Podcasts about spektralbereich

Auch Farben sind nichts anderes als Schwingungen in verschiedenen Frequenzbereichen. Im sichtbaren Spektralbereich der Regenbogenfarben liegen die Frequenzen zwischen 384 Hz bis zu 790 Hz. Diese ca. 400 Hertz erlauben, im Gehirn eines gesunden Menschen, über 350.000 verschiedene Farbempfindungen zu erkennen. D.h. das gesunde Sehorgan kann durch die Variation dieser 3 Urfarben V + G + O (Violettblau, Grün, Orangerot) eine Vielfalt von Farben erkennen, aber nur innerhalb des sichtbaren Bereiches. Als extreme Farbempfindung kann das Auge acht Grundfarben unterscheiden. Dies resultiert aus der mathematischen Berechnung der Potenziale 0 bis 100% innerhalb der drei Urfarben. Eine gewisse Ähnlichkeit mit den acht Trigrammen drängt sich auf. In China ist der Einfluss von Farben schon seit mehr als 5.000 Jahren bekannt. Der legendäre Kaiser FU XI hat die Farben den fünf Elementen zugeschrieben und ihnen damit auch die entsprechenden Einflüsse zugeordnet. Karl-Willy Wittstadt, Jahrgang 51, ist Schreinermeister, Betriebswirt, Innenarchitekt und Architekt, Schriftsteller und ist seit mehr als 20 Jahren Feng Shui-Experte; ausgebildet von dem weltweit anerkannten Großmeister für das klassische Feng Shui: Yap Cheng Hai. Nach mehr als 20 Jahren intensiver Erfahrungen, bildet nun Karl-Willy Wittstadt zusammen mit seiner ehemaligen Mitarbeiterin und Kollegin Julia Ries, im Turtle-Fengshui-Institute in München Feng Shui-interessierte Schüler zu Feng Shui-Beratern und -Experten aus. Neben den klassischen Lehren WU XING, SAN HE, BA ZHAI, SAN YUAN wird dort auch die Speziallehre BA ZI gelehrt. Julia Ries betreibt zusammen mit Kerstin Trüdinger den sehr erfolgreichen Podcast „Feng Shui isst man nicht mit Stäbchen“. Nun veröffentlicht auch Karl-Willy Wittstadt bei Kerstin Trüdinger seinen Podcast FENG SHUI WISDOM, in dem ihr viel interessantes Hintergrundwissen über die Historie des klassischen Feng Shui, über alte und neue Meister und über so manches Geheimnis rund um Feng Shui erfahren könnt.

In Folge #119 Das Video der aktuellen Folge direkt auf Youtube öffnen Bitte beachten Sie auch immer den aktuellen "Haftungsausschluss (Disclaimer) und allgemeiner Hinweis zu medizinischen Themen" auf https://paleolowcarb.de/haftungsausschluss/ 20% auf alle Produkte im BRAINEFFECT Shop Gutscheincode: Evolutionradioshow - 20% auf alle Produkte im BRAINEFFECT Shop unter www.brain-effect.com Und nicht vergessen: Wenn du uns auf Youtube siehst, und wenn du es noch nicht getan hast, dann abonniere unseren Kanal „Evolution Radio Show“ Wenn du das Podcast hörst, dann findest du die Links für Apple iTunes und Android hier auf unserer Homepage Kurze Zusammenfassung Alexander Wunsch ist Arzt, Forscher und Referent in den Bereichen Lichttherapie, Photobiologie und Biophysik. Er erforscht Chancen und Risiken natürlicher und künstlicher optischer Strahlung auf Mensch und Umwelt, berät Politik, Medienvertreter und Industrie bei lichtbiologischen Fragen und entwickelt kurative, präventive und protektive Konzepte und Anwendungen für die Lichttherapie und Lichthygiene beim Menschen. Er ist Mitglied der Deutschen Akademie für Photobiologie und Phototechnologie (DAfP), der deutschen Lichttechnischen Gesellschaft (LiTG) und Lehrbeauftragter für den Themenbereich “Light and Health” im internationalen Master-Studiengang “Architectural Lighting Design” der Hochschule Wismar. Er hält regelmäßig Vorträge über biophysikalische, lichtbiologische und lichtmedizinische Themen im In- und Ausland. ##Alle Vorträge von Alexander Wunsch auf Vimeo ##Wir sprechen in dieser Folge über Was unterscheidet künstliches Licht von natürlichem Licht Wie wirkt Licht auf die Zellen Warum sind gerade LEDs so schädlich für unsere Gesundheit? Welche Art von Leuchtmittel sollte man zu Hause nutzen und wie kann man sich am besten vor den negativen Effekten anderer Blaulichtquellen, wie Monitore, schützen? #Transkript Julia: Gut. Lieber Alexander Wunsch, herzlich willkommen zur Evolution Radio Show. Dr. Alexander Wunsch: Schönen guten Tag. Julia: Wir werden gleich losstarten ins Thema, weil es ist komplex, es gibt viel zu sagen dazu. Vielleicht würde ich gerne so starten. Dass Sonnenlicht irgendwie wichtig ist, das ist schon würde ich fast sagen im Mainstream angekommen, aber eigentlich nur, was die Knochengesundheit und Vitamin D betrifft und alles darüber hinaus existiert eigentlich nicht in der Wahrnehmung. Doch Licht hat ganz, ganz viele Funktionen im Körper, die weit über dieses, nur über das Vitamin D hinausgehen. Vielleicht könnten Sie ganz kur erklären, auf welche Bereiche Licht oder vor allem natürliches Licht wirkt. Wofür brauchen wir Sonnenlicht? Dr. Alexander Wunsch: Hm, das ist die einfachste Frage sozusagen vorweg. Das Sonnenlicht, wie Sie schon gesagt haben, das ist für sämtliche Lebensprozesse letztlich essentiell und das Besondere am Sonnenlicht ist aus meiner Sicht jetzt nicht mal die genaue Spektralzusammensetzung, also aus welchen Wellenlängen das besteht, sondern zunächst mal im Kontext der Evolution ist das Sonnenlicht A) der Antrieb für sämtliche Vorgänge auf unserem Planeten, ob das jetzt klimatische Vorgänge sind oder ob das die chemische Evolution wäre oder auch die biologische Evolution, jeder Energieaustausch, stoffliche Veränderungen in den Molekülen, alles ist letzten Endes zurückführbar auf die Sonnenenergie und auch auf die Zusammensetzung des Sonnenlichts. Das Besondere ist hierbei, dass das Leben sich unter dem Licht der Sonne entwickelt hat und dass seit über 4 Milliarden Jahren sich die Zusammensetzung dieses Sonnenlichts praktisch nicht wesentlich verändert hat. Und dadurch haben alle Organismen gelernt, das Beste aus dem vorhandenen Spektrum herauszuziehen und auch zum Beispiel zu nutzen, um sich gegen die potentiell schädlichen Anteile zu wehren. Und dadurch ist das Sonnenlicht ein sehr komplexer Cocktail von Strahlung, also ein Strahlungsgemisch, das den Lebensprozessen praktisch in jeder Hinsicht förderlich ist. Das beginnt mit der visuellen Orientierung, das geht über die Absorption von ganz bestimmten Wellenlängen, dadurch die Erzeugung des Farbspektrums, das uns umgibt in der Natur, in unserem Environment, und dann zum Beispiel Vitamin D ist ein ganz kleiner Aspekt dessen, was in unserem Körper, in der Haut passiert, im Sinne von einer Photosynthese. Wir sind anders als Pflanzen nicht in der Lage selbst Sonnenenergie in chemische Energie umzuwandeln, deswegen müssen wir Pflanzen oder pflanzenfressende Tiere wiederum aufnehmen, um unseren Energiehaushalt in Balance zu halten. Aber zum Beispiel die Wärme, die klimatischen Bedingungen, die uns umgeben, die lassen sich auch auf das Sonnenlicht zurückführen. Und dann haben wir für die Wärmestrahlung nochmal eine entsprechende Aufteilung, also einmal ist es natürlich direkt die Temperatur, die uns umgibt, die auf Sonnenaktivität zurückzuführen ist, aber auch solche Strahlungsanteile, die wir nicht direkt als Wärme spüren, zum Beispiel den Nahinfrarotbereich, der aber sehr tief in unserem Körper letztlich eindringen kann. Sonnenlicht besteht zu über 40 Prozent aus Nahinfrarotstrahlung, die wir weder sehen noch fühlen können, die aber unser Gewebe durchdringt und zum Beispiel auf dem Energiehaushalt Einfluss nimmt, weil es direkt die Zellkraftwerke ansprechen kann. Julia: Und ich meine, das geht vielleicht auch zu weit, aber wie kann man sich das vorstellen, wie wirkt das Nahinfrarot? Wie wirkt das auf die Zelle direkt? Wie kann das Einfluss nehmen auf den Metabolismus? Dr. Alexander Wunsch: Zum einen hatte ich schon kurz angerissen, dass es einen Zusammenhang mit der Aktivität, mit der Stoffaktivität, Stoffwechselaktivität der Mitochondrien gibt, der Zellkraftwerke. In den Mitrochondrien selbst gibt's verschiedene Enzyme, die für die Energiegewinnung verantwortlich sind. Da gibt's ein Enzym mit einem, je nachdem, einem zungenbrecherischen Namen, die Cytochrom-C-Oxidase. Das ist der Komplex 4 in der Elektronentransportkette der Mitochondrien und dieses Enzym, das hat Absorptionsbereich im langwelligen Teil des Spektrums zwischen 600 und 850 Nanometer. Das wäre als irgendwo zwischen rotorange und Nahinfrarot mit etwa 850 Nanometern. Und in diesem Bereich hat die Cytochrom-C-Oxidase 4 Absorptions-Peaks und man weiß aus Versuchen, von Zellversuchen bis hin zu Experimenten auch am Menschen, dass die Bestrahlung mit diesem Spektralbereich dazu geeignet ist, die den Energiehaushalt in den Mitochondrien zu stabiliseren. Also gerade jetzt in Zellen, wo Energiemangel herrscht beispielsweise, kann man die verfügbare chemische Energie anheben. Das ist das ATP, Adenosintriphosphaat, wird in den Mitochondrien hergestellt und der Komplex 4 ist die vorletzte Stufe dieses Bereitstellungsprozesses. Also das letzte Enzym vor der ATP Synthase. ATP Synthase ist so eine kleine Turbine, die wie eine Druckerpresse ständig aus Adenosintriphosphat und anorganischem Phosphat dann das begehrte ATP zusammenpresst und diese Turbine wird durch einen Ladungsträger angetrieben. In der Mitochondrienmembran und darauf kann ich mit dem Licht Einfluss nehmen. Das ist so ein Aspekt, der im Zusammenhang mit einer medizinischen Anwendung oder phototherapeutischen Anfwendung immer wieder auch diskutiert wird. Das ist dieses Verfahren nennt man Photobiomodulation, also die Anwendung von langewelligem Licht, das keine Wärme Effekte im Gewebe erzeugt, aber trotzdem solche positiven, wir kommen zeitig wie beziehungsweise die Anhebung der ATP Konzentration und damit eine bessere Verfügbarkeit chemischer Energie. Wir stellen am Tag etwa so viel ATP in unseren ganzen Zellen her, wie wir wiegen. Das ist also ein sehr umfangreicher Prozess, der praktisch in allen Bereichen, wo Energie benötigt wird, ob das jetzt Muskelaktivitäten sind, ob das chemische Transportvorgänge sind, ob das Eiweiß oder Fettsynthese oder Zellmembranen, die hergestellt werden müssen. Also jeder Vorgang eigentlich im Körper, der ist energieabhängig und damit auch abhängig von diesem ATP. Und dann gibt's noch weitere Effekte, die man diesem langwelligen Licht, dem Nahinfrarotlicht zuordnen kann. Dabei geht's zum Beispiel um die Aktivierung von Wassermolekülen. Man weiß, dass der menschliche Körper aus etwa 70 Prozent Wasser besteht, unser Stoffwechsel findet also in diesem flüssigen Medium statt und durch das Licht kann ich Wassermoleküle gezielt in Bewegung versetzen, kann also die kinetische Energie im Wasserkompartiment erhöhen und damit zum Beispiel Stoffaustauschvorgänge verbessern, ohne dass ich dabei das Gewebe unerwünschtermaßen erhitzen würde. Das sind jetzt schon 2 wichtige Aspekte, wie ich auf Stoffwechselvorgänge optimierend Einfluss nehmen kann über dieses Nahinfrarotlicht. Julia: Wenn man das so hört, dann kriegt man wirklich mal nur so einen kleinen Einblick darin oder dahingehend, wie wichtig oder welche Rolle Licht oder vor allem gewisse Wellenlängen, die richtigen Wellenlängen auf unseren Körper haben. Wenn man aber sich die allgemeine Diskussion oder die Mainstream-Medien anschaut, wenn es da um Licht geht oder um Sonnenlicht, dann werden vor allem eigentlich die schädigenden Aspekte immer angesprochen. Es wird immer eher Angst gemacht, muss man fast sagen. Man darf nicht mehr rausgehen, also einerseits soll man zwar rausgehen wegen dem Vitamin D, auf der anderen Seite sollte man sich aber auf jeden Fall mit einem Lichtschutzfaktor 30 oder noch höher einschmieren und auf jeden Fall eine Sonnenbrille tragen und bloß kein Licht an die Haut und an die Augen lassen, weil dann kriegt man Hautkrebs oder Makula-Degeneration oder was auch immer. Das ist so ein richtiger Ambivalent, die Informationen, die man bekommt, und die Leute sind auch sehr verunsichert und ich habe direkt den Eindruck auch, wir fürchten uns vor Licht, mit dem wir seit 4 Millionen Jahren aufgewachsen/ oder seitdem wir auf der Welt sind, auf der Erde wandeln, ein Teil unserer Biologie war. Auf der anderen Seite haben wir nicht die gleiche Skepsis gegenüber Lichtquellen, die erst seit 100, 200 oder 300 Jahren in unserer Welt sind. Das finde ich sehr, sehr schwierig. Vielleicht, ich meine das waren jetzt mehrere Aspekte in einem, muss ich mich schützen vor dem Sonnenlicht oder bis zu welchem Grad oder wie gehen Sie damit um? Ist es tatsächlich eine Gefahr oder was ist die richtige Dosis? Dr. Alexander Wunsch: Wir haben es hier, also auf solche vielschichtigen Fragen gibt's natürlich auch gerne mal eine vielschichtige Antwort. Während Sie die Frage formuliert haben, ist mir zunächst mal das Cui Bono eingefallen. Die Frage auf Lateinisch, die dann übersetzt lautet: Wem nützt es? Also wer profitiert davon, wenn die Menschen Angst vor der Sonne haben? Die Weltgesundheitsorganisation hat sich dazu entschlossen, die sogenannte No Sun Policy zu fahren. Also im Prinzip von der Sonnenexposition komplett abzuraten. Dadurch hat man natürlich das Problem, dass sich die Vitamin D Mangelerkrankungen immer weiter ausbreiten und die öffentlichen Stellen, jetzt zum Beispiel die Weltgesundheitsorganisation, die meines Wissens sogar, wenn man da mal nachschaut, wer die ganzen Kosten sponsert und trägt, da bekommt man dann auch wieder Antworten, warum es möglicherweise profitabler ist den Menschen vor der Sonne Angst zu machen als ihnen praktisch beizubringen, wie man richtig mit der Sonne umgeht. Es ist definitiv komplexer den Menschen beizubringen, wie sie richtig mit der Sonne umgehen als zu sagen, gar keine Sonne und 30er Sonnenschutzfaktor. Das Problem ist, wenn man die Sonnencreme verwendet, halten sich die Menschen wesentlich länger im Sonnenlicht auf als es ihnen eigentlich guttut, bilden dabei aber kein Vitamin D und bilden auch keinen eigenen Sonnenschutz, den sie sonst aufbauen würden. Wenn man also ohne Sonnenschutzcreme in der richtigen Dosierung die Sonne genießt, dann baut man einen eigenen Sonnenschutz auf, den man auch immer dabeihat. Die Sonnencreme, die wird gerne mal vergessen im falschen Moment und plötzlich ist die Folge dann der Sonnenbrand, den man auf jeden Fall vermeiden sollte. Wir haben beim Sonnenlicht wie auch bei vielen anderen einwirkenden Reizen oder Energien eine U-förmige Reizantwort, also das wäre dann eine U-Shape Curve, eine Kurve, die aussieht wie ein U so ungefähr, wie ein bisschen flacher gezogenes U und das zeigt, der Optima in der Mitte ist der optimale Effekt zu erwarten, wenn wir die richtige Dosis haben. Wenn wir zu wenig Sonnenlicht bekommen, dann treten Mangelerscheinungen auf, die zum Beispiel beim Vitamin D erkennbar werden. Vitamin D Mangel geht mit einer erhöhten Sterblichkeit einher, geht mit Knochenkrankheiten wie zum Beispiel der Osteoperose oder der Osteomalazie einher. Wir beobachten bestimmte Krankheitsbilder, dass die gehäuft auftreten wie zum Beispiel kardiovaskuläre, also Herzkreislauferkrankungen, aber auch Infektionskrankheiten und Krebserkrankungen treten bei schwerem Vitamin D Mangel häufiger auf. Also die Unterdosierung ist ein Problem und die Überdosierung ist dann auch ein Problem, weil dann zum Beispiel Hautschäden erkennbar werden können, zum Beispiel Hautalterung, solche Sonnenfalten oder auch Hautkrebs, wobei man beim Hautkrebs wieder unterscheiden muss. Da gibt's das Melanom, das ist der schwarze Hautkrebs, der macht normalerweise weniger als ein Zehntel der gesamten Hautkrebsfälle aus und die restlichen 90 Prozent, die betreffen dann den hellen Hautkrebs, weil hier in den letzten Jahren auch die sogenannte aktinische Keratose, also eine Vorstufe in die Statistik mit einbezogen wurde und allein dadurch schon durch diese Definition das auch als Hautkrebs zu bezeichnen, die Erkrankungsraten statistisch natürlich in die Höhe geschnellt sind und deswegen, also zu viel Sonnenlicht ist ein Problem, zu wenig Sonnenlicht, und jetzt geht's darum, das Sonnenlicht ist Jahrmillionen dasselbe von seiner Zusammensetzung her. Früher hat es das Leben in seiner Entstehung begünstigt und heute haben wir im Prinzip einfach nur verlernt oder viele Menschen haben einfach verlernt oder nie gelernt, wie sie richtig mit dem Sonnenlicht umgehen. Das Sonnenlicht per se ist weder gut noch böse, sondern das Problem liegt eben am Menschen und daran, wie er mit dem Sonnenlicht umgeht. Und da werden halt viele Fehler gemacht, die man durch besseres Wissen beseitigen kann. Julia: Das heißt zum Beispiel, dass man einfach sich seinem Hauttyp entsprechend auch in der Sonne aufhält und nicht jetzt extra brät oder? Dr. Alexander Wunsch: Ja. Zunächst mal natürlich der Hauttyp. Also es gibt eine ganz individuelle Sonnenempfindlichkeit. Das ist relativ einfach die herauszufinden. Man sollte sich von unten rantasten und nicht von oben an die Verträglichkeitsschwelle, das heißt, wenn man nicht weiß, wie gut man die Sonne verträgt, dann sollte man halt mal mit 5 oder 10 Minuten anfangen, dann wieder aus der Sonne rausgehen und die Haut beobachten. Im Prinzip weiß es schon jeder, dass die Zeichen einer Überdosierung von Sonnenlicht zeitverzögert auftreten, das heißt nach 3 oder 4 Stunden merkt man erst, wenn man zu lange in der Sonne sich aufgehalten hat und da muss man eben vorausdenken. Das heißt, ich gebe mir eine ganz bestimmte gezielte Dosis und beobachte mich dann und das Herantasten ist der eine Aspekt, dass man die Schwellendosis praktisch herausfindet, wie viel kann ich mir zumuten ohne, dass meine Haut mit Überdosierungszeichen reagiert. Und das andere ist, dass man wissen muss, dass es eine Sonnengewöhnung gibt. Und die Sonnengewöhnung, die funktioniert nur, wenn man kein Sonnenschutzmittel verwendet, bedeutet aber, dass wenn ich jetzt beispielsweise in den Sommermonaten tatsächlich mal 4 Wochen am Stück jeden Tag Sonne hätte, dann würde ich vielleicht am 1. Tag 10 Minuten gut vertragen, am 2. Tag würde ich dann vielleicht schon zwei, drei Minuten länger gut vertragen, von mir aus auch 5 Minuten und so würde sich das dann eben steigern bis auf mehrere Stunden. Das heißt nach 4 Wochen vorsichtiger oder wohldosierter Sonnenexposition kann man sich durchaus auch zwei, drei Stunden im Sonnenlicht aufhalten ohne, dass man einen Sonnenbrand bekommt. Jetzt muss man sich allerdings fragen: Ist das überhaupt sinnvoll so lange in der Sonne zu sein? Normalerweise mein Sonnenhunger ist nicht so groß, dass ich zwei oder drei Stunden anpeilen würde, sondern jetzt in den Sommermonaten, wenn ich dazu komme, Heliotherapie zu machen, dann mache ich das zum Sonnenhöchststand so um 1 Uhr mittags herum. Wir haben ja Sommerzeit, dadurch ist der Sonnenhöchststand nicht um 12, sondern eher so roundabout 1 Uhr. Warum diese Uhrzeit eigentlich am besten ist? Wir haben den höchsten Gehalt an Ultraviolett B Strahlung, die in der Lage ist Vitamin D zu synthetisieren in der Haut und dadurch kann in der kürzestmöglichen Zeit das maximale Vitamin D erzeugen. Deswegen mittags um 1 Uhr ist optimal und wenn man da 20 Minuten, 30 Minuten vielleicht jede Körperseite der Sonne aussetzt, dann fängt man auch an zu schwitzen und es wird einem heiß. Also mal ganz ehrlich, fühle ich mich nach den 20, 30 Minuten im Schatten dann auch wesentlich wohler als wenn ich jetzt weiter in der Sonne braten müsste. Und da gibt's aber halt ganz unterschiedliche, der Mensch gewöhnt sich ja an alles, und wer sich halt an das Braten in der Sonne gewöhnt hat, weil er zum Beispiel unter dem Schutz von Sonnencreme keinen Sonnenbrand bekommt, der kann das schon länger in der Sonne aushalten, aber gesund ist das natürlich nicht und vernünftig ist es auch nicht. Mehr als eine halbe Stunde pro Körperseite für jemand mit einer mitteleuropäisch hellen Haut ist eher kontraproduktiv. Julia: Ich meine, jetzt ist die Haut eine Sache, aber die andere sozusagen das andere Problemfeld, das sind auch die Augen und die werden eben geschützt durch Sonnenbrillen. Wie sehen Sie das? Ist das sinnvoll, ist das nicht sinnvoll? Wie sollte man da umgehen und warum sollte man vielleicht sich auch überlegen da nicht auch an die Augen oder an die Retina zu lassen? Dr. Alexander Wunsch: Eine Sonnenbrille ist praktisch für die Augen das, was die Sonnencreme für die Haut darstellt, zumindest mal unter sage mal Normalbedingungen. Man kann bei Wikipedia zum Beispiel auch diese Sonnenschutzbrillen der Inuit sehen. Da gibt's Abbildungen dazu, das heißt, auch in recht einfachen Kulturen war das Thema Lichtschutz der Augen in Form von so Schlitzen in knöchernen Brillen auf jeden Fall ein wichtiges und wenn man eben in einer Umgebung ist wie jetzt zum Beispiel im ewigen Eis und es scheint die Sonnen und von überall, von oben und von der Seite, aus der Blickrichtung, überall hat man diese hohen Strahlungsintensitäten, da ist ein Augenschutz natürlich schon wichtig. Aber wenn man sich jetzt beispielsweise im Schatten von irgendwelchen Pflanzen oder auch von mir aus von Gebäuden aufhält, dann ist eigentlich ein Hut viel, viel wichtiger als eine Sonnenbrille und dadurch, dass die Lichtreaktionen im Organismus konzertierte Aktionen sind, aus den Vorgängen, die in der Haut ablaufen, und den Vorgängen, die über das Auge gesteuert im Zwischenhirn ablaufen, ist es eigentlich für den Organismus leichter mit den Lichtbedingungen umzugehen oder sich an die Lichtbedingungen anzupassen, wenn er die Lichtbedingungen quasi ungefiltert bekommt. Und es ist immer sinnvoll, dass man, wenn es mehrere "Sinneskanäle", jetzt mal in Anführungsstrichen, gibt, auch wenn der Sinneskanal von Licht, wie er über die Haut uns nicht direkt bewusst erreicht und die vegetativen Einflüsse von Licht über das Auge uns nicht direkt bewusst erreichen, sind es trotzdem Sinneskanäle. Da ist es wichtig, dass die verschiedenen Sinneskanäle den eigentlichen Sinnesreiz möglichst ungefiltert bekommen. Sonst kommt es zu einem Durcheinander in der Regulation. Julia: Wir haben jetzt viel eben über Sonnenlicht und vor allem über das natürliche Licht gesprochen. Ich würde aber auch gerne jetzt sozusagen den Sprung ins Innere machen, zum künstlichen Licht in die Räume hinein. Und wie ich es vorhin gesagt habe, es herrscht so eine grundsätzliche Skepsis interessanterweise der Sonne gegenüber, andererseits überhaupt keine Skepsis den ganzen künstlichen Lichtquellen gegenüber, die wir aber teilweise erst ein paar hundert, also 200, 300 Jahre haben. Ist diese, sollten wir skeptisch sein und wenn ja, vielleicht auf welche, gibt's da Unterschiede? Sind manche künstliche Lichtquellen besser als andere? Vielleicht können Sie da noch ein bisschen was dazu sagen? Dr. Alexander Wunsch: Bei Lichtquellen, die 200, 300 Jahre alt sind, braucht man jetzt eigentlich weniger skeptisch zu sein. Also eigentlich ist es so, dass wir seit ein paar tausend Jahren schon Fackeln und Kerzen haben, seit ein paar hunderttausend Jahren haben wir das Feuer und das Feuer ist die erste künstliche Lichtquelle, die dadurch, dass das Feuer mit Rauch und Hitze verbunden ist, uns immer signalisiert hat, wenn wir in Gefahr gelaufen wären, es über zu dosieren. Und erst mit dem elektrischen Licht und da spezifisch mit der Glühlampe hatten wir dann eine Lichtquelle, bei der das Feuer so gebändigt worden war, dass es zum Beispiel die Luft nicht mehr verschmutzt hat, zumindest nicht in dem Raum, in dem man die Glühlampe betreibt. Die Wärme war trotzdem noch vorhanden, aber es war erstmals möglich jetzt unnatürlich helle Zustände in der Nacht herbeizuführen. Das erste Problem, was man mit solchen Kunstlichtwellen betrachten sollte, das ist die Rhythmusstörung, das heißt also, dass man die Nacht zum Tage macht und jeder, der mal Schichtarbeit, der mal Nachtschichten gemacht hat beispielsweise, der kann gut nachvollziehen, dass Nachtschichten oder Schichtarbeit für die Gesundheit abträglich sind. Also die wenigsten Menschen können das über einen längeren Zeitraum machen, ohne dass sie davon zumindest mal nachhaltige Störungen der inneren Uhr, des inneren Biorhythmus erleben. Unsere 24/7 Gesellschaft, dass wir 24 Stunden, also rund um die Uhr jeden Tag in der Woche alles Mögliche bekommen, alles machen könnten, rein theoretisch einkaufen und so weiter, Fernsehen einschalten, früher gab es ein Testbild und danach war nichts mehr und heute ist halt alles rund um die Uhr verfügbar. Das ist halt ein Problem und die Schichtarbeit ist letztendlich für die Gesundheit auch ein Problem und da ist der Katalysator, der uns das Ganze ermöglicht hat, schon das Kunstlicht. Und die Rhythmusstörungen sind heute im Kontext der Chronobiologieforschung immer besser untersucht, sodass wir auch immer besser verstehen, wie da mögliche Schädigungsmechanismen ablaufen. Am problematischsten sind eigentlich die Lichtquellen, die so ab den 1930er Jahren entwickelt wurden, die also auf die Glühlampe und auf die klassische Glühlampe gefolgt sind und das waren zunächst Entladungslampen, meistens Quecksilberdampfentladungslampen, die dann mit einer Fluoreszenzschicht ausgestattet wurden und diese Fluoreszenzlampen, im Volksmund vielleicht auch Neonlampen benannt, später dann Energiesparlampen, dabei handelt es sich um kalte Lichtquellen. Das heißt, das letzte Zeichen, dass wir das Licht überdosieren, nämlich die Hitze oder die Wäre, war hier auch schon beseitigt, und das Spektrum von Energiesparlampen, das ist sehr stark durch das Quecksilber, was für die Lichterzeugung sorgt im Inneren, geprägt und hat mit natürlichem Licht quasi überhaupt nichts zu tun. Glühlampenlicht ist zwar Kunstlicht, hat aber eine natürliche Spektralverteilung, und alle kalten Lichtquellen, heute ist ja die Energiesparlampe, die Entladungslampe mehr oder weniger aus der Mode gekommen. In den allermeisten Fällen greift man heute am liebsten zur LED und das ist auch das, was den Verbrauchern nahegelegt wird und versucht wird es dem Verbraucher schmackhaft zu machen. Und diese LEDs sind auch wieder energieeffiziente Kaltlichtquellen, bei denen die Spektralzusammensetzung letztlich ganz anders aufgebaut ist wie wir das in den Lichtquellen mit natürlicher Spektralverteilung finden. Und genau das ist das Problem, dass nämlich, das, was ich eingangs unseres Gesprächs schon genannt habe, wir haben uns an die Spektralverteilungen der natürlich vorhandenen Lichtquellen seit Jahrmillionen angepasst. Und wenn man jetzt an dieser Spektralverteilung auch nur geringfügige Änderungen durchführt, dann kann das mittel- und langfristig zu gravierenden Nachteilen für die Gesundheit führen. Das wären bei diesen Kaltlichtquellen zum einen Störungen der inneren Uhr, also Störungen der chronobiologischen Funktionen. Die chronobiologischen Funktionen sind ganz eng mit dem autonomen Nervensystem verknüpft und mit dem Hormonsystem, also Hormonstörungen, vegetative Störungen, sind die eine Gefahr und die andere Gefahr geht dann über, geht letztendlich von einer mangelnden Balance oder Harmonie der Spektralanteile in solchen kalten Lichtquellen aus und da wäre zum Beispiel zu nennen, dass die Netzhaut, aber auch die Haut, die solchem Licht ausgesetzt ist, Schäden erleiden kann. In erster Linie durch Sauerstoffradikale, die vermehrt gebildet werden, also erhöhter Zellstress auf der einen Seite und verringerte Reparaturvorgänge auf der anderen Seite. Da spielt dann zum Beispiel das Fehlen von diesem Nahinfrarotanteil, über den wir vorhin schon ein bisschen ausführlicher gesprochen haben, dieser Nahinfrarotanteil Licht sorgt für eine Verbesserung des Stoffwechsels, für mehr Energie und im Auge zum Beispiel oder auch in der Haut des Gesichts sind diese Prozesse eben sehr wichtig, um mögliche Schäden zu reparieren. Und diese Prozesse fallen dann weg, Reparaturvorgänge fallen weg durch erhöhte Blauanteile, die wir praktisch bei allen LEDs, bei allen Weißlicht LEDs heute finden, sorgen für mehr Stress in der Zelle, für mehr Sauerstoffradikale und dadurch entsteht praktisch so eine Grätsche, das ist quasi eine Schere, die aufgeht, mehr Zellstress und mehr Zellschäden auf der einen Seite und weniger Reparatur und Regeneration auf der anderen Seite. Julia: Und da ist dann vermutlich auch wahrscheinlich das Problem einfach die lange Exposition oder? Zu dem Blaulicht, weil wir einfach dann viele, viele Stunden untertags eigentlich nur mehr diesem Licht ausgesetzt sind oder? Also ist es dann eine Zeitfrage auch? Weil so akut habe ich ja jetzt keinen, wie gesagt bei der Sonne merke ich es nach zwei, drei Stunden schon, aber ich habe nicht dieses gleiche Gefühl, wenn ich jetzt einen ganzen Tag unter LEDs verbringe. Dr. Alexander Wunsch: Ja klar. Ich meine, man kann zum Beispiel auch den ganzen Tag hinter einem Fenster verbringen im Sonnenlicht, da bekommt man auch keinen Sonnenbrand und die Sonnenfalten, die kriegt man eben erst 20 Jahre später oder die bemerkt man eben erst 20 Jahre später. Es gibt diese Fotos von zum Beispiel Lastwagenfahrern, (Julia: Genau (lachend)) die jetzt durch die Seitenscheibe ständig dem Sonnenlicht ausgesetzt waren und die Seitenscheibe filtert aber den UVB-Anteil raus, der für einen Sonnenbrand sorgen würde. Dadurch merkt man eigentlich nicht, dass da eine Hautbelastung stattfindet, sonst könnte man sich ja zum Beispiel mit Sonnenschutzcreme oder so schützen. Aber die meisten Fensterqualitäten lassen eben UVA-Strahlung sehr stark durch. Das können 60, 70, 80 Prozent sein von dem, was quasi beim Eintritt des Tageslichts ins Fenster vorhanden ist. Das heißt, ich bekomme unter Umständen beim Autofahren innerhalb von kürzester Zeit, also von wenigen Stunden, eine UVA-Überdosierung, von der ich aber direkt nichts bemerke. Ich habe zum Beispiel einen sehr eindrücklichen Versuch, wo man an der Haut spüren kann, wie dieses noch nicht mal UVA-Licht, sondern violettes LED-Licht, das erzeugt an der Lippe beispielsweise unmittelbar eine intensive Wärme, ist fast schon zu sanft formuliert, eigentlich ist es eine Art Hitze. Wenn ich dann mit einem so einem gelben Filter dazwischengehe, dann verschwindet diese Hitze augenblicklich. Damit kann man also anschaulich demonstrieren, dass dieses kurzwellige Licht spürbar die Haut nicht nur aufheizt, also das Gewebe nicht nur aufheizt, sondern es fängt auch an so unangenehm zu kribbeln. Das sind dann beispielsweise diese Sauerstoffradikale, die im Gewebe gebildet werden durch das kurzwellige Licht. Dadurch, dass man einen Filter dazwischenschaltet, sind diese negativen oder unangenehmen Warnehmungen schlagartig beseitigt. Sowas passiert letzten Endes im Auge, wenn wir Licht um uns herum haben, das mit hohen kurzwelligen Anteilen versehen ist. Nur die Netzhaut des Auges hat eben anders als die Haut ein paar Nerven, die jetzt Unbehagen oder ein Missempfinden vermitteln würden. Wozu hätte sich unser Auge jetzt auch gegen Kaltlichtquellen schützen sollen? Im Laufe der Evolution gab's niemals die Anforderungen dafür, sondern unser Auge musste Mechanismen entwickeln, mit dem Sonnenlicht klarzukommen, unser Auge musste Mechanismen entwickeln mit dem Feuerschein klarzukommen, aber eben nicht mit diesen Leuchtmitteln oder Lampen, die die Ingenieure, die Lichttechniker, in den letzten 80 Jahren entwickelt haben. Julia: Das heißt, was wären jetzt Ihre Empfehlungen oder was wären die besten Lampen für zuhause? Was sollte man dann da für Lampen haben oder wonach sollte man da auf jeden Fall schauen? Worauf sollte man da achten? Dr. Alexander Wunsch: Zum einen sollte man halt drauf achten, dass man dem Lichthunger, der den meisten Menschen angeboren ist, dass man den nicht versucht unbedingt mit Kunstlicht zu stillen, sondern dass man versucht den Lichthunger tagsüber mit dem natürlichen Tageslicht zu stillen und nachts sollte das Licht in erster Linie der Orientierung dienen und Kunstlicht mit natürlicher Spektralverteilung, da gibt's eigentlich nur 2 Möglichkeiten. Das ist einmal die Standard-Glühlampe, die nicht mehr hergestellt werden darf und die Halogen-Glühlampe. Das sind die beiden künstlichen Lichtquellen, die eine natürliche Spektralverteilung aufweisen. Man hat dabei eine optimale Farbwiedergabe, man hat eine Spektralverteilung, an die unser Organismus seit Jahrmillionen sich anpassen konnte. Bei diesem Spektrum können wir davon ausgehen, dass unser Organismus damit optimale Strategien entwickeln konnte, um das Positive rauszuziehen und keinen negativen Effekte erleiden zu müssen. Von LEDs beispielsweise, Energiesparlampen, rate ich persönlich ab, außer in speziellen Anwendungsbereichen, also ich habe immer eine kleine Taschenlampe, die ist so groß wie mein kleiner Finger, in der Hosentasche. Das ist natürlich eine LED, weil da kommt mehr Licht raus als aus so einer Riesenlampe, die jetzt auch gar nicht mehr als Taschenlampe bezeichnet werden kann eigentlich, weil sie zu groß war und Monozellen drin. Also da hat sich durchaus was geändert und LEDs, zum Beispiel gibt's auch Fluoreszenz-LEDs, die ein breitbandiges gelbes Spektrum erzeugen. Da kann man eine oder zwei als Nachtbeleuchtung optimal verwenden. Das genügt absolut, um zum Beispiel den Weg ins Badezimmer und wieder zurück ins Bett zu finden, ohne dass man den Biorhythmus, ohne dass man den Melatoninhaushalt beispielsweise negativ beeinflusst. Man braucht in der Nacht nur ganz geringe Lichtstärken oder Beleuchtungsstärken, um sich orientieren zu können. Unser Auge ist im weiten Bereich anpassungsfähig und kann mit den verschiedensten Helligkeitspegeln umgehen und dabei sollte man zum Beispiel dann auch drauf achten, dass künstliches Licht vor sagen wir mal 1.000 Jahren kam sicherlich nicht von oben von der Decke, sondern höchstens aus der Horizontalebene oder eher noch vom Boden, das heißt, ein Lagerfeuer oder eine Fackel, die an der Wand hing, aber kein Licht von oben. Man sollte auch hier die natürlichen Richtungen, die wir beobachten können, die unterschiedlich sind am Tag und in der Nacht, sollte man eigentlich auch noch mitberücksichtigen. Also einfach mal zurückgucken, wie war es vor langer Zeit, dann weiß man, woran sich unser Körper eigentlich gewöhnt hat und wenn man das nachempfindet, dann kann man quasi auf einen evolutionären Erfahrungsschatz bauen, der in unserem Körper eingespeichert ist, auch wenn es uns nicht so bewusst ist. Julia: Wird das Spektrum oder wird das irgendwie angegeben eigentlich auf der Verpackung? Also wenn ich mir jetzt ein warmweißes Licht zum Beispiel kaufen möchte, wo steht das drauf oder worauf sollte ich da schauen beim Kauf dann von den Lampen? Dr. Alexander Wunsch: Ja, das steht schon drauf. Aber es gibt gerade bei dieser, ob jetzt warmweiß oder kaltweiß, da sprechen wir von der sogenannten Farbtemperatur des Lichtes, die wird in Kelvin angegeben. Kelvin ist die Temperatur ausgehend vom absoluten Nullpunkt, der liegt bei minus 273 Grad so round about. Das heißt also 320, 310 Kelvin entsprechen dann der Körpertemperatur, also 273 plus die 37 Grad Körpertemperatur, landen wir bei 310 Kelvin. Bei Lichtquellen ist es dann so, bei einer Glühlampe, die hat 2.700 Kelvin, eine Halogenlampe hat 3.100 Kelvin, und dann ist eigentlich Schluss. Denn es gibt kein Metall mit einem höheren Schmelzpunkt als Wolfram, also Wolfram ist der Glühfaden in der Glühlampe gefertigt, und deswegen können wir mit dem Glühvorgang keine höheren Farbtemperaturen erzeugen. Als Kunstlichtquelle mit einer echten höheren Temperatur bleibt dann eigentlich nur die Kohlebogenlampe, die aber technisch sehr anspruchsvoll ist und außerdem raucht und qualmt und meistens viel zu hell wäre. Die ist auch heute eigentlich nicht mehr handelsüblich. Für alle höheren Farbtemperaturen, kaltweiß, zum Beispiel jeder Computerbildschirm wird mit einer Farbtemperatur von 6.500 Kelvin ausgeliefert, da orientiert man sich an der Sonne, die sagen wir mal so 5.700 Kelvin Oberflächentemperatur hat und allerdings eben auch wirklich so heiß ist, genauso wie der Wolfram-Faden wirklich so heiß ist, wie es der angegebenen Farbtemperatur entspricht. Kaltlichtquellen, die weisen keine echte Farbtemperatur, keine physikalische Temperatur von 6.000 Kelvin auf, sondern eine sogenannte korrelierte Farbtemperatur. Das ist ein ähnlichster Farbeindruck, den eine Lichtquelle mit tatsächlich dieser Temperatur hervorrufen würde. Das klingt jetzt ein bisschen kompliziert, aber es ist im Prinzip eine Berechnungsmethode, um einer kalten Lichtquelle einen Farbeindruck zuweisen zu können. Da fängt die Irreführung letzten Endes an. Die Farbtemperaturen, die man auf den Packungen von Lampen findet, die beziehen sich nicht auf die echte Temperatur, sondern auf die ähnlichste Temperatur, die einen solchen Farbeindruck hervorrufen würde, also man kann sich an der Glühlampe mit einer echten Farbtemperatur so von 2.700 Kelvin natürlich die Finger verbrennen, aber man verbrennt sich bei einer LED mit 7.000 oder 8.000 Kelvin eben nicht die Finger, weil das Licht auf eine ganz andere Art erzeugt wird und weil hin- und her gerechnet wird und man dann hinterher einen Wert angibt, der aber letzten Endes über die Qualität des Lichts nichts aussagt. Das heißt also, eine warmweiße - und das ist immer warmweiß - Glühlampe hat sehr wenig Blau und sehr viel Nahinfrarot. Eine warmweiße LED hingegen kann relativ viel Blau enthalten und enthält kein Nahinfrarot. Aber es ist für das viele Blau dann zum Beispiel ein bisschen mehr Rot oder Orange oder Gelb beigemischt, sodass das Messgerät hinterher einen Wert ausgibt, der auch 2.700 Kelvin lautet. Aber diese 2.700 Kelvin von einer Kaltlichtquelle haben nichts mit den echten 2.700 Kelvin von einer thermischen Lichtquelle zu tun. Und deswegen, also es sind optische Täuschungen letztendlich. Das Licht scheint wärmer auszusehen bei so einer LED, bei einer warmweißen LED hat aber dann für eine warme Lichtquelle eigentlich viel zu viel Blauanteile. Julia: Das heißt eigentlich, egal, was da draufsteht bei der LED, sollte man eigentlich nicht verwenden im Haus, wenn es irgendwie geht, wenn man es beeinflussen kann, sondern auf Halogen oder vielleicht sogar auf echte Glühbirnen noch setzen. Es gibt ja noch die Möglichkeit, die auch zu kaufen. Dr. Alexander Wunsch: Wenn man wirklich Licht verwenden möchte, Kunstlicht verwenden möchten, das für die Gesundheit die geringsten Risiken bietet, dann ist aus meiner Sicht im Moment nur die Glühlampe oder die Halogen-Glühlampe zu empfehlen. Und bei LEDs muss man immer berücksichtigen, dass die Hersteller versuchen das Ganze von der sinnlichen Anmutung her angenehm zu gestalten, angenehmer zu gestalten, aber sie bedienen sich dabei bestimmter Trick, zum Beispiel Filament-LEDs, das sind die neuesten LED-Formen, die sehen sogar wieder aus wie Glühlampen, haben auch die Schraubfassung, da sind dann solche kleinen LCDs aufgereiht. Dr. Alexander Wunsch: Es gibt heute solche Filament-LEDs, die sehen aus wie Glühlampen von der äußeren Form, haben auch eine Schraubfassung, und innendrin ist wie so ein Glühfaden, sodass man praktisch aus der Entfernung denkt, es handelt sich wieder um die gute alte Glühlampe. Aber tatsächlich ist es dann so, dass wenn man durch einen Graufilter oder durch eine sehr, sehr starke Sonnenbrille sich den Glühfaden, den scheinbaren Glühfaden anguckt, dann stellt man fest, dass hier zum Beispiel 4 kaltweiße LEDs und eine rote LED immer wieder in Folge zu erkennen sind. Das heißt, es ist ein Stream, also ein Streifen von winzigen LEDs, wo der Hersteller durch die Wahl der Lichtfarbe, dass er eben jede 5. LED mit einer roten Lichtfarbe versieht, dadurch erreicht er, dass der Messwert, die Farbtemperatur eher in Richtung warmem Licht geht. Tatsächlich haben wir aber eine Lichtzusammensetzung mit hohen Blauanteilen durch die weißen, eher kaltweißen LEDs und das Messgerät verrechnet dann die plötzliche Rotstrahlung, indem die kaltweiße Farbtemperatur nummerisch dann in Richtung warmweiß geht. Die Tricks oder die Möglichkeiten Einfluss auf die Spektralzusammensetzung zu nehmen, sind halt bei einer LED sehr groß und der Laie kann nicht auseinanderhalten, was da jetzt im Einzelnen passiert im Inneren einer solchen Lampe. Bei einer Glühlampe ist es ganz eindeutig, da ist es ein Faden aus Metall und der glüht und der gibt dementsprechend immer dasselbe Spektrum ab. Das können die modernen Lichtquellen halt leider nicht so einfach. Julia: Ja. Ich sehe schon, die Zeit verrennt und es gäbe noch so viele Fragen. Ich würde noch ganz gerne zum Abschluss die Anknüpfung an den Anfang machen. Und zwar haben Sie eben schon erzählt, dass man auch erstmal Licht und vor allem mit ganz speziellen Wellenlängen auch therapeutisch einsetzen kann und das ist etwas, mit dem Sie in Ihrer eigenen Praxis sehr viel arbeiten. Wir haben über das Nahinfrarot schon gesprochen. Ich würde jetzt gerne einfach nur, einfach auch aus Zeitgründen, gerne Infrarot herausnehmen, weil es auch etwas ist, womit viele Leute vielleicht schon Kontakt hatten, es gibt Infrarotkabinen. Ist das etwas, was empfehlenswert ist? Muss man da auch vorsichtig sein? Gibt's da Unterschiede? Das wäre eben wirklich etwas, eine tolle Information, auch für die Zuhörer und Zuschauer, weil sich jetzt viele überlegen, vielleicht sowas anzuschaffen und meist auch sehr verunsichert, weil es ein unglaubliches Angebot an verschiedenen Produkten gibt. Dr. Alexander Wunsch: Na ja, es wäre schön, wenn es da eine einfache Antwort drauf gäbe, aber beim Infrarotbereich haben wir auch wieder 3 verschiedene grobe Rasterungen. Es gibt das Infrarot A, es gibt das Infrarot B, Ferninfrarot oder Infrarot C und die wirken alle unterschiedlich auf den Organismus. Wenn es darum geht, dass man eine Tiefenwirkung erreicht, dann ist das Infrarot A eigentlich das einzige, was hier in der Lage ist, in die Tiefe des Gewebes zu kommen. Infrarot A bekommt man allerdings technisch eigentlich immer nur im Paket mit Infrarot B in Form von Glühlampen, die teilweise mit Filter ausgestattet sind, das sind die klassischen Infrarotlampen, die man so kaufen kann für relativ wenig Geld. In dem Moment, wo es dann um Infrarotkabinen geht, da gibt's unterschiedliche Ausführungen, solche, die eben quasi Fifty Fifty Infrarot A, Infrarot B haben, andere haben dann einen höheren Anteil in der Infrarot B und auch im Infrarot C Bereich. Je langwelliger das Ganze wird, umso mehr verlagert sich die Wirkung auf eine eigentlich reine Reizwirkung auf der Hautfläche. Denn schon Infrarot B ist langwellig, dass es nicht mehr in die Tiefe geht. Zum Beispiel eine Sauna, wenn der Saunaofen eine Temperatur von 200 Grad hat beispielsweise die Steine, dann haben wir es eher mit einem Dunkelstrahler zu tun, der eher im Infrarot C Bereich angesiedelt ist. Julia: Das heißt, was ich gesehen habe, es werden auch so Vollspektren Infrarot-Saunen angeboten. Ist es dann etwas, wenn man sagt, man möchte sozusagen ein abgerundetes Paket haben, ist das etwas, was man sich durchwegs anschaffen sollte oder eher nicht? Dr. Alexander Wunsch: Hm. Man muss sich dabei immer überlegen, worum es jetzt im Einzelfall geht. Die ganzen elektrischen Systeme können unter Umständen elektromagnetische Störstrahlungen erzeugen. Man ist jetzt anders als bei einer Schwitzhütte halt dann Magnetfeldern, elektromagnetischen Feldern unter Umständen ausgesetzt. Manche Menschen reagieren darauf eher mit einer Unverträglichkeit, Sonnenlicht beispielsweise hat weniger als 5 Prozent Infrarot B, also alles, was jetzt eine spürbare Wärme auf der Haut erzeugt, dabei handelt es sich dann um Infrarot-Technologien, die nicht mehr mit dem Sonnenlicht vergleichbar sind. Julia: Ja, es ist einfach interessant, weil da einfach viel am Markt ist und man dann verunsichert ist und gar nicht weiß, wofür man sich entscheiden soll. Und einerseits sehr positives natürlich hört, deswegen ist das einfach interessant, einen Experten mal zu fragen, was Ihre Meinung dazu ist. Dr. Alexander Wunsch: Vielleicht, um da nochmal einen Satz anzuhängen, es ist gibt viele Hersteller von solchen Infrarot-Saunen, man kann da bei den verschiedenen Herstellern auch Berichte lesen über die Wirkungen. Wenn sich sowas gut anfühlt und wenn man es vernünftig dosiert, dann ist es sicherlich vorteilhaft. Nur mit solchen Empfehlungen diesbezüglich bin ich zurückhaltend, man weiß nie, was dann der Anwender letztendlich aus einer Empfehlung macht, denn die Frage, was ist die optimale Dosierung, das wäre dann im Einzelfall zu klären. Die meisten Wärmekabinen haben ein Strahlungsspektrum, das mit dem Spektrum des Sonnenlichtes nicht übereinstimmt. Die Glühlampe und eine Kerzenflamme haben im Prinzip ein sehr, sehr ähnliches Spektrum, das heißt Feuer, das Feuerspektrum und das Glühspektrum, die würde ich noch als natürlich bezeichnen. Aber schon da ist es dann für eine häufige Daueranwendung wieder ein Thema, dass ich eben ein paar tausend Watt an Strahlungsleistung eigentlich nicht mit Gleichstrom erbringen kann. Das heißt ich muss wieder den Wechseltrom verwenden und dann muss man einfach eine Abwägung machen. 20 Minuten Licht oder Wärmelicht, das mit 100 Hertz pulsiert, kann sogar besser funktionieren als wenn es ungepulst wäre, aber jetzt stundenlang in einer elektrischen Sauna zu sitzen, diesem künstlichen Strahlungsumfeld, kann unter Umständen auch für den ein oder anderen eher negative Wirkungen mitbringen. Julia: Ja. Ich sehe schon, es ist alles nicht ganz so einfach, wie man es sich eben wünschen würde, aber trotzdem danke für die Zeit, für diese tollen Ausführungen. Wo können jetzt Zuhörer und Zuschauer vielleicht mehr noch über Sie erfahren oder auch zum Beispiel über die Praxis in Heidelberg? Dr. Alexander Wunsch: Zum einen habe ich einen Vimeo Kanal, wo eine ganze Reihe von Vorträgen von mir frei verfügbar sind und wem das nicht reicht, wer also da gerne einen persönlicheren Kontakt hätte, es findet zum Beispiel im November, ich glaube, es ist der 18. November, in Heidelberg ein Seminar statt über die Wirkung von Licht, über die Wirkungen von Sonnenlicht, Kunstlicht und farbigem Licht. Das ist bestimmt ein guter Einstieg, wo man dann eben auch in so einer Seminarsituation auch spezifische Fragen stellen kann, wo auch individuell sozusagen maßgeschneidert dann Themen erörtert werden können. Ansonsten bezüglich der Praxis haben Sie mich jetzt noch angesprochen. Da ist das Problem eigentlich, also ich habe bezüglich des Medizintourismus meine Vorbehalte. Das heißt, wenn sich jemand jetzt sagen wir mal hunderte von Kilometern auf den Weg macht, um in einer bestimmten Praxis vorstellig zu werden, dann ist das Ganze so aufgeladen mit Erwartungen, wo es dann sehr schwer ist, das unter Umständen zu erfüllen. Da bin ich normalerweise nicht so der Freund davon, aber natürlich ist, ich bin niedergelassener Arzt und wenn jemand jetzt Probleme hat, dann sind die unter Umständen auch nur in diesem Rahmen angehbar. ###Praxis in Heidelberg ##Termine und Veranstaltungen ##PaleoConvention am 2. - 3. Septmeber in Berlin Bücher Weitere Folgen Schlafmangel, Stress und die besten Hacks für erhöhte Leistungsfähigkeit. Interview mit Biohacker und Unternehmer Fabian Foelsch Das Natur-Defizit Syndrom - Interview mit Prof. Dr. Jörg Spitz Better Body – Better Brain: Selbstoptimierung von Körper und Geist - Anja Leitz im Interview Wie die Neurochemie des Flow-Zustand mit Ernährung, Schlaf und chronischer Entzündung zusammenhängt - Interview mit Max Gotzler Artikel Publikationen von Alexander Wunsch [Baggerly, Carole A., et al. "Sunlight and vitamin D: Necessary for public health." Journal of the American College of Nutrition 34.4 (2015): 359-365.](Baggerly, Carole A., et al. "Sunlight and vitamin D: Necessary for public health." Journal of the American College of Nutrition 34.4 (2015): 359-365.) Eells, Janis T., et al. "Mitochondrial signal transduction in accelerated wound and retinal healing by near-infrared light therapy." Mitochondrion 4.5 (2004): 559-567. Webseiten Alexander Wunsch Paleo Low Carb - JULIAS BLOG | (auf Facebook folgen)

Transiente Strukturen spielen eine Schlüsselrolle für das Verständnis molekularer Reaktionen. Lasergetriebene Plasma-Röntgenquellen bieten die Möglichkeit, die Dynamik solcher Strukturen mit einer Zeitauflösung im Sub-Pikosekundenbereich durch Anlagen im Maßstab eines normalen Universität-Laserlabors zu verfolgen. In dieser Arbeit wird Aufbau, Charakterisierung und Optimierung einer solchen Röntgenquelle mit einer Photonenenergie von 8 keV, ihre Integration in einen Anrege-Abtast-Aufbau und erste Experimente beschrieben. Die Anlage wurde speziell für Experimente an molekularen Kristallen entworfen, die eine möglichst hohe Anzahl an Röntgenphotonen pro Impuls erfordern und für einen unterbrechungsfreien Betrieb von bis zu acht Stunden bei 10 Hz ausgelegt. Polarisation, Einfallswinkel, Chirp und Bündeldurchmesser der Laserimpulse, welche die Röntgenstrahlung erzeugen, wurden optimiert. So können bis zu 3e10 Röntgenphotonen pro Sterad und Laserimpuls mit einem Rauschen der Anzahl der Röntgenphotonen von ca. 5 Prozent produziert werden. Dazu wurde auch eine neue Methode entwickelt, um die Optiken der Röntgenerzeugung vor Debris zu schützen. Für die Dauer der Röntgenimpulse lässt sich aus den Anrege-Abtast-Experimenten eine Obergrenze von wenigen Pikosekunden festlegen. Für die Anrege-Abtast-Experimente mit Anregung im sichtbaren Spektralbereich und Abtastung im harten Röntgenbereich wurde ein Referenzierungsverfahren entwickelt, das bei einer Messzeit von etwa zehn Minuten pro Datenpunkt das Rauschen auf weniger als 0,2 Prozent reduziert. Es basiert auf hoch-orientiertem pyrolytischen Graphit (HOPG) als Referenzprobe. Eine Bestimmung des zeitlichen Nullpunkts dieser Experimente konnte mit transienter Röntgenbeugung an Gallium-Arsenid für verschiedene Anregungswellenlängen im sichtbaren Spektralbereich erreicht werden. Erste Testmessungen an 4-(Diisopropylamino)-benzonitril (DIABN) haben die Eignung der Anlage für Messungen an Molekülkristallen bewiesen, zeigen aber auch, dass die Photostabilität der Proben noch die Anwendbarkeit begrenzt. In einem weiteren Experiment wurde das Verhalten von Gallium-Arsenid nach optischer Anregung untersucht. Dabei wurde durch einen ultrakurzen Laserimpuls mit 800 nm Wellenlänge eine Schockwelle induziert, die lokal das Gitter des Halbleiters verändert. Mittels transienter Röntgenbeugungsexperimente konnten Aufbau und Bewegung dieser Schockwelle über einen großen Zeitbereich von 3 ns mit einer Auflösung im Pikosekundenbereich verfolgt werden. Für den Aufbau der Schockwelle konnte eine charakteristische Zeitkonstante von 47 ps gefunden werden. Die Bewegung der Schockwelle ins Innere des Halbleiters aus dem durch Röntgenbeugung erfassten Volumen erfolgte mit einer Zeitkonstante von 0,61 ns in guter Übereinstimmung mit theoretischen Abschätzungen. Bei einer Anregungswellenlänge von 400 nm wurde der Anstieg beschleunigt, während die Abklingzeitkonstante unverändert blieb.

In dieser Arbeit wird ein schnelles Strahlungsmodell im sichtbaren Spektralbereich erstellt. Ausgehend vom von einem meteorologischen Modell berechneten Zustand der Atmosphäre ergibt dieses Strahlungsmodell die Strahldichte am oberen Rand der Atmosph äre, die ein Satellit messen würde, wenn die Atmosphäre tatsächlich so aussehen würde (synthetisches Satellitenbild). Der Vergleich mit einem tatsächlichen Satellitenbild gibt Hinweise über mögliche Fehler des meteorologischen Modells. Mehrere Forschungsrichtungen werden in dieser Arbeit untersucht. Das Endprogramm (pastat) basiert weitgehend auf Look-Up Tables. Eine Erweiterung der Eddington-Approximation bis auf die dritte Ordnung wird verwendet, um die azimutal gemittelte Strahldichte zu berechnen. Ein Ansatz mit 16 statistisch bestimmten Parametern bringt die notwendige azimutale Abhängigkeit. Das Genauigkeitskriterium für das zu erstellende Strahlungsmodell ist ein relativer Fehler der Re�ektivität unter 10% oder ein absoluter Fehler unter 0.02. Die Erfolgsrate von pastat hängt stark vom Sonnenzenitwinkel ab. Der mittlere relative Fehler von pastat ist eine Gröÿenordnung höher als der von den meisten vorhandenen schnellen Strahlungsmodellen im Infraroten. Im Sichtbaren bringt der Mehrfachstreuterm der Strahlungstransportgleichung nämlich eine erhebliche zusätzliche Erschwernis im Vergleich zum Infraroten. Jedoch wird das Erfolgskriterium in fast allen Fällen von pastat eingehalten. Somit erlaubt dieses Verfahren, Modellfehler auf 10% Genauigkeit zu detektieren. pastat ist das erste schnelle Strahlungsmodell im sichtbaren Spektralbereich für wolkige Atmosphären.

Performed by students of Lars Mlekusch and Karlheinz Essl on March 9th, 2013 at the MUK Vienna. Auf einer USA-Reise im Jahr 2005 war der Colorado River für einige Tage unser Wegbegleiter. Sein unbeirrtes Weiterströmen, seine chamäleonartige Farbigkeit und sein ungeheure Kraft (von dem das Grand Canyon ein berührendes Zeugnis ablegt)erschienen mir als naturgewordene Metapher für eine Komposition, die zu jener Zeit in meinem Kopf herankeimte: ein Werk für Saxophonquartett und Live-Elektronik, dem ich den Namen "colorado" gab. Bei der Aufführung des Werkes sitzen die vier Musiker des Quartetts in der Mitte des Saales; vier Lautsprechern umgeben das Publikum. Die Instrumente (Sopran-, Alt-, Tenor- und Baritonsaxophon) werden von Mikrophonen abgenommen, in Echtzeit von einem interaktiv gesteuerten Computerprogramm verarbeitet und über die Lautsprecher ins Auditorium abgestrahlt, das wiederum als Resonanzkörper und Hallraum fungiert. Die Live-Elektronik basiert auf einer Art „Teilchenbeschleuniger“, der die live eingespielten Klangpartikel der Saxophonisten durch vielfältige Manipulationen im Zeit- und Spektralbereich komplex miteinander überlagert und über ein quadrophones Klangverteilungssystem im Raum verwirbelt. Die Parameter dieses „Teilchenbeschleunigers“ werden von einem fünften Musiker - im Idealfall dem Komponisten selbst - während der Aufführung kontrolliert. (Karlheinz Essl) Info: http://www.essl.at/works/colorado.html

Polymere mit Halbleiter-Eigenschaften haben ein großes Anwendungspotential in der organischen Photovoltaik, da sich ihre optischen und elektronischen Eigenschaften über die molekulare Struktur gezielt ändern lassen. Durch die Synthese von Copolymeren mit besonders kleiner optischer Bandlücke (low-bandgap Copolymere) konnte die Absorption von Sonnenlicht weiter in den infraroten Spektralbereich ausgedehnt und somit die Konversion von Sonnenlicht in elektrische Energie deutlich verbessert werden. Diese neuartigen Donor-Akzeptor Materialien basieren auf einer alternierenden Anordnung von elektronen-reichen und -armen Blöcken, die durch elektronische Kopplung neue Energieniveaus mit kleinerer optischer Bandlücke bilden. Ziel dieser Arbeit ist die eingehende Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften dieser weitgehend unerforschten Moleküle. Die ersten drei Kapitel bieten dem Leser eine Einführung in das Forschungsgebiet und in die theoretische Beschreibung konjugierter Polymere, sowie einen Überblick über den aktuellen technischen Stand organischer Photovoltaik. Kapitel 4 gibt eine Zusammenfassung der verwendeten experimentellen und theoretischen Methoden. Der erste Teil der Untersuchung von Donor-Akzeptor Materialien gilt den Photoanregungen und der korrekten Zuordnung ihrer spektralen Signaturen (Kap. 5). Diese ermöglicht eine Zuordnung der spektralen Signaturen zu stark gebundenen, elektrisch neutralen Exzitonen, bzw. leichter zu trennenden Ladungsträgerpaaren mit kleinerer Bindungsenergie, sogenannten Polaronenpaaren. Aufgrund der schwachen elektrischen Abschirmung von Ladungen in organischen Materialen liegen die meisten Photoanregungen als Exzitonen vor. In dieser Hinsicht zeigen spektroskopische Messungen auf Femtosekunden-Zeitskala erstmals den andersartigen Charakter von Donor-Akzeptor Materialien und demonstrieren den großen Einfluss ihrer Struktur auf die Art der erzeugten Photoanregungen. Sie zeigen, dass bei Photoanregungen dieser neuartigen Materialien neben Exzitonen auch ein beträchtlicher Anteil an Polaronenpaaren entsteht. Diese Donor-Akzeptor Materialien weisen einen Polaronenpaar-Anteil von bis zu 24% aller Photoanregungen auf, was dem Dreifachen der Effizienz vergleichbarer Homopolymere entspricht (Kap. 6). Weitere Untersuchungen zeigen außerdem eine erhöhte Erzeugungsrate bei kürzeren Anregungswellenlängen. Dies kann auf eine Korrelation mit einem ausgeprägten Elektronentransfer der involvierten Wellenfunktion zurückgeführt werden, welcher in theoretischen Simulationen deutlich wird (Kap. 7). Zusammenfassend geben die in dieser Arbeit dargestellten Ergebnisse einen detaillierten Einblick in die optischen und elektronischen Eigenschaften von Donor-Akzeptor Copolymeren und den starken Einfluss der molekularen Struktur auf die ersten Schritte der photovoltaischen Stromerzeugung. Zusammenhänge zweier Schlüsselfaktoren für die Effizienzsteigerung zukünftiger organischer Solarzellen mit Materialparametern werden deutlich. Dies sind die Erzeugungseffizienz und die Lebensdauer von Polaronenpaaren und deren Abhängigkeit von der Elektronegativität und der Abstand von Akzeptor- zu benachbarten Donorsegmenten. Weiterhin konnte eine ausgeprägte Polaronenpaar Erzeugung über das ganze Absorptionsspektrum nachgewiesen werden. Diese Erkenntnisse bieten eine große Hilfestellung bei der weiteren Optimierung von Polymeren für Photovoltaik. Außerdem heben sie den wichtigen Beitrag der Ultrakurzzeit Spektroskopie zum grundlegenden Verständnis der Polaronenpaarerzeugung hervor. Mit diesen Mitteln könnte eine Verringerung des Spannungsverlustes möglich werden, der zur Ladungsträgertrennung in organischen Materialien nötig ist.

Eiswolken und insbesondere hohe Zirruswolken bedecken im globalen jährlichen Mittel bis zu 30 % der Erde und haben deshalb einen signifikanten Einfluß auf das Klima. Eine Besonderheit hoher Eiswolken ist, dass sie einen wärmenden Effekt auf das System Erde und Atmosphäre besitzen können. Dieser wärmende Effekt wird u. a. durch tägliche und saisonale Variationen der optischen Eigenschaften beeinflußt. Um genaue Messungen der optischen Eigenschaften von Aerosolen und Zirruswolken zu erhalten, wurde 2006 die "Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations" (CALIPSO) Mission in einen polaren Orbit gestartet. Mit Hilfe des Hauptinstrumentes, des "Cloud- Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization" (CALIOP), können nun optische Eigenschaften von Aerosol- und dünnen Wolkenschichten mit bisher unerreichter Genauigkeit und Sensitivität bestimmt werden. Allerdings erlaubt dieser Orbit mit einer Wiederkehrdauer von mehr als zwei Wochen keine Ableitung von Tagesgängen der optischen Eigenschaften und des Bedeckungsgrades von Zirruswolken, weshalb in dieser Arbeit der Wolkensensor "Spinning Enhanced Visible and Infrared Imager" (SEVIRI) auf dem geostationären "METEOSAT Second Generation" (MSG) Satelliten benutzt wird. SEVIRI deckt mit seinen Messungen fast ein Drittel der Erde ab und reicht von 80 N bis 80 S und von 80 W bis 80 E bei einer räumlichen Auflösung von bis zu 3 km x 3 km im Nadir und einer zeitlichen Auflösung von 15 Minuten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein gänzlich neuer Ansatz verfolgt, um die Vorteile beider Instrumente (die hohe Sensitivität und Genauigkeit von CALIOP und die hohe zeitliche und räumliche Auflösung von SEVIRI) miteinander zu verbinden: Der "Cirrus Optical properties derived from CALIOP and SEVIRI during day and night" (COCS) Algorithmus basiert auf dem Prinzip künstlicher Neuronaler Netze und leitet die optischen Dicken von Zirruswolken und deren Oberkantenhöhen aus Messungen der Infrarotkanäle des Instrumentes SEVIRI ab, was Beobachtungen sowohl in der Nacht als auch am Tage ermöglicht. Dieses Neuronale Netz wurde mit gleichzeitigen Messungen der optischen Dicken und Höhen der Wolkenoberkante von CALIOP trainiert. In dieser Arbeit wird die Entwicklung von COCS und die Validierung mit zwei unterschiedlichen Lidar-Messungen beschrieben, mit denen von CALIOP und mit denen des flugzeuggetragenen "High Spectral Resolution Lidar" (HSRL). Die Validierungen zeigen die hohe Genauigkeit des hier entwickelten Algorithmus in der Ableitung der optischen Dicken und Höhen der Wolkenoberkante von Zirruswolken. Zusätzlich wurden auch Vergleiche der COCS-Ergebnisse mit zwei weiteren auf SEVIRI basierenden Algorithmen durchgeführt: Zum einen mit dem "METEOSAT Cirrus Detection Algorithm 2" (MECiDA-2), welcher ebenfalls die thermischen Infrarotkanäle benutzt, zum anderen mit dem "Algorithm for the Physical Investigation of Clouds with SEVIRI" (APICS), welcher zur Ableitung der optischen Eigenschaften von Wolken sowohl auf den Infrarotkanälen als auch auf Kanälen im sichtbaren Spektralbereich basiert. Die Validierung zeigt hervorragende Ergebnisse für die Erkennung von Zirruswolken mit einer Fehldetektionsrate von unter 5 % und einer Detektionseffizienz von bis zu 99 % ab einer optischen Dicke von 0.1. Ebenfalls wird eine Standardabweichung von 0.25 für die optische Dicke und 0.75 km für die Höhe der Wolkenoberkante nachgewiesen. Basierend auf fünf Jahren prozessierter COCS-Daten werden die Tagesgänge von Zirruswolken in verschiedenen Regionen der Erde analysiert und diskutiert. Die Ergebnisse zeigen ausgeprägte Tagesgänge des Zirrusbedeckungsgrades und der optischen Dicke, welche sich von den Vorhersagen des "European Centre for Medium-range Weather Forecasts" (ECMWF) unterscheiden. Eine Betrachtung des Bedeckungsgrades hoher Wolken, vorhergesagt durch das ECMWF, und der Ergebnisse des COCS Algorithmus zeigt gut übereinstimmende Tagesgänge in konvektiven Regionen, während Unterschiede in nichtkonvektiven Regionen über dem Nord- (NAR) und Südatlantik (SAR) sichtbar werden. Generell wird vor allem in diesen Regionen ein höherer Bedeckungsgrad mit Unterschieden von 3-10 % durch COCS errechnet. Abschließend werden die Unterschiede der NAR und SAR diskutiert, da im Nordatlantik einer der meist frequentierten ozeanischen Flugkorridore liegt. Hier mischen sich die heißen Flugzeugabgase mit kalten Luftmassen und führen zur Bildung von Kondensstreifen. Diese Kondensstreifen verlieren mit der Zeit ihre lineare Form und können anschließend nicht mehr von natürlich entstandenen Zirruswolken unterschieden werden. Grundsätzlich zeigt sich hier eine starke Korrelation des Tagesganges von Bedeckungsgrad und optischer Dicke der Zirruswolken mit der Luftverkehrsdichte. Es werden Unterschiede von bis zu 3 % im Bedeckungsgrad zwischen NAR und SAR detektiert.

Eine wichtige Frage in der aktuellen Wetter- und Klimaforschung ist die quantitative Erfassung des Luftmassenaustauschs durch die Tropopause. Dabei hat insbesondere der Fluss an Ozon und Wasserdampf durch die Tropopause einen großen Einfluss auf die Chemie und die Strahlungsbilanz der Atmosphäre und spielt damit eine wichtige Rolle für das Verständnis und die Vorhersage des globalen Klimawandels. Mit modernen meteorologischen Messinstrumenten sind die Beobachtungsfehler allerdings teilweise noch vergleichsweise groß und manche Größen lassen sich nur indirekt bestimmen. Es besteht daher großer Bedarf an zusätzlichen und genaueren Beobachtungsmethoden, mit möglichst hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung und hoher Genauigkeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Messinstrument AMALFI (Amalgamated Lidars for the Measurement of Trace Gas Fluxes in the Atmosphere), zur Tracer-basierten Vermessung von Austauschprozessen durch die Tropopause, fertiggestellt. Es wurde ein leistungsstarkes Ozonlidar entwickelt, das die Möglichkeiten des am DLR bestehenden Wasserdampflidar WALES (WAter Vapor Lidar Experiment in Space) dahingehend erweitert, dass Ozon und Wasserdampf gleichzeitig mit einem Instrument gemessen werden können. Dazu wurde ein OPO-basierter Frequenzkonverter entwickelt, welcher aus dem Licht der Wellenlänge 1064 nm die erforderlichen UV-Wellenlängen durchstimmbar im Bereich um 305 nm mit einer mittleren Ausgangsleistung von über 1 Watt erzeugt. Dabei lag aufgrund der limitierten Zerstörschwellen der Optiken die größte Herausforderung in der Steigerung der mittleren Ausgangsleistung um eine Größenordnung im Vergleich zum bereits am DLR bestehenden Ozonlidar-Transmitter. Der hier entwickelte flugzeugtaugliche Konverter ist optisch sowie mechanisch und elektrisch mit den 100-Hz Nd:YAG-Pumpmodulen von WALES kompatibel, sodass eine unkomplizierte und schnelle Modifikation von dem Vier-Wasserdampf-Wellenlängen-Lidar WALES auf das Zwei-Wasserdampf- und Zwei-Ozon-Wellenlängen-Lidar ermöglicht wird. Mit AMALFI besteht weltweit erstmals die Möglichkeit, mittels aktiver Fernerkundung gleichzeitig Ozon und Wasserdampf in der Tropopausenregion von dem Flugzeug HALO aus zu vermessen. Aufgrund der mit HALO verbundenen Terminverzögerungen konnten keine gemeinsamen Ozon- und Wasserdampf-Messungen vorgenommen werden. Alternativ wurde der entwickelte Ozon-Lidartransmitter vom Boden aus getestet und mit zwei unterschiedlichen Ozonmessverfahren des DWD-Observatoriums vom Hohenpeißenberg validiert. Im Rahmen der Messgenauigkeiten konnte eine Übereinstimmung der drei Instrumente nachgewiesen werden. Weiter kann aus der Übereinstimmung zwischen den experimentellen Messungen und den numerischen Simualtionen gefolgert werden, dass mit dem Ozonlidar im Flugzeugbetrieb die gestellten Anforderungen zur Vermessung von Ozon im Tropopausenbereich in Bezug auf Auflösung und Genauigkeit tatsächlich erfüllt werden. Damit konnte dessen Eignung im Rahmen der gegebenen Möglichkeiten bewiesen werden. Mit dem hier komplettierten System AMALFI können künftig unter der Verwendung von Wasserdampf und Ozon als sogenannte Tracer gezielt Stratosphären-Troposphären-Austauschprozesse analysiert werden. Somit steht mit AMALFI in der STE-Forschung ein neuartiges Messinstrument mit einer noch nie dagewesenen Messabdeckung von der regionalen bis zur kontinentalen Skala mit der dafür notwendigen hohen räumlichen Auflösung und Genauigkeit zur Verfügung.

In der vorliegenden Arbeit werden mit Methoden der zeitaufgelösten Absorptions- und Fluoreszenzspektroskopie im UV und sichtbaren Spektralbereich zwei in der Photochemie grundlegende Isomerisierungsreaktionen untersucht. Einerseits die perizyklische Ringöffnungsreaktion, andererseits die Z/E-Isomerisierung. Im ersten Teil der Arbeit wird gezeigt, dass die in der Literatur etablierten Mo- delle für die perizyklische Ringöffnungsreaktion von 2,2-Diphenyl-5,6-Benzo(2H)- Chromen nicht vollständig mit den Ergebnissen der zeitaufgelösten Messungen in Übereinstimmung zu bringen sind. Mit einer Kombination von Absorptions- und Emissionsmessungen an diesem Chromen werden Inkonsistenzen der bekannten Modelle aufgezeigt. In einem neuen Reaktionsmodell zur lichtinduzierten Ringöff- nung können diese vermieden werden. Auch ist das neue Modell in der Lage weitere experimentelle Beobachtungen zu erklären. Der zweite Teil der Arbeit zeigt transiente Absorptionsmessungen von unsubstitu- iertem Hemithioindigo (HTI). HTI eignet sich aufgrund seiner moderaten Größe und der lichtinduzierbaren, reversiblen Photoreaktion als Modellsystem für die Erstellung eines Reaktionsmodells zu der von Heteroatomen beeinflussten Z/E- Isomerisierung. Die vorgestellten Messungen bilden die Grundlage für moderne quantenchemische Rechnungen. Durch die Kombination aus Experiment und Theo- rie kann eine Ursache für die großen Unterschiede in der Isomerisierungszeit und Quantenausbeute zwischen Z→E und E→Z-Isomerisierung von HTI gefunden wer- den. Die Rechnungen deuten auf die Existenz eines nicht-reaktiven Zerfallskanals hin, welcher nur vom E-Isomer aus zugänglich ist, und über den ein Großteil der Population des angeregten Zustandes ultraschnell zurück in den Grundzustand ge- langt. Im letzten Teil wird die Isomerisierung einer HTI ω-Aminosäure im Peptidrück- grat eines kurzen linearen und eines langen zyklischen Peptids untersucht. Dabei zeigt sich, dass HTI auch in einem Peptidrückgrat seine Fähigkeit zu Isomerisie- rung behält. Die Zeitkonstante τ 1 , die eine Relaxation im S 1 in einen Zustand mit Ladungstrennungs Charakter (CTC) beschreibt, liegt bei den als Referenz dienen- den reinen Schaltermolekülen und den Chromopeptiden gleichermaßen zwischen 6-10 ps. Die Isomerisierung ist bei den Peptidproben im Vergleich zu den Schalter- molekülen deutlich verlangsamt. Bei dem zyklischen Peptid wurde nach 3 ns nicht das cw-Differenzspektrum des Chromophors erreicht. Somit ist von einer weite- ren Relaxation des HTI-Schalters und des verbundenen Peptids auf einer längeren Zeitskala auszugehen. Die zeitaufgelösten Absorptionsmessungen im Sichtbaren geben zusammen mit Untersuchungen ultraschneller IR-Spektroskopie detaillierte Informationen über die Strukturdynamiken in diesen Chromopeptiden.

Wed, 13 Jul 2011 12:00:00 +0100 https://edoc.ub.uni-muenchen.de/13354/ https://edoc.ub.uni-muenchen.de/13354/1/Regner_Nadja.pdf Regner, Nadja ddc:530, ddc:500, Fakultät für Physik

Diese Arbeit behandelt verschiedene ultraschnelle photochemische Prozesse. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der Charakterisierung der perizyklischen Reaktionen photochromer Indolylfulgide und -fulgimide sowie der Untersuchung verschiedener Möglichkeiten der Beeinflussung dieser Reaktionen. Ein zweites Themengebiet sind die primären Energie- und Elektrontransferprozesse bei der Photosynthese von Purpurbakterien. Die zentralen Charakteristika dieser ultraschnellen photochemischen Reaktionen (Dynamik und Ausbeute) wurden mittels transienter Absorptionsspektroskopie in Abhängigkeit von äußeren Parametern, wie Temperatur, Anregungswellenlänge und Lösungsmittel, studiert. Hierzu wurde die bestehende Messanlage für Mehrimpulsexperimente ausgebaut und deren Impulserzeugung durch nicht-kollineare optisch parametrische Prozesse auf den nahinfraroten Spektralbereich erweitert. Die Ringschlussreaktion von Indolylfulgiden ist eine ultraschnelle, thermisch nicht aktivierte Reaktion auf der Zeitskala von etwa 0,3 ps. Ihre Quanteneffizienz liegt je nach Substitution der Probe und verwendetem Lösungsmittel zwischen 9 und 20%. Hingegen ist die Ringöffnungsreaktion thermisch aktiviert und verläuft über Barrieren auf der Potentialfläche des ersten elektronisch angeregten Zustands. Ihre Reaktionszeit ist abhängig von Substitution und Lösungsmittel und nimmt Werte zwischen 3 und 16 ps an; die Effizienz liegt im Bereich zwischen 0,1 und 15%. Durch Zuführen von thermischer Energie läuft die Ringöffnungsreaktion schneller und effizienter ab. Ihre Quantenausbeute erhöht sich ebenfalls, wenn man optische Überschussenergie durch Belichtung in die kurzwellige Flanke der Absorptionsbande zur Verfügung stellt. Eine weitere Möglichkeit, die Ringöffnungsquanteneffizienz von Indolylfulgiden zu steigern, ist die Anregung aktiver Schwingungsmoden. Für ein neu synthetisiertes Indolylfulgid mit zwei Cyclopropylringen konnte in einem neuartigen Mehrimpulsexperiment die Ringöffnungsquanteneffizienz nach einer vorgeschalteten Ringschlussreaktion um einen Faktor 3,4 auf annähernd 40% gesteigert werden. Für das Purpurbakterium Rhodobacter sphaeroides wurden verschiedene Energietransferprozesse betrachtet. Zunächst wurde der B800-B850-Transfer in den Antennenkomplexen LH2 mittels einer Mutantenstudie untersucht. Hierzu wurde die Aminosäuresequenz im Bereich der B850-Bindungstasche geändert, was eine verringerte thermische Stabilität und eine Verschiebung der Absorptionsspektren bewirkt. Letztere ist mit einer Verlängerung der Transferzeit von 0,7 ps (Wildtyp) auf bis zu 1,0 ps korreliert. Der Wildtyp – optimiert im Laufe der Evolution – besitzt unter allen untersuchten Proben die beste Funktionalität. In einem weiteren Experiment wurde die ultraschnelle Elektrontransferkaskade im Reaktionszentrum studiert. Über den Zerfall der stimulierten Emission des Special Pair P kann der erste Schritt zum Bakteriochlorophyll BA auf etwa 3,3 ps bestimmt werden. Durch die Beobachtung des transienten Zustands P+BA- wurde die Transferzeit des zweiten Schritts zum Bakteriophäophytin HA zu 0,9 ps ermittelt. An Rhodospirillum rubrum konnte schließlich gezeigt werden, dass die Anregung zwischen Reaktionszentrum und LH1-Antennen sehr schnell äquilibriert und der Elektrontransfer im Reaktionszentrum effektiv mit einer Zeitkonstante von etwa 40 ps abläuft.

Experimente mit hohen Struktur- und Zeitauflösungen sind Voraussetzungen, um ein detailliertes Verständnis grundlegender Prozesse auf molekularer Ebene zu erlangen. Zeitauflösungen im Bereich von Femtosekunden kann die Anreg-Abtast-Laserspektroskopie erreichen. Mit Abtastimpulsen im infraroten Spektralbereich lassen sich zudem die nötigen strukturellen Informationen gewinnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein transientes Femtosekunden-Infrarotspektrometer für verschiedene Anwendungen auf dem Gebiet der Molekülphysik weiterentwickelt. Dieses betraf zum Einen eine Erzeugung für abstimmbare Ultraviolett-Anregungsimpulse, zum Anderen eine mehrstufige, optisch parametrische Frequenzkonversion zur Generierung spektral schmalbandiger, abstimmbarer Pumpimpulse im Mittelinfraroten. An Propionsäure-Dimeren, einem Modellsystem für die biologisch relevanten Wasserstoffbrückenbindungen, wurden Infrarot-Anreg-Infrarot-Abtast-Experimente durchgeführt. Die Anregung erfolgte dabei im Bereich der OH-Streckschwingungen, während die CO-Streck- und CH-/OH-Biegeschwingungen abgetastet wurden. Es konnte gezeigt werden, dass diese Schwingungen stark aneinander koppeln. Die genaue Wellenlänge der Infrarot-Pumpimpulse hat Einfluss auf die Relaxation der Schwingungsenergie. Intramolekulare Energieumverteilung findet mit Zeitkonstanten von 0,5 ps und 1,5 ps statt; eine weitere intramolekulare Relaxation, vornehmlich aus mitangeregten CH-Streckschwingungen, sowie das Kühlen zum Lösungsmittel, geschehen mit Zeiten von 12 ps. Darüber hinaus wurde das transiente Brechen nur einer der beiden Wasserstoffbrückenbindungen der Propionsäure-Dimere nach der Infrarot-Anregung beobachtet. Neben umfangreichen Experimenten mittels Ultraviolett-/Sichtbar-Anreg-Infrarot-Abtastspektroskopie wurde an photochromen Fulgiden und Fulgimiden eine Zuordnung von Schwingungsbanden mit Hilfe von Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen durchgeführt. Lichtinduzierte, ultraschnelle und reversibel schaltbare Ringschluss- sowie Ringöffnungsreaktionen zwischen den thermisch stabilen Konformeren wurden untersucht. Mit dem Zerfall eines elektronisch angeregten Zustands, dessen Lebensdauer auf der Zeitskala weniger Pikosekunden anzusiedeln ist, wird das entsprechende Photoprodukt gebildet. Alle Photoreaktionen sind nach 50 ps abgeschlossen. Durch spektral sehr breitbandiges Abtasten konnten auch Infrarotspektren des elektronisch angeregten Zustandes gewonnen und dessen Absorptionsbanden teilweise auch Normalschwingungen zugeordnet werden. Die potentielle Eignung von Fulgiden als ultraschneller, optischer Speicher wurde in einem Schreib-Lösch-Zyklus demonstriert. Mit einem ersten Ultraviolett-Impuls wurde die Ringschluss-, mit einem weiteren Impuls im Sichtbaren nach nur 4 ps die Ringöffnungsreaktion induziert, entsprechend einer möglichen Schalttaktrate von 250 GHz. Die Absorptionsunterschiede aufgrund der Konformationsänderungen konnten im Infraroten ausgelesen werden, ohne die jeweilige Konformation der Moleküle zu verändern.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand in der Manipulation der Primärreaktion von Bakteriorhodopsin (BR). Dazu wurde die Primärreaktion mittels Ultrakurzzeitspektroskopie im Femto- und Pikosekundenbereich eingehend untersucht und erste kohärente Kontrollexperimente an einem Modellsystem durchgeführt. Zuerst wurde der Einfluss der Proteinumgebung, den das Gegenion zur Schiffschen Base des Retinals (Aspartat (D) Position 85) auf die Primärreaktion von BR ausübt, untersucht. Dabei wurde BR mit Halorhodopsin (HR) (fehlendes Gegenion, Threonin (T)) und der BR-Mutante D85T verglichen. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass nur in dem Fall, wenn ein Anion exakt in einem eingeschränkten Bereich um die Position 85 lokalisiert ist, eine BR-ähnliche stationäre Absorption und eine schnelle Primärreaktion mit der BR-typischen Zeitkonstante von 0.5 ps hervorgerufen wird. Fehlt dagegen das Anion oder befindet es sich außerhalb dieses eingeschränkten Bereichs, tritt eine Primärreaktion analog zur Primärreaktion von HR mit einer biexponentiellen Kinetik von 1 bis 10 ps auf. Da in der Literatur widersprüchliche Ergebnisse bezüglich der initialen Bewegungen im angeregten Zustand von BR vorliegen, wurde die Auswirkung der Anregungsdichten auf die Fluoreszenzdynamik analysiert: Bei hohen Anregungsdichten treten spektrale und dynamische Änderungen in der Fluoreszenz auf, die Mehrphotonenprozessen zugeordnet werden können. Diese Mehrphotoneneffekte erklären bestehende Diskrepanzen in der Literatur. Nur für niedrige Anregungsdichten sind lineare und native Anregungsbedingungen gewährleistet, unter denen sich ein biexponentielles Verhalten ergibt. Dabei wurde zum ersten Mal ein dynamischer Stokesshift beobachtet, der auf einen schnellen Umordnungsprozess auf der reaktiven Potentialfläche hindeutet. Ferner wurde der erste schnelle Prozess (

Am Max-Planck-Institut für Quantenoptik steht das 10 Hz Lasersystem ATLAS zur Verfügung, dessen Pulse bei einer Dauer von 160 fs Energien bis zu 800 mJ erreichen und auf Intensitäten bis zu 1019 W/cm2 fokussiert werden können. Bei Bestrahlung dünner Festkörper-Folien (Targets) mit solchen Intensitäten werden zuerst Elektronen auf relativistische Geschwindigkeiten   1 beschleunigt. Diese Elektronen durchdringen das Target und verlassen es rückseitig in Richtung des Laserstrahles bei ponderomotiver Beschleunigung oder entlang der Targetnormalen bei Beschleunigung durch Resonanz-Absorption. Mit konventionellen Magnetfeld-Spektrometern kann nur die Energieverteilung derartiger Elektronenströme bis in den MeV-Bereich bestimmt werden. Da die Elektronen nach dem Target im Vakuum eine Wegstrecke von einigen cm zurücklegen müssen, unterliegen diese Ströme allerdings der Alfven-Grenze IA = 17,5  kA. Ab dieser Stromstärke werden die Elektronen von ihrem eigenen Magnetfeld auf Kreisbahnen gezwungen, so daß der Teilchenfluß zusammenbricht bis der Alfven-Wert unterschritten ist. Bei Laser-Plasma-Experimenten können nun Stromstärken deutlich größer als 1 MegaAmpere auftreten, so daß man gezwungen ist, die Elektronen-Diagnostik unmittelbar mit dem Beschleunigungsbereich des Laser-Targets zu verbinden, wie dies bei der Messung von Röntgenstrahlung oder der Übergangsstrahlung möglich ist. Da der Energiebereich der Röntgendiagnostik um die 10 keV und optische Abbildungen wegen der kleinen Wellenlänge auf wenige Möglichkeiten eingeschränkt sind, können nur begrenzt Aussagen über die Auswirkungen von relativistischen Elektronen bei der Wechselwirkung mit Plasmen gemacht werden. Die Übergangsstrahlung ist sensitiv für den gesamten Energiebereich und deswegen eine Unterscheidung der Elektronen in Energie und dazugehöriger räumlicher Verteilung schwierig. Mit dem Cerenkov-Effekt steht in dieser Arbeit eine Diagnostik zur Verfügung, die auf Elektronenströme aus der Laser-Plasma-Wechselwirkung bei relativistischen Intenstitäten >1018 W/cm2 anwendbar ist. Der Brechungsindex eines optisch transparenten Cerenkov-Mediums legt zusammen mit der optischen Abbildung des Cerenkov-Lichts (im sichtbaren Spektralbereich) den Energiebereich zwischen 180 keV und 230 keV - bei Trajektorien parallel zur Targetnormalen - fest. Mit sehr dünnen Cerenkov-Medien (z.B. 50 µm Tesafilm, direkt auf die Targetrückseite aufgeklebt) und einer schnell geschalteten CCD kann eine örtliche Auflösung bis zu 4 µm genutzt werden, um die Stromprofile und die Anzahl der Elektronen zu messen. Bei Aluminium- und Polypropylen-Targets mit einer Dicke bis zu 10 µm werden filamentierte Elektronenströme großer Dichte gemessen, die von dem Laserpuls in einem ausgedehnten Vorplasma beschleunigt werden. Mit zunehmender Targetdicke verschwindet die Filamentierung und geht in zwei breite Gauß-förmige Lichtverteilungen über. Entsprechend den experimentellen Verhältnissen werden diese beiden Elektronenströme den Beschleunigungsmechanismen der Resonanz-Absorption und der ponderomotiven Kraft zugeordnet. Auch im Fall der Filamentierung wird nachgewiesen, daß die Elektronen ponderomotiv beschleunigt werden. Dazu läßt sich die Anzahl der gemessenen Elektronen (proportional zur Anzahl der Cerenkov Photonen und zur Dicke des Cerenkov Mediums) als Funktion der Laser-Intensität auswerten. Darüber hinaus zeigen Experimente unter Einsatz einer weiteren Pockelszelle nach dem Regenerativen Verstärker, mit dem sich der ASE-Vorpuls (amplified spontaneous emission) mit einer Dauer zwischen 0,5 und 5 ns kontrollieren läßt, daß das Vorplasma einen wesentlichen Einfluß auf die Elektronenbeschleunigung hat. Die ASE-Intensität und -Energie ist groß genug (1012 W/cm2), um ein Vorplasma mit unterkritischer Dichte ( ) zu zünden, in dem die Länge des Dichtegradienten von der Größenordnung (100 µm) der Ringdurchmesser der filamentierten Strukturen ist. Der Durchmesser eines einzelnen Stromfilaments von mehr als 10 µm wird vor allem durch die Hintergrundplasmadichte eingestellt, in dem durch die Ladungstrennung starke Rückströme aufgebaut werden. In dieser Situation der sich begegnenden Ströme können die Magnetfelder zumindest teilweise kompensiert werden, so daß die Vorwärtsströme die Alfven-Grenze für die Stromstärke um viele Größenordnungen übersteigen können. Bei diesen Verhältnissen bilden sich über die Weibel-Instabiltiät die filamentierten Ringstrukturen, die bereits in entsprechenden 2D- und 3D-PIC-Simulationen (Particle-In-Cell) untersucht wurden. In diesem Zusammenhang wurde auch das sog. Anomale Stoppen vorhergesagt, das zu einem Energieübertrag der Elektronen an das Hintergrundplasma führt, der deutlich größer ist als bei klassischen Coulomb-Stößen. Das Anomale Stoppen geht zurück auf die Koaleszenz ("merging") benachbarter Filamente, die jeweils ein Vielfaches der Alfven-Stromstärke transportieren können. Die dabei aufgebauten starken elektrischen und magnetischen Felder (1010 V/cm, Mega-Gauss) beziehen ihren Energieinhalt aus der kinetischen Energie der Elektronen und Übertragen diesen in einer lokalen, räumlichen Expansion an die Plasma-Ionen. Durch Messung der Elektronenzahl in Abhängigkeit von der Target-Dicke kann die deutliche Abnahme der Stromstärke nach wenigen µm Festkörperdicke nachgewiesen werden. Anhand eines einfachen Modells wird der Energieübertrag numerisch simuliert und mit klassischen Verlustmechanismen verglichen.

Zur Untersuchung ultraschneller molekularer Quantendynamik und deren Dephasierung werden erstmals extrem kurze Lichtimpulse erzeugt, die aus nur wenigen Zyklen des elektrischen Feldes bestehen und sowohl im Sichtbaren als auch im Ultravioletten weit abstimmbar und untereinander phasengekoppelt sind. Im Sichtbaren gelingt die Erzeugung von 7-fs Impulsen durch nichtkollineare optisch-parametrische Verstärkung eines Weißlicht-Kontinuums und adaptive Kompression mit einem deformierbaren Spiegel in der Fourier-Ebene. Durch geeignete zeitliche Streckung aller beteiligten Impulse (optical parametric chirped pulse amplification) kann die spektrale Breite der Impulse stark erweitert und darüber hinaus leicht an experimentelle Fragestellungen angepasst werden. Bei einer hohen Repetitionsrate von 4 MHz werden nahinfrarote 12-fs Impulse mit Hilfe von cavity-dumping und Dauerstrich-Nachverstärkung erzeugt. Die Impulse haben eine ausreichende Intensität zur Erzeugung eines stabilen Weißlicht-Kontinuums in Saphir. Die spektrale Bandbreite von kollinearen optisch-nichtlinearen Frequenzmischprozessen ist generell durch die Phasenanpassung zwischen den beteiligten Wellen limitiert. Diese Beschränkung kann mit einem neuartigen Konzept zur achromatischen Phasenanpassung um zwei Größenordnungen überwunden werden. Dadurch gelingt erstmals die Erzeugung weit abstimmbarer ultravioletter 7-fs Impulse durch Frequenzverdopplung von spektral geeignet aufgespalteten Lichtfeldern. Diese Impulse sind die bisher kürzesten im ultravioletten Spektralbereich und eine Erzeugung von 2.5-fs-Impulsen ist möglich. Alternativ können ultraviolette 20-fs Impulse mit höherer Energie und größerem Abstimmbereich auch durch gestreckte Summenfrequenzmischung erzeugt werden. Ein neuartiges interferometrisches Messkonzept, zero-additonal-phase SPIDER, erlaubt erstmals die vollständige Charakterisierung der zeitlichen Impulsform und der spektralen Phase der extrem kurzen ultravioletten, sichtbaren und nahinfraroten Impulse direkt am Ort eines spektroskopischen Experiments. Die zeitlichen Eigenschaften der Impulse werden dabei erstmals durch die Messung nicht beeinflusst. Die interferometrische Kalibrierung erfolgt im bestehenden Aufbau und die Konsistenz der Messung kann mit einfachen Tests kontrolliert werden. Alternativ ermöglicht eine Autokorrelationsmessung ohne optischen Strahlteiler die dispersionsfreie Messung von Impulsdauern für sichtbare bis nahinfrarote sub-10-fs Impulse in einem besonders kompakten Aufbau. Unter Berücksichtigung von höheren Ordnungen der spektralen Phase wird eine analytische Theorie der Frequenzverdopplung entwickelt, die eine häufig beobachtete Frequenzverschiebung und über die Phasen-fehlanpassung hinausgehende spektrale Einengung erklärt. Theorie und Experiment zeigen, dass sich die verschiedenen Ordnungen der spektralen Phase unabhängig voneinander zur zweiten Harmonischen übertragen und höhere Ordnungen dabei unterdrückt werden. Das erlaubt die Erzeugung von nahezu Fourier-limitierten ultravioletten sub-20-fs Impulsen durch ausschließliche Kompression im Sichtbaren und durch Frequenzverdopplung zeitlich gestreckter Impulse. Die Impulse aus zwei getrennten parametrischen Verstärkern weisen zeitliche Schwankungen von weniger als einer Femtosekunde auf und sind zueinander phasenstarr. Die Phase der verstärkten Impulse ist nur durch die Phase des als Saat-Licht verwendeten Weißlicht-Kontinuums bestimmt. Dessen restliche Phasenfluktuationen sind direkt mit der Intensität des Pumpimpulses gekoppelt und einfache Überlegungen zur Filamentbildung erklären die Großenordnung und das Vorzeichen dieser Zusammenhänge. Die relativen Schwankungen der carrier-envelope-Phase können durch räumliche Interferometrie für jeden Einzelimpuls gemessen und mit experimentellen Daten korreliert werden. Für Impulszüge bei verschiedenen Wellenlängen wird eine relative Phase definiert und mit Hilfe eines optisch-nichtlinearen Interferometers gemessen, das auf kohärenter Anti-Stokes-Raman-Streuung basiert. Getrennte Spektralkomponenten eines Weißlicht-Kontinuums aus Saphir erweisen sich in hohem Maße als zueinander phasenstarr. Dies erlaubt die Erzeugung von weit abstimmbaren Impulszügen mit fester Phasenbeziehung trotz unterschiedlicher Zentralwellenlänge. Molekulare Quantenzustände verlieren ihre elektronischen und Schwingungs-Kohärenzen innerhalb kür-zester Zeit an die Lösungsmittelumgebung und makroskopische Polarisationen zerfallen durch homogene und inhomogene Dephasierung. Mit den nun verfügbaren kurzen Impulsen werden die Mechanismen der extrem schnellen elektronischen Dephasierung von verschiedenen Farbstoffen in Lösung durch Photon-Echo-Messungen untersucht. Es zeigt sich, dass die Dephasierungszeit von elektronischen Kohärenzen von der Flexibilität oder Starrheit der Molekülstruktur abhängt. Mit den phasengekoppelten Impulsen kann außerdem die unterschiedliche Dephasierungszeit von verschiedenen Schwingungsmoden ausgenutzt werden, um unter-schiedliche Moleküle trotz überlappender Energiebänder durch zeitlich verzögerte Heterodyn-Detektion zu unterscheiden. In der Raman-Mikroskopie wird dieser Effekte als neuartiger Kontrastmechanismus zur untergrundfreien und molekülspezifischen Bildgebung ausgenutzt.

Die zeitaufgel"oste Fluoreszenzspektroskopie stellt einen Zugang zur Dynamik von Molek"ulen dar. Da schnelle molekulare Vorg"ange, wie z.B. Isomerisierungen, innerhalb weniger 100 fs oder sogar darunter ablaufen k"onnen, erfordert ihre Untersuchung Techniken, die Zeitaufl"osungen in diesem Bereich erlauben. Elektronische Me"sverfahren erreichen derartige Zeitaufl"osungen jedoch nicht. Daher wird bei zeitaufgel"osten Fluoreszenzmessungen auf optische Methoden zur"uckgegriffen. In dieser Arbeit wird der Aufbau und die Weiterentwicklung eines Me"ssystems f"ur die zeitaufgel"oste Beobachtung von Fluoreszenzspektren molekularer Proben auf der Basis des Kerr-Effekts vorgestellt. Nach Anregung der Proben mit Laserimpulsen im ultravioletten oder sichtbaren Spektralbereich kann bei einer Zeitaufl"osung von ca. 100 fs gleichzeitig eine Messung "uber einen sehr breiten Spektralbereich vom nahen Ultravioletten bis ins nahe Infrarote durchgef"uhrt werden. Auf dieser Grundlage wird die Fluoreszenz einer Reihe von Proben untersucht, die nach optischer Anregung isomerisieren. Es handelt sich hierbei um die Molek"ule 4-Nitro-4'-(Dimethylamino)-Azobenzol, Bakteriorhodopsin und Proteorhodopsin. Das Push-Pull substituierte Azobenzolderivat 4-Nitro-4'-(Dimethylamino)-Azobenzol (NA) isomerisiert nach Photoanregung ebenso wie das unsubstituierte Azobenzol. Trotz stark unterschiedlicher elektronischer Struktur offenbart sich eine erstaunliche "Ahnlichkeit in der Dynamik beider Molek"ule. Beide Systeme besitzen in der Emission ein "ahnliches biphasisches Verhalten. F"ur NA wurden Zeitkonstanten von 0.08 ps und 0.8 ps und ein verz"ogerter Anstieg der Fluoreszenz im langwelligen Teil der Spektren bestimmt. Ein Unterschied zu unsubstituiertem Azobenzol besteht in den um etwa den Faktor drei k"urzeren Zeitkonstanten von NA. Der prim"are Schritt im Photozyklus von Bakteriorhodopsin (BR) besteht in der Isomerisierung des Retinalmolek"uls, welches als Chromophor dient. W"ahrend die Zeitskalen dieser Isomerisierung aus transienten Absorptionsexperimenten bereits bekannt sind, unterliegen die damit assoziierten molekularen Prozesse weiterhin einer kontroversen Diskussion. In den hier durchgef"uhrten Emissionsmessungen wurde neben den bereits bekannten Zeitkonstanten von < 0.15 ps und 0.45 ps f"ur den Fall niedriger Anregungsdichten das erste Mal ein dynamischer Stokes-Shift auf der Zeitskala von 0.2 ps entdeckt. Im Falle hoher Anregungsdichten k"onnen die deutlichen "Anderungen der zeitaufgel"osten Spektren Mehrphotonenabsorptionen zugeordnet werden. Erst vor kurzer Zeit wurde das Proteorhodopsin (PR) als neues Mitglied der Familie der rhodopsinartigen Proteine entdeckt. Ebenso wie bei BR ist der prim"are Schritt des Photozyklus die Isomerisierung seines Retinalmolek"uls. Hier wurden zum ersten Mal zeitaufgel"oste Fluoreszenzmessungen an PR durchgef"uhrt. Es wurde, wie auch bei BR, ein dynamischer Stokes-Shift gefunden. Im Gegensatz zu BR besitzt PR in der Emission jedoch drei Zeitkonstanten von < 0.15 ps, 0.45 ps und 4 ps. Die dritte Zeitkonstante kann mit einem spektral dunklen Zwischenzustand assoziiert werden.

Die Absorptionsspektroskopie im mittleren infraroten (MIR, etwa 500-4000 cm-1) Spektralbereich ist ein wichtiges Hilfsmittel in der biomolekularen Forschung. Mit ihrer Hilfe können z.B. strukturelle Eigenschaften von Proteinen und enzymatisch katalysierte Reaktionen sichtbar gemacht werden. Zur Interpretation solcher Spektren benötigt man jedoch Rechenmethoden, vermittels derer MIR Spektren mit hoher Genauigkeit vorhergesagt werden können. Im ersten Teil dieser Arbeit betrachte ich Cyclopyrimindimere (CPD), die durch ultraviolette Strahlung in dem Erbgutmolekül DNS entstehen und potentiell mutagene oder lethale Folgen für die Zelle haben. Um zukünftige Experimente zu leiten, welche die licht-induzierte Reparaturreaktion dieser Defekte durch das Enzym Photolyase mit zeitaufgelöster Spektroskopie verfolgen wollen, habe ich mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie (DFT) die MIR Spektren von Modellstrukturen einzelner Intermediate der CPD Reparatur berechnet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Intermediate der CPD Reparatur anhand der spezifischen MIR Absorption ihrer Carbonylmoden identifiziert werden können und dass der Weg der Spaltung eines CPD in native DNS Basen auf diese Weise aufgeschlüsselt werden kann. Im zweiten Teil dieser Arbeit untersuche ich jene Methoden, die in der Literatur zur Berechnung von MIR Spektren aus Molekulardyamik (MD) Simulationen, bei denen eine DFT Beschreibung eines Moleküls mit einer molekülmechanischen (MM) Beschreibung der Umgebung kombiniert wird, vorgeschlagen worden sind. Dazu leite ich die Vorschriften der verschiedenen Methoden für den Fall eines einzelnen Moleküls in einem polaren Lösungsmittel aus der linearen, quantenmechanischen Störungstheorie her. Anhand dieser Herleitung und der Ergebnisse einer exemplarischen Anwendung der Methoden auf eine DFT/MM-MD Simulation eines Formaldehydmoleküls in Wasser diskutiere ich die den jeweiligen Methoden zugrundeliegenden Annahmen und Näherungen sowie mögliche neue Verfahren zur Korrektur der durch die Näherungen induzierten Fehler bei der Berechnung von MIR Spektren. Ferner entwickle ich aus dieser Analyse ein neues Verfahren zur Berechnung von MIR Spektren kleiner Moleküle in polaren Lösungsmitteln, mit dessen Hilfe sich die Frequenzfluktuationen des gelösten Moleküls, die durch die Wechselwirkung mit der fluktuierenden Lösungsmittelumgebung entstehen, mit einer Auflösung von etwa 10-30 fs berechnen lassen. Anhand einer exemplarischen Anwendung zeige ich, dass es diese Methode erlaubt, die Ursachen der Frequenzfluktuationen im Detail zu untersuchen und deren Beiträge zu MIR Linienbreiten zu ermitteln.

Die Spektroskopie eines verbotenen optischen Übergangs eines einzelnen Ions verspricht ein optisches Frequenznormal mit einer Genauigkeit im Bereich von 10^(-18) zu ermöglichen. Die Vorraussetzungen dafür sind neben außergewöhnlich geringen systematischen Frequenzverschiebungen des Referenzübergangs ein hohes Maß an Kontrolle der Bewegung des Ions, realisiert durch die Speicherung und Laserkühlung in einer Quadrupolfalle und die daraus resultierende, praktisch unbegrenzte Beobachtungszeit. Diese Arbeit beschreibt Experimente im Hinblick auf die Realisierung eines der aussichtsreichsten Kandidaten für ein optisches Frequenznormal, einem gespeicherten Indium-Ion. Zunächst wird in Kapitel 2 das Konzept der Indium-Uhr, der bisher experimentell erreichte Stand der Spektroskopie, mit einer relativen Auflösung von 10^(-13), und eine Abschätzung der limitierenden Verschiebungen des 1S0-3P0 Referenzübergangs dargestellt. Kapitel 3 führt danach in das Prinzip der Speicherung und die konkrete Umsetzung im In+-Experiment ein, behandelt dabei auftretende Probleme und liefert mögliche Lösungen. In Kapitel 4 wird eine neu implementierte Methode der Photoionisation von Indium-Atome vorgestellt, die mit nur einem Laser bei 410 nm über eine Zweiphotonen-Anregung zur Ionisierung führt. Gegenüber der bislang verwendeten Elektronenstoßmethode konnte damit die Ionisierungseffizienz um zwei Größenordnungen gesteigert, und so Probleme, die einen kontinuierlichen Betrieb des Frequenznormals behindern, vermieden werden. Im Hinblick auf eine Erhöhung der Mittelungszeit wurde ein kontinuierlich betreibbares Kühllasersystem aufgebaut, das in Kapitel 5 beschrieben wird. Ein gitterstabilisierter Diodenlaser bei 922 nm wird zunächst in seiner Frequenz auf unter 100 Hz relativ zu einem Referenzresonator stabilisiert. Nach dem Durchgang durch einen frequenztreuen Trapezverstärker werden danach in einer ersten Frequenzverdopplung mit Hilfe eines periodisch gepolten KTP-Kristalls mehr als 200 mW blaues Licht bei 461 nm erzeugt. Eine zweite Frequenzverdopplung mit BBO führt nachfolgend zu etwa 1 mW bei 231 nm, der Wellenlänge des 1S0-3P1 Kühlübergangs von In+. Neben der demonstrierten Nutzung im Indium-Experiment bietet sich dieses System durch seine große Leistung im blauen Spektralbereich, die weite Durchstimmbarkeit und die hohe Frequenzstabilität für viele Anwendungen in der Atomphysik und Quantenoptik an. Kapitel 6 beschreibt Ergebnisse der Seitenbandkühlung, für deren Umsetzung Indium ein einzigartiges Modellsystem darstellt. Anhand einer spektroskopischen Temperaturbestimmung in optisch-optischer Doppelresonanz wird die praktisch erreichte Grundzustandskühlung bestätigt. Es ergibt sich eine Temperatur unterhalb von 300 muK, entsprechend einer Amplitude der Säkularbewegung von unter lambda/10. Durch die zusätzliche Kontrolle der Mikrobewegung unter lambda/20 sind insgesamt relative Frequenzverschiebungen des Referenzübergangs aufgrund einer Bewegung des Ions im Bereich von 10^(-18) zu erwarten. Die Mikrobewegung besitzt einen starken Einfluss auf die Kühldynamik, der in einem erweiterten Modell der Seitenbandkühlung semiklassisch beschrieben wird. Es ergibt sich die verblüffende Situation, dass eine Kühlung auch für Laserfrequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz des ruhenden Ions möglich ist. Kühlrate und Einfangbereich dieser Kühlung werden simuliert. Die präzise Kontrolle der zusätzlichen Mikrobewegung erlaubt eine Prüfung der Vorhersagen im Experiment. Durch Spektroskopie am Kühlübergang konnte eine effektive Kühlung bei positiver Laserverstimmung experimentell demonstriert werden.

Im ersten Teil dieser Arbeit wurden Dauerstrich-Experimente im mittelinfraroten Spektralbereich bei Variation der Probentemperatur an Collagen-Modellsystemen durchgeführt. Durch die Untersuchung temperaturinduzierter Konformationsdynamik in den Modellsystemen konnten subtile Variationen in den Molekülwechselwirkungen nachgewiesen werden. Es gelang die Trennung der Entfaltung differenzierter lokaler Bereiche wie einer labilen Collagenase-Schnittstelle und einem rigiden Homotrimer-Segment. Zur Anpassung der Meßdaten wurde eine neue, einfache und mathematisch leicht zu handhabende Modellfunktion vorgeschlagen. --- Der zweite Teil dieser Arbeit befaßte sich mit Dauerstrich- sowie zeitaufgelösten Untersuchungen im mittelinfraroten Spektralbereich bei konstanter Temperatur an Azo-Peptid-Verbindungen. Die reversible, optisch induzierte Faltungsdynamik in zyklischen Azo-Peptid-Verbindungen konnte direkt mit optischer Spektroskopie nachgewiesen werden. Der Nachweis gelang, daß wichtige Teile der Konformationsdynamik auch im Peptid in weniger als 10 Nanosekunden abgeschlossen sind.

Aus Messungen waehrend der Kampagne LACE 98 (Lindenberger Aerosol-Charakterisierungs-Experiment, Juli/August 1998) wurden aus einer Vielzahl von Messungen zahlreicher Gruppen, sowohl am Boden wie auch von Flugzeugen aus, verschiedenste relevante Parameter bestimmt. Mittels eines flexiblen und umfassenden Strahlungstransportmodell-Pakets werden die von dem Forschungsflugzeug Falcon des DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Oberpfaffenhofen) aus im solaren und terrestrischen Spektralbereich gemessenen Strahlungsflussdichten mit berechneten Werten verglichen. Mit Hilfe von Strahlungstransportmodellen werden die Tagesgaenge des Strahlungsantriebs fuer fuenf Tage mit unterschiedlicher Aerosolbelastung berechnet und diskutiert. Die Faelle wolkenloser und vollstaendig bedeckter Himmel mit tiefen (Stratus) und hohen (Zirren) Wolken werden diskutiert. In den Berechnungen sowohl fuer die Bewoelkungssituationen keine bzw. homogene, vollstaendige Wolkenbedeckung ist der erhaltene Strahlungsantrieb von troposphaerischem Aerosol deutlich geringer als der von den Treibhausgasen verursachte, und kann sowohl kuehlend als auch erwaermend wirken.

Die Anwendung der Einzelmolekülspektroskopie auf poröse Festkörper wird erstmals in dieser Arbeit beschrieben. Um diese relativ neue Methode auf die Untersuchung von Farbstoffen in porösen Festkörpern anzuwenden, wurde ein konfokales Mikroskop so umgebaut, daß es zur Detektion und Spektroskopie einzelner Moleküle einsatzfähig ist. Dafür wurden verschiedene optische Detektionssysteme aufgebaut, um alle im Fluoreszenzlicht enthaltenen Informationen zu erhalten. Mit einer Avalanche Photodiode wurde die Empfindlichkeit des Mikroskops auf die Detektion einzelner Lichtquanten gesteigert. Mit einem gepulsten Laser wurde der ZeitbereichObwohl die Einzelmolekülspektroskopie im Vordergrund der Arbeit steht, sind auch einige interessante Beobachtungen an porösen Materialien mit vielen Farbstoffmolekülen (Ensemblemessungen) durchgeführt worden. Aufgrund des hohen dreidimensionalen Auflösungsvermögen des konfokalen Mikroskopes war es möglich, auch an nur wenige Mikrometer großen Kristallen ortsaufgelöste Untersuchungen durchzuführen. Bisher war es oft nicht möglich, zwischen Oberflächeneffekten und Eigenschaften, die in der Porenstruktur hervorgerufen werden, zu unterscheiden. Untersuchungen mit vielen Farbstoffmolekülen (Ensemblemessungen) zeigten, daß auch scheinbar perfekte Kristalle im Inneren oft unregelmäßig aufgebaut sind. So wurde eine Methode entwickelt, um Defektstrukturen in Kristallen mit Fluoreszenzfarbstoff anzufärben und dreidimensional mit dem konfokalen Mikroskop darzustellen. Große kalzinierte MFI Kristalle besitzen Defektstrukturen, die sich im Inneren entlang der langen Kristallachse ausbreiten. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, daß scheinbar homogen mit Farbstoff beladene Kristalle oft eine sehr ungleichmäßige Farbstoffverteilung besitzen. Auch Kristalle, die schon während der Synthese mit Farbstoff beladen werden, sind oft nicht gleichmäßig beladen. Dreidimensionale Fluoreszenzbilder von großen und regelmäßig aufgebauten AlPO4-5 Kristallen, die mit dem Farbstoff DCM beladen wurden, zeigten verschiedene geordnete und ungeordnete Strukturen. Durch die Analyse der Polarisation kann die Orientierung der Farbstoffmoleküle untersucht werden. Untersuchungen an verschieden großen Oxazin Farbstoffen, die während der Synthese in AlPO4-5 eingebaut wurden, zeigten, daß die Ausrichtung entlang der Porenrichtung mit steigender Molekülgröße abnimmt. Das kleine Oxazin 1 ist noch relativ gut orientiert, während das große Oxazin 750 ohne Vorzugsrichtung eingebaut wird. In verschiedenen M41S Materialien wurde die Diffusion von Farbstoff untersucht. Fluoreszenzbilder von M41S Monolithen zeigten das Eindiffundieren verschiedener Farbstoffe in den Festkörper. Über die zeitabhängige Analyse der Eindringtiefe konnten dadurch die Diffusionskonstanten ermittelt werden. Es zeigte sich, daß die Diffusion jeweils bei geladenen Molekülen, größeren Molekülen und bei kalziniertem Monolithen verlangsamt wird. Die Untersuchung des Diffusionsverhaltens in einer M41S Nadel zeigte eine etwa doppelt so schnelle Diffusion quer zur Nadel. Dies steht in Übereinstimmung zu elektronenmikroskopischen Bildern, die zeigen, daß die Nadeln aus zirkularen Poren besteht, die quer zur Nadelrichtung orientiert sind. Im Verlauf dieser Arbeit wurden erstmals einzelne Farbstoffmoleküle innerhalb von porösen Festkörpern detektiert. Im Vergleich zu Referenzproben, bei denen der Farbstoff in einer dünnen Polymerschicht eingebettet wird, ist das Signal zu Untergrund Verhältnis der Einzelmoleküluntersuchungen in den porösen Festkörpern etwas geringer. Auch an der Photostabilität der Fluoreszenzfarbstoffe konnte durch die Einlagerung in die Porenstrukturen keine Verbesserung beobachtet werden. Die Moleküle können nicht nur detektiert, sondern auch spektroskopiert werden. Dabei konnten durch die Analyse der Fluoreszenz verschiedene Parameter bestimmt werden, wie folgende Tabelle zeigt: der Detektion bis hinab in den Nanosekundenbereich erweitert. Durch den Einbau einer Lambda-Halbe Platte wurde die Polarisation des Laserlichtes beeinflußt, um die Orientierung eines einzelnen Moleküls zu bestimmen. Schließlich wurde durch den Einsatz eines Prismas und einer empfindlichen CCD-Kamera die spektrale Aufspaltung ermöglicht, um damit die Fluoreszenzspektren zu bestimmen. Mit allen Experimenten war es nicht nur möglich statische Eigenschaften der einzelnen Fluoreszenzfarbstoffe zu bestimmen, sondern auch deren dynamische Veränderungen. Eine der wichtigsten Anforderungen an organische Farbstoffmoleküle für Einzelmolekülspektroskopie ist die Photostabilität. Um geeignete Farbstoff für den Einbau in die Porenstrukturen zu erhalten, wurden die Photostabilitäten verschiedener Farbstoffe untersucht. Dazu wurden von einigen ausgewählten Farbstoffen die detektierbaren Fluoreszenzphotonen gezählt. Es stellte sich heraus, daß das Farbstoffmolekül TDI in einer dünnern PMMA Schicht eine außergewöhnlich hohe Photostabilität besitzt. Einige TDI-Molekülen emittieren sogar 10 11 Fluoreszenzphotonen bis zum irreversiblen Photobleichen. Zum anderen wurde für sehr instabile Farbstoffmoleküle eine Methode entwickelt, um durch Bleichexperimente an einem Ensemble von Molekülen mit dem konfokalen Mikroskop die Anzahl der emittierten Fluoreszenzphotonen zu ermitteln. Für den Einbau in poröse Festkörper wurden daraufhin einige Oxazinfarbstoffe und das in biologischen Untersuchungen häufig verwendete Cy5 ausgewählt. Diese Farbstoffe können im roten Spektralbereich anreget werden und besitzen mit etwa 10 7 emittierten Fluoreszenzphotonen eine relativ gute Photostabilität. Als Porenstruktur wurden besonders zwei Materialien untersucht. Die Porenstruktur AFI, die im Material AlPO4-5 vorkommt, besitzt eindimensionale Kanäle, die hexagonal wie in einer Bienenwabe angeordnet sind. Von diesem Material können auch regelmäßige Kristalle hergestellt werden, die bis zu einem Millimeter lang sind. Leider sind die Poren des AlPO4-5 mit 0,73 nm Innendurchmesser sehr eng. Alle geeigneten Fluoreszenzfarbstoffe sind etwas größer und werden daher in mehr oder weniger großen Deformationen in dem Kristall eingelagert. Größere Poren besitzen die mesoporösen M41S Materialien. In diese passen alle Farbstoffe ohne Deformation hinein. Jedoch ist die Kristallgröße der M41S Materialien auf wenige µm beschränkt. Mit der Methode der homogenen Fällung können die bisher größten hexagonal geordneten MCM-41 Kristalle hergestellt werden. Zentimeter große hexagonale M41S Festkörper (Monolithe), die durch eine Synthese mit einem Flüssigkristall hergestellt werden, verlieren, wie hier gezeigt wird, während der Synthese ihre eindimensionale Ausrichtung der Poren.Beobachtete Eigenschaft des Lichtes Information aus statischen Bestimmungen Information aus zeitabhängigen Bestimmungen Intensität immer Notwendig Raten (Singulett, Triplett, etc.) Ort Position Diffusion, Transport Polarisation Orientierung Drehung, Rotation Energie Fluoreszenzspektren spektrale Diffusion Diese verschiedenen Untersuchungsmöglichkeiten wurden aufgebaut und an einer Referenzprobe (TDI in PMMA) getestet. Für die Datenanalyse konnte zum Teil auf Methoden in der Literatur zurückgegriffen werden. Es wurde darauf geachtet, daß immer eine Fehlerabschätzung oder eine Simulation durchgeführt wurde, damit die Ergebnisse sinnvoll interpretiert werden konnten. Oft konnten schon an der Referenzprobe (TDI in PMMA) sehr interessante Ergebnisse erhalten werden. So wurden z.B. neben der extrem hohen Photostabilität zwei verschiedene Populationen der Triplettlebensdauer gemessen. Die Position eines einzelnen TDI Moleküls konnte durch die Detektion vieler Photonen auf besser als 1 nm bestimmt werden. Die Analyse von zeitabhängigen Orientierungswinkeln deutet darauf hin, daß ein TDI Molekül in PMMA noch eine sehr geringe Wackelbewegung (~1°) ausführen kann. Bei der Analyse mehrerer 10000 Fluoreszenzspektren von einem TDI Molekül konnten spontane Änderungen der Fluoreszenzwellenlänge und der Schwingungskopplung beobachtet werden. Obwohl die Messungen in den Porenstrukturen aufgrund der geringeren Photostabilität nicht so präzise Ergebnisse liefern, konnten auch hier interessante Beobachtungen gemacht werden. Durch die Analyse der Orientierungswinkel vieler individueller Farbstoffmoleküle konnte gezeigt werden, daß die einzelnen Oxazinfarbstoffe in AlPO4-5 eine gaußförmige Verteilungsfunktion bezüglich ihres Tiltwinkels zur Porenrichtung aufweisen. Die zuvor erwähnten Messungen an einem Ensemble von Molekülen können die Form der Verteilungsfunktion nicht bestimmen. Aufgrund der Kenntnis einer gaußförmige Verteilungsfunktion kann auf ein statistisches Einbauverhalten der Farbstoffmoleküle in Defektstrukturen während der Synthese geschlossen werden. Auch in einem MCM-41 Kristall, dessen große Poren jeden beliebigen Einbauwinkel des Farbstoffes Cy5 erlauben würden, wird eine bevorzugte Orientierung beobachtet. Der Orientierungswinkel zur Porenrichtung zeigt auch hier eine gaußförmige Verteilungsfunktion. Interessanterweise wird bei der frontalen Ansicht auf die hexagonale Struktur (entlang der Bienenwabenstruktur) eine bevorzugte Orientierung auf die Flächen des Sechsecks beobachtet. Eine Ensemblemessung kann unmöglich diese bevorzugte Orientierung detektieren. Neben diesem statischen Verhalten zeigen einige wenige Moleküle auch eine Änderung der Molekülorientierung. Zwei individuelle Oxazin 1 Moleküle änderten ihre Orientierung in AlPO4-5 während der Messung spontan. Im Vergleich zu den anderen Oxazin 1 Molekülen besaßen diese beiden einen ungewöhnlich großen Orientierungswinkel gegen die Porenrichtung. Vermutlich wird die Bewegung durch einen größeren Defekt der Porenstruktur ermöglicht. Ein TDI Molekül im Inneren eines M41S Monolithen zeigte sogar eine mehrfache Drehung zwischen 3 verschiedenen Orientierungen.Eine Dynamik bezüglich des Ortes zeigten einzelne TDI Moleküle im M41S Monolith. Aufgrund der starken hydrophoben Eigenschaften des TDI kann davon ausgegangen werden, daß sich der Farbstoff immer noch im Inneren der Mizelle des Flüssigkristalls befindet, aus dem der Festkörper synthetisiert wurde. Die Diffusionsbewegung kann durch eine Serie von Fluoreszenzbilden mit dem konfokalen Mikroskop direkt verfolgt werden. Entgegen der erwarteten eindimensionalen Diffusion, die die hexagonale Struktur des Monolithen eigentlich erwarten läßt, wird eine isotrope Diffusion ohne Vorzugsrichtung beobachtet (D ~ 0,04 µm 2 /s). Im reinen Flüssigkristall dagegen ist die eindimensionale Diffusion vorhanden. Vermutlich werden die eindimensionalen Poren bei der Synthese der festen Silikatwand so stark verknäult, daß auf der beobachteten Längenskala ein Festkörper ohne Vorzugsrichtung entsteht. Auch die viel langsamere Diffusion im Vergleich zum reinen Flüssigkristall (D ~ 2 µm 2 /s) kann über diese Verknäulung der Poren erklärt werden. Schließlich wurden noch Messungen durchgeführt, um simultane Änderungen der Orientierung, Fluoreszenzspektren oder Triplettraten an einem einzelnen Farbstoffmolekül zu beobachten. Besonders die gleichzeitige Detektion von Fluoreszenzspektren und der Orientierung lassen sich experimentell gut durchführen. Zur Interpretation der Ergebnisse muß hier zwischen einer starken und einer schwachen Kopplung zwischen Gast und Wirt unterschieden werden. Bei einer polaren Probe wird eine starke Wechselwirkung zwischen Gast und Wirt erwartet. Diese müßte dazu führen, daß sich Änderungen in der Orientierung auch in geänderten Fluoreszenzspektren und umgekehrt bemerkbar machen. Bei einem geladenen Molekül wie Oxazin 1 wird solch eine starke Kopplung des elektronischen Systems an die polare AlPO4-5 Umgebung erwartet. Eine starke Änderung des Fluoreszenzspektrums könnte daher von einer Umorientierung des Farbstoffes herrühren. Bei den durchgeführten gleichzeitigen Messungen konnte aber nur spektrale Diffusion (±1-20 nm), aber keine gleichzeitige signifikante Umorientierung (>3°) beobachtet werden. Eine Erklärung für dieses Verhalten könnte die Bewegung des Gegenions des Farbstoffmoleküls sein, dessen Lage einen großen Einfluß auf die Fluoreszenzeichenschaften hat. Eine Umorientierung mit gleichzeitiger Detektion der Fluoreszenzspektren konnte jedoch nicht gemessen werden. Beide Ereignisse, Umorientierungen und spektrale Änderungen, konnten an TDI im M41S Monolith detektiert werden. Dabei zeigte sich aber, daß es sich hier um zwei unabhängige Prozesse handelt. Deutliche spektrale Sprünge (> 3 nm) korrelieren nicht mit deutlichen Umorientierungen (~60°). Eine geometrische Änderung des Farbstoffmoleküls oder der näheren Umgebung scheidet daher als Ursache für die spektrale Diffusion aus. Da hier aber eine schwache Wechselwirkung zwischen dem unpolaren TDI und der unpolaren Tensidumgebung vorliegt, werden auch keine starke Änderungen der Fluoreszenzspektren während der Umorientierung erwartet. Die spektrale Diffusion wird hier vermutlich von kleinen diffundierenden Teilchen (z.B. O2 oder Ionen) verursacht, die sich unabhängig von den Farbstoffmolekül bewegen können. Die Methode der Einzelmolekülspektroskopie liefert neue Einblicke in poröse Festkörper. Besonders durch die zeitabhängigen Untersuchungen können Informationen erhalten werden, die zuvor unter dem Mittelwert verborgen blieben. Ein kleiner Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Tieftemperaturfluoreszenz-spektroskopie an dem grün fluoreszierendem Protein (GFP). Dafür wurden der Wildtyp und verschiedene Varianten mit Mutationen in der Umgebung des zentralen Chromophors bei 2 K untersucht. Im Vergleich zur Raumtemperatur zeigten die Spektren bei tiefen Temperaturen deutlich mehr Struktur. Dadurch konnten verschiedene Sub-Zustände in den Varianten identifiziert werden. Bei fast allen Varianten konnten durch intensive Bestrahlung langwellig absorbierende Photoprodukte erzeugt werden, die erst bei etwa 50 bis 100 K wieder zerfallen. Obwohl eine relativ starke Elektron-Phonon-Kopplung beobachtet wird, ist an einigen ausgewählten Stellen auch hochaufgelöste Tieftemperaturspektroskopie wie spektrales Lochbrennen und Fluoreszenzlinienverschmälerung möglich. Durch Temperatur-Ableitungs-Spektroskopie werden an Wildtyp-GFP die Energien und Verteilungsfunktionen der Zerfallsbarrieren der metastabilen Photoprodukte bestimmt. Schließlich wurde durch temperaturabhängige Kurzzeitspektroskopie an Wildtyp-GFP der 'Excited state proton transfer' (ESPT) charakterisiert. Für diesen wird bis etwa 50 K eine thermische Barriere nach Arrhenius mit einer Aktivierungsenergie von ~2,3 kJ/mol gefunden. Unterhalb von etwa 50 K dominiert vermutlich ein Tunnelprozeß.

Das Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Primaerreaktion der Photosensoren Sensorrhodopsin I und II aus dem Archaebakterium Halobacterium salinarum und Sensorrhodopsin II aus Natronobacterium pharaonis sowie die Durchfuehrung vergleichender Messungen an dem zur selben Familie gehoerenden Membranprotein Bakteriorhodopsin. Spektral aufgel�oste Anreg-Abtast-Experimente im sichtbaren Spektralbereich ermoeglichten dabei einen umfassenden Einblick in die schnellsten Prozesse nach der Lichtanregung. Da Femtosekundenlasersysteme mit den erforderlichen Spezifikationen zu Beginn dieser Arbeit noch nicht kommerziell erhaeltlich waren, musste zur Realisierung der Experimente ein Ti:Saphir-Laseroszillator und ein CPA-Verstaerker entwickelt werden, der die benoetigten Lichtimpulse von ca. 100 fs Dauer und 1 mJ Ausgangsleistung bei hoher Stabilitaet lieferte. Erste Hinweise auf das Verhalten der elektronisch angeregten Zustaende der Sensorrhodopsine vermittelten die in einem modifizierten hochempfindlichen Ramanspektrometer aufgenomenen Fluoreszenzspektren. Dabei konnten erstmalig die Fluoreszenzquantenausbeuten der Sensorrhodopsine bestimmt werden und unter gewissen Annahmen auch die Lebensdauern ihrer elektronisch angeregten Zustaende abgeschaetzt werden. Die Anreg-Abtast-Experimente wurden mit einer Zeitau �osung von ca. 100 fs im Spektralbereich von etwa 400 nm bis 700 nm durchgef�uhrt, wobei Absorptionsaenderungen im Promillebereich aufgeloest werden konnten. Innerhalb der ersten 200 fs nach der Lichtanregung wurden bei allen untersuchten Proben schnelle, nichtexponentielle Reaktionskinetiken beobachtet, die durch eine stark gedaempfte Abwaertssbewegung des auf der Potential flaeche des elektronisch angeregten Zustands praeparierten Wellenpakets interpretiert werden koennen. Diese Ergebnisse stuetzen mehrdimensionale Modelle der Primaerreaktion, bei denen der Isomerisierung des Retinals eine schnelle Relaxation hochfrequenter Schwingungsmoden vorausgeht. Die Rueckreaktion in den elektronischen Grundzustand und die damit verbundene Isomerisierung des Retinals verlaeuft im Fall des Photosensors Sensorrhodopsin II trotz der unterschiedlichen Grundzustandsspektren sehr aehnlich zu Bakteriorhodopsin. Bei Sensorrhodopsin I wurde jedoch eine sehr langsame Rueckreaktion innerhalb einiger Pikosekunden beobachtet, die bei dem eingestellten pH-Wert vermutlich zumindest teilweise durch eine veraenderte elektrostatische Wechselwirkung mit dem Gegenion der Schiss- schen Base verursacht wird. Ueber den Vergleich mit Literaturdaten an Halorhodopsin und BR-Mutanten konnten Vermutungen, dass die Geschwindigkeit der Primaerreaktion stark von dieser Wechselwirkung beein usst wird, weiter bestaetigt werden. Aus den aufgenommenen Daten konnten weiterhin die erst lueckenhaft bekannten Photozyklen der Sensorrhodopsine um einige Schritte ergaenzt werden und die Absorptionsquerschnite der gefundenen Zwischenzust�ande berechnet werden. Schliesslich konnte ein qualitatives Modell fuer die Prim�arreaktion der Familie der Retinalproteine vorgeschlagen werden, das als Grundlage fuer zuk�unftige Arbeiten dienen kann.