Spectroscopic Study of Singlet Oxygen in Cells and Model Systems

Abstract

Title: Spectroscopic Study of Singlet Oxygen in Cells and Model Systems Author: Marek Scholz Department: Department of Chemical Physics and Optics Supervisor: doc. RNDr. Roman Dědic, Ph.D., KChFO Abstract: Singlet oxygen (1O2), the first excited state of molecular oxygen, plays many important roles in nature and technology. The work is aimed at development of novel methods for monitoring of 1O2 in cells and other biological samples. Two main ap- proaches were employed: direct detection of the very weak near-infrared phospho- rescence of 1O2, and detection of Singlet Oxygen-Feedback Delayed Fluorescence (SOFDF), which is the emission from the photosensitizer induced by energy transfer from 1O2. The first part of the thesis introduces the basic concepts of photophysics and photochemistry of 1O2: its generation, deactivation, applications, and overview of detection methods. The second part presents the experimental results. Wide-field mi- crospectroscopic detection of 1O2 phosphorescence enabled us to acquire 1O2-based images and near-infrared spectra from single cells incubated with photosensitizers. However, the direct detection suffers from the inherently very low phosphorescence quantum yield. It is shown that SOFDF may overcome this problem and become a promising alternative tool for studies of 1O2 and...

Název: Spektroskopické studium singletního kyslíku v buňkách a modelových systémech Autor: Marek Scholz Pracoviště: Katedra chemické fyziky a optiky Školitel: doc. RNDr. Roman Dědic, Ph.D., KChFO Abstrakt: Singletní kyslík (1O2), první excitovaný stav molekulárního kyslíku, hraje významnou roli v přírodních i technologických procesech. Práce se zaměřuje na vývoj nových metod detekce 1O2 v buňkách a biologických vzorcích. Byly využity dva hlavní přístupy: Přímá detekce velmi slabé infračervené fosforescence 1O2 a detekce singletním kyslíkem indukované zpožděné fluorescence (SOFDF), což je luminiscence fotosensitizéru vybuzená přenosem energie z 1O2. První část práce představuje zá- kladní koncepty fotofyziky a fotochemie 1O2: vznik, deaktivaci, aplikace a přehled detekčních metod. Druhá část pojednává o experimentálních výsledcích. Mikrospek- troskopická detekce fosforescence 1O2 nám umožnila získat snímky 1O2 a blízká in- fračervená spektra z jednotlivých buněk inkubovaných s fotosensitizéry. Přímá detekce však trpí velmi nízkými kvantovými výtěžky fosforescence. Je ukázáno, že detekce založená na SOFDF může překonat tento problém a stát se slibnou alternativní me- todou pro studium 1O2 a excitovaných...