konnten kleine, monodisperse Quantenpunkt-beladene Nanopartikel hergestellt werden. Allerdings ist deren Anwendbarkeit als fluoreszierendes Imagingsystem aufgrund hoher Verluste in ihren optischen Eigenschaften, wie Quantenausbeute oder die resultierende Fluoreszenzintensität begrenzt. Abschließend wurde die Fluoreszenzmarkierung mikropartikulärer Systeme mit lipophilen Quantenpunkten erfolgreich etabliert. Hierzu wurden weit verbreitet eingesetzte Herstellungsmethoden, Lösungsmittelverdampfungs- und Schmelzdispersionsmethode, untersucht. Die Eigenschaften der markierten Systeme, besonders ihre Morphologie und die innere Verteilung der Quantenpunkte, zeigten eine starke Abhängigkeit von der initialen optischen Qualität, des Oberflächencoatings der eingesetzten Quantenpunkte sowie von den Interaktionen der verwendeten Matrixmaterialen mit den verwendeten Quantenpunktliganden.
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