Near-infrared fluorescent single-chain nanoparticles as contrast agents for photoacoustic imaging

Abstract

Single-chain nanoparticles (SCNPs) are polymeric nanoparticles that are produced by intramolecularly collapsing and crosslinking single polymer chains, often used to mimic the structures of natural proteins. In this cumulative thesis, water soluble, core-shell structured SCNPs were synthesized and labelled with EPR and fluorescent labels. The synthetical approach was the polymerization of water soluble together with crosslinking monomers, which were then crosslinked into SCNPs by CuAAC reactions. Studies of the thermoresponsive behavior, as well as spectroscopic analyses revealed an internal compartmentalization of the SCNPs with a hydrophobic core for the encapsulation of the labels, and a hydrophilic shell providing high water solubility as well as biocompatibility. The fluorescent SCNPs could be used as contrast agents for pump-probe PA measurements, showing unique contrast mechanisms because of their internal structures.

Single-Chain Nanopartikel (SCNP) sind polymerbasierte Nanopartikel, die durch intramolekularen Kollaps und Vernetzung einzelner Polymerketten synthetisiert werden, und proteinartige interne Strukturen bilden können. In dieser kumulativen Dissertation wurden wasserlösliche, Kern-Schale strukturierte SCNP synthetisiert und mit EPR- und Fluoreszenzlabeln versehen. Als Grundlage für diese SCNP wurden wasserlösliche Monomere mit vernetzbaren Monomeren copolymerisiert und durch CuAAC Reaktionen zu SCNP überführt. Untersuchungen des thermoresponsiven Verhaltens sowie spektroskopische Analysen ergaben eine intern unterteilte Nanostruktur mit einem hydrophoben Kern zum Verkapseln der Label, und einer hydrophilen Schale für eine gute Wasserlöslichkeit sowie Biokompatibilität. Die fluoreszenten SCNP konnten als Kontrastmittel für pump-probe PA Messungen verwendet werden und zeigten durch ihre internen Strukturen einzigartige Kontrastmechanismen.