Neuartige LEDs weisen den Weg zu günstigeren Bildschirmen

November 14, 2013 Redaktion Hinterlasse einen Kommentar

Forscher der Universitäten Bonn und Regensburg haben einen neuartigen Typus organischer Leuchtdioden (OLEDs) entwickelt. Die Mini-Lämpchen eignen sich für den Bau besonders energiesparender und kostengünstiger Bildschirme. Diese könnten etwa in Smartphones, Tablet-PCs oder TV-Geräten zum Einsatz kommen. Auch Anwendungen wie leuchtende Fliesen für Küche oder Bad sind denkbar. Die Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse nun in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ vorgestellt (DOI: 10.1002/anie.201307601).

OLEDs kommen heute schon in Displays von Smartphones zum Einsatz. Foto: Frank Luerweg

OLEDs kommen schon heute in den Displays von Smartphones oder Digitalkameras zum Einsatz. Sie ermöglichen ein besonders brillantes, kontrastreiches Bild, haben aber einen entscheidenden Nachteil: Sie können normalerweise nur ein Viertel der eingesetzten elektrischen Energie in Licht umwandeln. Diese Ausbeute lässt sich zwar erhöhen, indem man das Display mit kleinen Mengen Platin oder Iridium „verunreinigt“. Diese Elemente sind aber selten und teuer. Die Herstellung hochwertiger OLED-Displays war daher bislang eine relativ kostspielige Angelegenheit.

Das könnte sich in Zukunft ändern. Die Wissenschaftler aus Bonn, Regensburg und den USA haben nämlich einen neuen Typus von OLEDs hergestellt, der auch ohne Edelmetalle das Potenzial für hohe Lichtausbeuten aufweist. Damit könnten OLED-Bildschirme bald deutlich kostengünstiger werden.

OLEDs sind gar nicht organisch

OLEDs heißen so, weil sie in ihrer Reinform aus organischen Molekülen bestehen – das bedeutet, sie sind nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff aufgebaut. Das Funktionsprinzip einer organischen Leuchtdiode ist einfach: Ein dünner Film der Moleküle wird mit zwei Elektroden verbunden. Diese werden an eine Batterie angeschlossen, so dass ein elektrischer Strom aus positiven und negativen Ladungen fließt. Treffen diese Ladungen aufeinander, so vernichten sie sich in einem Lichtblitz.

Da positive und negative Ladungen sich anziehen, sollte die Lichterzeugung im Prinzip auch sehr effizient klappen. Doch besitzen elektrische Ladungen zusätzlich ein magnetisches Moment – Wissenschaftler sprechen vom „Spin“. Ladungen mit gleichem Spin stoßen sich ab, ähnlich wie die Nordpole zweier Magneten. Diese Abstoßung überwiegt sogar die Anziehung zwischen positiven und negativen Ladungen. Haben unterschiedliche Ladungen denselben Spin, gibt es also keinen Lichtblitz. Stattdessen wird die elektrische Energie in Wärme umgewandelt.

In normalen OLEDs ist das leider sehr häufig der Fall: Drei Viertel aller Ladungen tragen denselben Spin. Sie zeigen quasi wie Kompassnadeln in dieselbe Richtung und können sich nicht berühren. Entsprechend gering ist die Lichtausbeute. Die OLED-Hersteller haben aber einen Trick ersonnen, um diese Ausbeute zu erhöhen: Sie wirbeln die Kompassnadeln mit einem noch stärkeren Magneten durcheinander. Dazu nutzen sie schwere Metalle wie Platin oder Iridium. Auf diese Weise ist es möglich, nahezu die gesamte elektrische Energie zur Erzeugung von Licht zu verwenden. Allerdings heißt das auch: Streng genommen sind die Materialien in OLEDs gar keine organischen Verbindungen, sondern metallorganische.

Spontaner Richtungswechsel

„Wir erhöhen die Ausbeute dagegen mit einem ganz anderen Mechanismus“, erklärt Dr. John Lupton, Physik-Professor an der Universität Regensburg. „Ladungen können die Richtung ihres Spins nämlich spontan ändern. Dazu muss man nur lange genug warten.“ Das Problem dabei: Herkömmliche OLEDs können die elektrische Energie nicht lange genug speichern, um diese Wartezeit zu überbrücken. Stattdessen wandeln sie die Energie einfach in Wärme um.

„Die von uns konstruierten OLEDs können elektrische Energie augenscheinlich deutlich länger speichern“, sagt der Chemiker Professor Dr. Sigurd Höger von der Universität Bonn. „Sie können daher die spontanen Sprünge der Spins nutzen, um Licht zu erzeugen – zumindest vermuten wir das.“ Die neuartigen Stoffe bergen daher das Potenzial, in OLEDs auch ohne „metallorganische Tricks“ kaum Abwärme zu erzeugen und somit die eingesetzte elektrische Energie sehr effizient in Licht umzuwandeln.

Die Arbeit wurde von der Volkswagen-Stiftung und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Kooperationspartner waren die University of Utah und das renommierte Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.).

Publikation: Metal-free OLED triplet emitters by side-stepping Kasha’s rule; D. Chaudhuri, E. Sigmund, A. Meyer, L. Röck, P. Klemm, S. Lautenschlager, A. Schmid, S. R. Yost, T. Van Voorhis, S. Bange, S. Höger und J. M. Lupton; Angewandte Chemie (DOI: 10.1002/anie.201307601)

Fit & Gesund

Ein „Dimmer“ für die Medikamentenwirkung

November 14, 2013 Redaktion Hinterlasse einen Kommentar

Viele Medikamente folgen dem Prinzip „Alles oder nichts!“. Einem internationalen Forscherteam unter Federführung der Universität Bonn ist es nun gelungen, maßgeschneidert eine Art „Dimmer“ für Medikamente zu erschaffen. Damit lassen sich Wirkstoffe entwickeln, die bestimmte Signalwege im Stoffwechsel nicht nur an oder ausschalten, sondern eine fein abgestufte Wirkung entfalten. Die Forscher versprechen sich davon Medikamente, die besser wirksam und verträglich sind. Die Ergebnisse sind jetzt in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Chemical Biology“ erschienen.

Volkskrankheiten wie Bluthochdruck, Bronchialasthma oder Herzinsuffizienz lassen sich mit Medikamenten behandeln: Viele dieser Wirkstoffe aktivieren nach Bindung an „Schalter“ auf der Oberfläche von Körperzellen bestimmte Signalwege. Eine wichtige Gruppe sind sogenannte G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCR). „Diese GPCR dienen der Zelle zur Verarbeitung von Reizen aus der Innen- und Außenwelt des Körpers, zum Beispiel von Nerven- und Hormonimpulsen oder von Geschmack und Geruch“, sagt Prof. Dr. med. Klaus Mohr vom Pharmazeutischen Institut der Universität Bonn. Auch bei Entzündungsprozessen und dem Zellwachstum spielen die GPCR eine wichtige Rolle.

Ziel: Maßgeschneiderte, abgestuft wirkende Substanzen

Die Mehrzahl dieser Arzneistoffe schalten den entsprechenden GPCR entweder ein oder aus und verändern auf diese Weise die Zellfunktion. Lediglich eine Minderheit von Arzneistoffen legt den „Schalter“ nur teilweise um, wie zum Beispiel das traditionsreiche Augenmedikament Pilocarpin. „Partial aktivierende Arzneistoffe wirken milder, weil sie die Rezeptoren nicht maximal stimulieren“, sagt Privatdozent Dr. Christian Tränkle aus der Arbeitsgruppe von Prof. Mohr. Diese abgestuft wirkenden Substanzen lassen sich bisher jedoch kaum chemisch „maßschneidern“, da über die molekulare Ursache ihrer verminderten Rezeptoraktivierung bislang wenig bekannt ist.

Dem Forscherteam der Universitäten Bonn, Würzburg und Mailand (Italien) ist es nun gelungen, ein neues Konzept zur Vorhersage einer teilweisen Aktivierung von GPCR zu entwickeln. Die Wissenschaftler um Prof. Mohr untersuchten gezielt das Design von Wirkstoffmolekülen, die neben einer Funktionseinheit für das Anschalten auch eine für das Ausschalten besitzen. In ihren Laborexperimenten boten sie den GPCR Substanzen an, die – je nach Struktur dieser Funktionseinheiten – ein bestimmtes Verhältnis zwischen An- und Abschalt-Vorgängen kodieren. „In der Summe ergibt sich dann eine bestimmte Intensität der Rezeptoraktivierung durch die jeweilige Substanz. Das Prinzip gleicht somit einem Dimmer“, erklärt Apotheker Andreas Bock, der diese Entdeckung während seiner Doktorarbeit im Bonner Pharmazeutischen Institut machte und nun an der Universität Würzburg arbeitet.

Potenzial für besser wirksame und verträglichere Arzneistoffe

Die speziell konstruierten Wirkstoffe schalten einen GPCR, den so genannten muskarinischen Acetylcholin-Rezeptor, an einer Stelle ein, über die auch der körpereigene Überträgerstoff aktiv wird, oder sie verhindern das Anschalten durch Bindung an einer anderen Stelle des Rezeptors. „Mit unserem Konzept lässt sich erstmals gezielt konstruieren, wie stark der »Netto-Effekt« eines Wirkstoffes auf den GPCR ist“, sagt der Pharmakologe der Universität Bonn. Die Technologie eröffne die Aussicht, innovative Arzneistoffe herzustellen, die durch den „Dimmer“ besser wirksam und verträglich sind. Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

Publikation: Dynamic ligand binding dictates partial agonism at a G protein-coupled receptor, Fachjournal „Nature Chemical Biology”, DOI: 10.1038/nchembio.1384

Essen & Trinken, Fit & Gesund

Knoblauch – Inhaltsstoffe und Wirkung

November 14, 2013 Redaktion Hinterlasse einen Kommentar

Knoblauch

Allgemeines

Vermutlich stammt der Knoblauch aus dem südwest-asiatischen Raum. Dennoch hat diese uralte Kultur- und Heilpflanze den Weg weltweit auf die Felder gefunden. Nicht nur in den wärmeren Regionen Chinas, des Balkans oder Kaliforniens baut man diese mittlerweile an, auch in den milderen Gegenden Deutschlands wie in Franken kann man den Knoblauch inzwischen finden.

Inhaltsstoffe und Wirkung

Knoblauch zählt neben Bärlauch zu den besonders krebsvermeidenden Lebensmitteln und wird häufig mit Misteln und Weißdorn als ganzheitliche Herz-Kreislauf-Kombination verwendet. Foto: Wirths PR/Schoenenberger — Knoblauch zählt neben Bärlauch zu den besonders krebsvermeidenden Lebensmitteln und wird häufig mit Misteln und Weißdorn als ganzheitliche Herz-Kreislauf-Kombination verwendet.
Foto: Wirths PR/Schoenenberger

Zwei wesentliche Eigenschaften machen für die Naturheilkunde und die Schulmedizin den Wert des Knoblauchs aus. Zum einen wirkt das in ihm enthaltene Allicin, ein schwefelhaltiges ätherisches Öl, einem Antibiotikum gleich bakterizid, also bakterienabtötend. Dies wird sowohl äußerlich zur Desinfektion von Wunden, wie auch innerlich im Magen-Darm-Trakt als Antiseptikum angewendet. Zum anderen senkt die Knolle das Cholesterin und erweitert die Gefäße. Dies wirkt Bluthochdruck, hohem Cholesterinspiegel und langfristig Arterienverkalkung entgegen.

Verwendungsformen und Darreichung

Die Arzneipflanze des Jahres 1989 wird nicht nur ihres hohen Gesundheitswertes, sondern auch wegen seines intensiven Geschmacks häufig in der Küche verwendet. Ob als ganze Zehe im Festtagsbraten oder klein geschnitten im Salat, Knoblauch verfeinert viele Gerichte. Neben der Nutzung als Würzmittel wird aus ihm auch frisch gepresster Pflanzentrunk hergestellt, der sich die heilkräftigen Eigenschaften für die cholesterinbewusste Ernährung zunutze macht und in Reformhäusern und Apotheken (z. B. von Schoenenberger) zu kaufen ist.

Sonstiges

Knoblauch zählt neben Bärlauch zu den besonders krebsvermeidenden Lebensmitteln und wird häufig mit Misteln und Weißdorn als ganzheitliche Herz-Kreislauf-Kombination verwendet.