Die Expression von Haupthistokompatibilitätsantigenen auf der Zelloberfläche kernhaltiger Zellen ist die Hauptursache für die Detektion durch das Immunsystem und die Rejektion allogener Transplantate. Eine vielversprechende Strategie, die MHC-I-Expression auf der Zelloberfläche zu senken, ist der Einsatz intrazellulär lokalisierter Antikörpern, sogenannter Intrabodies. In der vorliegenden Arbeit wurde erstmals versucht, eine die Expression an MHC-I-Molekülen auf der Zelloberfläche durch den Einsatz von anti-MHC-I-Intrabodies zu verhindern. Ein Hauptproblem in der Transplantation ist der Mangel an geeignetem Spendermaterial. Um diesem Zustand entgegenzuwirken, wird versucht, adäquaten Organersatz durch Tissue Engineering bereitzustellen. Die in vitro-Züchtung autologer epithelialer Zellen zur Generierung transplantierbarer Hautstücke spielt heute bereits eine große Rolle bei der Transplantation artifizieller Gewebe. Ferner werden diverse vollsynthetische Materialien für diesen Zweck hergestellt. Eine Verbesserung in diesen Bereich würde die Generierung von nicht-immunogenen allogenen Keratinozyten darstellen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden primäre Rattenkeratinozyten mit anti-MHC-I-Intrabodies transfiziert. Diese Zellen zeigten einen MHC-I-"knock-out"-Phänotyp - eine starke Expression der Intrabodies war jedoch essentiell für die vollständige Zurückhaltung aller MHC-I-Moleküle in der Zelle. Neben der Applikation von Intrabodies in Rattenkeratinozyten konnte die MHC-I-Expression auf der Zelloberfläche von 293-Zellen und primären humanen Keratinozyten ebenfalls durch die Expression von anti-MHC-I-Intrabodies vermindert werden. Im Vergleich mit dem ebenfalls MHC-I-bindenden adenoviralen Protein p19 bewirkten die eingesetzten anti-MHC-I-Intrabodies bei gleich starker Expression eine wesentlich stärkere "Downregulation" der MHC-I-Oberflächenexpression von 293-Zellen. Intrabody-exprimierende Zellen zeigten keine signifikanten morphologischen oder physiologischen Veränderungen gegenüber untransfizierten Zellen: Wachstum, die Expression anderer Oberflächenmoleküle und morphologische Erscheinung waren unverändert. Es konnte lediglich eine verstärkte intrazelluläre Akkumulation von MHC-I-Molekülen detektiert werden. Die funktionelle Bedeutung der MHC-I-"Downregulation" durch Intrabodies konnte durch die stark verminderte zytolytische Aktivität zytotoxischer T-Zellen gegenüber Intrabody-exprimierender Rattenkeratinozyten im Vergleich zu unmodifizierten Zellen gezeigt werden. In der vorliegenden Arbeit ist es erstmals gelungen, Zellen mit einem vollständigen MHC-I-"knock-out"-Phänotyp zu erzeugen - bisherige Modifikationen der MHC-I-Oberflächenexpression durch die Generierung _2-Mikroglobulin- oder TAP-defizienter Mäuse führte zu keinem restlosen Verlust der Klasse-I-Moleküle auf der Zelloberfläche. MHC-I-"downregulierte" Keratinozyten könnten in der Hauttransplantation anstelle der limitiert zur Verfügung stehenden autologen Zellen eingesetzt werden oder in Kombination mit synthetischen Materialien verwendet werden, wo sie durch die Sekretion von heilungsfördernden Faktoren eine Verbesserung des Wundheilungsprozesses bewirken würden. / The expression of major histocompatibility antigens on the surface of eucaryotic cells is the predominant reason for immunologic detection and the rejection of allogeneic transplants. A promising strategy to lower the MHC I expression on the cell surface is the use of intracellular localized antibodies, termed intrabodies. In this work it has been tried for the first time to prevent the expression of MHC class I molecules on the cell surface by intrabody expression. A major problem in transplantation is the shortage of suitable donor material. To overcome this situation tissue engineering has and will continue to enlarge the scope of organ grafting. Today, the in vitro culture of autologous epithelial cells to generate transplantable skin sheets plays an important role in the transplantation of artificial tissues. Furthermore various fully synthetic materials are produced for transplantation. An improvement in this field could be the generation of non-immunogeneic allogeneic keratinocytes. Within this work primary rat keratinocytes have been transfected with anti-MHC-I-Intrabodies. These cells show a MHC I "knockout" phenotype - yet a strong intrabody expression was essential for the complete retention of all MHC I molecules inside the cell. Besides the application of intrabodies in keratinocytes the MHC I expression on the surface of 293 cells and human primary keratinocytes could be reduced by anti-MHC I intrabodies as well. In comparison with the also employed adenoviral protein p19 the applied intrabodies generated at the same expression level a much stronger down-regulation of the MHC I surface expression of 293 cells. Intrabody expressing cells did not show any significant morphologic or physiologic alterations compared to untransfected cells: growth, the expression of other surface molecules and the morphological appearance were unaltered. Merely an enhanced intracellular accumulation of MHC I molecules could be detected. The functional relevance of the MHC I down-regulation by intrabodies could be shown by the strong diminished cytolytic activity of cytotoxic T cells to intrabody expressing rat keratinocytes in comparison to unmodified cells. In this work cells with a completely MHC I knock-out phenotype has been successfully generated for the first time - modifications of the MHC I surface expression by generation of _2-microglobulin or TAP deficient mice did not lead to a complete loss of all MHC I molecules on the cell surface so far. MHC I down-regulated keratinocytes could be employed in skin transplantation instead of the limited available autologous cells or utilized in combination with synthetic materials where they would induce an improvement of the healing process by the secretion of cytokines.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Untersuchung von optischen Absolutfrequenzreferenzen basierend auf rovibronischen Übergängen in molekularen Jod. Dabei werden Methoden der Doppler-freien Sättigungsspektroskopie angewendet, um einzelne Übergänge der Hyperfeinstruktur mit Linienbreiten unterhalb von 1 MHz im B-X System von molekularem Iod bei 532 nm, der zweiten harmonischen des Nd:YAG-Laser, aufzulösen. Elektronische Regelungstechniken ermöglichen eine präzise Stabilisierung der optischen Frequenz auf die Linienmitte der Übergänge mit einer Auflösung von Teilen in 10^5. Mit dem Ziel einer weltraumtauglichen Absolutfrequenzreferenz für zukünftige Weltraummissionen, wurden zwei Spektroskopiemodule konzipiert und in quasi-monolithischen Glaskeramik-Aufbauten, als sogenanntes elegant breadboard model und engineering model, realisiert. Diese Jodfrequenzreferenzen wurden im Detail in Bezug auf ihre Frequenzstabilität und Reproduzierbarkeit untersucht und Letzteres wurde für die angestrebte Weltraumqualifizierung ersten Umwelttests, sowohl vibrations- als auch thermischen Belastungstests, unterzogen. Für die Untersuchung der Frequenzstabilität dieser Jodreferenzen wurde ein auf einen optischen Resonator hoher Güte stabilisiertes Lasersystem für direkte Frequenzvergleiche bei 1064 nm realisiert. Die Analyse der Frequenzstabilität der Jod Referenzen zeigt eine Frequenzstabilität von 6x10^−15 bei 1 s, und weniger als 2x10^−15 bei 100 s Integrationszeit, was der bis heute besten veröffentlichten Frequenzstabilität entspricht die mit Jod Referenzen erreicht wurde. Mit der erreichten Frequenzstabilität ermöglichen diese Absolutfrequenzreferenzen präzise Lasersysteme für zukünftige Weltraummissionen wie z.B. zur Detektion von Gravitationswellen, zur Vermessung des Gravitationsfelds der Erde oder für Präzisionstest fundamentaler Theorien der Physik. / This thesis deals with the development and investigation of optical absolute frequency references based on rovibronic transitions in molecular iodine. Doppler-free saturation spectroscopy methods are employed to resolve individual transitions of the hyperfine structure with linewidths below 1 MHz in the B-X system of molecular iodine at 532 nm with the second harmonic of Nd:YAG lasers. Electronic feedback control systems are employed for laser frequency stabilization to the line center of the optical transitions with a line splitting of 10^5. With the goal of a space qualified optical absolute frequency reference for future laser-interferometric space missions, two spectroscopy setups were designed and realized in quasi-monolithic, glass-ceramic setups as so called elegant bread board model and engineering model. These iodine references were characterized in detail with respect to their frequency stability and reproducibility and the engineering model was subject to environmental tests, including vibrations and thermal cycling to verify its applicability in future space missions. For the investigation of the frequency instability of these iodine references, a frequency stabilized laser system was realized based on a temperature controlled high Finesse ULE cavity for direct frequency comparisons at 1064 nm. Analysis of the frequency stability of the iodine references revealed exceptionally low fractional frequency instability of 6x10^−15 at 1 s, averaging down to less than 2×10^−15 at 100 s integration time, constituting the best reported stability achieved with iodine references to date. With the demonstrated performance, these absolute frequency references enable precision laser systems required for future space missions that are dedicated to, e.g., the detection of gravitational waves, mapping of the Earth’s gravitational field or precision test of fundamental physics.

Das 20S Proteasom ist das Kernelement des Ubiquitin-Proteasom-Systems und baut fehlerhafte, nicht mehr benötigte und oxidierte Proteine ab, wobei drei katalytisch aktive Untereinheiten die Polypeptidkette schneiden. Das proinflammatorische Cytokin IFNg induziert die Expression und Inkorporation der alternativen katalytisch aktiven Immunountereinheiten, was in variablen Isoformen des 20S Proteasoms resultiert. Die zusätzliche Assoziation des 19S Regulators, bzw. des PA28 und des PA200 Aktivators an eine Isoform erweitert das Sortiment an proteasomalen Komplexsubtypen. Der zeitliche Verlauf einer IFNg Stimulation zeigte, dass die Aktivatoren PA28 und PA200 antagonistisch an das 20S Proteasom assoziieren und niedermolekulare Komplexsubtypen bilden, sodass in dieser Studie auch zum ersten Mal eine IFNg abhängige Assoziation des PA200 Monomers an das 20S Proteasom detektiert wurde. Ex vivo Versuche zeigten, dass die Defizienz der Immunountereinheit LMP7 mit der Assoziation des PA28-Aktivators an das 20S-19S Proteasom kompensiert wird, wobei die funktionelle Wirksamkeit aber offen bleibt. In einer monozytären Zelllinie wird ein sehr hochmolekularer, chymotryptisch aktiver Komplex assembliert und massenspektrometrische Analysen detektierten proteasomale Untereinheiten und viele Komponenten der Proteinbiosynthese, was für eine Assoziation des Proteasoms mit dem Polysom spricht. Diese Möglichkeit der kotranslationalen Degradation kann auch die Assoziation des detektieren Chaperonins TriC erklären, wobei dieser Komplex, der ATP abhängig Proteine faltet, möglicherweise auch direkt mit dem Proteasom interagieren könnte, wie elektronenmikroskopische Aufnahmen belegten. Neben den neuen strukturellen Ergebnissen, bestätigte die funktionelle Analyse den Abbau polyubiquitinierter Substrate durch 19S-Regulator assoziierte Komplexsubtypen, doch das 19S-20S-19S Proteasom konnte das Modellsubstrat HA-Ubi-IkBa-flag besser abbauen und deubiquitinieren als das 20S-19S Proteasom. / The 20S proteasome is the core element of the ubiquitin-proteasome-system, which degrades defective, unneeded and oxidized proteins, while three catalytically active subunits hydrolyze the peptide bonds of the polypeptide. The proinflammatory cytokine IFNg induces the expression and incorporation of three alternative, catalytically active immunosubunits resulting in variable isoforms of the 20S proteasome. The additional association of the 19S regulator, or the PA28 and PA200 activator, respectively, expands the range of proteasome complex subtypes. The time course of IFNg stimulation showed that the proteasomal association of PA28 and PA200 occurs antagonistically, forming low molecular weight complex subtypes. Furthermore, this study revealed for the first time an IFNg dependent association of the PA200 monomer to the 20S proteasome. Ex vivo experiments showed that the deficiency of the immunosubunit LMP7 is compensated by the association of the PA28 activator to the 20S-19S proteasome, whereas the functional efficacy remains elusive. In a monocytic cell line, a chymotryptic active complex with a very high molecular weight was detected, and mass spectrometry confirmed proteasomal subunits and components of the protein synthesis machinery, suggesting an association of the proteasome with the polysome. The fact of cotranslational degradation may also explain the association of the chaperonin TriC, an ATP dependent protein folding chaperonin. Electron micrographs could reveal that TriC possibly interacts directly with the proteasome. Next to the new structural results, the functional analysis confirmed the degradation of polyubiquitinated substrates by 19S regulator associated complex subtypes, and in addition to it, the 19S-20S-19S proteasome degraded and deubiquitinated the model substrate HA-Ubi-IkBa-flag better than the 20S-19S proteasome.

Diese kumulative Dissertation umfasst zwei Veröffentlichungen zu drei Bereichen der Emotionskommunikation. Ziel war es, zu untersuchen, ob OP-Masken die Emotionswahrnehmung, die Affiliation und die emotionale Mimikry (d.h. die automatische, aber zielabhängige Imitation des emotionalen Ausdrucks von Interaktionspartner:innen) reduzieren. In zwei Online-Experimenten (Studie 1: N=200, britische Stichprobe; Studie 2: N=235, deutsche Stichprobe) wurden subjektive Bewertungen und die emotionale Mimikry als Reaktion auf maskierte und unmaskierte Gesichter untersucht. Die wahrgenommene Emotionsintensität und die Genauigkeit der Emotionserkennung dienten als Indikatoren für die Emotionswahrnehmung. Die wahrgenommene zwischenmenschliche Nähe diente als Indikator für die Affiliation. Die emotionale Mimikry wurde mit Hilfe einer Gesichtsaktivitätserkennungstechnologie gemessen. In der ersten Studie sahen erwachsene Proband:innen erwachsene Zielpersonen, die Freude und Trauer ausdrückten, eingebettet in Innen- und Außenszenen. In der zweiten Studie sahen erwachsene Proband:innen Erwachsene und Kinder, die Freude, Trauer oder Ärger ausdrückten. Die Freudemimikry wurde durch Masken reduziert, insbesondere wenn die Zielpersonen Kinder waren. Im Gegensatz dazu war die Trauermimikry bei Kindergesichtern stärker und wurde, wie auch die Ärgermimikry, durch Masken nicht beeinträchtigt. Wir konnten auch zeigen, dass durch Gesichtsmasken verringerte Freudewahrnehmung und Nähe mit einer verringerten Freudemimikry verbunden waren. Die Studien zeigen somit, wie erwartet wurde, eine maskenbedingte Verringerung der Emotionswahrnehmung, der Affiliation, und der emotionalen Mimikry. Insgesamt trägt die vorliegende Arbeit zu unserem Verständnis der sozio-affektiven Auswirkungen der partiellen Gesichtsverdeckung bei und stützt die Theorie der emotionalen Mimikry im sozialen Kontext von Hess und Fischer, nach der Emotionswahrnehmung und Affiliation die emotionale Mimikry beeinflussen. / This cumulative doctoral dissertation encompasses two publications on three domains of emotion communication. The goal of the dissertation was to assess if surgical face masks reduce emotion perception, affiliation, and emotional mimicry (i.e., automatic but goal-dependent imitation of an interaction partner's emotional display). We conducted two online experiments (Study 1: N=200, U.K. sample; Study 2: N=235, German sample) that assessed subjective ratings and emotional mimicry in response to masked and unmasked faces. Perceived emotion intensity and emotion recognition accuracy served as indicators of emotion perception. Perceived interpersonal closeness (via the Inclusion of Other in the Self Scale) served as an indicator of affiliation. Emotional mimicry was measured using facial activity recognition technology. We also took into account socio-spatial context effects. In the first study, adult perceivers saw adult targets who expressed happiness and sadness embedded into indoor and outdoor scenes. In the second study, adult perceivers saw adult and child targets who expressed happiness, sadness, and anger. We found that happiness mimicry was reduced by masks, particularly when expressers were children. In contrast, sadness mimicry was stronger for children and, like anger mimicry, unaffected by masks. We also found that reduced emotion perception and closeness due to masks were associated with reduced happiness mimicry. The studies support evidence from before and during the COVID-19 pandemic for mask-related reductions of emotion perception and affiliation. Moreover, the studies provide unprecedented evidence on reductions of emotional mimicry in response to masked faces and child targets. Overall, the present work contributes to our understanding of the socio-affective effects of partial face occlusion and supports emotional mimicry in social context theory by Hess and Fischer, according to which emotion perception and affiliation influence emotional mimicry.

Ausgehend von einem sozialkonstruktivistischen, pragmatisch-kognitiven Verständnis von Namen untersucht die Studie die diskriminierenden Wahrnehmungen, die über Personen-namen in Deutschland und Schweden aufgerufen werden. Durch Anwendung der kritischen Theorien und Zugänge der Black Feminist, Postcolonial, Postmigrant, Trans und Disability Studies auf Namensdiskurse werden gegenwärtige sowie historische hegemoniale Normen dekonstruiert. Mit Hilfe des durch intersektionale Machtverhältnisse konstituierten Dispositivmodells wird die Intelligibilität von Personennamen zur Diskussion gestellt. Vergewohnheitung (accustoming) als neues analytisches Konzept macht nachvollziehbar, wie hegemoniales Wissen zu Namensgebung auf strukturalistische und essentialisierende Weise erworben und internalisiert wird. Die Analyse administrativer und legislativer Diskurse zeigt, wie hegemoniale Namensnormen historisch und institutionell vergewohnheitet wurden. Dass ein Personenname institutionell auch durch individuelle Wahrnehmung bestimmt wird, illustriert die Analyse des ‚Kindeswohl‘, einem zentralen Argument für Namensentscheidungen auf Standesämtern. Ein weiteres Beispiel für die Rechtfertigung ent_wahrgenommener diskriminierender Namenspraktiken ist das Sprachgefühlkonzept, dessen Verwendung daraufhin untersucht wird, inwiefern es nationalistische Vorstellungen des Eigenen und des Anderen aufruft. Schließlich wird die An- und Aberkennung von Menschsein als Konsequenz diskriminierender Namenshandlungen adressiert. Eine Sammlung empowernder Interventionen in diskriminierende Namenspraktiken sowie Empfehlungen für eine kontra_diskriminierende, antistrukturalistische Wahrnehmung von Personennamen runden die Studie ab. Mit ihrem transdisziplinären Ansatz veranschaulicht die Arbeit, wie disziplinäre Grenzen überschritten und Diskursfelder und -materialien, die traditionellerweise in den Rechts-, Geschichts-, Sprach- und Literaturwissenschaften analysiert werden, in die Genderforschung integriert werden können. / Based on a social constructivist, pragmatic cognitive understanding of naming, the study investigates the discriminatory hegemonic presuppositions and perceptions that are interpellated with personal names in Germany and Sweden. The critical lens of Black Feminist, Postcolonial, Postmigrant, Critical Trans and Disability Studies is applied in order to deconstruct current and past hegemonic naming norms. By regarding the un/intelligibility of names as constituted by intersecting power relations, racism_genderism_ableism_migratism_ classism, the dispositive model helps to identify what personal names and naming practices are made un/thinkable. Accustoming is introduced as an analytic tool to understand how hegemonic knowledge on naming is acquired and internalized in a structuralist and essentializing way. The analysis of administrative and legislative discourses demonstrates how hegemonic naming norms have been historically and institutionally accustomed. That a personal name is not only determined by institutional but also by individual decision-making is illustrated on the example of the child’s well-being, a commonly used argument for name decisions at registry offices. The feel for language as another norm to justify de_perceived name discrimination is analyzed against the background of how sprachgefühl as an emotive concept interpellates nationalist images of the self and the Other. The final chapter addresses the consequences of discriminatory naming practices: the definition and denial of personhood. The study concludes with a collection of empowering interventions in discriminatory naming practices and recommendations for a contra_ discriminatory anti-structuralist perception of personal names. By employing a transdisciplinary approach, the study illustrates how disciplinary boundaries are transgressed and how different discourse areas and material that traditionally are investigated in law, history, linguistics and literature is integrated in Gender Studies research.

Die magnetische Blutbolusmarkierung (Spin-Labeling) ermöglicht die nichtinvasive quantitative Messung des Blutflusses im Gewebe. Beim Spin-Labeling wird arterielles Blut durch Radiofrequenzpulse magnetisch markiert und der Transport der Markierung MR-tomographisch gemessen. Am Modell einer unter physiologischen Bedingungen perfundierten extrakorporalen Schweineniere konnte die Quantifizierbarkeit der Messmethode nachgewiesen werden. In einer Studie an 36 Hirntumorpatienten wurde das Verfahren mit der kontrastmittelbasierten First-Pass-Bolus-Methode zur nicht-quantitativen Perfusionsmessung verglichen. Es zeigte sich eine sehr gute Übereinstimmung zwischen beiden Methoden, der lineare Korrelationskoeffizient des relativen Blutflusses in der Tumorregion lag bei R=0,83. Die mittels Spin-Labeling ermittelten Absolutwerte des Blutflusses spielen bei der Beurteilung des Tumorgrades eine untergeordnete Rolle, da die mittlere Perfusion individuell sehr verschieden ist. Ein zweiter Anwendungsbereich für das Spin-Labeling ist die Darstellung großer Arterien. Spin-Labeling ermöglicht die nichtinvasive dynamische Angiographie (Dynamische Spin-Labeling-Angiographie - DSLA). Analog zur digitalen Subtraktionsangiographie kann damit der Einstromvorgang des Blutes in den Gefäßbaum zeitaufgelöst gemessen werden, jedoch mit wesentlich höherer zeitlicher Auflösung und frei wählbarer Projektionsrichtung. In einer Studie an 18 Patienten mit einseitigen Carotisstenosen wurden die Zeitdifferenzen der Anflutung der zerebralen Gefäße zwischen der betroffenen und der nicht stenosierten Seite bestimmt. Die im Carotis-Siphon gemessenen Zeitdifferenzen korrelieren signifikant mit dem Stenosegrad, steigen aber erst ab einer Lumeneinengung oberhalb von 80 Prozent deutlich an. Im Vergleich zu den etablierten Methoden werden die Möglichkeiten und Grenzen der DSLA dargestellt. / Arterial spin labeling methods allow to determine quantitative tissue blood flow values noninvasively. Arterial blood is labelled by an inversion pulse and the distribution of this intrinsic tracer is measured using magnetic resonance imaging. Experiments using an extra corporal in-vitro porcine kidney in a MR compatible set-up were carried out to determine the accuracy of blood flow values calculated from arterial spin labeling measurements. In a study of 36 brain tumor patients, spin labeling was compared to non-quantitative contrast-enhanced dynamic susceptibility-weighted perfusion imaging. Relative blood flow values determined with both methods were in good agreement, the linear regression coefficient in the tumor region was R=0.83. Due to the variable individual perfusion state, quantitative blood flow values determined using spin labeling play a minor role in the assessment of tumor grade. Application of spin labeling to angiography of major arteries was investigated. Dynamic spin labeling angiography (DSLA) sequences were implemented and tested on a clinical scanner. This technique allows time-resolved depiction of blood flow in large vessels with very high temporal resolution. As opposed to digital subtraction angiography, the method allows arbitrary projection directions. In a study, 18 patients with one-sided carotid stenoses were examined. In these patients the time differences of blood bolus arrival at both hemispheres were determined. Time differences measured in the carotid siphon show a significant correlation with the degree of stenosis. However, a clear increase is not seen until 80% narrowing of a carotid. Possibilities and limitations of the DSLA method are discussed in comparison to established techniques.

With the advent of microelectronics and micromechanical systems, the benefits of miniaturized technology became evident. With the discovery of carbon nanotubes by Iijima in 1991, a material has been found that offers superior porperties such as high tensile strength, excellent electrical and heat conductivity while being lightweight, flexible and tunable by the specific atomic arrangement in its structure. The first part of this thesis deals with a new synthesis approach, which combines the known routes of chemical vapour deposition and laser ablation. The results concerning diameter and yield fit well within an established model for the nucleation and growth of carbon nanotubes and extend it by considering a larger parameter space. Furthermore, conventional laser ablation has been used to synthesize C-13 augmented carbon nanotubes, whose diameters depend among the usual synthesis parameters also on the C-13 content, an influence which is in line with the changed thermal conductivities of isotope mixtures. Manipulation of carbon nanotubes inside a transmission electron microscope forms the second part of this thesis. With the help of an in-situ nanomanipulator, several experiments involving the mechanical and electrical properties of carbon nanotubes have been performed. Two-probe resistances of individual nanotubes have been measured and the observation of individual shell failures allowed for the determination of current limits per carbon shell. With the help of electrical current, a nanotube was modified in its electrical characteristics by reshaping its structure. By application of DC-currents or square current pulses, the filling of iron- or cementite-filled multi-wall carbon nanotubes has been found to move in a polarity-defined direction guided by the nanotube walls. Depending on the current, nanotube shape, and composition of the filling different regimes of material transport have been identified, including the reworking of the inner nanotube shells. The application of a high driving current leads to a complete reworking of the host nanotube and the current-induced growth of carbonaceous nanostructures of changed morphology. Utilizing the obtained results, a transport mechanism involving momentum transfer from the electron wind to the filling atoms and a solid filling core during transport is developed and discussed. Finally, measurements of mechanical properties using electrically induced resonant or non-resonant vibrations inside the transmission electron microscope have been observed and important mechanical parameters have been determined with the help of a modified Euler-Bernoulli-beam approach. / Mit dem Aufkommen von Mikroelektronik und mikromechanischen Systemen wurden die Vorteile miniaturisierter Geräte augenscheinlich. Mit der Entdeckung von Kohlenstoff-Nanoröhren durch Iijima 1991 wurde ein Material gefunden, welches überlegene Eigenschaften wie hohe Festigkeit, exzellente elektrische und Wärmeleitfähigkeit zeigt, während es zeitgleich leicht und flexibel ist. Diese Eigentschaften können durch eine Änderung der spezifischen atomaren Anordnung in der Nanoröhrenhülle beeinflusst werden. Der erste Teil dieser Dissertationsschrift behandelt einen neuartigen Syntheseansatz, welche die bekannten Syntheserouten der chemischen Gasphasenabscheidung und Laserablation kombiniert. Die Ergebnisse bezüglich des Durchmessers und der Ausbeute lassen sich gut mit einem etablierten Modell der Nukleation und des Wachstums von Kohlenstoff-Nanoröhren beschreiben - sie erweitern es, indem sie einen größeren Parameterraum berücksichtigen. Des Weiteren wurde konventionelle Laserablation benutzt, um C-13 angereicherte Kohlenstoff-Nanoröhren herzustellen, deren Durchmesser nicht nur von den üblichen Parametern, sondern auch vom C-13 Anteil abhängt. Diese Abhängigkeit geht mit der veränderten thermischen Leitfähigkeit von Isotopenmischungen einher. Die Manipulation von Kohlenstoff-Nanoröhren in einem Transmission-Elektronenmikroskop formt den zweiten Teil der Dissertationschrift. Mit Hilfe eines in-situ Manipulators wurden vielfältige Experimente durchgeführt, um die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Kohlenstoff-Nanoröhren zu bestimmen. Zweipunktmessungen des Widerstands einzelner Nanoröhren und die Beobachtung des Versagens einzelner Kohlenstoffschichten erlaubte die Bestimmung der Stromtragfähigkeit einzelner Hüllen. Mit Hilfe eines elektrischen Stromes konnte eine Nanoröhre durch die veränderung der Struktur in ihren elektrischen Eigenschaften verändert werden. Unter Verwendung dauerhaften oder gepulsten Gleichstroms konnte die Eisen- oder Zementit-Füllung der Kohlenstoff-Nanoröhren in eine polaritätsabhängige Richtung bewegt werden. Die Füllung wurde dabei durch die Wände der Nanoröhre geführt. Abhängig von Strom, Form der Nanoröhre und Zusammensetzung der Füllung ließen sich verschiedene Bereiche des Materialtransports identifizieren, u.a. das Umarbeiten einiger innerer Kohlenstoffschichten. Ein hoher Strom hingegen bewirkt eine Umarbeitung der kompletten Nanoröhre und strominduziertes Wachstum von Kohlenstoff-Nanostrukturen mit veränderter Morphologie. Mit Hilfe der gewonnenen Resultate wurde ein Transportmodell entwickelt, welches den Impulstransfer von Elektronen an Füllungsatome sowie einen festen Füllungskern während des Transports diskutiert. Messungen der mechanischen Eigenschaften, welche mit Hilfe von resonanter oder nicht-resonanter elektrischer Anregung von Schwingungen im Transmissions-Elektronenmikroskop durchgeführt wurden bilden den Abschluss der Arbeit. Durch die Beobachtungen konnten mit einem modifizierten Euler-Bernoulli-Balkenmodell wichtige mechanische Eigenschaften bestimmt werden.

Messinstrumente stellen in der wissenschaftlichen Forschung ein wesentliches Element zur Erkenntnisgewinnung dar. Das Besondere an Messinstrumenten im Large-scale Assessment in der Bildungsforschung ist, dass diese normalerweise für jede Studie neu konstruiert werden und dass die Testteilnehmer verschiedene Versionen des Tests bekommen. Hierbei ergeben sich potentielle Gefahren für die Akkuratheit und Validität der Messung. Um solche Gefahren zu minimieren, sollten (a) die Ursachen für Verzerrungen der Messung und (b) mögliche Strategien zur Optimierung der Messinstrumente eruiert werden. Deshalb wird in der vorliegenden Dissertation spezifischen Fragestellungen im Rahmen dieser beiden Forschungsanliegen nachgegangen. / Measurement instruments are essential elements in the acquisition of knowledge in scientific research. Special features of measurement instruments in large-scale assessments of student achievement are their frequent reconstruction and the usage of different test versions. Here, threats for the accuracy and validity of the measurement may emerge. To minimize such threats, (a) sources for potential bias of measurement and (b) strategies to optimize measuring instruments should be explored. Therefore, the present dissertation investigates several specific topics within these two research areas.