Die Zahl experimenteller Methoden für die hochauflösende optische Mikroskopie steigt stetig an. Als Fluoreszenzsonden werden häufig organische Farbstoffe verwendet. Je nach verwendeter Methode werden unterschiedliche Anforderungen an die Photostabilität und das Blinkverhalten der Farbstoffe gestellt. Beide Effekte limitieren in vielen Experimenten die Aussagekraft der Messungen. Die photophysikalischen Eigenschaften verschiedener Farbstoffe aus unterschiedlichen Strukturklassen müssen in unterschiedlicher chemischer Umgebung bekannt sein, um eine geeignete Auswahl treffen zu können. Deshalb wird in dieser Arbeit eine systematische Charakterisierung der Photophysik organischer Farbstoffe aus unterschiedlichen Strukturklassen gegeben.

Aufbauend auf diesen Untersuchungen wird eine Methode vorgestellt, mit der es möglich ist, für alle Strukturklassen die Fluoreszenzemission im Bezug auf Stabilität und Fluoreszenzunterbrechungen (so genanntes Blinking) zu optimieren. Das universell einsetzbare Prinzip beruht auf der simultanen Rekombination der Farbstoffe aus dem langlebigen Triplettzustand zurück in den Grundzustand, um eine schnelle Wiederanregung zu ermöglichen. Die Rekombination erfolgt über einen radikalischen Zwischenzustand, entweder über Oxidation oder Reduktion des Farbstoffmoleküls. Mit Hilfe der STED Mikroskopie kann gezeigt werden, dass über die Optimierung der photophysikalischen Eigenschaften die Beugungsgrenze gebrochen werden kann und Auflösungen im Bereich von 25 nm an einzelnen Farbstoffmolekülen möglich sind.

Im letzen Kapitel liegt der Fokus der Arbeiten auf den Carbocyaninen. Einige Farbstoffe dieser Klasse können reversibel zwischen einem fluoreszierenden und einem nicht-fluoreszierenden Zustand photoinduziert geschaltet werden. Die Bedingungen für das Schalten werden vorgestellt und die photoinduzierte Reaktion diskutiert. Die Optimierung der Schalteigenschaften kann für die hochauflösende Mikroskopie ausgenutzt werden. Eine hochauflösende Methode, die auf der Lokalisation einzelner Farbstoffmoleküle beruht, wird vorgestellt. Diese ermöglicht Aufnahmen weit unterhalb der Abbeschen Beugungsgrenze. Hierbei können einzelne Farbstoffe mit einer Genauigkeit von ca. 20 nm lokalisiert werden und Fluoreszenzbilder mit einer optischen Auflösung weit unterhalb der Beugungsgrenze rekonstruiert werden.