Wie leuchtende Tiere den Aufbau von OLEDs verändern könnten
Seite 2: Verschiedene Farben trotz gleicher Struktur
Dieser Energieunterschied beeinflusst auch die Farbe: Ist er gering, leuchtet das Molekül rot, ist er hoch, wird das Licht blau. "Die Farbe können wir auch durch chemische Manipulation beeinflussen." Das funktioniere etwa über das Stabilisieren oder Destabilisieren bestimmter Gruppen, also chemischer Bestandteile des Moleküls. "Die funktionellen Gruppen bestehen aus Atomen, die wiederum Einfluss auf die elektronische Struktur des Moleküls haben", erläutert Schramm.
(Bild: Stefan Schramm / Dieter Weiß)
Der Chemiker möchte abseits der Anwendungen auch die Mechanismen hinter den verschiedenen Molekülstrukturen der Tiere verstehen. "Leuchtende Krebstierchen nutzen eine ganz andere chemische Struktur als zum Beispiel das Glühwürmchen", sagt Schramm. "Krebstierchen leuchten eher blau, das Glühwürmchen eher grün." Zugleich gebe es Insekten, die die gleiche Struktur nutzten, aber ganz unterschiedlich leuchteten.
Schon viel Wissen über Glühwürmchen vorhanden
Dass Lebewesen selbst Licht erzeugen könnten, reiche bis rund 2,5 Milliarden Jahre vor unserer heutigen Zeit zurück, erklärte Schramm. "Als sich in der Erdatmosphäre erstmalig Sauerstoff gebildet hat, war das ein Problem für die damaligen Organismen, denn der Sauerstoff hat wie ein Zellgift gewirkt." Daher habe die Natur eine Möglichkeit gesucht, den Sauerstoff abzubauen. "Man geht davon aus, dass das Licht eher ein Nebenprodukt der Entgiftung vom Sauerstoff war." Im Laufe der Zeit habe in Folge von Coevolution das Leuchten weitere Funktionen erfüllt, beispielsweise in der Tiefsee Feinde abzuwehren oder aber Paarungspartner anzulocken.
Tiere kommen bei Schramm nicht zum Einsatz. Für den anwendungsorientierten Part greife er auf den Wissensschatz über Glühwürmchen zurück. "Wir kennen die Chemie der Glühwürmchen-Biolumineszenz schon sehr gut und wissen, wie wir die Moleküle vollsynthetisch herstellen."
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Zudem seien Glühwürmchen das System, das nach bisherigen Erkenntnissen am effizientesten leuchte. Die Helligkeit eines Moleküls beziffere sich in der sogenannten Quantenausbeute, erklärt Schramm. Diese beschreibe, wie viel Prozent der Moleküle in einer Biolumineszenzreaktion schließlich auch leuchteten. Bei Glühwürmchen liege diese bei 42 Prozent. "Da ist man etwa in dem Bereich, den man auch mit modernen anorganischen LEDs erreichen kann", sagt der Wissenschaftler. Die elektrisch angeregte Lumineszenz von OLEDs liege im Idealfall bei 10 bis 30 Prozent. Die Leuchtkäfer leuchteten damit bereits effizienter als OLEDs. "Genau dies versuchen wir zu übertragen, um damit in der Zukunft effizientere OLEDs zu bauen", unterstreicht Schramm.
Moleküle sollen in ca. fünf Jahren einsatzfähig sein
Bis ein solches System schließlich zur Anwendung komme, dauere es aber noch einige Jahre, die Forschung zu BiOLEMs stecke noch in den Kinderschuhen. "Bevor wir eine OLED mit den Molekülen bauen können, müssen wir die Moleküle erst einmal maßschneidern und herstellen", ordnet Schramm ein. Derzeit sei sein Team auf der Suche nach einer öffentlichen Förderung. "Darauf aufbauend werden wir ein Forschungsprojekt durchführen, an dessen Ende wir dann mit einem Horizont von etwa vier bis fünf Jahren geeignete Moleküle haben, mit denen wir dann auch OLEDs bauen können."
Übrigens: Ein biolumineszentes Tier ist auch zum "Weichtier des Jahres 2024" gewählt worden: Die Landschnecke Phuphania crossei, die in Thailand beheimatet ist, strahlt wie ein lebender Leuchtstab fortwährend ein grünliches Licht aus. Menschen können das Leuchten schon bei Tageslicht sehen. Besonderer Kniff: Die Schnecke kann das Leuchten teilweise abschalten.
(are)
