Project

supramolecular polymers; light harvesting systems; fluorescence; chromophore; oligonucleotides; DNA; exciplex; polyaromatic hydrocarbons

Lead
Desoxyribonukleinsäure (DNA) dient als molekulares Gerüst für die Herstellung von Strukturen im Nanometerbereich. Die starre Struktur der Doppelhelix erlaubt es, Farbstoffmoleküle in präzis definierter Geometrie anzuordnen. Im vorliegenden Projekt werden Farbstoff-Aggregate DNA-gesteuert hergestellt und untersucht.
Lay summary
Hintergrund: Durch den Einbau geeigneter Farbstoff-Derivate in Oligonukleotide können Aggregate von verschiedenen aromatischen Verbindungen erzeugt werden. Die präzise Anordnung von Einzelmolekülen zu einem grösseren Verbund wird aufgrund der vorgegebenen molekularen Struktur der DNA-Doppelhelix ermöglicht. Dadurch lassen sich die Eigenschaften von Farbstoff-Aggregaten studieren, die auf andere Weise nur schwer oder gar nicht zugänglich sind. Die mit spektroskopischen Methoden gewonnenen Erkenntnisse dienen dazu, Materialien mit speziellen optischen und elektronischen Eigenschaften zu entdecken. Solche Materialien können Verwendung in optischen Geräten, in Photozellen oder in diagnostischen Methoden finden. Ziele: Basierend auf den Erkenntnissen, die wir mit der Untersuchung von Pyren-Derivaten und verwandten Aromaten gewonnen haben, verwenden wir DNA-Farbstoff-Konjugate zur Herstellung von mehrsträngigen molekularen Architekturen. Weitere geeignete Farbstoff-Derivate, wie z.B. von Chrysen und Porphyrin, werden hergestellt und auf ihre Eigenschaften untersucht. Von spezieller Bedeutung werden die Kompatibilität der Farbstoff-Moleküle mit der DNA-Synthese und die Fähigkeit der Doppelstrangpaarung sein. Eine weitere Stossrichtung unserer Forschung ist der Herstellung und Untersuchung von supramolekularen Polymeren und lichtsammelnden Komplexen gewidmet. Bedeutung: Die Verwendung der DNA als intelligentes, molekulares Baugerüst erlaubt die präzise Anordnung von funktionellen Molekülen und kann dadurch Zugang zu neuartigen Materialien mit speziellen elektronischen und physikalischen Eigenschaften verschaffen. Solche Materialien können Verwendung in optischen Geräten, in Photozellen oder in diagnostischen Hilfsmitteln zur frühen Erkennung von Infektions- oder Erbkrankheiten finden.

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Last update: 07.10.2013

Title	Year

Number	Title	Start	Funding scheme

The construction and investigation of DNA-based supramolecular structures is proposed. Novel types of chromophoric building blocks that are compatible with oligonucleotide synthesis will be synthesized and incorporated into DNA strands. The obtained hybrids will be investigated for their structural and electronic properties. The formation and spectroscopic characterization of multi-chromophoric aggregates will be the central aspect of our research.A major effort will be dedicated to deepen our understanding of supramolecular polymerization events with phosphodiester-linked pyrene oligomers. Building on the results obtained with 1,8-pyrene-dicarboxamide units, we will explore the behavior of oligomers composed of building blocks that are different with regard to substitution geometry (1,6-disubstitution) and linker type (alkynyl derived linkers). It will be interesting to see if the effects of amplification of chirality observed in the cases studied so far will change with different types of building blocks.Secondly, we will extend our work related to the construction and study of DNA-based light harvesting antenna systems. The use of phenanthrene and pyrene chromophores appears as an excellent combination for collecting UV light. We will study the use of higher order structures (e.g. the three way junction) for the suitability of collecting and concentrating photonic energy. Furthermore, we will also study the process of excitation energy transfer in these systems in collaboration with the group of T. Feurer, institute of applied physics of our university (NCCR Molecular Ultrafast Science and Technology).A further part of our efforts will be directed at the synthesis and exploration of new types of chromophoric building blocks. While we continue the investigation of additional types of pyrene derivatives, we will broaden our efforts to the synthesis of porphyrin, perylene and anthanthrene derivatives. The newly synthesized compounds will be evaluated for their stacking behaviour as well as their spectroscopic properties. Of major importance in this regard will be the compatibility of the new derivatives with oligonucleotide synthesis, the ability to support the formation of multi-stranded hybrids and, most importantly, the changes in electronic properties upon formation of multi-chromophoric aggregates. We will continue these ongoing efforts with high priority.