Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Proteinreiche Beleuchtung

25.08.2015

Sie sind bis zu 80 Prozent energieeffizienter als Glühbirnen und halten ca. fünf Mal so lang wie Energiesparlampen: LEDs werden immer häufiger zur Beleuchtung eingesetzt. Noch besteht aber Optimierungsbedarf bei weißen LEDs, denn bisherige Herstellungsverfahren kosten entweder sehr viel oder drücken die Lebensdauer der LEDs.

Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben jetzt eine neue Methode entwickelt und sind dabei ungewöhnliche Wege gegangen: Ihre LEDs bestehen zum Teil aus fluoreszierenden Proteinen.


Das Bild zeigt die gelartigen Netzwerke, die aus einer konzentrierten wässrigen Protein-Lösung sowie einer Polymermischung bestehen. (Bild: Michael Weber)

Ob als Raum- oder Straßenbeleuchtung, in Ampeln oder in Bildschirmen: LEDs sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Eine lange Lebensdauer, hohe Energieeffizienz, Umweltfreundlichkeit sowie der geringe Wartungsaufwand sind dabei nur einige Vorteile dieser Technologie. Die Herstellung weißer Leuchtdioden ist jedoch kompliziert.

Die Mischung macht´s

Um zukunftsweisend Weißlicht zu erzeugen, gibt es zwei Verfahren, die beide Nachteile haben: Bei der ersten Methode werden dünne Schichten aus anorganischen Materialien wie Phosphor oder Seltenen Erden auf eine blaue LED aufgetragen. Diese verfügen über eine lange Lebensdauer und emittieren Licht in optimaler Stärke.

Durch die Seltenen Erden und das aufwändige Herstellungsverfahren sind die Fabrikationskosten extrem hoch und nicht nachhaltig. Alternativ werden Organische LEDs eingesetzt, bei denen mehrere organische Halbleiterschichten einem Sandwich gleich zwischen zwei Elektroden aufgebracht werden.

Diese erreichen jedoch eine geringere Leistung sowie Lebensdauer als ihre anorganischen Pendants. Optimal wäre daher ein Mix dieser beiden Varianten, die die Vorteile beider Methoden vereint.

Genau solch ein Mix ist FAU-Wissenschaftlern nun gelungen – mit Hilfe von fluoreszierenden Proteinen, die in einem gummiartigen Material eingebettet auf eine LED aufgebracht werden. Um die neuartigen LEDs herzustellen, haben sich Dr. Rubén D. Costa vom Exzellenzcluster „Engineering of Advanced Materials“ der FAU und sein Kollege Prof. Dr. Uwe Sonnewald vom Emerging Field Projekt „Synthetic Biology“ der FAU zusammengeschlossen.

Proteine im Gel-Bett

„Die fluoreszierenden Proteine vereinen die gewünschten Eigenschaften“, erklärt Dr. Rubén D. Costa vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie I. „Sie sind umweltfreundlich und kostengünstig in der Herstellung. Zudem lässt sich durch die Proteine leicht die Farbeinstellung – ob farbig oder weiß – steuern.“

Einen Haken gibt es jedoch: Die Proteine sind nur in einer wässrigen Pufferlösung stabil, so dass Standard-Beschichtungsverfahren nicht angewendet werden können. Zudem mussten die Wissenschaftler sicherstellen, dass die Proteine unter unterschiedlichsten Umweltbedingungen, wie beispielsweise hohe Temperaturen oder Feuchtigkeit, stabil arbeiten.

Ihre Lösung: Die FAU-Forscher entwickelten eine neue Technik zur Beschichtung. Sie betteten die Proteine in ein Gel ein, das aus einer konzentrierten wässrigen Protein-Lösung sowie einer Polymermischung besteht. Die Polymerstoffe verbinden dabei die wässrige Protein-Lösung zu einem gelartigen Netzwerk und sorgen dafür, dass die benötigte Feuchtigkeit gespeichert bleibt.

Durch Vakuumtrocknung verwandelt sich das Gel in ein gummiartiges Material, das sich für die mehrlagige Beschichtung der LEDs eignet – und die Proteine vor äußeren Einflüssen schützt.

„Mit unserer Methode haben wir es geschafft, langlebige und effiziente weiße LEDs umweltfreundlich und kostengünstig herzustellen. Das ist für zukünftige Generationen von LEDs wegweisend“, freut sich Costa.

Wissenschaftliche Exzellenz

Am Exzellenzcluster „Engineering of Advanced Materials“ der FAU erforschen und entwickeln 200 Wissenschaftler neuartige Materialien. In über 90 Projekten arbeiten die Forscher aus neun Disziplinen (Angewandte Mathematik, Chemie- und Bioingenieurwesen, Chemie, Elektrotechnik, Informatik, Medizin, Maschinenbau, Physik und Werkstoffwissenschaften) entlang der Prozesskette vom Molekül bis zum Material zusammen.

Die Emerging Fields Initiative hat die FAU im Jahr 2010 ins Leben gerufen, um neuartige und möglichst interdisziplinär angelegte Forschungsprojekte mit hohem Entwicklungs- und Erfolgspotential frühzeitig zu erkennen, unbürokratisch zu fördern und zur Drittmittelfähigkeit zu verhelfen. Aus den ersten beiden Ausschreibungsrunden sind 18 EFI-Projekte hervorgegangen, die mit insgesamt rund 12 Millionen Euro gefördert werden.

Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler in der Zeitschrift Advanced Materials veröffentlicht: http://dx.doi.org/10.1002/adma.201502349

Weitere Informationen für die Medien:
Prof. Dr. Uwe Sonnewald
Tel.: 09131/85-28255
uwe.sonnewald@fau.de

Dr. Susanne Langer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.fau.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten
08.12.2016 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Herz-Bindegewebe unter Strom
08.12.2016 | Universitäts-Herzzentrum Freiburg - Bad Krozingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einzelne Proteine bei der Arbeit beobachten

08.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Intelligente Filter für innovative Leichtbaukonstruktionen

08.12.2016 | Messenachrichten

Seminar: Ströme und Spannungen bedarfsgerecht schalten!

08.12.2016 | Seminare Workshops