Archiv der Kategorie: Hochschule

Neue Technologie für verbesserte OLEDs

Veröffentlicht am von

Pressemitteilung der Universität Regensburg vom 08.07.2011

Universität Regensburg verkauft mehrere Patente

Über die Bayerische Patentallianz GmbH, die zentrale Patent- und Vermarktungsagentur von 28 bayerischen Universitäten und Hochschulen für angewandte Wissenschaften, verkauft die Universität Regensburg mehrere Patente an die cynora GmbH, ein Unternehmen im Bereich der Forschung und Entwicklung von organischen Funktionsmaterialien. Durch das neue Singulett-Harvesting-Verfahren und den Einsatz neuentwickelter Emittermaterialien können künftig OLEDs (Organische Leuchtdioden) verbessert und zudem kostengünstig großflächige Displays hergestellt werden.

In der Zukunft werden sich OLEDs auf dem Markt für Bildschirm- und Beleuchtungstechnik zunehmend neben herkömmlichen LEDs durchsetzen: OLEDs erzeugen ein brillanteres Bild, sind einfacher herzustellen, energiesparender und können ultraflach produziert werden. Bis es jedoch soweit ist, müssen noch einige Entwicklungen vorangetrieben werden. So stellt momentan auch eine zu lang anhaltende Lichtabstrahlung (Emissionslebensdauer) der leuchtenden Moleküle (Emittermoleküle), was unter anderem zu unerwünschten Sättigungseffekten und damit Energieverlusten führt, ein Problem bei der Realisierung preiswerter OLED-Beleuchtungssysteme dar. Die nun von der cynora GmbH erworbenen Patente umfassen ein neues Verfahren zur Erzeugung von Lichtemissionen und die Verwendung neuartiger organischer Metallkomplexe. Mit diesen lässt sich die Emissionslebensdauer der Emittermoleküle verringern und der Wirkungsgrad der OLEDs verbessern.

Das neue Verfahren mit dem Namen Singulett-Harvesting wurde von Prof. Dr. Hartmut Yersin vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Regensburg entwickelt. Mit Hilfe dieses Verfahrens ist es möglich, die Vorteile von sogenannten Triplett- und Singulett-Zuständen – das sind die wichtigen leuchtenden Zustände – gewinnbringend zu kombinieren. So kann eine hohe Lichtausbeute mit geringeren Sättigungs- bzw. Energieverlusten erreicht werden.

Ermöglicht wird dieses Verfahren durch die Verwendung neuartiger metallorganischer Verbindungen, die im Vergleich zu herkömmlichen Materialien wie Iridium oder Platin wesentlich preisgünstiger sind und sich zudem einfacher verarbeiten lassen. „Die neuen metallorganischen Verbindungen der Universität Regensburg bilden so die Basis für neue OLED-Technologien. Somit können in Zukunft ultraflache und flexible Displays mit herausragender Farbqualität und hohem Kontrast hergestellt werden. Und das großflächig und kostengünstig“, so Dr. Thomas Baumann, Geschäftsführer der cynora GmbH. (Alexander Schlaak)

Externer Link: www.uni-regensburg.de

Molekulare Sortiermaschinen bringen Membranproteine an die Zielmembran

Veröffentlicht am von

Pressemitteilung der Universität Heidelberg vom 01.07.2011

Forscher der Universitäten Heidelberg, Frankfurt und Harvard entschlüsseln Mechanismen der Proteinsortierung

Der zielgerichtete Transport von zellulären Proteinen in oder durch eine Membran ist für alle Zellen lebensnotwendig, da viele Proteine während oder nach ihrer Synthese an einen anderen Bestimmungsort gebracht werden müssen. Die Proteinsortierung stellt daher besonders für eukaryontische Zellen mit ihrer Vielzahl an membranumschlossenen Organellen eine logistische Herausforderung dar. Komplexe Sortier und Transportmaschinen sorgen dafür, dass Proteine an den richtigen Bestimmungsort in der Zelle gelangen. Beim Sortierungsprozess helfen Signalsequenzen, die wie eine Art „Postleitzahl“ von spezifischen Maschinen erkannt werden. Einen bislang unbekannten Teil der Mechanismen konnten Wissenschaftler der Universität Heidelberg zusammen mit Forschern aus Frankfurt und Harvard (USA) entschlüsseln. In der neuen Studie wurde die Sortierung und Insertion von Membranproteinen untersucht, deren Signalsequenz am Ende des Proteins liegt. Diese sogenannten „tail anchored“ (TA) Membranproteine sind an entscheidenden zellulären Prozessen beteiligt, wie zum Beispiel der Membranfusion oder dem Zelltod. Die Forschungsergebnisse wurden in „Science“ veröffentlicht.

„Die Komponenten für die Insertion der TAMembranproteine konnten vor kurzem identifiziert werden. Weitgehend unbekannt war jedoch, wie die Maschinen für die Erkennung und den Transport dieser Proteine arbeiten“, sagt Prof. Dr. Irmgard Sinning vom BiochemieZentrum der Universität Heidelberg. Den zugrundeliegenden molekularen Mechanismus konnte die Arbeitsgruppe von Prof. Sinning jetzt in enger Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Volker Dötsch von der GoetheUniversität Frankfurt und Prof. Dr. Vlad Denic von der Universität Harvard entschlüsseln. Im Mittelpunkt der interdisziplinären Untersuchungen steht der sogenannte GetWeg. Dabei steht „Get“ für „guided entry of tailanchored membrane proteins“ – einen speziellen Transportweg für die Familie der TAMembranproteine zum endoplasmatischen Retikulum (ER).

Die zentrale Komponente des GetWeges ist das Get3Protein, eine dimere ATPase, die die Energie der ATPSpaltung für die Insertion der TAMembranproteine nutzt. Um den Insertionsprozess am ER entschlüsseln zu können, haben die Wissenschaftler in ihrer Studie strukturbiologische Untersuchungsmethoden – die Proteinkristallographie und die NMRSpektroskopie – mit biochemischen und zellbiologischen Ansätzen verknüpft. Erstmals konnten die Wissenschaftler die Funktion von zwei Rezeptorproteinen – Get1 und Get2 – klären. Hochaufgelöste Kristallstrukturen von verschiedenen Reaktionsintermediaten zeigen, dass der Get3Dimer an diese Rezeptoren bindet und sich dabei schrittweise öffnet. Dadurch wird eine kontrollierte Insertion des TAProteins ermöglicht. Ein erstes Modell der rezeptorunterstützten Membraninsertion konnte erstellt werden, das jetzt die Grundlage für weitere Studien bildet.

Die Untersuchungen wurden durch den Sonderforschungsbereich „Dynamik makromolekularer Komplexe im biosynthetischen Transport“ (SFB 638) der Universität Heidelberg gefördert. Wichtig für die Forschungsarbeiten war dabei die Proteinkristallisationsplattform, die vor kurzem am BiochemieZentrum mit Unterstützung durch den Exzellenzcluster „CellNetworks“ der Ruperto Carola eingerichtet werden konnte.

Originalveröffentlichung:
Stefer, S., Reitz, S., Wang, F., Wild, K., Pang, Y.Y., Schwarz, D., Bomke, J., Hein, C., Löhr, F., Bernhard, F., Denic, V., Dötsch, V. & Sinning, I.: Structural Basis for TailAnchored Membrane Protein Biogenesis by the Get3Receptor Complex, Science Online, 30 June 2011, DOI: 10.1126/science.1207125.

Externer Link: www.uni-heidelberg.de

Antike auf einen Klick

Veröffentlicht am von

Pressemeldung der Universität Erlangen-Nürnberg vom 21.06.2011

Informatiker der FAU programmieren intelligente Forschungssoftware

Das Metropolitan Museum of Modern Art in New York, die Max-Planck-Gesellschaft oder das Deutsche Archäologische Institut: Sie alle arbeiten bereits mit einer wegweisenden Software, die Wissenschaftler vom Lehrstuhl für Informatik 8 (Theoretische Informatik) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) um Prof. Dr. Günther Görz entwickelt haben und die eine semantische Erschließung von Datenbanken ermöglicht. Such- und Rechercheprozesse werden damit wesentlich einfacher und inhaltlich umfassender. Während herkömmliche Suchmaschinen die Datenbanken ausschließlich nach den eingegebenen Wörtern – also exakt festgelegten Zeichenketten – durchsuchen und alle anderen Informationen, die ebenfalls zu dem eingegeben Suchbegriff passen könnten, ausblenden, können die Nutzer mit der Software aus Erlangen die riesigen Datenmengen mit logischer Systematik durchforsten. Jetzt macht sich auch die Universität Oxford das Know-how zunutze. Unter Verwendung des an der FAU entwickelten Programms hat die englische Uni das Such-System CLAROS entwickelt, das weltweit Datenbanken zur Kunst der klassischen Antike vernetzt, etwa von Museen oder Kunstsammlungen.

„Stellen Sie sich vor, Sie suchen das Foto einer Vase, auf der Herkules zu sehen ist, mit einem Speer in der Hand“, führt Prof. Görz als Beispiel die Erlanger Forschungssoftware an. „Sie wissen allerdings nicht, ob es eine Vase mit diesem Motiv gibt oder wie eine solche Datei benannt sein könnte. Also beschreiben Sie dem Computer anhand wichtiger Eigenschaften einfach, wie das von Ihnen gewünschte Motiv gestaltet sein soll.“ Bei CLAROS können in verschiedenen Suchkategorien wie „Fundort“, „zeitliche Periode“ oder „Datenbank“ Suchbegriffe wie „Vase“ oder Abbildungen wie „Herkules“ angegeben werden. Das Programm listet dann nicht nur alle Bilder auf, die ein solches Motiv beinhalten, sondern zusätzlich auch Fotos von Vasen, auf denen Herkules mit anderen Waffen oder Werkzeugen zu sehen ist. Alternativ kann der Nutzer ein Bild bei CLAROS hochladen oder den Link zu einem Foto im Internet angeben, das der von ihm gesuchten Herkules-Vase sehr ähnlich ist. Auch in diesem Fall sucht das Programm dann Bilder, die zu dem angegeben Motiv passen. „Mit einer herkömmlichen Suchmaschine ist eine solche Vorgehensweise technisch nicht möglich“, sagt Görz.

Aber CLAROS kann noch mehr – zum Beispiel eine antike griechische Inschrift finden, von der sich die erste Hälfte in einem Museum in Athen befindet und die zweite Hälfte in einer Kunstsammlung in den USA. Beide Hälften sind zwar elektronisch verzeichnet und im Internet einsehbar. Es gibt aber keine gegenseitigen und damit ergänzenden Verweise. Die griechische Datenbank des Museums ist zudem nach einem anderen System aufgebaut als die amerikanische; die Beschreibung oder der Fundort der Inschrift sind nur auf Griechisch angegeben oder auf Englisch. Schnell stößt man an Grenzen beim Versuch, mit einer herkömmlichen Suchmaschine die beiden zueinander passenden Teile zu finden, da diese ausschließlich nach identischen Zeichenketten sucht, die es in diesem Fall nicht gibt. CLAROS kann die beiden Teile dagegen als zueinandergehörig identifizieren.

Die Funktionsweise von CLAROS

Grundlage von CLAROS ist das Conceptual Reference Model, kurz CRM. Unter CRM verstehen die beteiligten Wissenschaftler ein sehr allgemeines System aus Begriffen und Eigenschaften, mit dem Objekte beschrieben werden können. Besonders gut eignet sich das Modell für die Museumsdokumentation, weil es den universellen Zugang zu und den Austausch von vielen verschiedenen Daten ermöglicht. Inzwischen ist das CRM als internationaler Standard für die Museumsdokumentation anerkannt.

Lange Zeit existierte die Idee zu diesem System nur auf dem Papier. Für die Implementierung des Konstrukts in ein Computerprogramm nutzten Prof. Görz und sein Team die sogenannte „Web Ontology Language“, eine logische Programmiersprache, die für die Wissensrepräsentation und -verarbeitung im „Semantischen Web“ dient.

Zahlreiche Wissenschaftler nutzen das Erlanger Computerprogramm für eigene Projekte und entwickeln es weiter. Die von Prof. Görz entwickelte Software ist frei im Internet erhältlich.

Externer Link: www.uni-erlangen.de

Molekülbaustein könnte Grundlage für neue Anwendungen im Halbleiterbereich werden

Veröffentlicht am von

Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 05.07.2011

Forscher der Universität des Saarlandes und des Imperial College in London könnten einen wichtigen Baustein für den technologischen Fortschritt entdeckt haben. Chemiker um David Scheschkewitz, Professor für Allgemeine und Anorganische Chemie, haben ein Silizium-Molekül entwickelt, das extrem stabil ist und aufgrund seiner elektronischen Eigenschaften zukünftig zum Beispiel in der Halbleiterindustrie eine wichtige Rolle spielen könnte. Die Wissenschaftler veröffentlichten die Entdeckung des sogenannten Si-verbrückten Persilapropellans in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“. Das Magazin hat die Arbeit wegen ihrer Bedeutung als so genanntes „Hot Paper“ eingestuft, also als eine der wichtigsten Arbeiten des Heftes.

Das natürliche Vorbild für das Silizium-Molekül ist Benzol, eine Verbindung aus sechs Kohlenstoff- und sechs Wasserstoffatomen. Benzol ist die energetisch stabilste Verbindung aus diesen Atomen und von überragender Bedeutung für viele Bauelemente in allen Bereichen der Chemie. Im Gegensatz zum Benzol, das flach und ringförmig angelegt ist, besitzt das verbrückte Persilapropellan aber eine dreidimensionale, käfigartige Struktur. Chemiker weltweit haben bisher immer versucht, die flache Benzolstruktur aus Wasserstoff und Sauerstoff zu imitieren, indem sie Silizium an die Stelle des Kohlenstoffs setzen. „Solche Moleküle sind aber im Fall des Siliziums instabil, wodurch mögliche Anwendungen erschwert werden“, erklärt David Scheschkewitz.

„Unser Si-verbrücktes Persilapropellan hingegen könnte als Baustein für zukünftige Anwendungen in der Materialchemie interessant sein“, so Scheschkewitz weiter. Potenziell interessant seien solche Polymere beispielsweise für die OLED-Technologie, also organische Leuchtdioden, die im Gegensatz zu bisher gebräuchlichen LEDs deutlich dünner gebaut werden und zum Beispiel für papierdünne Monitore („elektronisches Papier“) verwendet werden können.

Auch für den Einsatz in der Solarzellentechnologie und in der Computerindustrie könnte das Molekül nutzbar sein. „Gängige Halbleitertechnik basiert im Wesentlichen auf Silizium“, erklärt David Scheschkewitz, der vor Kurzem vom Imperial College in London an die Uni des Saarlandes kam. „Es wird immer Mikroelektronik auf Siliziumbasis geben, selbst wenn es beispielsweise irgendwann marktfähige Quantencomputer geben sollte“, sagt Scheschkewitz. Und zwischen solchen Geräten muss die Kommunikation stimmen. Das verbrückte Persilapropellan könnte dank seines ungesättigten Charakters, also freier Bindungen, die es eingehen kann, und extremen energetischen Stabilität auf molekularer Ebene als Schnittstelle zwischen solchen Geräten dienen.

Die Entdeckung ist ein zufälliges Resultat aus einem vorangegangenen Projekt von David Scheschkewitz. Kai Abersfelder, Doktorand am Lehrstuhl von Professor Scheschkewitz, testete eine chemische Reaktion mit einer völlig anderen Zielstellung. „Von besagtem Experiment habe ich ihm eigentlich abgeraten“, erinnert sich David Scheschkewitz amüsiert. „Aber das ist wieder einmal ein schöner Beweis dafür, wie oft in der Forschung der Zufall eine Rolle spielt.“

Externer Link: www.uni-saarland.de

Licht an, Gen ein

Veröffentlicht am von

Medienmitteilung der ETH Zürich vom 23.06.2011

Forscher der ETH Zürich haben ein genetisches Netzwerk gebaut, das in menschlichen Zellen wie ein Lichtschalter funktioniert. Damit gelang es ihnen, Gene mit blauem Licht „anzuknipsen“ und zu regulieren. Dieser „Gen-Lichtschalter“ ermöglicht neue Therapien, die unter anderem bei Diabetes Typ 2 zum Einsatz kommen könnten. Die Forscher stellen ihre Ergebnisse in der neusten Ausgabe der Fachzeitschrift Science vor.

Der neuste Coup aus dem Labor von Martin Fussenegger klingt nach Science Fiction. Der Professor für Biotechnologie und Bioingenieurwissenschaften hat mit seiner Gruppe ein genetisches Netzwerk in lebenden Zellen konstruiert, mit dem sich spezifische Gene mit blauem Licht anschalten bzw. regulieren lassen. Die Forscher haben indes nicht das gesamte Netzwerk entwickelt, sondern lediglich natürliche Signalwege – einen aus dem Auge und einen aus dem Immunsystem – miteinander gekoppelt. Die Zellen werden samt funktionierendem Gen-Netzwerk unter der Haut eingesetzt und das Implantat von aussen mit blauem Licht beleuchtet. Damit können die Forscher das Ziel-Gen sehr präzise steuern.

Der „Gen-Lichtschalter“, mit dem die Wissenschaftler das Netzwerk anknipsen, besteht aus Melanopsin, einem Protein, das in der Netzhaut des menschlichen Auges vorkommt und mit Vitamin A einen Komplex bildet. Trifft blaues Licht auf diesen Komplex, setzt sich die erste Signalkaskade in Gang. Diese sorgt dafür, dass sich Calcium im Inneren der Zelle ansammelt. Dieser Vorgang läuft natürlicherweise auch im Auge ab und sorgt im Gehirn für das tägliche Einstellen der inneren Uhr. Die Forscher haben ihn aber neu an einen Signalweg gekoppelt, der in der Immunregulation eine wichtige Rolle spielt.

Calcium aktiviert Enzym

Das Calcium im Zellinneren aktiviert ein Enzym, welches die Phosphatgruppe (P) vom Protein NFAT-P abspaltet. Dadurch gelangt NFAT in den Zellkern, wo es an eine künstliche Kontrollsequenz bindet und das Ziel-Gen einschaltet, welches die Forscher eingebracht haben. Das Gen wird aktiv und die Zelle produziert zahlreiche Kopien eines anderen Proteins. Über die Lichtmenge und -stärke können die Forscher fein regulieren, welche Mengen dieses Proteins hergestellt werden sollen. Das Gen auszuschalten ist einfach: Licht aus, Gen aus. Denn ohne Licht wird Melanopsin nicht mehr angeregt, kein Calcium mehr in der Zelle angesammelt, und die Signalkaskade ist unterbrochen.

Aufgebaut haben die Wissenschaftler diese künstliche Signalkaskade in menschlichen Zellen, die sie – geeignet verpackt – in Mäuse implantiert haben. Das blaue Licht erreicht die Zellimplantate entweder über ein hauchdünnes Glasfaserkabel, oder, wenn das Implantat direkt unter der Haut platziert wird, indem die Tiere unter eine blaue Lampe gesetzt werden. Als Lichtquelle dienten den Forschern unter anderem kommerziell erhältliche LEDs oder eine Blaulichtlampe, die gegen Winterdepressionen eingesetzt wird. Dieses Licht schadet der Haut nicht, da es keinen UV-Anteil enthält.

Diabetes-Therapie denkbar

Bei ihren Versuchen mit Zellkulturen und Mäusen testeten die Forscher die lichtgesteuerte Produktion eines bestimmten Hormons: GLP-1 kontrolliert die Bildung von Insulin und reguliert den Blutzuckerspiegel. Die Tests bestätigten den Ansatz der Forschenden. Das durch Licht hoch regulierte GLP-1 half Mäusen, die an Diabetes erkrankt waren, die Insulinproduktion des Organismus zu verbessern, zugeführte Glukose rasch aus dem Blut zu entfernen und das Blutzuckergleichgewicht im Organismus wieder herzustellen.

Die von Martin Fussenegger und seiner Gruppe entwickelte GLP-1-Gentherapie könnte somit in Zukunft die klassische Injektion von Insulin bei Diabetikern ersetzen. Fussenegger kann sich vorstellen, dass man beispielsweise Patienten mit Diabetes Typ 2 ambulant ein Implantat unter die Haut setzt und die entsprechende Hautstelle mit einem schwarzen Pflaster, das LED-Leuchten enthält, gegen das Tageslicht abschirmt. Bei Bedarf, etwa nach einer Mahlzeit, schaltet der Patient mittels Knopfdruck die LED-Lämpchen an und bestrahlt das Implantat ein paar Minuten lang, um die Bildung von GLP-1 anzuregen. Sobald genug davon im Körper zirkuliert, schaltet der Patient die Lämpchen wieder aus. «Das ist noch Science Fiction», betont der ETH-Professor. Es dauere sicherlich noch längere Zeit, bis ein Produkt dieser Art auf dem Markt erhältlich sein werde.

Veröffentlichung:
Ye H, Daoud-El Baba M, Peng RW & Fussenegger M. A Synthetic Optogenetic Transcription Device Enhances Blood-Glucose Homeostasis in Mice. Science online Publication 24th june 2011, DOI: doi: 10.1126/science.1203535

Externer Link: www.ethz.ch