LED: Fluoreszierende Proteine als nachhaltige Beschichtung

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

LEDs werden beschichtet, damit sie sichtbares Licht in unterschiedlichen Wellenlängen erzeugen. Allerdings kommen hier Seltene Erden zum Einsatz. Jetzt wollen Forscher mithilfe von Bakterien künstliche fluoreszierende Proteine als Ersatz entwickeln.

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Gustav Oberdorfer forscht seit Februar 2018 am Institut für Biochemie der TU Graz an nachhaltigen Substanzen, um LEDs zu beschichten.
Gustav Oberdorfer forscht seit Februar 2018 am Institut für Biochemie der TU Graz an nachhaltigen Substanzen, um LEDs zu beschichten.
(Bild: Helmut Lunghammer / TU Graz)

Mit der entsprechenden Beschichtung kann eine LED sichtbares Licht verschiedener Wellenlängen erzeugen. Weißes Licht wird beispielsweise mit einer blauen LED oder LED-Chip erzeugt, der mit einer gelben Phosphorschicht überzogen ist. Möglich ist auch die Mischung des Lichts aus roten, grünen und blauen (RGB) LEDs. Bedenklich sind die Beschichtungen, die üblicherweise aus problematischen Seltenen-Erden bestehen.

Jetzt hat Rubén Costa vom Madrider Institut für Höhere Studien (IMDEA) eine stabile organische LED-Beschichtung entwickelt, die als Alternative zu herkömmlichen LED-Beschichtungen verwendet werden kann. Das Gemisch besteht aus organischen Polymeren, in die fluoreszierende Proteine eingebettet werden, die in Meereslebewesen vorkommen und von diesen als Lichtquelle für die Jagd, die Kommunikation oder für den Selbstschutz genutzt werden. Die Leuchtkraft dieser Kunststoffmatrix ist derzeit noch zu niedrig, um ganze Räume zu erhellen.

Organische Farbstoffe für OLEDs

Die Forscher des Departments of Chemistry der Universität Turin rund um Claudia Barolo beschäftigen sich wiederum mit der Synthese organischer Farbstoffe, die eine gute Lichtausbeute haben und in organischen Leuchtdioden (OLEDs) zur Anwendung kommen. Viele dieser Farbstoffe sind allerdings kostspielig und aufwendig in der Synthese. Im Rahmen des FET Open-Projektes suchen Barolo und ihr Team nun nach einem gut geeigneten, mit minimalem Aufwand herzustellenden Farbstoff, der so verändert werden soll, dass er als künstliche Aminosäure in Proteine eingebaut werden kann.

Das FET Open-Projekt ENABLED führt die Erfolge der Einzelgruppen nun zusammen. Das Ziel ist es, mithilfe von Bakterien völlig neuartige künstlich fluoreszierende Proteine zu entwickeln. Hierfür simulieren die Grazer Biochemikerinnen und Biochemiker zunächst tausende von verschiedenen hypothetischen Proteinen, die spezifisch an die synthetischen Farbstoffe binden sollen. Eine Handvoll dieser Proteine – nämlich jene, die dem Aufbau natürlich fluoreszierender Proteine am nächsten sind – werden anschließend als synthetische DNA-Konstrukte bestellt.

Im nächsten Schritt untersuchen die Gruppen, ob diese Proteine wirklich jene Farbstoffe binden, für die sie designt wurden. Sobald sich das bestätigt, wird die Integration dieser neuen, artifiziellen fluoreszierenden Proteine in die Kunststoffmatrix getestet und auf ihre Verwendbarkeit in Bezug auf Bio-LEDs untersucht.

„Der Plan ist, dass wir die Proteine schlussendlich aus der Bakterienzelle heraus ernten, wir einen Teil der Leuchtquellen also wachsen lassen“, hofft Oberdorfer auf einen Proof-of-Principle zum Abschluss des Projekts in vier Jahren.

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