Proteinreiche Beleuchtung
Fluoreszierende Proteine in LEDs liefern weißes Licht.
Sie sind bis zu achtzig Prozent energieeffizienter als Glühbirnen und halten etwa 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 senken die Lebensdauer der LEDs. Wissenschaftler der Uni Erlangen-Nürnberg haben gemeinsam mit internationalen Partnern eine neue Methode zur Herstellung von LEDs entwickelt und sind dabei ungewöhnliche Wege gegangen: Ihre LEDs bestehen zum Teil aus fluoreszierenden Proteinen.
Abb.: Das Bild zeigt die gelartigen Netzwerke, die aus einer konzentrierten wässrigen Protein-Lösung sowie einer Polymermischung bestehen. (Bild: M. Weber, Uni Erlangen-Nürnberg)
Um mit LEDs 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 nur eine geringere Leistung sowie Lebensdauer als ihre anorganischen Pendants. Optimal wäre daher ein Mix dieser beiden Varianten, der die Vorteile beider Methoden vereint.
Genau das ist dem Team nun gelungen – mit Hilfe von fluoreszierenden Proteinen, die in einem gummiartigen Material eingebettet auf eine LED aufgebracht werden. „Die fluoreszierenden Proteine vereinen die gewünschten Eigenschaften“, erklärt Rubén Costa vom Exzellenzcluster „Engineering of Advanced Materials“ der FAU. „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.
Als Lösung entwickelten die Forscher 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“, so Costa. „Das ist für zukünftige Generationen von LEDs wegweisend.“
FAU / RK
