Essen, Universiẗat, Diss., 2003--Duisburg.

Techn. University, Diss., 2004--Dresden.

University, Diss., 2004--Mainz.

Universiẗat, Diss., 2004--Freiburg (Breisgau).

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Berlin.

Techn. Hochsch., Diss., 2004--Aachen.

Nanodiamant weist aufgrund seiner herausragenden mechanischen, optischen und biokompatiblen Eigenschaften ein enormes Potential auf. Für eine erfolgreiche Anwendung muss dieser jedoch zunächst desagglomerisiert und an seiner Oberfläche funktionalisiert werden. In dieser Arbeit werden zwei unterschiedlichen Methoden zur Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung vorgestellt. Im ersten Teil wird die thermochemische Methode beschrieben, um den ungewöhnlich stark agglomerierten Detonationsnanodiamant zu deagglomerieren. Dabei wird die Strategie verfolgt, den Nanodiamant erst durch eine thermische Behandlung im Vakuum die vorhandenen Oberflächengruppe zu entfernen, π-Bindungen zu etablieren und dann dessen Oberfläche durch kovalente Bindungen zu modifizieren. Im zweiten Teil wird eine mechanochemische Methode für die Deagglomerierung und Oberflächenfunktionalisierung vorgestellt. Dabei wird ein völlig neuer Ansatz (BASD-Verfahren) entwickelt. Die Ultraschallbehandlung in Kombination mit zusätzlichen Mikrokeramikpartikeln eignet sich hervorragend, um Nanodiamant-agglomerate aufzubrechen. Zwei unterschiedliche Reaktionen mit zwei unterschiedlichen Nanodiamantsorten werden getestet: Eine einfache Kondensationsreaktion durch Silanisierung und eine Radikalreaktion über das Diazoniumsalz. In weiteren Experimenten kann gezeigt werden, dass sich die zuerst vorgestellte thermochemische Methode auch eignet, um aus fluoreszierenden NV-Nanodiamant kolloidalen NV-Nanodiamant mit funktionellen Gruppen herzustellen. Der letzte Teil der vorliegenden Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von Nanodiamanten aus Diamantfilmen mit Hilfe des Top-down Ansatzes, da der gezielte und kontrollierte Aufbau der Gitterstruktur des Diamanten sowie die kontrollierte Einführung bisher nur durch CVD oder Ionenimplantationstechnik möglich ist. / Nanodiamond exhibits an enormous potential due to its outstanding mechanical, optical and biocompatible properties. However, a successful application must begin with deagglomerated and functionalized particles. In this study, two different methods for deagglomeration and surface functionalization are introduced. The first part deals with a thermochemical method for deagglomeration of unusual tight agglomerated detonation nanodiamond. Thereby, a new strategy is developed, in which the nanodiamond is partially graphitized by annealing in vacuum in order to remove the present surface groups and establish π-Bonds, followed by surface-modification through covalent grafting. In the second part, a mechanochemical method for the deagglomeration and surface functionalization is presented. A completely new approach (BASD method) is developed. Ultrasonic treatment in combination with additional micro-ceramic particles is excellently suited for breaking up agglomerates of nanodiamond.Two different reactions with two different types of nanodiamond are tested: A simple condensation reaction by silanization and a radical reaction of the diazonium salt. Further experiments show that the first presented thermochemical method is also suitable for production of colloidal nanodiamond with functional groups from fluorescent NV-nanodiamond. In the last part of the present work, the production of nanodiamonds from diamond films by means of a top-down approach is described. So far, only the CVD production of diamond enables a direct access to a structured diamond material.

Für Diamantpartikel basiert diese Funktionalisierungschemie auf den bereits vorhanden Oberflächengruppen, die durch die Synthese und Reinigung entstanden sind. Die stabilste Anbindung wäre eine C-C-Verknüpfung der Diamantatome auf der Oberfläche mit den organischen Reagenzien. Um diese Verknüpfung zu erreichen, wurde die Oberfläche mittels Diels-Alder-Reaktion funktionalisiert. Grundvoraussetzung hierfür ist eine Oberfläche, die über eine ausreichende Menge an C=C-Doppelbindungen verfügt. Dies wurde durch eine thermische Behandlung erreicht. Die gewonnenen Ergebnisse zeigen, dass ab einer Behandlungstemperatur von 750 °C keine funktionellen Gruppen durch die eingesetzten Analysemethoden mehr nachgewiesen werden können. Die Elementaranalyse der einzelnen Proben zeigt einen deutlichen Anstieg des Kohlenstoffgehaltes. Nach erfolgreicher thermischer Behandlung des Diamanten wurde durch die Verwendung von Cyclopentadien und Anthracen als Dien gezeigt, dass eine Funktionalisierung über eine Diels-Alder-Reaktion generell möglich ist. Daher wurde als alternatives Dien ein o-Chinodimethan eingesetzt. Hierzu wurde eine systematische Untersuchung der Umsetzung der unterschiedlichen thermisch behandelten Proben mit α,α’-Dibrom-o-xylol durchgeführt. Hierdurch wurde gezeigt, dass der Ausgangsdiamant bei mindestens 750 °C behandelt werden muss, um eine messbare Oberflächenbelegung zu erhalten. Im Anschluss wurde die Funktionalisierbarkeit der eingeführten Arylgruppen überprüft. Durch die Einführung unterschiedlicher funktioneller Gruppen ist es dann möglich, Moleküle für spezielle Anwendungen anzubinden. Durch die Anwendung der klassischen Aromatenchemie war es möglich, die aromatischen Oberflächen zu nitrieren und sulfonieren. Die Sulfonsäuregruppe konnte partiell zum Thiol reduziert werden. Durch Umsetzung dieser Thiolgruppen war es möglich, einen mannosemodifizierten sowie einen farbstoffmodifizierten Diamanten herzustellen. Da die nachträgliche Einführung von Carboxylgruppen mit hohem synthetischem Aufwand verbunden ist, wurde alternativ ein carboxyltragender Vorläufer mit dem thermisch behandelten Diamant umgesetzt. Hierbei wurde eine Oberflächenbelegung von ca. 0.8 mmol g-1 erreicht (Ausgangsdiamant thermisch behandelt bei 750 °C). Im Anschluss wurde die Säuregruppe mit einem einfach geschützten Diamin weiterfunktionalisiert. Hierbei wurden unterschiedliche Methoden zur Amidbildung getestet. Als effektivste Methode stellte sich die Synthese über ein Säurechlorid heraus. Infolgedessen war eine weitgehende Umsetzung (ca. 94 - 88 %) der Säuregruppe möglich. Eine weitere wichtige funktionelle Gruppe für die Anbindung größerer Einheiten stellen die Amine dar. Diese lassen sich einfach darstellen, z. B. durch Reduktion von Cyanogruppen. Daher wurde 2,3-Bis-(brommethyl)-5,6-dicyanopyrazin als Edukt für die Funktionalisierung eingesetzt. Nach anschließender Reduktion der Cyanogruppen wurden primäre Amine erhalten. Die so erzeugte Aminogruppe wurde mit Biotin weiter funktionalisiert. Die bisher eingesetzten o-Chinodimethane sind ausschließlich durch 1,4-Eliminierung zugänglich. Eine sinnvolle Alternative zu diesem Vorläufer ist die Verwendung eines Cyclobutenderivates. Der Vorteil liegt in einer einfacheren Reinigung des Produktdiamanten. Als Testverbindung wurde 2,4-Bis-(methylsulfonyl)-5,6-dihydro-cyclobuta-[d]-pyrimidin verwendet. Nach erfolgreicher Umsetzung mit dem Diamanten wurden die Thioethergruppen in Sulfone überführt und in 2-Position wurde das Sulfon gegen eine Aminogruppe ausgetauscht. Neben den durchgeführten Funktionalisierungsreaktionen wurde eine nasschemische Nachweismethode zur Quantifizierung von primären Aminen entwickelt. Ein Vorteil des Verfahrens ist, dass der Nachweis auf einfache Weise durchführbar ist und nur 1 – 2 mg Diamantprobe nötig sind. Die gewonnen Ergebnisse zeigen, dass durch den Nachweis verlässliche Angaben über die genaue Aminmenge erhalten werden. / For nanodiamond particles the functionalisation chemistry is based on the already existing surface groups, which were introduced during synthesis and cleaning. The most stable grafting would be a C-C coupling of the diamond atoms on the surface with organic reagents. To achieve this linkage the surface is func-tionalized via Diels-Alder reaction. Basic prerequisite for this is a surface which has a sufficient amount of C=C double bonds. This was achieved by thermal treatment. The obtained results show, that above a treatment temperature of 750 °C no functional groups can be detected anymore by the used analytic methods. The elemental analysis of each sample shows a significant increase in carbon content. This is also an indication of a successful removal of most oxygen containing surface groups. After successful thermal treatment of the diamond it was shown by the usage of cyclopentadiene and anthracene, that in general a functionalization via Diels-Alder reaction is possible. Because of this as an alternative diene an o-quinodimethane was applied. For this purpose a systematic study of the reaction of the different thermally annealed diamond samples with α,α’-di-bromo-o-xylene was performed. This has shown that pristine diamond has to be treated at least at 750 °C to obtain a measurable surface coverage. Subsequently, the functionalization of the introduced aryl groups was investigated. By the introduction of different functional groups it is possible to bind molecules for specific applications. By applying classical aromatic chemistry, it was possible to nitrate and sulfonate the aromatic moieties. The sulfonic acid was partially reduced to a thiol. By reacting the thiol group it was possible to synthesize a mannose and dye modified nanodiamond Because the subsequent introduction of carboxylic groups is connected with a high synthetic effort an alternative carboxylic group carrying precursor was reacted with thermally annealed diamond. A surface coverage of 0.8 mmol g-1 was achieved (pristine diamond annealed at 750 °C). Subsequently, the carboxylic group was modified by introducing a Boc-protected diamine. Different methods for amide formation have been tested. As the most effective method the reaction using an acid chloride as an intermediate was identified. Using this coupling method, an almost complete conversion (about 94 – 88 %) of the acid group was possible. Another important functional group for the grafting of larger moities are the amines. They can easily be formed by e. g. the reduction a cyano group. Here 2,3-bis-(bromomethyl)-5,6-dicyanopyrazine was used as a precursor for the functionalization of the diamond. After subsequent reduction of the cyano groups, primary amines were obtained. The generated amino group have been reacted with biotin. So far the used o-quinodimethanes were solely accessible by 1,4-elimination. A reasonable alternative for these precursors is the use of a cyclobutene derivative. The advantage is an easier purification of the product. As a test compound 2,4-bis(methylsulfonyl)-5,6-dihydrocyclobuta-[d]-pyrimidine was used. After reaction with the diamond the thioether group was transformed into sulfones and in the 2-position the sulfone was replaced by an amino group. In addition to the functionalization reactions carried out in this work, a wet chemical method was developed for the quantification of primary amines on the diamond surface. An advantage of the developed method is that it can be easily carried out and only 1 - 2 mg of the diamond sample is needed. The obtained results show that through this detection method a reliable value of the exact amount of amine groups can be made.

Einzelstrang-DNA-dispergierte und individualisierte (6,5)-chirale Kohlenstoffnanoröhren bilden als Konjugatsystem den Ausgangspunkt dieser Dissertation. Im Vordergrund stehen dabei Untersuchungen zur Biokompatibilität dieser ssDNA-SWNT-Konjugate sowie deren Verhalten nach Zellpenetration und eine Funktionalisierbarkeit zum Wirkstofftransportsystem. Das erste Projekt widmet sich in Kapitel 4 dem Studium der Konjugatstabilität unter physiologischen Bedingungen und einer Verträglichkeit gegenüber zellulären Systemen. Experimente zur Biokompatibilität werden erstmals an Nanorohrkonjugaten durchgeführt, welche nach Ultrazentrifugation im Dichtegradienten sorgfältig individualisiert vorliegen. Die umgebungssensitiven photophysikalischen Charakteristika vereinzelter (6,5)-SWNTs können zu einer Beurteilung der Konjugatintegrität in physiologischem Milieu genutzt werden. Die Stabilität von ssDNA-SWNT-Strukturen wird in Anwesenheit des Restriktionsenzyms DNase I und dem in Zellnährmedien enthaltenen protein- und nukleasereichem Serum FBS auf die Probe gestellt. In beiden Fällen kann eine ausreichende ssDNA-SWNT-Integrität attestiert werden, die eine Verwendung unter Zellkultivierungsbedingungen erlaubt. Unter Berücksichtigung verschiedener in Zellen vorliegender pH-Umgebungen werden die Konjugate ebenfalls dieser Variation ausgesetzt. Bei Vorliegen stark saurer und basischer pH-Werte kann die Integrität von ssDNA-SWNT-Konjugaten nicht gewährleistet werden, was sich durch Aggregation bemerkbar macht. Innerhalb des breiten pH-Bereichs zwischen den Werten 3 und 11 hingegen kann eine gute Stabilität bestätigt werden. Für zelluläre Anwendungen bedeutet dieser Befund keine Einschränkung, da in Kulturen lediglich neutrale bis schwach saure pH-Werte oberhalb von 4.5 zu finden sind. Nachdem die Biostabilität der ssDNA-SWNT-Konjugate gewährleistet ist, kann in Zytotoxizitätsstudien eine ex vivo-Verträglichkeit des Nanomaterials getestet werden. Erste Untersuchungen mit der Mausmakrophagenlinie J774.1 weisen wie auch ausführliche Studien gegenüber menschlichen Epithelzellen HeLa auf eine uneingeschränkte Kompatibilität in den eingesetzten Konzentrationen hin. HeLa-Zellen, die mit DGU-gereinigten Nanorohrproben behandelt werden, zeigen eine geringfügig höhere Vitalität als nach Inkubation mit einer Rohdispersion undefinierter SWNT-Bündel. Im Gesamtbild ergibt sich somit eine zufriedenstellende Biokompatibilität individualisierter ssDNA-SWNT-Konjugate, womit das in dieser Arbeit zentrale Kohlenstoffnanorohrsystem den Anforderungen für dessen biomedizinische Verwendbarkeit gerecht wird. Der Schwerpunkt weiterer Untersuchungen liegt im zweiten Projekt aus Kapitel 5 auf dem Verhalten von ssDNA-SWNT-Konjugaten nach deren Aufnahme in HeLa-Zellen. Auch hier kann die starke Sensitivität der optischen Eigenschaften individualisierter (6,5)-Kohlenstoffnanoröhren gegenüber Umgebungseinflüssen genutzt werden, um Veränderungen im Emissionsverhalten von SWNTs nach deren zellulärer Aufnahme gegenüber dem Ausgangszustand zu beobachten. Nach ausführlicher Weißlicht-, Fluoreszenz- und SWNT-Photolumineszenzmikroskopie, aus deren Resultaten eine erfolgreiche Internalisierung von ssDNA-SWNTs in HeLa-Zellen eindeutig hervorgeht, stehen PL-spektroskopische Untersuchungen der Kohlenstoffnanoröhren im Vordergrund. Durch einen Vergleich des Emissionsverhaltens der ssDNA-SWNT-Konjugate in und außerhalb von Zellen können spektrale Verschiebungen, Linienverbreiterungen und verkürzte Fluoreszenzlebensdauern nach zellulärer Aufnahme festgestellt werden. Sowohl eine Aggregation von SWNTs als auch eine Beeinflussung durch die pH-Umgebung reichen nicht für eine vollständige Erklärung des Befunds aus. Vielmehr kann die in endosomalen Kompartimenten durch das Größenverhältnis von Endosomen zu SWNTs entstehende räumliche Nähe einer großen Nanorohrmenge untereinander als Ursache für eine Veränderung der dielektrischen Umgebung und folglich des Emissionsverhaltens betrachtet werden. Durch Verwendung der Kohlenstoffnanoröhren als Marker und Sensor können ssDNA-SWNT-Konjugate in Zellen somit nicht nur lokalisiert, sondern darüber hinaus hinsichtlich einer möglichen Aggregation untersucht werden. Aus den in dieser Arbeit vorgestellten Daten kann zwar eine vollständige Aggregation der SWNTs durch deren Aufnahme in Zellen ausgeschlossen werden, sie muss jedoch in geringfügigem Ausmaß neben einer Beeinflussung durch die pH-Umgebung und die große räumliche Nähe durchaus in Betracht gezogen werden. Individualisierte ssDNA-SWNT-Konjugate können damit erstmals zeitaufgelöst PL-mikrospektroskopisch in HeLa-Zellen charakterisiert werden. Für das letzte Projekt werden in Kapitel 6 neuartige Funktionalisierungsmöglichkeiten von ssDNA-SWNT-Konjugaten zu zellulären Transportsystemen unter Erhalt der photophysikalischen Eigenschaften erforscht. Dazu soll das Dispergiermittel DNA als Kupplungsstelle für eine kovalente Anbindung eines Agenz genutzt werden. Anstelle eines Wirkstoffes werden die Untersuchungen mit einem Fluorophor als Modellverbindung durchgeführt, welcher den Vorteil einer einfachen Detektierbarkeit liefert. Prinzipiell besteht die Möglichkeit, das Oligomer mit dem Fluorophor vorzufunktionalisieren und anschließend auf die Oberfläche der SWNTs zu bringen. Als effektiver erweist sich die Methode der direkten Kupplung des Farbstoffs an bereits DNA-dispergierte SWNTs. Der Erfolg in der Präparation von FluorophorssDNA- SWNT-Konjugaten wird über die Emission des Fluorophors mit entsprechenden Referenzexperimenten gemessen. Der Versuch einer Quantifizierung liefert jedoch sehr hohe Werte, die lediglich als eine obere Grenze für die gefundene Anzahl gebundener Fluorophore pro Nanoröhre angesehen werden können. Im Verlauf des Projekts kann eine Funktionalisierbarkeit der Nanoröhren über das Dispergieradditiv DNA als neue Strategie aufgezeigt werden. Im Gegensatz zu bekannten Wirkstofftransportsystemen bietet dieser Funktionalisierungsansatz den Vorteil, dass die optischen Eigenschaften der individualisierten ssDNA-SWNT-Konjugate erhalten bleiben, welche wieder um einen gleichzeitigen Einsatz der Nanoröhren als Transporter und Marker bzw. Sensor erlauben. Die vorliegende Dissertation liefert neben dieser bisher unbekannten Funktionalisierungsstrategie neue Erkenntnisse über die Biokompatibilität speziell von individualisierten ssDNA-SWNT-Konjugaten und deren Verhalten in HeLa-Zellen. Mit diesem Wissen kann der gezielte Wirkstofftransport durch Kohlenstoffnanoröhren als biokompatibles und zellgängiges Trägersystem anvisiert werden. / The key element of this thesis is a conjugate system of single-stranded DNA and individualized (6,5) single-wall carbon nanotubes. The investigations are mainly focused on the biocompatibility of ssDNA-SWNT conjugates, as well as their behavior after cell penetration and general ability to be functionalized for drug delivery. Within the first project, chapter 4 contributes to the study the conjugate stability under physiological conditions and compatibility towards cellular structures. For the first time, such biocompatibility experiments are carried out with nanotube conjugates, which are thoroughly individualized by ultracentrifugation assisted density gradient. The photophysical characteristics of isolated (6,5) SWNTs are highly sensitive towards their environment and can thus be used to evaluate the state of conjugate integrity in a physiological milieu. The stability of ssDNA-SWNT structures is tested in the presence of restriction enzyme DNase I and FBS serum, an important nutrient medium ingredient rich in proteins and nucleases. In either case, the integrity of ssDNA-SWNT conjugates is not affected. With respect to the pH variety occuring in cell structures, the conjugate stability is also investigated in acid and base milieu. Both strong acid and alkaline pH environments influence the integrity of ssDNA-SWNT, leading to aggregation of nanotubes. Conversely, good conjugate stability can be evaluated in a wide pH range between 3 and 11, revealing unlimited applicability towards cells, where the pH environment is known to vary between neutral and weakly acid pH values above 4.5. After evaluation of the biostability of ssDNA-SWNT conjugates, they have to be tested in ex vivo cytotoxicity assays. Studies are primarily carried out with murine macrophage-like cells J774.1 and in more detail with the human cervix carcinoma cell line HeLa. Both indicate no cytotoxic effects with applied SWNT concentrations. Within the HeLa cell studies, the impact of DGU preparation on SWNT cytotoxicity is a further point of interest. As a result, slightly enhanced cell viability can be observed with DGU purified samples as compared to raw dispersion consisting of non-defined SWNT bundles. Overall, ssDNA-SWNT conjugates can be assumed to be sufficiently biostable and thus suitable for biomedical applications. Further investigations in the second part of this work in chapter 5 are focused on the behavior of ssDNA-SWNT conjugates after cellular uptake. Again, the strong environmental sensitivity of optical properties of individualized (6,5) carbon nanotubes can be used to detect changes of the SWNT emission after internalization. Different techniques have been employed to visualize ssDNA-SWNT structures in HeLa cells using white light, fluorescence, and SWNT photoluminescence microscopy. By PL spectroscopy of ssDNA-SWNTs in cells spectral shifts, line-broadening and shortened lifetimes are observed when comparing SWNT emission inside and outside of cell culture. Neither nanotube aggregation nor the influence of the cell-specific pH environment are sufficient explanations for such spectral behavior. Indeed, the spatial proximity of SWNTs with each other in small sized endosomal cell compartiments is supposed to cause nanotube-nanotube interactions that change the dielectric environment and thus the emission behavior of SWNTs. Within the use of carbon nanotubes as marker and sensor, ssDNA-SWNT conjugates cannot only be localized, but also characterized, with regard to possible nanotube aggregation. The data presented in this work can, on the one hand, exclude a total aggregation of SWNTs within their cellular uptake. But, on the other hand, a small extent of aggregation, pH environmental effects, and the spatial proximity of a high amount of SWNTs in comparatively small endosomes have to be considered as factors that influence SWNT emission properties. In this study, individualized ssDNA-SWNT conjugates can be characterized via time-resolved PL microspectroscopy for the first time. The last project in chapter 6 addresses to new functionalization routes of ssDNA-SWNT conjugate with respect to drug delivery applications while retaining the photophysical characteristics. The SWNT dispersion additive DNA serves as binding site for covalent attachment of agents. For a convenient sample characterization, a fluorophor is used as model compound instead of a specific drug. In general, fluorophor-ssDNA-SWNT systems can be obtained by pre-functionalization of oligomers with dye, followed by attachment of the modified DNA on the nanotube surface. More promising, however, is the route via a direct coupling reaction of activated fluorophor molecules with specific ssDNA-SWNT conjugates. The successful sample functionalization can be evaluated from the fluorescence of the dye in comparision with corresponding control experiments. An attempt for quantification of functionalization is found to be problematic as the revealed values are too high and can thus only be regarded as upper limits for the number of fluorophors per nanotube. A new functionalization method for SWNTs can be established using noncovalently bound DNA as the coupling point. Compared to well-known drug delivery systems, the optical properties of SWNTs can be retained with this procedure, allowing the simultaneous use of nanotubes as cellular transporter and marker or sensor. In addition to the new functionalization strategy, further knowledge about biocompatibility of well-isolated ssDNA-SWNT conjugates and their behavior after cellular uptake can be obtained through this thesis. Thus, a targeted drug delivery with isolated carbon nanotubes as biocompatible and a cell penetrating carrier system could be aimed for future work.

Ausgangspunkt war die aus der Fulleren-Chemie bekannte Prato-Reaktion, bei welcher das Ylid in situ aus einer Aminosäure und einem Aldehyd generiert wird und anschließend mit den C=C-Bindungen des Fullerens reagiert. Diese Funktionalisierungsmethode wurde nun auf Detonationsnanodiamant übertragen. Um zusätzliche π-Bindungen auf der Oberfläche der Diamantteilchen zu schaffen, wurden diese i.Vak. bei 750 °C ausgeheizt (ND750). Für die Immobilisierung wurde die Aminosäure Sarcosin gewählt. Dodecanal und 2,4,6-Tris(hexadecyloxy)-benzaldehyd dienten jeweils als Reaktionspartner. Da bereits in früheren Studien gezeigt wurde, dass bei dieser Reaktion der Aldehyd selbst unspezifisch an den Diamanten binden kann und so möglicherweise Teile der Oberfläche für die spezifische Funktionalisierung blockiert, wurden für die weitere Betrachtung Azomethinylidvorstufen synthetisiert, die selbst nicht in der Lage sind, mit der Diamantoberfläche zu reagieren. Diesen Zweck erfüllten N-heterocyclische Iminiumbromide, die durch Umsetzung des jeweiligen Heteroaromaten mit Bromessigsäureethylester bzw. Bromacetonitril erhalten wurden. Alle Ylidvorstufen wurden in Gegenwart von NEt3 in situ zu den gewünschten Dipolen umgesetzt und auf Nanodiamant immobilisiert. Neben ND750 wurden auch oxidierter und unbehandelter Diamant (NDox bzw. NDunb) sowie Diamant, der bei 900 °C i.Vak. ausgeheizt wurde (ND900), als Substrat eingesetzt, um den Einfluss der Oberflächenterminierung und des Graphitisierungsgrades auf das Reaktionsverhalten zu studieren. Durch Raman- und IR-Spektroskopie wurde gezeigt, dass NDox sehr viele Carbonylgruppen und wenig C=C-Doppelbindungen auf seiner Oberfläche trägt. Durch das Ausheizen i.Vak wurden hingegen zusätzliche π-Bindungen erzeugt, die bei ND900 bereits ausgedehntere Bereiche mit sp2-Kohlenstoff bilden. Der Erfolg der Immobilisierung wurde IR-spektroskopisch nachgewiesen. Die Oberflächenbeladung aller hergestellten Diamantaddukte wurde thermogravimetrisch bestimmt. NDox immobilisierte unabhängig vom Reaktionspartner stets die wenigsten Moleküle auf seiner Oberfläche. Deren Terminierung wird von Carbonylgruppen dominiert, die grundsätzlich schlechtere Dipolarophile darstellen als C=C-Doppelbindungen. Die übrigen Diamantmaterialien NDunb, ND750 und ND900 ließen keine eindeutige Tendenz bezüglich ihrer Reaktionsfreudigkeit erkennen. Die Oberfläche des unbehandelten Diamanten NDunb besitzt sowohl Carbonylfunktionen als auch einzelne Bereiche graphitischen Kohlenstoffs. Diese konkurrieren vermutlich um die angebotenen Dipole, sodass die resultierenden Oberlächenbeladungen ihrer Konjugate in einem mittleren Wertebereich liegen. Durch das Ausheizen i.Vak. werden viele Carbonylgruppen unter Ausbildung weiterer C=C-Doppelbindungen von der Oberfläche entfernt. Bei 750 °C sind diese räumlich sehr beschränkt, stark gekrümmt und daher sehr reaktiv. Trotzdem erreichte ND750 selten eine Oberflächenbelegung, welche jene von NDunb übertrifft. Die π-Bindungen auf seiner Oberfläche sind in Fünf- und Sechsringe eingebaut, um die gekrümmte Struktur zu realisieren. Wahrscheinlich besteht für die Cycloaddition an Nanodiamant eine dem Fulleren C60 ähnliche Regioselektivität bezüglich der angegriffen Doppelbindung. Somit stehen nicht alle frisch erzeugten C=C-Bindungen für die Reaktion zur Verfügung. Bei 900 °C ist die Graphitisierung der Diamantoberfläche weiter fortgeschritten. Es entstehen nicht nur neue C=C-Bindungen, sondern bereits gebildete Kohlenstoffkappen beginnen zu koaleszieren, wobei ausgedehntere sp2-Bereiche mit geringerer Krümmung und somit verminderter Reaktivität entstehen. So nimmt die Oberflächenbeladung der meisten ND900-Konjugate nicht weiter zu. Wie aus den Ergebnissen dieser Arbeit hervorgeht, ist die Funktionalisierung von Nanodiamantpartikeln nicht trivial. Sowohl die Oberflächenbeschaffenheit des Diamantmaterials als auch die Struktur des eingesetzten Azomethinylids beeinflussen das Immobilisierungsverhalten. Die vorliegende Arbeit zeigt aber, dass die 1,3-dipolare Cycloaddition von Azomethinyliden eine nützliche Methode zur Funktionalisierung von Nanodiamantpartikeln ist. Sie ermöglicht des Weiteren die simultane Einführung mehrerer unterschiedlicher funktioneller Gruppen. Dies macht die untersuchte Reaktion zu einem wertvollen Werkzeug für die Herstellung funktionalisierter Nanodiamantmaterialien, z. B. für biomedizinische Anwendungen. / It is commonly known from the chemistry of fullerene C60 that these ylides, generated in situ by a decarboxylative condensation of an amino acid and an aldehyde, add to the C=C double bonds of the fullerene. In this work this kind of functionalization was transferred to nanodiamond particles. Prior to the reaction, the diamond particles were annealed in vacuo at 750 °C in order to establish additional π-bonds on their surface. The amino acid sarcosine was chosen for immobilization. Dodecanal and 2,4,6-tris(hexadecyloxy) benzaldehyde each served as the reactant. Earlier studies demonstrated that the aldehyde itself is able to bind nonspecifically to the diamond surface. Thus, ylide precursors unable to react directly with diamond had to be synthesized. N-heterocyclic iminium bromides served this purpose. They were obtained by the conversion of N-heteroaromatic compounds with bromo ethylacetate and bromo acetonitrile respectively. All ylide precursors were converted in situ to the desired 1,3-dipoles with NEt3 and grafted onto nanodiamond. This reaction was applied not only to ND750, but also to oxidized and pristine diamond (NDox and NDunb) as well as diamond, which was annealed in vacuo at 900 °C (ND900), in order to investigate how the termination and the degree of graphitization of the diamond surface affect the reaction behaviour. As shown by Raman and IR spectroscopy, NDox carries a lot of carbonyl functions and very few C=C bonds. On thermal annealing, additional π-bonds were created, which began to form extended sp2-areas on ND900. The various pre-treated starting materials were subjected to reactions with N-heterocyclic iminium salts. The successful immobilization was verified by IR spectroscopy. The surface loading values of all obtained diamond adducts were determined by thermogravimetric analyses. No matter which reagent was applied, NDox invariably displayed the fewest surface loadings in each course of reactions. This is due to the prevailing carbonyl surface groups. They are essentially poorer dipolarophiles than C=C double bonds. In terms of reactivity the other diamond starting materials NDunb, ND750 and ND900 did not exhibit a definite trend. The surface of the pristine diamond NDunb offers carbonyl groups as well as particular areas of graphitic carbons. They both compete for the applied dipoles and the corresponding diamond conjugates have moderate surface loading values . Annealing the diamond samples in vacuo removes the carbonyl groups and generates further C=C bonds instead. At 750 °C, these are spatially confined, strongly curved and thus highly reactive. Nevertheless, the surface loadings for ND750 rarely exceeded those of NDunb. The π-bonds on its surface are incorporated in five- and six-membered rings to accomplish the curved structure. Regarding the regioselectivity of the attacked double bond, it is possible to compare the cycloaddition on nanodiamond to the reaction on fullerene C60. That is the reason why not all freshly generated C=C bonds on the diamond are available for the reaction. At 900 °C, the graphitization of the diamond surface has further progressed. Not only are new C=C bonds formed, but the already established sp2-caps also begin to coalesce, whereby extended graphitic areas start to emerge. They are less curved and thus less reactive. So the surface loading of most ND900 conjugates does not increase. The experimental findings demonstrate that the functionalization of diamond nanoparticles is not trivial. Both the nature of the diamond surface and the structure of the applied azomethine ylides affect the behaviour of the immobilization. Nonetheless, the herein studied 1,3-dipolar cycloaddition of azomethine ylides is a useful method to functionalize nanodiamonds. It even allows for the simultaneous introduction of several different functional groups. Thus, this dipolar reaction is a valuable tool for the preparation of functionalized diamond nanomaterials, which could be employed for biomedical applications.