Although not all hazardous effects on human health have been clearly defined so far, the health risks of particulate matter can be considered evident. Pulmonary and cardiovascular diseases, in particular, are caused or aggravated by inhaled particulate matter. The aim of this article is to describe the incorporation and the effects on organ function of inhaled particles. Furthermore, the potential risks of de novo synthesised nanoparticles are discussed in the context of the public controversy regarding environmental particulate matter pollution. / Obwohl die schädlichen Auswirkungen inhalierbarer Partikel auf unseren Organismus bisher noch nicht vollständig geklärt sind, kann eine Gesundheitsgefährdung durch Feinstäube als erwiesen angesehen werden. Insbesondere pulmonale und kardiovaskuläre Erkrankungen werden durch Feinstaubexposition ausgelöst oder verschlimmert. Dieser Artikel stellt Aufnahme und Auswirkungen inhalierter Partikel im menschlichen Organismus dar und erörtert potenzielle Gefahren de novo synthetisierter Nanopartikel im Kontext der auch in der breiten Öffentlichkeit kontrovers geführten Feinstaubdiskussion.

Engineers and physicians alike are impressed by the micromechanics of the human hearing organ with its broad dynamic range. Sound waves which pass the external ear are transformed into mechanical vibrations in the middle ear and than transferred to the inner ear fluid. The vibrations of the inner ear structures lead to an evoked nerve potential which stimulates the hearing areas in the brain. Nowadays, vibration patterns in the nanometre range are detectable in the smallest middle and inner ear structures by laser Doppler vibrometry measurements. This paper demonstrates how multidisciplinary research at the Technische Universität Dresden has furthered knowledge of the mechanical dynamic processes in the hearing organ. The results influence also clinical investigations concerning new middle and inner ear implants. / Das menschliche Hörorgan ist für Mediziner und Ingenieure gleichermaßen ein mikromechanisches Wunderwerk mit großem Dynamikbereich. Schallwellen werden vom äußeren Ohr aufgenommen, im Mittelohr in mechanische Schwingungen umgewandelt und an das flüssigkeitsgefüllte Innenohr weitergeleitet. Erst dort erfolgt die Umwandlung der Schwingungsprozesse in ein elektrisches Signal, welches mehrfach verarbeitet an das Gehirn weitergeleitet wird. In den letzten Jahren ist es gelungen, Schwingformen des Mittel- und Innenohres im Nanometerbereich nach akustischer Anregung sichtbar zu machen. Als entscheidendes Messinstrument ist dabei das Laser-Doppler- Vibrometer zum Einsatz gekommen. Die vorliegende Arbeit zeigt beispielhaft, wie sich anhand dieser an der TU Dresden interdisziplinär durchgeführten Untersuchungen das bisherige Bild von den mechanischen Vorgängen des Ohres verändert hat und wie diese Erkenntnisse direkt in die klinische Medizin und Implantatentwicklung übernommen werden konnten.

With their three-dimensional macromolecular structure and shape, and with their tuneable properties in both the inner and outer spheres, dendrimers are ideal model compounds in the nanometre range between 1 and 10 nm. The possibility to combine different properties within one macromolecule destines them for use in various high-end research fields such as medicine, pharmacy, biology, supramolecular chemistry, nanotechnology and material sciences. On the basis of their high end-group density and a compact, highly branched molecular structure, dendrimers are successfully investigated as carrier systems for active substances and metal ions (e.g. contrast agents for the visualisation of blood vessels), as templates for metal nanoparticles, as artificial enzymes with defined functions, and as materials for catalysis. / Dendrimere sind aufgrund ihrer dreidimensionalen Makromolekülstruktur und -form und ihrer steuerbaren Eigenschaften sowohl an der Oberfläche als auch im Molekülinneren ideale Modellverbindungen im Nanometerbereich – sie sind zwischen 1 und 10 nm groß –, die vorzugsweise in der Medizin, Pharmazie, Biologie, Supramolekularen Chemie, Nanotechnologie und den Materialwissenschaften eingesetzt werden. Aufgrund ihrer hohen Endgruppendichte und der kompakten, stark verzweigten Molekülform werden Dendrimere unter anderem als Trägermaterialien und Transportsysteme für Wirkstoffe und Metallionen, zum Beispiel als Kontrastmittel zur Visualisierung von Organen und Blutgefäßen, als Template für metallische Nanopartikel, zur Erzeugung künstlicher Enzymfunktionen und in der Katalyse erfolgreich untersucht.

For investigations of ordered nanometre structures and for high-precision measurement of the atomic order in crystalline solids, X-ray diffraction is the most important tool. With the aid of X-ray microscopy, unordered and even living objects can also be imaged directly. The resolution of these images, applying different contrast techniques representing the state of the art, reaches the nanometre range. In the future, a synthesis of both methods could yield a shift of the spectral resolution down to the atomic level. / Für die Aufklärung geordneter Nanometer-Strukturen und die hochpräzise Vermessung der Atomanordnung in kristallinen Festkörpern ist die Röntgenstrahlbeugung das wichtigste Werkzeug. Mit Hilfe der Mikroskopie mit Röntgenstrahlung können auch ungeordnete und sogar lebende Objekte direkt abgebildet werden. Die Auflösung dieser Abbildungen unter Nutzung verschiedener Kontraste erreicht nach dem Stand der Technik gerade die Grenze des Nanometerbereiches. Für die Zukunft wird eine Synthese beider Methoden und so auch die weitere Verschiebung der Grenze der erreichbaren Auflösung erwartet.

For numerous technical applications, condensed materials must be specifically produced and manipulated on the nanometre scale. This frequently means the creation of an order with characteristic lengths in the range of extension of single atoms. Besides the possibility of constructing a solid "atom by atom" with suitable procedures, specific local transformations driven by energy input can also produce modified structures which display new and technically utilisable properties. / Für zahlreiche technische Anwendungen müssen kondensierte Materialien auf der Nanometerskala gezielt hergestellt und manipuliert werden. Dies bedeutet häufig die Schaffung einer Ordnung mit charakteristischen Längen in der Größenordnung der Ausdehnung einzelner Atome. Neben der Möglichkeit, den Festkörper „Atom für Atom“ mit geeigneten Verfahren aufzubauen, können auch gezielte lokale Umwandlungen durch Energieeintrag modifizierte Strukturen, welche neuartige und technisch nutzbare Eigenschaften aufweisen, hervorbringen.

Wie erledigen zelluläre Maschinen ihre Aufgaben? Wie funktionieren sie? Zur Beantwortung dieser Fragen werden in unserer wissenschaftlichen Arbeitsgruppe bionanotechnologische Methoden entwickelt, die es ermöglichen, diese nur wenige Nanometer großen Maschinen bei der Ausübung ihrer Arbeiten zu beobachten. Gleichzeitig detektieren diese Methoden molekulare Wechselwirkungsmechanismen, die die einzelnen Maschinen der Zelle steuern. Erste Beispiele zeigen den Einfluss pharmazeutischer Wirkstoffe zur Regulierung der Proteinfunktion im molekularen Detail. Hierdurch werden völlig neue Möglichkeiten geschaffen, um molekulare Schalter zellulärer Maschinen zu finden und zu betätigen. / How do cellular machines function to fulfil their specific tasks so efficiently? How are they regulated? We apply and develop bio-nanotechnological approaches to directly observe these nanoscale cellular machines while they are at work. At the same time, we can gain insights into the working schedule of a cell, and can detect molecular mechanisms which drive and direct single cellular machines. With this unique possibility to reveal the switching mechanisms of the cellular machines, we could apply these switches to purposefully direct and regulate cellular processes. First examples follow the actions of pharmacological compounds on the function of a cellular machine at molecular resolution, and provide hitherto unexpected perspectives to develop and optimise such compounds to precisely target the function of cellular processes.

In this work organic molecules, namely derivatives of BODIPY and poly-para-phenyls are investigated on different metal surfaces by means of LT-STM. These molecule are important for the development of molecular electronics and spintronics. I show that aza-BODIPY molecules form a weak chemical bond with the Au(111) substrate and the molecular structure significantly changes upon adsorption. Due to the low corrugation of the Au(111) surface, diffusion of the molecule is observed for applied bias in excess of ±1 V. The temperature dependent formation of different molecular nanostructures formed by polyparaphenyls and Au adatoms is discussed. The diffusing Au adatoms act as coordination centers for the cyano groups present on one end of the molecules. The structure of the super molecular assemblies completely changes in a temperature range of only 60 K. Furthermore, I investigate in this work the hybridization of atomic orbitals within the molecular ligand. The Kondo resonance of a Co atom incorporated into an other aza-BODIPY derivative is investigated in detail on Ag(100). The hybridization of the atomic Co orbital with the organic ligands molecular orbitals is shown by spectroscopy measurements with submolecular resolution. The changing line shape of the Kondo resonance for the molecule-substrate system is discussed. This data is compared to measurements of Co incorporated in another molecular binding motive and on different metal samples to show the importance of the local environment for molecular materials. / In dieser Arbeit werden organische Moleküle, Derivate von BODIPY und poly-para-Phenyl, auf verschiedenen Metalloberflächen mittels Tief-Temperatur Rastertunnelmikroskopie (LT-STM) untersucht. Diese Moleküle sind wichtig für die Entwicklung von molekularer Elektronik und Spintronik. Ich zeige, dass aza-BODIPY-Moleküle eine schwache chemische Bindung mit dem Au(111)- Substrat eingehen und die molekulare Struktur bei der Adsorption deutlich verändert wird. Wegen der geringen Rauigkeit der Au(111)-Oberfläche wird bereits bei einer angelegten Spannungen über ±1 V die Diffusion der Moleküle beobachtet. Die temperaturabhängige Bildung verschiedener molekularer Nanostrukturen aus poly-para-Phenyl und frei beweglichen Goldatomen wird diskutiert. Die diffundierenden Goldatome agieren hierbei als Koordinationszentren für die Cyanogruppen am einen Ende der Moleküle. Die Struktur der supramolekularen Anordnungen verändert sich dabei in einem Temperaturbereich von nur 60 K vollkommen. Außerdem beschäftige ich mich in dieser Arbeit mit der Hybridisierung atomare Orbitale im molekularen Verbund. Die Kondo-Resonanz eine Co-Atoms, welches in einem anderen aza-BODIPY-Derivat gebunden ist, wird detailliert auf der Ag(100)-Oberfläche untersucht. Die Hybridisierung des atomaren Co-Orbitals mit den molekularen Orbitalen des organischen Liganden wird an Hand von Spektroskopiemessungen mit submolekularer Auflösung gezeigt. Die veränderte Form der Kondo-Resonanz für dieses Molekül-Substrat-System wird diskutiert. Diese Daten werden mit Messungen an Co-Atomen in anderen molekularen Bindungsschemen und auf anderen Substraten verglichen um dieWichtigkeit der lokalen Umgebung für molekulare Materialien zu verdeutlichen.

Graphene, a two dimensional single layer of graphite, attracts a lot of attention of researchers around the globe due to its remarkable physical properties and application potential. The origin can thereby be found in the peculiar electronic structure since graphene is a zero gap semi-conductor with a linear energy dispersion in the vicinity of the Fermi level. Consequently, the charge carriers in graphene mimic massless Dirac Fermions which brings principles of quantum electrodynamics and exotic effects like Klein tunneling into a bench-top experiment. Modifying the electronic and/or crystal structure structure by functionalization might therefore as well lead to new tantalizing physical properties, novel compound materials based on graphene like graphane (fully hydrogenated graphene) or flourographene (fluorinated graphene), and ultimately new applications. In this work, the influences on the electronic structure of graphene are investigated with photoemission spectroscopies after covalent functionalization by atomic hydrogen and ionic functionalization with potassium. Regarding hydrogenation, the formation of tunable bandgap is observed along with a full recovery of the electronic properties of graphene upon removing the hydrogen by thermal annealing. Using high resolution x-ray photoemission and molecular dynamics simulations, the formation of a C4H structure is predicted for substrate supported graphene at a saturation H-coverage of 25%, due to a preferential para- arrangement of hydrogen atoms. In fully electron doped, hydrogenated graphene the formation of dispersionless hydrogen impurity state is observed with angle-resolved photoemission spectroscopy. This flat state is extended over the whole Brillouin zone and according to calculations not localized. Potassium-doped graphene shows a similar doping level as its 3D parent component, the graphite intercalation compound KC8. Investigating the electron-phonon coupling in doped graphene, by direct derivation of the Eliashberg-function, shows an asymmetric coupling strength along the high-symmetry directions in the Brillouin Zone of graphene. In the K-M direction additional low energetic contributions could be identified which may originate from out-of-plane phonon modes. Regarding the electron-phonon-coupling strength of the high energy in-plane phonon modes a reasonable agreement with theoretical predictions is found.

The aim of this work is to make electrochemical metal nanowire growth a competitive method, being up to par with more standardized procedures, like e.g. lithography. This includes on the one hand the production of nanowires as reliable and reproducible parts, potentially suited for nanoelectronic circuit design. Therefore, this work presents a systematic investigation of the causes of nanowire branching, the necessary conditions to achieve straight growth and the parameters affecting the diameter of the wires. The growth of ultrathin (down to 15 nm), straight and unbranched platinum nanowires assembly is demonstrated. On the other hand, it is the objective to go beyond purely electronic applications. An examination of the crystallography of the wires reveals nanoclusters inside the wire with a common crystallographic orientation. The versatility of the wires is illustrated by implementing them into an impedimetric sensor capable of the detection of single nanoscaled objects, such as bacteria. / Die Zielstellung der vorliegenden Arbeit ist es, die elektrochemische Herstellung von metallischen Nanodrähten zu einer wettbewerbsfähigen Methode zu machen, die sich mit standardisierten Prozessen, wie z. B. der Lithographie messen kann. Dies beinhält auf der einen Seite die Produktion der Nanodrähte als zuverlässige und reproduzierbare Bauteile, die im nanoelektrischen Schaltungsdesign Verwendung finden können. Daher befasst sich diese Arbeit mit einer systematischen Untersuchung der Ursachen für die Verzweigung von Nanodrähten, den notwendigen Bedingungen um gerades Wachstum zu erlangen und mit den Parametern, die Einfluss auf den Durchmesser der Drähte haben. Der Wuchs von sehr dünnen (bis zu 15 nm), geraden und unverzweigten Nanodrähten aus Platin wird gezeigt. Auf der anderen Seite ist es erklärtes Ziel, über rein elektronische Anwendungen hinaus zu gehen. Eine Untersuchung der Kristallographie der Nanodrähte zeigt, dass die Drähte aus Nanopartikeln bestehen, die eine gemeinsame kristallographische Orientierung aufweisen. Die Vielseitigkeit der Drähte wird anhand einer Sensoranwendung gezeigt, mit der es möglich ist, einzelne nanoskalige Objekte (wie z. B. Bakterien) zu detektieren.

In this work, carbon nanotubes were deposited onto the insulative glass fibre surface to form a semiconductive network. Utilizing the unique properties of CNTs network, a multifunctional composite interphase could be achieved. The interfacial adhesion strength was improved by CNTs distributed in the interphase. The semiconductive interphase have been used as a chemical/phaysical sensor, strain sensor and microswitch.