Zugl.: Hannover, Universiẗat, Diss.

Universiẗat, Diss., 2003--Dortmund.

Techn. University, Diss., 2003--Darmstadt.

Schaut man durch ein Mikroskop auf eine biologische Zelle mit angefärbten Zytoskelett, so erblickt man lange, mehr oder minder gerade Objekte. Mit ziemlicher Sicherheit gehören diese zu einer von drei Arten von Zytoskelettfilamenten -- Aktin- oder Mikrofilamente, Intermediärfilamente und Mikrotubuli. Schon seit mehreren Jahrzehnten versucht man die mechanischen Eigenschaften lebender Zellen nicht nur zu beschreiben, sondern ihr Verhalten von zwei tieferen Ebenen ausgehend zu verstehen: Inwiefern beschreiben die Eigenschaften von Filamentnetzwerken und -gelen die Zellmechanik und, noch tiefgreifender, wie bestimmen eigentlich die einzelnen Filamente die Netzwerkmechanik. Das Verständnis der Mechanik homogener und isotroper, verhedderter als auch quervernetzter Gele ist dabei erstaunlich detailreich, ohne jedoch vollständig dem jüngeren Verständnis von Zellen als glassartige Systeme zu entsprechen. In den letzten Jahren sind daher anisotrope Strukturen mehr und mehr in den Fokus gerückt, die die Bandbreite möglichen mechanischen Verhaltens enorm bereichern. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit solch einem hochgradig anisotropen System -- nämlich Aktinbündeln -- unter drei Gesichtspunkten. Mit Hilfe von aktiven Biegedeformationen wird ein funktionales Modul, das eine differentielle Antwort auf verschiedenen Zeitskalen liefert, identifiziert. Es handelt sich um Aktinfilamente, die durch transiente Quervernetzer gebündelt werden. Während sich das System nach kurz anhaltenden Deformation völlig elastisch verhält, sorgt eine Restrukturierung der Quervernetzer während langanhaltender Deformationen für eine plastische Verformung des Bündels. In einem weiteren Aspekt widmet sich die Arbeit der frequenz- und längenabhängigen Biegesteifigkeit. Die Methode des Bündel-Wigglings, das Induzieren von \"Seilwellen\", wird dabei genutzt, um aus der Wellenform die Biegesteifigkeit zu berechnen. Bündel von Aktinbündeln zeigen dabei ein Verhalten, das vom klassischen Worm-like-chain-Modell abweicht und stattdessen durch das Worm-like-bundle-Modell beschrieben werden kann. Der letzte Aspekt dieser Arbeit untersucht den Musterbildungsprozess bei der Entstehung von Aktinbündeln. Gänzlich unerwartet entstehen quasi-isotrope Strukturen mit langreichweitiger Ordnung, wenn der Bündelungsprozess erst nach der Polymerisation von Filamenten frei von zusätzlichen mechanischen Einwirkungen einsetzt. Da dieser Zustand nicht von der klassischen Flüssigkristalltheorie vorhergesagt wird, soll eine Simulation eine Hypothese zum Entstehungsmechanismus testen. Die Annahme einer lateralen Kondensation von Filamenten zu Bündeln reicht demnach aus, um die beobachteten Strukturen zu erzeugen. Diese Arbeit leistet somit einen Beitrag zum Verständnis hochgradig anisotroper Strukturen und deren Überstrukturen, wie sie auch in lebendigen Zellen reichlich vorhanden sind. / Being the most basic unit of living organisms, the cell is a complex entity comprising thousands of different proteins. Yet only very few of which are considered to play a leading part in the cell’s mechanical integrity. The biopolymers actin, intermediate filaments and microtubules constitute the so-called cytoskeleton – a highly dynamic, constantly restructuring scaffold endowing the cell not only with integrity to sustain mechanical perturbations but also with the ability to rapidly reorganize or even drive directed motion. Actin has been regarded to be the protagonist and tremendous efforts have been made to understand passive actin networks using concepts from polymer rheology and statistical mechanics. In bottom-up approaches isotropic, homogeneous actin-gels are well-characterized with rheological methods that measure elastic and viscous properties on different time scales. Cells, however, are not exclusively isotropic networks of any of the mentioned filaments. Rather, actin alone can already be organized into heterogeneous and highly anisotropic structures like bundles. These heterogeneous structures have only come into focus recently with theoretical work addressing bundle networks. and, in the case of the worm-like bundle theory, individual bundles. This work aims at characterizing bundles and bundle-crosslinker systems mechanically in two complementary approaches – in the time as well as in the frequency domain. In addition, it illuminates a bundle formation mechanism that leads to bundle networks displaying higher ordering.

Die exakte Kenntnis vom Materialverhalten und speziell von lokalen Flächenmasseschwankungen der textilen Flächen ist Voraussetzung für eine Verbesserung der Produktentwicklung und für eine hohe Qualitätsverarbeitung in der Konfektionsindustrie. Dieser Fakt ist ebenfalls für die zunehmende Anwendung im Bereich der Simulationsberechnungen von erheblicher Bedeutung. Der Wandel von 2D-CAD- zu 3D-CAD-Systemen führt in der Bekleidungsindustrie zur zwingenden Berücksichtigung der Materialeigenschaften. Aufgrund des Montageprozesses zeigen die konfektionierten textilen Flächen im Vergleich zu unkonfektionierten textilen Flächen ein anderes Erscheinungsbild. Mehrlagige Gewebe (infolge einer Naht, einer Einlage oder eines Futterstoffes) beeinflussen das Biegeverhalten und das Fallverhalten der textilen Flächen erheblich. Zur Bestimmung der Biegesteifigkeit ist seit Jahrzehnten das manuell zu bedienende Prüfgerät nach dem Cantilever-Verfahren das Bekannteste. Die eigenen Untersuchungen bestätigen, dass das Prüfgerät viele Mängel hat, welche die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse wesentlich beeinflussen. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neues Biegesteifigkeitsprüfgerät (ACPM 200) entwickelt, um eine optimale Genauigkeit und hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse zu erfassen. Eine neue Methode zur Ermittlung des Einflusses der Naht auf die Biegesteifigkeit einer größeren textilen Fläche ist in der Arbeit vorhanden, um die exakte Beschreibung des realen Verhaltens von textilen Bekleidungsprodukten zu ermitteln. Die Simulation des Biegeverhaltens textiler Flächen ohne und mit vertikaler Naht wird mit Hilfe der FEM durchgeführt. Abschließend wird eine neue Prüfnorm vorgestellt, welche die Biegesteifigkeit von textilen Flächen mit lokalen Flächenmasseschwankungen mittels des neuen Biegesteifigkeitsprüfgerätes ACPM 200 beinhaltet. / Bending stiffness and Drapeability are essential material parameters for simulating textile and clothing products. Due to assembling processes garments are showing different appearances through modelling than textile fabrics. This is based on stiffening, which is caused by assembling process and local variations within material’s mass throughout the fabric. Since decades the manual bending stiffness testing device, which is based on Cantilever method, has been known. This device is insufficient because of irregular feed speed of bending sample, the visual determination of reaching and reading the bending length, the little reading precision of the measurable slide (half Millimetre) and the form of the front edge of the sample does not stay linear. Obtaining an exact evaluation of this sample edge is not possible with this device. Extensive experiments have confirmed that these deficits influence the accuracy and the reproduction of the results in a high degree. To remedy these deficits and to obtain an exact description of the material’s behaviour in order to achieve an optimal modelling of the clothing products is the new bending stiffness testing device (ACPM 200) at the ITB of TU Dresden developed. Within the investigations a new method for determining the influence of the seam on the bending stiffness of the adjacent textile fabric will be introduced. The Influence of seams on the drapability of textile fabric is investigated. A static model of Fabric with and without vertical seams is analysed with using the finite element method (FEM).

Schaut man durch ein Mikroskop auf eine biologische Zelle mit angefärbten Zytoskelett, so erblickt man lange, mehr oder minder gerade Objekte. Mit ziemlicher Sicherheit gehören diese zu einer von drei Arten von Zytoskelettfilamenten -- Aktin- oder Mikrofilamente, Intermediärfilamente und Mikrotubuli. Schon seit mehreren Jahrzehnten versucht man die mechanischen Eigenschaften lebender Zellen nicht nur zu beschreiben, sondern ihr Verhalten von zwei tieferen Ebenen ausgehend zu verstehen: Inwiefern beschreiben die Eigenschaften von Filamentnetzwerken und -gelen die Zellmechanik und, noch tiefgreifender, wie bestimmen eigentlich die einzelnen Filamente die Netzwerkmechanik. Das Verständnis der Mechanik homogener und isotroper, verhedderter als auch quervernetzter Gele ist dabei erstaunlich detailreich, ohne jedoch vollständig dem jüngeren Verständnis von Zellen als glassartige Systeme zu entsprechen. In den letzten Jahren sind daher anisotrope Strukturen mehr und mehr in den Fokus gerückt, die die Bandbreite möglichen mechanischen Verhaltens enorm bereichern. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit solch einem hochgradig anisotropen System -- nämlich Aktinbündeln -- unter drei Gesichtspunkten. Mit Hilfe von aktiven Biegedeformationen wird ein funktionales Modul, das eine differentielle Antwort auf verschiedenen Zeitskalen liefert, identifiziert. Es handelt sich um Aktinfilamente, die durch transiente Quervernetzer gebündelt werden. Während sich das System nach kurz anhaltenden Deformation völlig elastisch verhält, sorgt eine Restrukturierung der Quervernetzer während langanhaltender Deformationen für eine plastische Verformung des Bündels. In einem weiteren Aspekt widmet sich die Arbeit der frequenz- und längenabhängigen Biegesteifigkeit. Die Methode des Bündel-Wigglings, das Induzieren von \"Seilwellen\", wird dabei genutzt, um aus der Wellenform die Biegesteifigkeit zu berechnen. Bündel von Aktinbündeln zeigen dabei ein Verhalten, das vom klassischen Worm-like-chain-Modell abweicht und stattdessen durch das Worm-like-bundle-Modell beschrieben werden kann. Der letzte Aspekt dieser Arbeit untersucht den Musterbildungsprozess bei der Entstehung von Aktinbündeln. Gänzlich unerwartet entstehen quasi-isotrope Strukturen mit langreichweitiger Ordnung, wenn der Bündelungsprozess erst nach der Polymerisation von Filamenten frei von zusätzlichen mechanischen Einwirkungen einsetzt. Da dieser Zustand nicht von der klassischen Flüssigkristalltheorie vorhergesagt wird, soll eine Simulation eine Hypothese zum Entstehungsmechanismus testen. Die Annahme einer lateralen Kondensation von Filamenten zu Bündeln reicht demnach aus, um die beobachteten Strukturen zu erzeugen. Diese Arbeit leistet somit einen Beitrag zum Verständnis hochgradig anisotroper Strukturen und deren Überstrukturen, wie sie auch in lebendigen Zellen reichlich vorhanden sind.:1 Actin filament bundles and patterns 1.1 Actin and other cytoskeletal filaments 1.2 Filament and bundle mechanics 1.2.1 Polymer models 1.2.2 Worm-like bundle theory 1.3 Filament bundling 1.4 Active crosslinkers – contraction and pattern formation 2 Materials and Methods, Instruments and Software 2.1 Actin purification and labeling 2.2 Optical tweezers 2.3 Software libraries for instrument integration 3 Bundle mechanics in the time domain 3.1 Bundle formation and sample preparation 3.2 Bundle bending experiment 3.2.1 LabView VI for bundle bending 3.2.2 Bundle bending 3.2.3 Image analysis and data survey 3.3 Bundle workout – Results of the bending experiments 3.3.1 Multiple bends and elastic response 3.3.2 Endurance test – Plastic response after longer holds 3.3.3 Purely elastic depletion-force induced bundles 3.4 Elastic and plastic deformations of F-actin bundles – Discussion 3.4.1 Bundle formation process and bundle thickness 3.4.2 Elastic response 3.4.3 Elastic versus plastic response 3.5 Differential mechanical response – Summary 4 Bundle mechanics in the frequency domain 4.1 Bundle wiggling – the method 4.2 Bundle formation and sample preparation 4.3 Bundle wiggling experiment 4.3.1 LabView VI for bundle wiggling 4.3.2 Wiggling images to wiggle data 4.4 Bundle wiggling – Results 4.4.1 Bead at end 4.4.2 Wiggling bundled bundles 4.4.3 Thick bundles connected to networks 4.5 Frequency-dependent elastic response of bundles – Discussion 5 Actin bundle networks 5.1 Actin condensation in confined environments – The experiment 5.2 Simulating filament condensation 5.2.1 Implementation details 5.3 Simulation of filament condensation to bundle networks 5.4 Condensation drives pattern formation – Discussion 6 Conclusion A Calculations A.1 Subcircular bending arc and radius of curvature A.2 Correction factor for relaxations times of bundles with bead B Protocols B.1 G-actin from rabbit skeletal muscle B.1.1 Acetone powder prep B.1.2 Actin prep B.1.3 Actin gel-filtration B.2 Buffers B.3 NEM-myosin beads B.3.1 NEM-inactivated myosin B.3.2 NEM-myosin coated beads B.4 Bundle preps B.4.1 Depletion force induced and ff-actinin crosslinked bundles B.4.2 Depletion force induced bundles for wiggling experiments Bibliography / Being the most basic unit of living organisms, the cell is a complex entity comprising thousands of different proteins. Yet only very few of which are considered to play a leading part in the cell’s mechanical integrity. The biopolymers actin, intermediate filaments and microtubules constitute the so-called cytoskeleton – a highly dynamic, constantly restructuring scaffold endowing the cell not only with integrity to sustain mechanical perturbations but also with the ability to rapidly reorganize or even drive directed motion. Actin has been regarded to be the protagonist and tremendous efforts have been made to understand passive actin networks using concepts from polymer rheology and statistical mechanics. In bottom-up approaches isotropic, homogeneous actin-gels are well-characterized with rheological methods that measure elastic and viscous properties on different time scales. Cells, however, are not exclusively isotropic networks of any of the mentioned filaments. Rather, actin alone can already be organized into heterogeneous and highly anisotropic structures like bundles. These heterogeneous structures have only come into focus recently with theoretical work addressing bundle networks. and, in the case of the worm-like bundle theory, individual bundles. This work aims at characterizing bundles and bundle-crosslinker systems mechanically in two complementary approaches – in the time as well as in the frequency domain. In addition, it illuminates a bundle formation mechanism that leads to bundle networks displaying higher ordering.:1 Actin filament bundles and patterns 1.1 Actin and other cytoskeletal filaments 1.2 Filament and bundle mechanics 1.2.1 Polymer models 1.2.2 Worm-like bundle theory 1.3 Filament bundling 1.4 Active crosslinkers – contraction and pattern formation 2 Materials and Methods, Instruments and Software 2.1 Actin purification and labeling 2.2 Optical tweezers 2.3 Software libraries for instrument integration 3 Bundle mechanics in the time domain 3.1 Bundle formation and sample preparation 3.2 Bundle bending experiment 3.2.1 LabView VI for bundle bending 3.2.2 Bundle bending 3.2.3 Image analysis and data survey 3.3 Bundle workout – Results of the bending experiments 3.3.1 Multiple bends and elastic response 3.3.2 Endurance test – Plastic response after longer holds 3.3.3 Purely elastic depletion-force induced bundles 3.4 Elastic and plastic deformations of F-actin bundles – Discussion 3.4.1 Bundle formation process and bundle thickness 3.4.2 Elastic response 3.4.3 Elastic versus plastic response 3.5 Differential mechanical response – Summary 4 Bundle mechanics in the frequency domain 4.1 Bundle wiggling – the method 4.2 Bundle formation and sample preparation 4.3 Bundle wiggling experiment 4.3.1 LabView VI for bundle wiggling 4.3.2 Wiggling images to wiggle data 4.4 Bundle wiggling – Results 4.4.1 Bead at end 4.4.2 Wiggling bundled bundles 4.4.3 Thick bundles connected to networks 4.5 Frequency-dependent elastic response of bundles – Discussion 5 Actin bundle networks 5.1 Actin condensation in confined environments – The experiment 5.2 Simulating filament condensation 5.2.1 Implementation details 5.3 Simulation of filament condensation to bundle networks 5.4 Condensation drives pattern formation – Discussion 6 Conclusion A Calculations A.1 Subcircular bending arc and radius of curvature A.2 Correction factor for relaxations times of bundles with bead B Protocols B.1 G-actin from rabbit skeletal muscle B.1.1 Acetone powder prep B.1.2 Actin prep B.1.3 Actin gel-filtration B.2 Buffers B.3 NEM-myosin beads B.3.1 NEM-inactivated myosin B.3.2 NEM-myosin coated beads B.4 Bundle preps B.4.1 Depletion force induced and ff-actinin crosslinked bundles B.4.2 Depletion force induced bundles for wiggling experiments Bibliography

Die exakte Kenntnis vom Materialverhalten und speziell von lokalen Flächenmasseschwankungen der textilen Flächen ist Voraussetzung für eine Verbesserung der Produktentwicklung und für eine hohe Qualitätsverarbeitung in der Konfektionsindustrie. Dieser Fakt ist ebenfalls für die zunehmende Anwendung im Bereich der Simulationsberechnungen von erheblicher Bedeutung. Der Wandel von 2D-CAD- zu 3D-CAD-Systemen führt in der Bekleidungsindustrie zur zwingenden Berücksichtigung der Materialeigenschaften. Aufgrund des Montageprozesses zeigen die konfektionierten textilen Flächen im Vergleich zu unkonfektionierten textilen Flächen ein anderes Erscheinungsbild. Mehrlagige Gewebe (infolge einer Naht, einer Einlage oder eines Futterstoffes) beeinflussen das Biegeverhalten und das Fallverhalten der textilen Flächen erheblich. Zur Bestimmung der Biegesteifigkeit ist seit Jahrzehnten das manuell zu bedienende Prüfgerät nach dem Cantilever-Verfahren das Bekannteste. Die eigenen Untersuchungen bestätigen, dass das Prüfgerät viele Mängel hat, welche die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse wesentlich beeinflussen. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neues Biegesteifigkeitsprüfgerät (ACPM 200) entwickelt, um eine optimale Genauigkeit und hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse zu erfassen. Eine neue Methode zur Ermittlung des Einflusses der Naht auf die Biegesteifigkeit einer größeren textilen Fläche ist in der Arbeit vorhanden, um die exakte Beschreibung des realen Verhaltens von textilen Bekleidungsprodukten zu ermitteln. Die Simulation des Biegeverhaltens textiler Flächen ohne und mit vertikaler Naht wird mit Hilfe der FEM durchgeführt. Abschließend wird eine neue Prüfnorm vorgestellt, welche die Biegesteifigkeit von textilen Flächen mit lokalen Flächenmasseschwankungen mittels des neuen Biegesteifigkeitsprüfgerätes ACPM 200 beinhaltet. / Bending stiffness and Drapeability are essential material parameters for simulating textile and clothing products. Due to assembling processes garments are showing different appearances through modelling than textile fabrics. This is based on stiffening, which is caused by assembling process and local variations within material’s mass throughout the fabric. Since decades the manual bending stiffness testing device, which is based on Cantilever method, has been known. This device is insufficient because of irregular feed speed of bending sample, the visual determination of reaching and reading the bending length, the little reading precision of the measurable slide (half Millimetre) and the form of the front edge of the sample does not stay linear. Obtaining an exact evaluation of this sample edge is not possible with this device. Extensive experiments have confirmed that these deficits influence the accuracy and the reproduction of the results in a high degree. To remedy these deficits and to obtain an exact description of the material’s behaviour in order to achieve an optimal modelling of the clothing products is the new bending stiffness testing device (ACPM 200) at the ITB of TU Dresden developed. Within the investigations a new method for determining the influence of the seam on the bending stiffness of the adjacent textile fabric will be introduced. The Influence of seams on the drapability of textile fabric is investigated. A static model of Fabric with and without vertical seams is analysed with using the finite element method (FEM).

Since footwear flexibility impacts functional design factors, numerous studies have investigated footwear bending stiffness. However, the various methods used to measure footwear bending stiffness have some limitations. Hence, the scope of this study was to develop and quantify the reliability of a novel test set-up for measuring footwear bending stiffness. A test set-up consisting of a hydraulic testing machine, a bending apparatus and a fixation unit was created that fulfilled the requirements specified in the initial phase of the study. The test set-up was evaluated by testing 15 different boots in three series of measurements. Bending stiffness of the boots ranged from 0.61 ± 0.03 Nm/° to 2.38 ± 0.08 Nm/°. Two-way analysis of variance test yielded that the test set-up enabled the reliable measurement of footwear bending stiffness. Relative measurement uncertainty ranged from 1.3 % to 6.1 %.

Carbon forms the basis of a variety of compounds. The allotropic forms of carbon include graphene, fullerenes, graphite, carbon nanotubes and diamond. All these structures possess unique physical and chemical properties. This work focusses on the usage of carbon nanotubes (CNT), especially iron-filled CNT. An industrial application of CNT requires the understanding of the growth mechanism and the control of the synthesis process parameters. Regarding iron-filled CNT the shell formation as well as the filling process has to be understood in order to control the CNT morphology and distribution and dimension of the iron filling. The thesis involves two topics - synthesis of CNT and characterization of their mechanical properties. Chapter 2 of the present work deals with the synthesis of iron-filled CNT. In this thesis all experiments and the discussion about the growth process were conducted with respect to the demands of magnetic force microscopy probes. The experimental work was focused on the temperature profile of the furnace, the aluminum layer of the substrate, the precursor mass flow and their impact on the morphology of in-situ iron-filled CNT. By selecting appropriate process parameters for the temperature, sample position, gas flow and by controlling the precursor mass flow, CNT with a continuous filling of several microns in length were created. Existing growth models have been analyzed and controversially discussed in order to explain the formation of typical morphologies of in-situ filled CNT. In this work a modified growth model for the formation of in-situ filled CNT has been suggested. The combined-growth-mode model is capable to explain the experimental results. Experiments which were conducted with respect to the assumptions of this model, especially the role of the precursor mass flow, resulted in the formation of long and continuous iron nanowires encapsulated inside multi-walled CNT. The modified growth model and the synthesis results showed, that besides the complexity of the parameter interaction, a control of the morphology of in-situ iron-filled CNT is possible. In chapter 3 the measurements of mechanical properties of in-situ iron-filled CNT are presented. Two different experimental methods and setups were established, whereby one enabled a static bending measurement inside a TEM and another a dynamical excitation of flexural vibration of CNT inside SEM. For the first time mechanical properties and in particular the effective elastic modulus Eb of in-situ iron-filled CNT were determined based on the Euler-Bernoulli beam model (EBM). This continuum mechanic model can be applied to describe the mechanical properties of CNT and especially MWCNT in consideration of the restriction that CNT represent a macro molecular structure built of nested rolled-up graphene layers. For evaluation and determination of the elastic modulus the envelope of the resonant vibrating state was evaluated by fitting the EBM to the experimental data. The experiments also showed, that at the nanoscale the properties of sample attachment have to be taken into account. Thus, instead of a rigid boundary condition a torsion spring like behavior possessing a finite stiffness was used to model an one side clamped CNT. The extended data evaluation considering the elastic boundary conditions resulted in an average elastic modulus of Eb = 0.41 ± 0.11 TPa. The low standard deviation gives evidence for the homogeneity of the grown material. To some extend a correlation between the formation process, the morphology and the mechanical properties has been discussed. The obtained results prove the usability of this material as free standing tips for raster scanning microscopy and especially magnetic force microscopy. The developed methods provide the basis for further investigations of the CNT and the understanding of mechanical behavior in greater detail.

Carbon forms the basis of a variety of compounds. The allotropic forms of carbon include graphene, fullerenes, graphite, carbon nanotubes and diamond. All these structures possess unique physical and chemical properties. This work focusses on the usage of carbon nanotubes (CNT), especially iron-filled CNT. An industrial application of CNT requires the understanding of the growth mechanism and the control of the synthesis process parameters. Regarding iron-filled CNT the shell formation as well as the filling process has to be understood in order to control the CNT morphology and distribution and dimension of the iron filling. The thesis involves two topics - synthesis of CNT and characterization of their mechanical properties. Chapter 2 of the present work deals with the synthesis of iron-filled CNT. In this thesis all experiments and the discussion about the growth process were conducted with respect to the demands of magnetic force microscopy probes. The experimental work was focused on the temperature profile of the furnace, the aluminum layer of the substrate, the precursor mass flow and their impact on the morphology of in-situ iron-filled CNT. By selecting appropriate process parameters for the temperature, sample position, gas flow and by controlling the precursor mass flow, CNT with a continuous filling of several microns in length were created. Existing growth models have been analyzed and controversially discussed in order to explain the formation of typical morphologies of in-situ filled CNT. In this work a modified growth model for the formation of in-situ filled CNT has been suggested. The combined-growth-mode model is capable to explain the experimental results. Experiments which were conducted with respect to the assumptions of this model, especially the role of the precursor mass flow, resulted in the formation of long and continuous iron nanowires encapsulated inside multi-walled CNT. The modified growth model and the synthesis results showed, that besides the complexity of the parameter interaction, a control of the morphology of in-situ iron-filled CNT is possible. In chapter 3 the measurements of mechanical properties of in-situ iron-filled CNT are presented. Two different experimental methods and setups were established, whereby one enabled a static bending measurement inside a TEM and another a dynamical excitation of flexural vibration of CNT inside SEM. For the first time mechanical properties and in particular the effective elastic modulus Eb of in-situ iron-filled CNT were determined based on the Euler-Bernoulli beam model (EBM). This continuum mechanic model can be applied to describe the mechanical properties of CNT and especially MWCNT in consideration of the restriction that CNT represent a macro molecular structure built of nested rolled-up graphene layers. For evaluation and determination of the elastic modulus the envelope of the resonant vibrating state was evaluated by fitting the EBM to the experimental data. The experiments also showed, that at the nanoscale the properties of sample attachment have to be taken into account. Thus, instead of a rigid boundary condition a torsion spring like behavior possessing a finite stiffness was used to model an one side clamped CNT. The extended data evaluation considering the elastic boundary conditions resulted in an average elastic modulus of Eb = 0.41 ± 0.11 TPa. The low standard deviation gives evidence for the homogeneity of the grown material. To some extend a correlation between the formation process, the morphology and the mechanical properties has been discussed. The obtained results prove the usability of this material as free standing tips for raster scanning microscopy and especially magnetic force microscopy. The developed methods provide the basis for further investigations of the CNT and the understanding of mechanical behavior in greater detail.