Singulettsauerstoff ist molekularer Sauerstoff im energetisch niedrigsten elektronisch angeregten Zustand. Dieser wird als wesentlicher Mediator der Wirkung der Photodynamischen Therapie (PDT) betrachtet. Für die PDT wird ein photosensibilisierender Wirkstoff (Photosensibilisator, PS) verwendet. Dieser lagert sich selektiv idealerweise im Tumorgewebe an. Wird dieses Gewebe beleuchtet entsteht durch Anregung des PS und der Wechselwikung des PS mit molekularem Sauerstoff der Singulett-Sauerstoff, welcher zum Tod der Tumorzellen führt. Im Gegensatz zur Chemotherapie besteht hier durch die Kombination des PS und des Lichtes, die jeweils für sich nicht schädlich sind, eine sehr viel selektivere Wirkung, so dass die Therapie insgesamt deutlich weniger Nebenwirkungen aufweist.

Die direkte Detektion von Singulettsauerstoff stellt jedoch eine große experimentelle Herausforderung dar: Die Lumineszenzemission liegt im nahen Infrarot und ist sehr schwach, in Lösungen und biologischen Systemen herrscht demgegenüber die nichtstrahlende Desaktivierung durch Quenching vor. Dies heißt quantitativ, dass weniger als 1 von 10 Millionen Singulettsauerstoff-molekülen beim Übergang in den Grundzustand ein Lichtquant emittiert.

Da der wesentliche Prozess der Desaktivierung durch Quenching mit den Molekülen der Umgebung erfolgt, liefert die Kinetik dieses Lumineszenzsignals Informationen über die Effizienz dieses Quenching und damit des Akkumulationsortes innerhalb der Zelle, sowie der tatsächlichen Effizienz des Photosensibilsators unter realen Bedingungen. Bei der Beurteilung der Wirksamkeit von Photosensibilisatoren für die PDT ist nicht nur die Menge des generierten Singulettsauerstoffs von Bedeutung, sondern insbesondere seine Wechselwirkung mit der Umgebung. Je intensiver die Wechselwirkung stattfindet, desto schneller klingt das Singulettsauerstoff Lumineszenzsignal ab.

Durch die genaue Quantifizierbarkeit der An- und Abklingzeiten des Singulettsauerstoff Lumineszenzsignals können direkt Aussagen über die Effizienz der Wechselwirkung des Singulettsauerstoffs mit seiner Umgebung gemacht werden. Anhand der Kinetik können ebenfalls Aussagen über die Struktur der Mikroumgebung der PS gemacht werden. Bei der Beurteilung der PDT-Wirksamkeit neuer Photosensibilisatoren liefern diese Daten wertvolle Informationen.