Carbon nanotubes, no matter if they are single-walled or multi-walled, are an integral component in the vastly growing field of nanotechnology. Since their discovery by TEM and the invention of numerous large-scale production techniques, nanotubes are close to making their way into industrial products. Although many properties and modification processes are still under intensive research, the first real-market applications for carbon nanotubes have already been presented. However, if functional materials want to take advantage of the outstanding mechanical and electronic properties of carbon nanotubes, a great amount of scientific skill has to be devoted to the physical and chemical modifications performed on the nanotubes. This includes purification of the starting materials as well as the subsequent chemical surface modifications. The first part of this work (chapters 3 and 3.2) was dedicated to the purification of carbon nanotubes as well as the elucidation of the processes that are involved in the oxidation of the nanotubes. Most common non-oxidative purification techniques are mainly based on hydrochloric acid treatment. These procedures were expected to completely remove all non-carbonaceous byproducts, such as metallic catalyst particles (MCP) and their respective carrier substrates. Preliminary experiments, which are not thoroughly discussed in this work, proved that hydrochloric acid treatment is only able to remove free MCPs and some of the carrier substrates. As the latter are mainly based on carbonates and/or metal oxides, the addition of a 10 vol./% of 1 M aminosulfonic acid solution (AmSA) - which is known for the effective removal of such components from hot-water boilers - proved to effectively eliminate the carrier substrates from the nanotubes. Unfortunately, when taking a closer look at the thus purified nanotubes by XPS, the samples still contained a significant amount of metals. TEM investigations revealed that these metals were covered with a thick layer of graphite that was built up in the moment the particle lost its catalytic ability and was over-saturated with the gaseous carbon source during the production of the nanotubes. Therefore a mild but powerful oxidative purification procedure was introduced that is able to break-up the graphitic shells of the above mentioned particles and thus removing them completely from the nanotubes. Another enormous advantage of this process is the simultaneous removal of amorphous carbon by oxidation. Even today, with more and more sophisticated production techniques, an amount of up to 40 wt./% of amorphous carbon or carbonaceous nanoparticles can still be found in as-produced carbon nanotubes. These carbon species, as they are generally more reactive to the majority of functionalization reactions, present the most tricky impurities as they are at any rate falsifying the results of the performed reactions in almost all microscopic and spectroscopic analyses. By using the oxidative purification process in combination with a microfiltration step at pH=8 – as presented in this work – one can easily obtain a sample of nanotubes that is completely free of any unwanted by-products like MCPs, carrier substrates or carbonaceous impurities. Additionally, the nanotubes produced by this method proved to have better Raman response (especially in the RBM region), showed increased DOS features in UV/Vis/nIR spectroscopy, were completely pure on STM images, showed the perfect C 1s XPS-lineshape and - most importantly - showed an enormous watersolubility. The last point gives rise to the question, if nanotubes themselves - if only purified adequately - may have properties that might differ drastically from common knowledge. The powerful purification protocols presented here will allows the detailed analysis of subsequent functionalization steps and avoid the misinterpretation of results that are corrupted by the functionalization of carbonaceous by-products as can often be seen in the literature. In chapter 3.2, the effects of oxidative treatment of carbon nanotubes were studied in detail. The main goal in this part of the work was the quantitative determination of the functional groups that are generated during oxidative treatment with nitric acid at elevated temperatures. For this reason, detailed XPS analyses were performed on several oxidized nanotube samples from long-duration oxidation experiments. As already known to the literature, different oxidation states of carbon directly result in different peak positions in C 1s XPS spectra. This effect is due to differences in electronegativity of the involved atoms, e.g. carbon and oxygen, and thus a direct result of the atomic charge present at the observed carbon atoms. In this work, the exact peak positions that represent the various functional groups in a C 1s XPS spectrum were calculated by HF/6-31G* and could successfully be correlated to the XPS spectrum. Therefore, an innovative peak-area correlation technique imPACT was formulated, which is based on normalized atomic concentrations of the respective atoms that can be found in the sample. The improvement - which makes this method so attractive - is the calculation of peak positions, which inevitably results in reliable peak areas representing the real atomic concentrations with very little deviation. If imPACT is correctly used in combination with high-resolution XPS measurements, it allows the quantitative determination of almost all functional groups that can be produced at oxidized carbon nanotubes. The information from the C 1s spectrum can also be correlated to the O 1s and N 1s spectra, which results in the complete interpretation of chemical modifications performed on the surface of the nanotubes and therefore allows the determination of the degree of functionalization for the respective reaction. The second part of this work was dedicated to the production of functional materials that can be made from purified and/or oxidized carbon nanotubes and their derivatives. In chapter 3.3 an urea-melt process (UMP) was successfully established, which allowed a one-pot purification and functionalization of acid purified or oxidized carbon nanotubes. This fast and easy melt process, which did not work with pristine nanotubes, was able to remove the majority of carbonaceous by-products from oxidized carbon nanotubes by simple centrifugation and decantation steps and simultaneously provided surface modified nanotubes. The nanotube surfaces were covered with a polymeric layer, which consisted of polyurea molecules in different lengths. The polyureawrapping could be verified by AFM, NMR and TEM investigations and provided a significant improvement of the water-solubility of the urea-functionalized nanotubes (USWCNTs). Additionally, the TEM micrographs revealed that the poly-urea wrapping was capable of separating small bundles of SWCNTs, which resulted in individualized nanotubes that therefore revealed increased DOS features in UV/Vis/nIR measurements compared to their oxidized precursors. As the urea-coating proved to be extremely thick, a modified UMP was introduced, which allowed capping of the poly-urea chains by using anisaldehyde. The high water-solubility of U-SWCNTS that could be estimated from UV/Vis/nIR measurements, proposes a new field of applications that rely on water solubility. It can be assumed, that incorporation of U-SWCNTs in watersoluble micro crystallites might offer the opportunity to physically arrange the nanotubes on a micrometer scale, which can result in nanotube-circuits for the production of nanoscale electronic modules. Additionally, the bio-compatible poly-urea covering might prove useful for applications of U-SWCNTs as drug-carriers in biological systems. Chapter 3.4 was mainly focused on the incorporation of nanotubes into polymeric matrices for the production of a new class of functional composites. Multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) could effectively be incorporated into the highly robust poly(vinylidene)flouride (PVDF) polymer using a solution-based approach. From this blended polymer, several fibers were produced and their mechanical properties were investigated in tensile tests. In a first step the MWCNT/PVDF fibers could be elongated under lacing up to 650 % of their original length, which was almost twice the elongation that could be achieved with the polymer without nanotube blending. Additionally, the elongated composite fibers proved to have an increase in Young’s modulus of +25 %, an increase of +30 % in elongation-at-break and an increased maximum elongation of +8 %. Although the nanotubes in these investigations were not functionalized in a way that provides effective interactions between the polymer and the nanotubes, the manufacturing of the fibers - which was done by extrusion using a capillary rheometer - obviously resulted in pre-orientation of the MWCNTs along the fiber axis and therefore in the improved material properties of the fiber. This effect might be facilitated by the reduced intermolecular shearing provided by the Teflon-like polymer. Nevertheless, it seems obvious that the material properties can still be improved by using functionalized nanotubes that allow direct interactions or even covalent bonding between the polymer and the nanotubes. In a different approach, the material properties of nanotube blended epoxy resins were investigated. Preliminary experiments showed that the use of pristine MWCNTs as nano-fillers for epoxies is inhibited by the extreme contamination with MCPs and carrier substrates. These impurities proved to be fatal for the curing reactions as the composites showed enormous foaming caused by the evaporation of gases. For this reason, the MWCNTs have to be carefully purified by protocols that are explained in chapter 3 to remove the hazardous by-products before the nanotubes can be blended into the polymer. Scanning Electron Microscopy (SEM) was capable to demonstrate the improvements that could be achieved by purification of the MWCNTs. However, the best results could be achieved by the use of functionalized SWCNTs. The nanotubes, which were oxidized and subsequently functionalized using hydrazine hydrate, could easily be suspended in the curing agent as the amine-like surface modification of the nanotubes allowed a better solubility in this mixture of poly-amines. Additionally, as the nanotube-enhanced curing agent was mixed with the epoxy, cross-linking could not only occur on the conventional pathways but could also involve the functionalized SWCNTs, which inevitably resulted in covalent integration of the nanotubes into the polymeric matrix. This allowed the nanotubes to be an integral part in force uptake and absorption when stress was applied to the composite. This could convincingly be shown on microscopic and SEM images. In the last part of this work, the application of carbon nanotubes as carries for the efficient knock-down of genes was investigated. By using RNA interference (RNAi) mediated by small interfering RNA (siRNA) in combination with intensively purified SWCNTs it could be shown for the first time that nanotubes easily penetrate the cell membranes and at the same time deliver specialized siRNA into the cells. The siRNA is then able to selectively knock-down its target genes, which results in very effective silencing. The siRNA was therefore in most cases bound to the nanotube by the use of the polycationic polymer poly(diallyldimethylammonium) chloride (PDDA) by ionic interactions. This offered to opportunity to effectively separate the siRNA from the nanotubes as soon as it got into the acidic medium provided by the endocytes that were responsible for their uptake. An experiment that included only PDDA and siRNA proved that nanotubes were indeed crucial for these kinds of transport mechanisms, as the siRNA was not able to penetrate the cells without the presence of nanotubes. For the first time, much effort was put into the verification of the presence of nanotubes inside of living cells. Therefore, the nanotubes were covalently functionalized with the fluorescent dye FB-28, which provided an unusual blue fluorescence that can not be evoked by other common dyes used in biological experiments. The fluorescent FB-28-SWCNTs were successfully identified by confocal microscopy to arrange around the nucleus inside the cells. An additional experiment was based on TEM investigations. Therefore, the nanotubes were functionalized with a thiol-containing linker, which was subsequently bound to gold nanoparticles (NPs). After transfection, these nanoparticles could be identified inside the cells by TEM. The images showed pearl-collar like arrangements of NPs around the nuclei as a result of the direct linking to the functionalized nanotubes. These two experiments are by far the most convincing proof ever presented for the presence of carbon nanotubes inside of living cells. In an additional experiment, the knock-down efficiency of the siRNA/PDDA/SWCNT derivatives, which was measured by Western blot analysis, proved to be as high as the standard lipophilic transfection agent (Lipofectamine™2000). Surprisingly, in a cell viability test the nanotube carrier systems proved to be much less toxic than Lipofectamine™2000 with a toxicity that was mainly due to the used PDDA. These protruding results may pave the way for the successful application of carbon nanotubes as drug-carriers in gene therapy and therefore may contribute to evolution of medicinal research.

Der erste Teil dieser Arbeit (Kapitel 3 und 3.2) beschäftigt sich hauptsächlich mit der Untersuchungen von Reinigungsprozeduren und deren Optimierung sowie der detaillierten Aufklärung der Vorgänge welche während der Oxidation von Nanoröhren stattfinden. Die meisten der heutzutage verwendeten Reinigungsprozeduren für CNTs basieren maßgeblich auf der Behandlung mit Salzsäure bei erhöhten Temperaturen. Hierbei wird meist davon ausgegangen, dass alle nicht kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen wie metallische Katalysatoren und deren anorganische Trägermaterialen effektiv entfernt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit durchgeführte Voruntersuchungen konnten jedoch überzeugend zeigen, dass durch Behandlung mit Salzsäure nur freiliegende metallische Katalysatorpartikel und ein geringer Anteil an Trägersubstraten entfernt werden können. Da die Trägermaterialien hauptsächlich aus Carbonaten und Metalloxiden bestehen, konnte eine signifikante Verbesserung der Reinigung erzielt werden, indem der Salzsäure ein zehnprozentiger Volumenanteil einer 1 M Aminosulfonsäurelösung (AmSA) zugefügt wurde. Das Potential der stark sauren jedoch nicht oxidierenden Aminosulfonsäure in der Entfernung solcher Substanzen ist vor allem seit deren Verwendung in modernen Kesselsteinentfernern bekannt. Auf diese Weise konnte das Reinigungsverfahren so optimiert werden, dass innerhalb von ca. 5 Stunden sämtliche nicht kohlenstoffbasierten Verunreinigungen entfernt werden können. Detaillierte XPS Untersuchungen zeigten jedoch, dass sich noch immer metallische Verunreinigungen in den gereinigten Proben wieder fanden. Diese resultierten, wie in TEM Aufnahmen festgestellt werden konnte, aus graphitummantelten Katalysatorpartikeln deren schützende Graphitschicht eine Entfernung durch nicht-oxidative Verfahren unmöglich machte. Diese hartnäckigen Verunreinigungen entstehen wahrscheinlich während des Produktionsprozesses der Nanoröhren in dem Moment, in dem das Partikel seine katalytische Aktivität einbüsst und mit Kohlenstoff übersättigt wird. Um auch diese resistenten Partikel zu entfernen wurde ein mildes oxidatives Reinigungsverfahren entwickelt, welches in der Lage ist, die schützende Graphitschicht aufzubrechen und das Metall herauszulösen. Ein weiterer enormer Vorteil dieses Verfahrens ist zudem die nahezu vollständige Entfernung von amorphem Kohlenstoff und kleineren graphitischen Aromaten aus der Probe. Selbst bei den heutzutage hochmodernen Herstellungsverfahren machen diese Verunreinigungen vielfach noch einen Anteil von 40 gew./% in käuflich erworbenen Nanoröhrenchargen aus. Da sich diese Verunreinigungen in den meisten Fällen gegenüber einer Vielzahl von chemischen Reaktionen als weitaus reaktiver verhalten als die Nanoröhren selbst, werden durch funktionalisierte Verunreinigungen fast alle mikroskopischen und spektroskopischen Analysen von modifizierten Nanoröhren signifikant verfälscht. Diese Fehlinterpretationen sind in der Literatur leider zu häufig vertreten und werden unangenehmerweise auch zu oft einfach hingenommen. Durch das in dieser Arbeit vorgestellte oxidative Reinigungsverfahren in Kombination mit einem Mikrofiltrationsschritt unter alkalischen Bedingungen (pH=8) lassen sich auf äußerst einfache Weise nahezu alle Verunreinigungen - auch kohlenstoffhaltige -effektiv entfernen, so dass hochreine Nanoröhren erhalten werden können. Zusätzlich wiesen die auf diese Weise effektiv gereinigten Nanoröhren erhöhte Ramanintensitäten vor allem im RBM-Bereich auf, konnten problemlos in atom-arer Auflösung rastertunnelmikroskopisch untersucht werden, zeigten ein absolut eindeutig interpretierbares XPS Spektrum mit ≥99 % Kohlenstoff in graphitischem Zustand und waren zudem interessanterweise äußerst gut in wässriger Lösung uspendierbar. Grade dieser letzte Punkt gibt Anlass zu der Frage, ob Nanoröhren - wenn sie nur effektiv genug gereinigt sind - eventuell Eigenschaften besitzen könnten, die den momentanen generellen Annahmen unter Umständen sogar widersprechen. Die in dieser Arbeit vorgestellten Reinigungsverfahren führten zu einem extrem sauberen Ausgangsmaterial für die detaillierte Analyse von Oxidations- und Funktionalisierungsschritten ohne dass diese durch funktionalisierte Nebenprodukte verfälscht werden konnten. So konnten in Kapitel 3.2 die Analyse der Vorgänge während der Oxidation von Kohlenstoffnanoröhren auf bisher unerreichtem Niveau durchgeführt werden. Das primäre Ziel war es, eine quantitative Bestimmung der bei der Behandlung mit konzentrierter Salpetersäure oxidativ erzeugten Funktionalgruppen zu ermöglichen. Um dies zu erreichen, wurden ausgedehnte Oxidationsexperimente durchgeführt und die so erzeugten Proben röntgenspektroskopisch mittels XPS untersucht. Wie aus der Literatur bereits bekannt, entstehen hier XPS Spektren, welche aus verschiedenen Signalen für die jeweiligen Oxidationsstufen des Kohlenstoffs zusammengesetzt sind. Dies beruht auf den unterschiedlichen Elektronegativitäten der einzelnen Atome (Kohlenstoff und Sauerstoff) und ist somit eine direkte Folge der am Kernort vorliegenden Ladung. In dieser Arbeit konnten mittels computergestützer Methoden (HF/6-31G* Berechnung) die Mulliken-Ladungen der gängigsten bei der Oxidation erzeugten Funktionalgruppen berechnet werden. Die hier erhaltenen Datensätze erlaubten anschließend die Korrelation der theoretischen und experimentellen Peakpositionen in einem CNT XPS Spektrum. Hierzu wurde ein innovatives Verfahren zur Peakflächenkorrelation (imPACT) entwickelt, welches auf normalisierten ‘Atomkonzentrationen’ der in der Probe enthaltenen Atome beruht. Die wesentliche Besonderheit, auf der die Genauigkeit dieses Verfahrens beruht, ist die Festlegung der Peakpositionen in einem XPS Spektrum. Dies wird durch die vorangegangene Berechnung ermöglicht und führt so zu exakten Ergebnissen auch für Signale, die sich in ihren Peakflächen überlagern. Die korrekte Anwendung von imPACT erlaubt auf diese Weise die geforderte quantitative Bestimmung der oxidativ erzeugten Funktionalgruppen auf überraschend einfache Weise in hoher Genauigkeit (±0.1 at./%). Die für Kohlenstoff angeführten Berechnungen lassen sich im Folgenden auch auf enthaltenen Sauerstoff und Stickstoff übertragen und ermöglichen so eine genaue Reaktionsverfolgung und sogar die Bestimmung eines Funktionalisierungsgrades. Der zweite Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung funktionaler Materialien auf der Basis von gereinigten oder oxidierten Kohlenstoffnanoröhren und deren Derivaten. In Kapitel 3.3 wurde ein Harnstoffschmelze-Prozess entwickelt, der in einem Schritt die Reinigung und Funktionalisierung von oxidativ gereinigten und oxidierten Nanoröhren erlaubt. Dieser schnelle und einfache Prozess, der mit nicht oxidativ behandeltem CNT-Maerial leider nicht funktioniert, ermöglicht die Entfernung der Mehrheit der kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen aus oxidierten CNTs durch einfache Zentrifugations- und Dekantierungsschritte und führt gleichzeitig zu oberflächenmodifizierten Nanoröhren. Die hier erzeugte Funktionalisierung besteht aus einer nahezu vollständigen Ummantelung der Nanoröhren durch Polyharnstoffmoleküle verschiedener Längen. Dies konnte in AFM, NMR und TEM Untersuchungen glaubhaft bestätigt werden und zeigte sich zudem in einer signifikanten Erhöhung der Wasserlöslichkeit der Harnstoff-funktionalisierten CNTs (U-SWCNTs). Zusätzlich konnte an TEM Aufnahmen gezeigt werden, dass diese Art der Funktionalisierung in der Lage ist Nanoröhrenbündel aufzubrechen und so eine Individualisierung der CNTs zu erzwingen. Dies führte in UV/Vis/nIR Untersuchungen zu wesentlich erhöhtem Auftreten der für CNTs charakteristischen Banden im Vergleich zum (noch verunreinigten und gebündeltem) Ausgangsmaterial. Da die erzeugten Harnstoffschichten im Allgemeinen ein vielfaches der CNT Durchmesser betrugen, wurde im nächsten Schritt ein verbessertes Verfahren entwickelt. Hierbei wird im Verlauf des Schmelzprozesses Anisaldehyd zugegeben, der die Kettenlänge des gebildeten Polyharnstoffes um ein wesentliches verkürzt. Die hohe Wasserlöslichkeit der U-SWCNTs wurde UV-spektrometrisch abgeschätzt und lag teilweise im hervorragenden Bereich von nahezu 1 mg/mL. U-SWCNTs können aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit vielfach in anspruchsvollen Verfahren Verwendung finden, die diese Eigenschaft unbedingt fordern. So wurde bereits über ein Verfahren nachgedacht, was über die Inkorporation von U-SWCNTs in anorganische Mikrokristallite die gezielte Positionierung von CNTs zum Aufbau von Leiterbahnenstrukturen ermöglicht. Zusätzlich könnte die biokompatible Harnstoffummantelung die Verwendung von Nanoröhren in der biologisch-medizinischen Forschung wesentlich vorantreiben. In Kapitel 3.4 wird die Verwendbarkeit von Kohlenstoffnanoröhren als verstärkender Nano-Füllstoff betrachtet. Durch die hervorragenden mechanischen und elektrischen Eigenschaften der CNTs ließe sich auf diese Weise eine neue Klasse interessanter funktionaler Komposite erzeugen. Im Rahmen dieser Arbeit konnten sowohl einwandige als auch mehrwandige Nanoröhren in verschiedene polymere Systeme erfolgreich eingebracht werden. So konnten in einem lösungsmittelbasierten Ansatz gereinigte MWCNTs in sehr homogener Weise in äußerst robustes Poly(vinyliden)fluorid (PVDF) eingebracht werden. Die mechanischen Eigenschaften der aus diesem Kompositmaterial erzeugten Fasern wurden im Folgenden in Zugprüfungsverfahren untersucht. In einem ersten Versuch zeigte sich, dass die MWCNT/PVDF Fasern unter Einschnürung um bis zu 650 % ihrer ursprünglichen Länge nachverstreckt werden konnten. Dieser Wert war rund um das doppelte höher als für reines PVDF ohne Nanoröhren. Die durch das Nachverstrecken erzeugten, etwas dünneren Kompositfasern hatten zusätzlich ein um +25 % erhöhtes E-Modul, eine um +30 % höhere maximale Zugspannung und konnten um +8 % mehr gedehnt werden als die auf gleiche Weise erzeugte Faser aus reinem PVDF. Da die MWCNTs in diesem Versuch nicht speziell im Hinblick auf erhöhte Wechselwirkungen mit der polymeren Matrix funktionalisiert wurden, sind die Materialverbesserungen hier wohl in erster Linie auf die durch mehrere Extrusionsschritte hervorgerufene Ausrichtung der MWCNTs entlang der Faserachse zurückzuführen. Diese Ausrichtung kann zudem durch die geringen auftretenden Scherkräfte des teflon-artigen PVDFs positiv unterstützt werden. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass sich ein solches Material durch geeignete Funktionalisierung der Nanoröhren noch maßgeblich verbessern lässt. In einem anderen hier bearbeiteten Ansatz wurden Komposite aus Nanoröhren in einer Epoxydharz-Matrix erzeugt und auf ihre Materialeigenschaften hin untersucht. In Voruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass sich die in MWCNT-Ausgangsmaterial in hohem Anteil enthaltenen Trägersubstrate und Katalysatorrückstände in verheerendem Maße auf Epoxydharze auswirken. Während des Aushärtens tritt hier eine starke Aufschäumung des Testkörpers auf welche wahrscheinlich auf metallkatalysierte Reaktionen der enthaltenen Epoxyde und Anhydride mit den anorganischen Substraten zurückzuführen ist. Aus diesem Grund war es unabdingbar, die MWCNTs wie in Kapitel 3 beschrieben zu reinigen um die störenden Verunreinigungen zu beseitigen. Die durch die Reinigung erzielbaren Fortschritte waren neben der vollständigen Verhinderung des Aufschäumens vor allem die Verbesserung der homogenen Verteilung der CNTs im Epoxydharz, welche in SEM Aufnahmen detailliert gezeigt werden konnte. Die mit großem Abstand herausragendste Verbesserung der Materialeigenschaften konnte allerdings durch Verwendung funktionalisierter SWCNTs erreicht werden. Die hier verwendeten oxidierten und anschließend mit Hydrazinhydrat umgesetzten SWCNTs (HH-SWCNTs) ließen sich auf hervorragende Art und Weise in der Härterkomponente suspendieren, da sich durch die amin-artige Funktionalisierung starke Wechselwirkungen mit der ebenfalls aus Polyaminen bestehenden Substanzmischung ergaben was wiederum in der hohen Löslichkeit der HH-SWCNTs resultierte. Zusätzlich konnten durch die Verwendung dieses CNT-optimierten Härters die Quervernetzungsreaktionen mit dem Harz nicht nur auf konventionellen Wegen ablaufen sondern zusätzlich auch über die Funktionalgruppen der modifizierten CNTs. Dies führte unmittelbar zu der kovalenten Integration der Nanoröhren in das Epoxydharznetzwerk. Auf diese Weise können die CNTs als integraler Bestandteil in der Kette der Kraftübertragung ihre mechanischen Eigenschaften auf das Kompositmaterial übertragen. Die verbesserte Kraftübertragung in diesem Komposit konnte auf mikroskopischen und SEM Aufnahmen anschaulich gezeigt werden. Im letzten Teil dieser Arbeit (Kapitel 3.5) wurde die Anwendbarkeit von Kohlenstoffnanoröhren als Transporter für das effektive Ausschalten von Gensequenzen untersucht. Durch die Verwendung von RNA-Interferenz (RNAi), welche durch kurze signalübertragende RNA Stränge (siRNA) hervorgerufen, wird konnte unter Einsatz von hochreinen SWCNTs zum ersten Mal gezeigt werden, dass auch durch siRNA funktional beladene CNTs auf einfache Weise in den Zellkern eindringenund dort ihre Ladung selektiv wieder abgeben können. Dort angekommen konnte die siRNA ihrem Auftrag nachkommen und die entsprechenden Zielgene auf sehr effiziente Weise selektiv ausschalten. Hierzu wurde die siRNA in den meisten Fällen unter Zuhilfenahme des polykationischen und wasserlöslichen Polymers Poly(diallyldimethylammonium)chlorid (PDDA) durch starke ionische Wechselwirkungen an den CNTs verankert. Dies hatte den Vorteil, dass bei postulierter endozytotischer Aufnahme die siRNA sich gegebenenfalls auch schnell wieder von der CNT abspalten kann, bevor es zu Abbaureaktionen kommen kann. In einem durchgeführten Negativexperiment konnte gezeigt werden, dass die Verwendung von PDDA uns siRNA allein nicht zu erfolgreicher Überwindung der Zellmembranen führt, was die Notwendigkeit der Präsenz der Nanoröhren für diese Methode unterstreicht. Besonders viel Wert wurde im Folgenden auf den direkten Nachweis der CNTs in den lebenden Zellen gelegt. Dieser für die Methode essentiell wichtige Nachweis wurde so bisher noch nie glaubhaft erbracht. Aus diesem Grund wurden zwei grundlegend Verschiedene Nachweismethoden realisiert. Zum einen wurden oxidierte SWCNTs erfolgreich kovalent mit dem Fluoreszenzfarbstoff FB-28 funktionalisiert. Dieser blau fluoreszierende Farbstoff ist in biologischen Experimenten ungewöhnlich und seine spezielle Farbe erlaubt somit die zweifelsfreie Bestimmung der funktionalisierten SWCNTs. Die FB-28-SWCNTs konnten darauf folgend nach Transfektion in die Zellen mittels konfokaler Mikroskopie innerhalb der Zellen lokalisiert werden, wo sie sich in direkter Nähe zum Zellkern aufhielten. In einem zweiten Experiment gelang der Nachweis der CNTs in transfizierten Zellen mittels TEM. Hierzu wurden oxidierte SWCNTs mit einem Thiollinker kovalent modifiziert welcher anschließend mit frisch erzeugten Goldnanopartikeln versehen wurde. Die erfolgreiche Anbindung der Nanopartikel wurde hierbei mittels AFM nachgewiesen. Nach erfolgter Transfektion konnten dann die mit den Nanopartikeln funktionalisierten SWCNTs als perlenkettenartige Strukturen innerhalb der Zellen nachgewiesen werden. Diese zwei Experimente stellen den bisher bei weitem glaubwürdigsten Nachweis funktionalisierter Nanoröhren innerhalb lebender Zellen dar. Nachdem das Vorhandensein von CNTs innerhalb der Zellen nunmehr als gesichert gelten kann, wurden in weiteren Tests die Effizienz der Gensuppression sowie die Toxizität der verwendeten Nanoröhrenderivate getestet. Auswertungen von Western Blots konnten hierbei zeigen, dass die Effizienz der funktionalisierten CNTs mit der Effizienz der gängigen liposomenbasierten Transfektionsmittel (Lipofectamine™2000) gleichgesetzt werden kann. Die CNT Transporter benötigen hierzu jedoch eine weitaus geringere Konzentration als Lipofectamine™2000. Zudem zeigten die CNT Derivate überraschenderweise eine wesentlich geringere Toxizität als erwartet. Diese lag sogar niedriger als die Toxizität des liposomenbasierten Systems. Die einzige messbare Toxizität der funktionalisierten CNTs ging hierbei eindeutig von dem verwendeten PDDA aus, weswegen in Folgeversuchen dringend alternative Möglichkeiten gefunden werden sollten. Alles in allem vermitteln die hier gezeigten Experimente das hohe Potential für die erfolgreiche Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren als Medikamententransporter in der Genforschung und Krebstherapie. Kohlenstoffnanoröhren könnten so in Zukunft ein wichtiger Bestandteil in der Evolution der medizinischen Forschung sein.