Der erste Teil der Dissertation beschäftigt sich mit dem Gebrauch von nanoporösen Aluminiumoxidmembranen um die Diffusion von einzelnen fluoreszierenden Molekülen in zwei Dimensionen einzuschränken. Dadurch werden die Sondenmoleküle gezwungen, parallel zur langen Achse des Laserfokus eines konfokalen Mikroskops zu diffundieren. Dies führt, im Vergleich zu Standardmessungen in freier Lösung, zu einer deutlich erhöhten Diffusionszeit der Moleküle durch den Fokus. Im Gegensatz zu den in der Literatur vorgeschlagenen Methoden, kombiniert diese Methode die verlängerte Beobachtungszeit mit einer Verkleinerung des effektiven Detektionsvolumens indem ein Großteil der Lösung durch den definierten porösen Festkörper verdrängt wird. Weiterhin können die Sondenmoleküle verwendet werden, um unterschiedliche Eigenschaften der Membran wie zum Beispiel Porosität, Brechungsindex und chemisches Verhalten der Porenwände zu bestimmen und zu charakterisieren. Der zweite Teil der Dissertation beschäftigt sich mit der dreidimensionalen Orientierungs-bestimmung des Emissionsdipols von einzelnen Molekülen mit dem Ausblick, die Rotationsanisotropie von Molekülen in Membranen zu untersuchen. Ein neues Detektionsschema wird vorgestellt, welches eine nur durch Schrotrauschen limitierte Orientierungsbestimmung erlaubt. Dazu benutzt die Methode eine raffinierte Verteilung der detektierten Fluoreszenz auf drei Detektoren. Es wird sowohl durch Experimente als auch durch Simulationen gezeigt, dass schon die Detektion von einige hundert Photonen ausreicht, die Orientierung mit geeigneter Genauigkeit zu bestimmen. Die vorliegende Arbeit widmet sich der Entwicklung von neuen Werkzeugen und Konzepten für die konfokale Mikroskopie und der Einzelmoleküldetektion im engen Wechselspiel mit den Materialwissenschaften. Die vorgestellten Methoden haben ein großes Potential und können auf vielfältigste wissenschaftliche Fragestellungen angewendet werden.
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