Untersuchung der Eigenschaften einzelner photoschaltbarer Moleküle an Oberflächen durch simultane Rasterkraft- und konfokale Fluoreszenzmikroskopie

Abstract

Eine Kombination aus Rasterkraft- und konfokaler Fluoreszenzmikroskopie wurde verwendet, um die topografischen und photophysikalischen Eigenschaften einzelner photoschaltbarer Makromoleküle auf Muskovitoberflächen simultan zu untersuchen. Das konfokale Mikroskop wurde dazu eingesetzt, um mit hoher räumlicher Auflösung die Photoschaltung von Azobenzolgruppen anzusteuern, welche in das dendritische Polyphenyl-Gerüst einzelner Dendrimere mit fluoreszierendem Perylendiimid-Kern eingebaut waren. In Lösung zeigten diese Dendrimere in früheren Studien signifikante, reversible Volumenreduktionen bei erfolgter trans-zu-cis-Photoschaltung. Durch die Charakterisierung der Topografie mit dem Rasterkraftmikroskop einzelner Dendrimere, jeweils vor und nach der Stimulation der Hin- und Rückreaktion der Photoschaltung, konnte gezeigt werden, dass der Schaltvorgang für auf Muskovit adsorbierte Dendrimere nicht reversibel ist. Die Höhenwerte, welche für die adsorbierten Dendrimere gemessen wurden, waren sehr viel kleiner als ihre im Vorfeld in Lösung bestimmten hydrodynamischen Radien. Mittels der Modellierung der Wechselwirkung des Cantilevers mit verschiedenen hypothetischen Modellen des Dendrimers auf der Oberfläche konnte gezeigt werden, dass die Ergebnisse auf eine stark abgeflachte Struktur der adsorbierten Dendrimere hindeuten. Das Blockcopolymer Polynorbonen-b-poly(para-phenylvinylen-2,5-dimethoxy-para-phenylvinylen) bildet durch die cis-zu-trans-Photoschaltung der Stilbengruppen, welche die Löslichkeit der konjugierten Polymere herabsetzt, Polymerbürsten aus. Einzelne Polymerbürsten auf Muskovit zeigten einen gestreckt-exponentiellen Abfall der Emissionsintensität, welcher stark mit einer hypsochromen Verschiebung der Emission korreliert.

A combination of scanning force and confocal fluorescence microscopy was used to simultaneously investigate topographical and photo-physical properties of single photo-switchable macro-molecules on muscovite surfaces. The confocal microscope was used to trigger the photo-switching of azobenzene groups, which were built into the dendritic polyphenylene moieties of single dendrimers with fluorescing perylendiimid core. Previous studies have shown, that in solution, those dendrimers exhibit a significant, reversible volume reduction resulting from trans-to-cis-photo-switching. Via topographical characterization of individual dendrimers, before and after stimulating the forward and backward photo-switching respectively, it was evidenced, that this process was not reversible for dendrimers adsorbed on muscovite. Measured heights for the adsorbed dendrimers were much smaller than hydro-dynamic radii determined previously in solution. By modelling the interaction of the cantilever with different hypothetical models of the dendrimer on the surface, it was shown, that these results point to a significantly flattened configuration of the adsorbed dendrimers. The block copolymer polynorbonene-b-poly(para-phenylenevinylene-2,5-dimethoxy-para-phenylenevinylene) assembles to polymer brushes via the cis-to-trans-photo-switching of the stilbene groups which decreases its solubility. Single polymer brushes on muscovite exhibit a stretched-exponential decay of the emission intensity, which is strongly correlated to hypsochromic shift of the emission.