Understanding the principles of self-organisation exhibited by block copolymers requires the combination of synthetic and physicochemical knowledge. The ability to synthesise block copolymers with desired architecture facilitates the ability to manipulate their aggregation behaviour, thus providing the key to nanotechnology. Apart from relative block volumes, the size and morphology of the produced nanostructures is controlled by the effective incompatibility between the different blocks. Since polymerisation techniques allowing for the synthesis of well-defined block copolymers are restricted to a limited number of monomers, the ability to tune the incompatibility is very limited. <br><br> Nevertheless, Polymer Analogue Reactions can offer another possibility for the production of functional block copolymers by chemical modifications of well-defined polymer precursors. Therefore, by applying appropriate modification methods both volume fractions and incompatibility, can be adjusted. Moreover, copolymers with introduced functional units allow utilization of the concept of molecular recognition in the world of synthetic polymers.<br><br> The present work describes a modular synthetic approach towards functional block copolymers. Radical addition of functional mercaptanes was employed for the introduction of diverse functional groups to polybutadiene-containing block copolymers. Various modifications of 1,2-polybutadiene-poly(ethylene oxide) block copolymer precursors are described in detail. Furthermore, extension of the concept to 1,2-polybutadiene-polystyrene block copolymers is demonstrated. Further investigations involved the self-organisation of the modified block copolymers. Formed aggregates in aqueous solutions of block copolymers with introduced carboxylic acid, amine and hydroxyl groups as well as fluorinated chains were characterised. Study of the aggregation behaviour allowed general conclusions to be drawn regarding the influence of the introduced groups on the self-organisation of the modified copolymers. Finally, possibilities for the formation of complexes, based on electrostatic or hydrogen-bonding interactions in mixtures of block copolymers bearing mutually interacting functional groups, were investigated. / Um die Prinzipien der Selbstorganisation von Blockcopolymeren zu verstehen, ist es notwendig das Wissen auf den Gebieten der Synthese und der Physikochemie zu kombinieren. Die Fähigkeit, Blockcopolymere mit gewünschter Architektur zu synthetisieren, gibt einem auch die Möglichkeit das Aggregationsverhalten zu steuern, was wiederum der Schlüssel zur Nanotechnologie ist. Abgesehen von den relativen Blockvolumina, wird die Größe und Morphologie der gebildeten Nanostrukturen durch die effektive Inkompartibilität zwischen den unterschiedlichen Blöcken bestimmt. Da die Polymerisationstechniken, mit denen man gut definierte Blockcopolymere synthetisieren kann, auf bestimmte Monomere beschränkt sind, läßt sich diese Inkompatibilität nur eingeschränkt abstimmen. Polymeranaloge Reaktionen können dagegen eine Möglichkeit bieten, funktionale Blockcopolymere durch die chemische Modifizierung von gut definierten Copolymeren zu erhalten. Somit können, bei Verwendung von geeigneten Modifikationsmethoden, die Volumenanteile sowie die Inkompatibilität der Blöcke angepasst werden. Außerdem können Copolymere, die funktionelle Gruppe enthalten, es ermöglichen das Prinzip der molekularen Erkennung (Schloss-Schlüssel) auf dem Gebiet der synthetischen Polymere anzuwenden.<br><br> Die vorleigende Arbeit beschreibt einen Ansatz zur modularen Synthese von funktionalen Blockcopolymeren. Durch radikalische Addition von funktionellen Mercaptanen wurden in Copolymere mit einem Polybutadien-Block verschiedenen funktionelle Gruppen eingebracht. Von 1,2-Polybutadien-Polyethylenoxid Blockcopolymeren werden dabei mehrere Modifikationen im Detail beschrieben. Zudem wird die Erweiterung des Konzepts auf 1,2-Polybutadien-Polystyrol Blockcopolymere gezeigt. Die weiteren Untersuchungen betrafen die Selbstorganisation der modifizierten Blockcopolymere in Lösung. Hierbei wurden die Aggregate, die in wässriger Lösung von Blockcopolymeren mit Carbonsäure-, Amin- und Hydroxylgruppen sowie fluorierte Ketten gebildet werden, charakterisiert. Die Untersuchung des Aggregationsverhaltens erlaubt es, generelle Aussagen über den Einfluss der eingebrachten Gruppen auf die Selbstorganisation der modifizierten Copolymere zu treffen. Abschließend wurde die Bildung von Komplexen auf der Basis von elektrostatischer Wechselwirkung oder Wasserstoffbrückenbindung in Mischungen aus Copolymeren, die untereinander Wechselwirkende funktionale Gruppe besitzen, untersucht.

Im Fokus dieser Dissertation stehen anorganisch-organische Hybridaggregate aus Kadmiumselenid-Nanokristallen und funktionalisierten Porphyrinmolekülen in Lösung. Mit Hilfe von statischen und zeitaufgelösten Methoden der optischen Spektroskopie wird nachgewiesen, daß die Bildung der Aggregate durch spontane Adsorption der funktionalisierten Moleküle an der Nanokristalloberfläche erfolgt. Dabei ist von einem dynamischen Gleichgewicht zwischen den Porphyrinmolekülen und den ursprünglichen Nanokristall-Liganden (TOPO) auszugehen. In der Photophysik der Hybridaggregate lassen sich ein resonanter Energietransfer nach Förster, der vom Nanokristall zum Porphyrinmolekül gerichtet ist, sowie eine Elektronen-Austauschwechselwirkung zwischen beiden Komponenten nach Dexter nachweisen. Mit Hilfe einer Erweiterung des Stern-Volmer-Ansatzes zur Beschreibung der Fluoreszenzlöschung für bimolekulare Reaktionen können die jeweiligen Anteile für eine Serie von Nanokristallen unterschiedlicher Größe und zweierlei Beschaffenheit grob quantifiziert werden. Ferner wird der Einfluß diffundierender Ladungen auf die Quantenausbeute von Halbleiternanokristallen anhand von zeitkorrelierter Einzelphotonenerfassung untersucht. Mit Hilfe einer Detektionsmethode, die die Zeitreihe der Ankunftszeiten einzelner Photonen erhält (tt-TCSPC), ist es möglich, den in eine Polymermatrix eingebetteten Halbleiternanokristallen charakteristische Fluktuationen der Fluoreszenzlebensdauer mit individueller Zeitkonstante zuzuordnen. / This Thesis is devoted to the formation and the photophysics of inorganic/organic hybride nanoaggregates designed from CdSe semiconductor nanocrystals and pyridyl-functionalized porphyrin molecules in solution at ambient conditions. The formation of the aggregates is revealed to be based on a spontaneous adsorption of the functionalized porphyrin molecules on the nanocrystal surfaces, with a dynamic equilibrium sustained due to the competition with TOPO, ie. the original surface ligand. The evidence for the existence of the self-assembled aggregates is furnished by the proof of a directed Förster resonant energy transfer from the nanocrystal to the porphyrin molecules at low compound concentrations. By means of steady-state and time-resolved optical spectroscopy, the resonant energy transfer (RET) is valued to be accompanied by at least one more secondary quenching mechanism. Motivated by the aptitude of the nanocrystals to host more than one molecule at once, the detection and quantification of this process is done by an extension of the conventional Stern-Volmer kinetics valid for bimolecular reactions. With that, the secondary interaction process aside from RET is explained in terms of a Dexter-type energy transfer that, on ist part, can be put down to a generation of charge-induced shallow trap states within the semiconductor nanocrystal. This model is in qualitative accordance with the known phenomena of fluorescence intermittency and spectral diffusion. The role of a fluctuating environment to affect the fluorescence quantum yield of the nanocrystals is confirmed by time-tagged time-correlated single-photon counting (tt-TCSPC) on single nanocrystals in a polymer matrix. The measurements show that the fluorescence lifetime of the nanocrystals is characterized by individual characteristic fluctuations possibly induced by temporal and spatial inhomogeneities in the distribution of the dielectric constants.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese und Charakterisierung ethylenglykolfunktionalisierter Carboxylate der Münzmetalle sowie deren Verwendung als Präkursoren in der Herstellung von Nanopartikeln und leitfähigen Metallschichten. Ein Schwerpunkt der Arbeit liegt auf der Verwendung von Kupfer(II)-carboxylaten zur Herstellung von druckbaren Kupfertinten. Es wird gezeigt, wie zentrale Präkursoreigenschaften durch Variation der Carboxylatreste optimiert werden können. Einen zweiten Schwerpunkt bildet die Herstellung von Kupfernanopartikeln durch thermische Zersetzung ethylenglykolfunktionalisierter Kupfercarboxylate. Der Einsatz von Bis- und Tris(triphenylphosphan)kupfer(I)-carboxylaten ermöglicht hierbei die Herstellung von oxidfreien sphärischen Kupfernanopartikeln sowie von Kupferstäbchen unter einfachen experimentellen Bedingungen. Weitere Arbeiten widmen sich der Verwendung von ethylenglykolfunktionalisierten Silber(I)-carboxylaten zur Synthese von Silbernanopartikeln. Der entwickelte Prozess erlaubt die Herstellung blättchenförmiger Silbernanopartikel bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Auch die Herstellung von blättchenförmigen Kupfersulfidpartikeln durch Thermolyse eines ethylenglykolfunktionalisierten Bis(triphenylphosphan)kupfer(I)-thiocarboxylates wird beschrieben. Schließlich wird gezeigt, wie thermolytisch hergestellte Goldnanopartikel an ethylenglykolfunktionalisierten Kohlenstoffnanoröhren abgeschieden werden können. Der Prozess wurde auf einem Wafer durchgeführt. Die erhaltenen Strukturen ermöglichen eine Verwendung als optischer Sensor.

The aim of this work was to functionalize silicon dioxide surfaces with biochemical molecules in such a way that biorecognition of target molecules in solution will be possible. By introducing a tool set of different molecules and characterization methods, a more universal approach towards various biosensor setups is presented. This includes on the one hand preparation of the biosensor surfaces to allow further molecule attachment via their reactive functional groups. Secondly, the selection of chemical molecules providing suitable counterparts for abundant functional groups of potential receptors is discussed. Two detection schemes are introduced – based on an antibody to detect the antibiotic amoxicillin and aptamers to detect thrombin. The antibody was implemented in an inverse competition assay to probe such small target molecules. Antibiotic residues are often present in wastewater. Aptamers, so-called artificial antibodies, were selected as they provide many advantages over antibodies. As a model system, two different thrombin binding aptamers were chosen which allowed to perform sandwich assays as well. The protein thrombin plays an important role in the blood coagulation cascade. To probe the individual modification steps, different techniques for analysis were applied. Surface micropatterning was introduced to improve recognition of modified areas and fluorescence-to-background ratios resulting in a thrombin detection limit down to 20 pM. One important goal was the integration in ion-sensitive field-effect transistor devices. Aptamers are small in size which might enable a higher sensitivity of these devices compared to the use of antibodies because of the Debye layer thickness. As a final step, first measurements towards silicon nanowire based field-effect transistor biosensors were carried out on devices with bottom-up and top-down fabricated nanowires using both proposed receptor-analyte combinations. The potential of these devices as portable sensors for real-time and label-free biosensing is demonstrated. / Ziel dieser Arbeit war es Siliziumdioxidoberflächen so mit biochemischen Molekülen zu funktional- isieren, dass die biologisch spezifische Erkennung von Zielmolekülen in Lösung möglich wird. Hier wird eine Auswahl an geeigneten Molekülen und Charakterisierungsmethoden für einen vielseitigen Ansatz gezeigt, der auf verschiedene Biosensorsysteme anwendbar ist. Das beinhaltet zum Einen die Präparation der Biosensoroberflächen, so dass die Moleküle über reaktive funktionelle Gruppen angebunden werden können. Als zweites ist die Auswahl der chemischen Moleküle wichtig, da diese die passenden Gegenstücke zu potentiellen funktionellen Gruppen der Rezeptoren darstellen. Zwei verschiedene Detektionsvarianten werden eingeführt – Antikörper gegen das Antibiotikum Amoxicillin und Aptamere gegen Thrombin. Der Antikörper wurde in einen inversen Wettbewerbsassay integriert um einen solch kleinen Ana- lyten detektieren zu können. Rückstände von Antibiotika sind häufig in Abwässern zu finden. Ap- tamere, sogenannte künstliche Antikörper, weisen gegenüber Antikörpern viele Vorteile auf. Als ein Modellsystem wurden zwei unterschiedliche Thrombin bindende Aptamere verwendet, was auch die Durchführung von Sandwich Assays ermöglichte. Das Protein Thrombin spielt eine wichtige Rolle bei der Blutgerinnung. Um die einzelnen Modifikationsschritte zu untersuchen, wurden verschiedene Charakterisierungsmethoden angewendet. Die Mikrostrukturierung der Funktionalisierung erleichterte die Erkennung der modifizierten Flächen und verbesserte das Fluoreszenz-zu-Hintergrund Verhältnis. Das führte zu einer Detektionsgrenze von 20 pM für Thrombin. Ein wichtiges Ziel dieser Arbeit war die Integration der Funktionalisierung in einen ionen-sensitiven Feldeffekttransistor. Die kleinen Aptamere könnten dabei aufgrund der geringen Debye-Schichtdicke bei diesen Sensoren eine höhere Sensitivität als mit Antikörpern ermöglichen. Zuletzt wurden erste Messungen hin zu Silizium Nanodraht basierten Feldeffekttransistor Biosen- soren mit beiden untersuchten Rezeptor-Analyt-Kombinationen durchgeführt. Sowohl die Chips mit bottom-up als auch mit top-down gewachsenen Nanodrähten zeigen dabei ihr Potential als handliche Sensoren zur markerfreien Detektion in Echtzeit.

Schwerpunkt der Arbeit ist die Übertragung thermodynamischer Betrachtungen auf Reaktionen an den Gruppen auf der amorphen Siliciumdioxidoberfläche. Aus der theoretischen Konzeption folgen Prognosen für die Abläufe und somit Aussagen für eine zielgerichtete und bewußte Prozeßsteuerung. Die stoffliche Veränderung an den Oberflächengruppen wird mit molekularen Abbildern beschrieben. Wegen des überschaubaren Reaktionsgeschehens und der Verfügbarkeit thermodynamischer Daten dient die Erzeugung von Silan- und Phenylgruppen als Beispiel. Die Modellierung der Vorgänge erfolgt in thermodynamischen Rechnungen zum Reaktionsgleichgewicht im Temperaturbereich 298 K - 1500 K. Die Beurteilung der Gleichgewichtslage beruht auf der jeweiligen molaren Freien Reaktionsenthalpie. Aus der Charakterisierung von Reaktionsgleichgewichten folgen Aussagen zu benötigten Prozeßbedingungen, bevorzugten Vertretern und zur Beeinflussung durch Nebenreaktionen. Die Modellrechnungen werden mit Experimenten kombiniert, bei denen Aerosilpreßlinge mit Wasserstoff und Benzen reagieren. Aerosil bietet wegen seiner Reinheit sowie seiner hochdispersen und röntgenamorphen Eigenschaften optimale Voraussetzungen für die analytische Charakterisierung der Reaktionsprodukte mit der Infrarotspektroskopie und der Thermischen Analyse. Da die Umsetzungen in einem Strömungsrohrreaktor stattfinden und die Gleichgewichtsthermodynamik nicht anwendbar ist, stehen die Ergebnisse der Berechnungen zur Diskussion. Die Gesamtdarstellung der Reaktionsfähigkeit beinhaltet die Charakterisierung der erzeugten Spezies an der Aerosiloberfläche. Analogiebeziehungen und Modellbetrachtungen aus der Volumenchemie führen zu den energetischen und polaren Eigenschaften der Oberflächenbindungen.

Das vorgeschlagene SHM-System 'Adapted Metal Wire Based and fiber Oriented Sensor - AMBOS', basierend auf Drähten aus Metalllegierungen, ist vergleichsweise kostengünstig und verfügt über sehr gute Verarbeitungseigenschaften, insbesondere mit Eignung zur Integration in den Wickelprozess. Eine speziell entwickelte Abwickelvorrichtung erlaubt die direkte Verarbeitung der Drähte zusammen mit den Verstärkungsfasern und wärmehärtenden Harzsystemen im Wickelprozess. Insbesondere aufgrund der hohen Genauigkeit und der sehr niedrigen Material- und Verarbeitungskosten hat das beschriebene Verfahren ein großes Potenzial für den Einsatz in der automobilen Serienfertigung. Grundsätzlich sind die untersuchten Metalldrähte für eine solche Anwendung geeignet. Ein wesentlicher Vorteil ist die einfache Kompensation von thermischen Einflüssen. Weitere Untersuchungen zum Korrosionsschutz und zu Umwelteinflüssen stehen noch aus. / The proposed SHM system called “Adapted Metal wire Based and fiber Oriented Sensor – AMBOS”, based on wires from metal alloys, is comparatively inexpensive and has very good processing properties, in particular with suitability for integration into the winding process. A specially developed unwinding de-vice allows direct processing of the wires together with the reinforcing fibres and thermosetting resin systems in the winding process. Especially due to the high ac-curacy and the very low material and processing costs, the described process has great potential for use in automotive series production. In principle, the metal wires investigated are suitable for such an application. A significant advantage is the simple compensation of thermal influences. Further investigations on corrosion preservation and influences from the environment are still pending.

The term "Lab-on-a-Chip" (LoC) describes highly miniaturized systems in which the functionalities of entire laboratories are scaled down to the size of transportable microchips. Particularly in the field of chemical and bio-analysis, such platforms are desired for a fast and highly sensitive sample analysis at the point of care. This work focuses on silicon nanowire (SiNW) based sensors. Innovative device fabrication concepts are developed from various directions, for a facile and reliable assembly of LoC analysis systems. Firstly, a multifunctional microfluidic set-up is developed which allows for a facile reversible sealing of channel structures on virtually any kind of substrate while maintaining the possibility of a rapid prototyping of versatile channel designs and the applicability of high working pressures of up to 600 kPa. Secondly, a 3-(triethoxysilyl)propylsuccinic anhydride (TESPSA) based surface modification strategy for the attachment of specific receptor molecules without additional binding site passivation is explored. Thirdly, bottom-up grown SiNWs are utilized for producing parallel arrays of Schottky barrier field-effect transistors (FETs) via contact printing. Using the initially developed microfluidic set-up, the concept of the TESPSA-based receptor immobilization is proved via fluorescence microscopy and by applying the SiNW FETs as biosensors. Using a receptor-analyte system based on a set of antibodies and a peptide from human influenza hemagglutinin, it is shown that antibodies immobilized with the developed method maintain the specificity for their antigens. The fourth major research field in this work is the microfluidics-based alignment of one-dimensional nanostructures and their deposition at predetermined trapping sites for reliably fabricating single NW-based FETs. Such devices are expected to provide superior sensitivity over sensors based on parallel arrays of FETs. Consequently, within this work, innovative LoC devices fabrication approaches over a broad range of length scales, from micrometer scale down to the molecular level, are investigated. The presented methods are considered a highly versatile and beneficial tool set not only for SiNW-based biosensors, but also for any other LoC application. / Unter dem Begriff „Lab-on-a-Chip“ (LoC) fasst man stark miniaturisierte Systeme zusammen, die die Fähigkeiten eines ganzen Labors auf einen transportablem Mikrochip übertragen. Insbesondere im Bereich der Analyse chemischer und biologischer Proben werden solche Plattformen bevorzugt eingesetzt, da sie direkt am Ort der Probenentnahme schnelle, hoch sensible Messungen ermöglichen. Im Mittelpunkt dieser Doktorarbeit stehen Sensoren auf Basis von Siliziumnanodrähten (SiNWs). Auf verschiedenen Gebieten werden innovative Konzepte zur einfachen und zuverlässigen Herstellung von LoC Systemen entwickelt. Zu Beginn wird ein multifunktionaler Mikrofluidik-Aufbau vorgestellt, der ein einfaches reversibles Verschließen von Mikrofluidik-Kanälen auf nahezu allen möglichen Substraten erlaubt. Der Aufbau ermöglicht das schnelle Anfertigen und Testen verschiedener Kanalstrukturen sowie das Betreiben von Fluidik-Experimenten mit hohen Arbeitsdrücken von bis zu 600 kPa. Der zweite Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Funktionalisierung von Sensor-Oberflächen mittels 3-(Triethoxysilyl) Propyl Bernsteinsäure Anhydrid (TESPSA) für die Immobilisierung spezifischer Rezeptormoleküle. Bei dieser Methode entfällt die Notwendigkeit einer zusätzlichen Passivierung ungenutzter Anbindungsstellen. Des Weiteren erfolgt die Herstellung von Parallelschaltungen von Schottky-Barrieren-Feld-Effekt-Transistoren (SB-FETs) aus „bottom-up“ gewachsenen SiNWs durch mechanisches Abreiben der SiNWs vom Wachstumssubstrat auf ein Empfängersubstrat. Unter Verwendung des eingangs entwickelten Mikrofluidik-Aufbaus wird die prinzipielle Anwendbarkeit der TESPSA-basierten Rezeptor-Immobilisierung nachgewiesen, sowohl anhand von Fluoreszenzmikroskopie-Untersuchungen als auch mit Hilfe der SiNW FETs als Biosensoren. Mittels eines Rezeptor-Analyt-Systems, bestehend aus verschiedenen Antikörpern und einem Peptid des Influenzavirus A, wird gezeigt, dass Antikörper, die über TESPSA an Oberflächen gebunden werden, ihre Spezifizität für ihre Antigene beibehalten. Der vierte große Forschungsabschnitt dieser Arbeit widmet sich der mikrofluidischen Ausrichtung eindimensionaler Nanomaterialien und deren Ablage an vorgegebenen Fangstellen, wodurch eine zuverlässige Herstellung von FETs aus Einzelnanodrähten erreicht wird. Es wird davon ausgegangen, dass Einzelnanodraht-FETs gegenüber Parallelschaltungen von Nanodraht-FETs verbesserte Sensoreigenschaften aufweisen. Folglich beinhaltet diese Arbeit viele zukunftsweisende Ansätze für die Herstellung von LoC Systemen. Untersuchungen über eine Bandbreite von Längenskalen, von Mikrometer großen Strukturen bis hinab zur molekularen Ebene, werden präsentiert. Es wird davon ausgegangen, dass die vorgestellten Methoden als eine vielfältige Sammlung von Werkzeugen nicht nur bei der Herstellung von Biosensoren auf SiNW-Basis Einsatz finden, sondern ganz allgemein den Aufbau verschiedenster LoC Systeme vorantreiben.

A new approach for the fine tuning of flexibility in MOFs, involving functionalization of the secondary building unit, is presented. The "gate pressure" MOF [Zn3(bpydc)2(HCOO)2] was used as a model material and SBU functionalization was performed by using monocarboxylic acids such as acetic, benzoic or cinnamic acids instead of formic acid in the synthesis. The resulting materials are isomorphous to [Zn3(bpydc)2(HCOO)2] in the "as made" form, but show different structural dynamics during the guest removal. The activated materials have entirely different properties in the nitrogen physisorption experiments clearly showing the tunability of the gate pressure, at which the structural transformation occurs, by using monocarboxylic acids with varying backbone structure in the synthesis. Thus, increasing the number of carbon atoms in the backbone leads to the decreasing gate pressure required to initiate the structural transition. Moreover, in situ adsorption/PXRD data suggest differences in the mechanism of the structural transformations: from "gate opening" in the case of formic acid to "breathing" if benzoic acid is used.

In der vorliegenden Arbeit wird das Prinzip der chemischen Oberflächenmodifikation als allgemeine Synthesestrategie beschrieben. Davon ausgehend werden verschiedene Ansätze der chemischen Funktionalisierung dargestellt, mit denen die Eigenschaften der erhaltenen Materialien eingestellt werden können. Im Fokus der Arbeit stehen Eisenoxid-Nanopartikel, die über die „Benzylalkohol-Route“ dargestellt werden. Es wird auf Basis dieser einfachen und vielseitig anwendbaren Funktionalisierung die Herstellung von neuartigen Hybridmaterialien gezeigt. Zur Funktionalisierung zweier magnetischer molekularer Rezeptoren wurde eine Synthesestrategie entwickelt, bei der organische Gruppen kovalent angebunden wurden. Der erste Rezeptor kann zur Erkennung von Biomarkern und den Metaboliten von Pharmazeutika eingesetzt werden. Die Beschichtung der Oberflächen der Eisenoxid-Nanopartikel gelang dabei durch die Verwendung von Organosilan-basierten Kopplungsreagenzien. Der zweite Rezeptor konnte zur Auftrennung eines racemischen Gemisches eines chiralen cavitand eingesetzt werden. Die Darstellung von Graphenoxid-Eisenoxid-Kompositen gelang erfolgreich durch ein ex-situ Verfahren. Es wurde der Einfluss der Oberflächenfunktionalitäten auf die Beladung und Verteilung der Eisenoxid-Nanopartikel untersucht. Dazu wurden via Diazoniumchemie verschiedene Funktionalitäten auf der Graphenoxid-Oberfläche eingeführt. Die Entwicklung einer wasserfreien one-pot Synthese von Gold-Eisenoxid-hetero-Nanostrukturen beschrieben wurde. Insbesondere wurden die Auswirkungen kleiner organischer Moleküle auf die Bildung der Heterostrukturen untersucht. / This thesis describes diverse approaches of chemical functionalization as a general strategy to tailor material properties depending on the target application. Particular attention was dedicated to the surface chemistry of iron oxide nanoparticles. Crystalline 10 nm-sized magnetite nanoparticles synthesized through the “benzyl alcohol route” exhibit superparamagnetic behaviour. For this reason they are regarded as suitable solid supports for the fabrication of recoverable devices, which is a fundamental requirement for several of the reported studies. Here it is demonstrated, via the fabrication of novel hybrid materials, that the ease of functionalization of iron oxide nanoparticles renders this material a versatile platform for the development of diverse surface chemistries. A covalent organic functionalization strategy was developed for the synthesis of two recoverable magnetic molecular receptors. The first targeted the recognition of drugs metabolites and biomarkers. It is based on the use of organosilanes coupling agents. A second approach aimed to the heterogeneous resolution of a racemic mixture of an inherently chiral cavitand. Graphene oxide-iron oxide composites were successfully fabricated through an ex-situ approach based on non-covalent interactions between the component phases. The effects of surface functionalities on the loading and distribution of iron oxide nanoparticles were studied by introducing selected functionalities at the graphene oxide surface through diazonium chemistry. Finally, the development of a non-aqueous one-pot synthesis route to gold-iron oxide hetero-nanostructures was described. Particular emphasis was dedicated to study the influence of small organic molecules in promoting the formation of the heterostructures.

Taking advantage of ATRP and using functionalized initiators, different functionalities were introduced in both α and ω chain-ends of synthetic polymers. These functionalized polymers could then go through modular synthetic pathways such as click cycloaddition (copper-catalyzed or copper-free) or amidation to couple synthetic polymers to other synthetic polymers, biomolecules or silica monoliths. Using this general strategy and designing these co/polymers so that they are thermoresponsive, yet bioinert and biocompatible with adjustable cloud point values (as it is the case in the present thesis), the whole generated system becomes "smart" and potentially applicable in different branches. The applications which were considered in the present thesis were in polymer post-functionalization (in situ functionalization of micellar aggregates with low and high molecular weight molecules), hydrophilic/hydrophobic tuning, chromatography and bioconjugation (enzyme thermoprecipitation and recovery, improvement of enzyme activity). Different α-functionalized co/polymers containing cholesterol moiety, aldehyde, t-Boc protected amine, TMS-protected alkyne and NHS-activated ester were designed and synthesized in this work. / In dieser Arbeit wurden mittels der ATRP Methode sowie durch Benutzung funktioneller Initiatoren verschiedene Funktionalitäten an der α- und ω-Position der synthetischen Polymere (Kettenenden) eingeführt. Diese funktionalisierten Polymere können durch modulare synthetische Methoden wie z.B. die “Klick-Zykloaddition” (kupferkatalysiert oder auch kupferfreie Methoden möglich), Amidierung mit anderen synthetischen Polymeren oder Biomolekülen, oder auch mit Silikatmonolithen gekuppelt werden. Den beschriebenen Strategien folgend und unter Benutzung von thermoresponsiven, bioinerten und biokompartiblen (Co-) Polymeren mit einstellbaren Trübungspunkten können mittels Temperaturänderungen leicht steuerbare, „smarte“ Polymersysteme für verschiedene Anwendungen hergestellt werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden speziell Anwendungen wie die Postfunktionalisierung (in situ Funktionalisierung mizellarer Aggregate mit Molekülen, die sowohl niedrige als auch höhere Molekulargewichte aufweisen), hydrophiles/hydrophobes Tuning von Polymeren, Chromatographie an Polymeren sowie Biokonjugation von Polymeren (Enzymthermoprezipitation und -Gewinnung, Enzymaktivitätsmodifizierung) genauer untersucht. Es wurden verschiedene α-funktionalisierte (Co-)Polymere, die Cholesterol, Aldehyde, t-Boc geschützte Amine, TMS-geschützte Alkine und NHS-aktivierte Ester entwickelt und hergestellt und mittels passender ATRP Initiatoren eingeführt.