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 Junger Embryo verspeist gefährliche Zelle
18.05.2018 | Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin der Universität Würzburg

nachricht Weiße Gespenster am Straßenrand - die Pfaffenhütchen-Gespinstmotte
18.05.2018 | Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft

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: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Im Focus: Positronen leuchten besser

Leuchtstoffe werden schon lange benutzt, im Alltag zum Beispiel im Bildschirm von Fernsehgeräten oder in PC-Monitoren, in der Wissenschaft zum Untersuchen von Plasmen, Teilchen- oder Antiteilchenstrahlen. Gleich ob Teilchen oder Antiteilchen – treffen sie auf einen Leuchtstoff auf, regen sie ihn zum Lumineszieren an. Unbekannt war jedoch bisher, dass die Lichtausbeute mit Elektronen wesentlich niedriger ist als mit Positronen, ihren Antiteilchen. Dies hat Dr. Eve Stenson im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald jetzt beim Vorbereiten von Experimenten mit Materie-Antimaterie-Plasmen entdeckt.

„Wäre Antimaterie nicht so schwierig herzustellen, könnte man auf eine Ära hochleuchtender Niederspannungs-Displays hoffen, in der die Leuchtschirme nicht von...

Im Focus: Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden

Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen. Studie wurde in Nature Physics veröffentlicht

Forschern der Harvard Universität und des MIT war es vor kurzem gelungen, eine Rekordzahl von 53 Atomen einzufangen und ihren Quantenzustand einzeln zu...

Im Focus: Explanation for puzzling quantum oscillations has been found

So-called quantum many-body scars allow quantum systems to stay out of equilibrium much longer, explaining experiment | Study published in Nature Physics

Recently, researchers from Harvard and MIT succeeded in trapping a record 53 atoms and individually controlling their quantum state, realizing what is called a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

Visual-Computing an Bord der MS Wissenschaft

17.05.2018 | Veranstaltungen

Tagung »Anlagenbau und -betrieb der Zukunft«

17.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

18.05.2018 | Physik Astronomie

Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.

18.05.2018 | Physik Astronomie

Wie Immunzellen Bakterien mit Säure töten

18.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics