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Nachrichten aus der Chemie: Herr Pohl, wenn Sie im Elektronikmarkt reihenweise LCD-Fernseher sehen, sind Sie dann stolz, dass Sie an der Entwicklung dieser Technik beteiligt waren?
Ludwig Pohl: Sagen wir: Ich freue mich, was daraus geworden ist — aus so kleinen Anfängen, die im Unternehmen ursprünglich abgelehnt wurden. Zu denen wir alle gekommen sind wie die Jungfrau zum Kinde.
Nachrichten: Wie kamen Sie denn zu Ihrem Kind?
Pohl: Ich fing im Jahr 1966 in der chemischen Forschung von Merck an. Meine Aufgabe war die Strukturaufklärung von Pharmawirkstoffen. Daneben betreute ich Lösungsmittel für die Spektroskopie. Angeregt durch meinen Vorgesetzten Bruno Hampel beobachtete ich Literatur über anisotrope Lösungsmittel, um richtungsabhängige Moleküleigenschaften zu untersuchen. Dabei stieß ich auf Flüssigkristalle. Weil in dieser Zeit eine sehr geteilte Meinung darüber herrschte, fuhr ich im August 1968 zu einer Flüssigkristalltagung nach Kent, Ohio. Da waren gerade mal 100 Teilnehmer aus aller Welt.
Nachrichten: Und was haben Sie auf der Tagung erfahren?
Pohl: Ein junger Physiker, George Heilmeier von der Radio Corporation of America, stellte dort ein nur quadratzentimetergroßes Mini-Display vor, das er mit wenigen Volt von transparent nach trüb schalten konnte — und zwar reversibel. Ich empfahl daher in meinem Tagungsbericht, dass Merck in die Flüssigkristallforschung einsteigen sollte. Denn wenn es möglich wäre, mit Flüssigkristallen größere, flache Bildanzeigesysteme zu verwirklichen, dann wäre das vielleicht ein großer Markt. 
Nachrichten: Welche Anwendungen hatten Sie und Ihre Kollegen hauptsächlich im Sinn?
Pohl: Am Anfang kleine Anzeigensysteme und Uhren. Es kamen damals auch die ersten Taschenrechner auf. Und es gab bereits die Vision vom Flachbildfernseher, aber ganz fern. Hoechst hat im Jahr 1971 eine Werbung herausgebracht mit dem Slogan: “Warum hängen Sie Ihren Fernseher nicht an die Wand? Wir haben die Materialien dafür.” Das wurde aber als unlauter stark angegriffen.


<h2>Die Flüssigkristall-Mafia</h2>
Nachrichten: Wie war die Stimmung in Ihrer Arbeitsgruppe, als Sie mit der Forschung an Flüssigkristallen begannen?
Pohl: Arbeitsgruppe? (lacht) Die gab es nicht! Ich hatte einen Laboranten, außerdem gab es den Chemiker Ralf Steinsträsser, der 1968 auf das Gebiet angesetzt wurde, und der hatte auch einen Laboranten. Das war's.
Nachrichten: Sie erwähnten eben bereits, dass das Unternehmen nicht hinter Ihnen stand …
Pohl: Ja, unsere Arbeiten an Flüssigkristallen wurden abgelehnt.
Nachrichten: Von wem?
Pohl: Von vielen Entscheidungsträgern. Auch der technische Vertrieb lehnte jede Aktivität ab und sprach von “überflüssigen Kristallen”. Zwar haben uns der Vorstand für die chemische Forschung, Kurt von Kessel, und der Leiter Industriechemikalien, Dietrich Erdmann, Rückendeckung gegeben. Aber trotzdem: Wir waren immer kurz vorm Abschuss.
Nachrichten: Warum denn?
Pohl: Als ich erzählte, mit den Materialien könne man Armbanduhren machen, da kam die Frage: “Wie viel Flüssigkristall passt denn in so eine Armbanduhr?” Und als ich sagte, “so ein bis zwei Milligramm”, da war man im Marketing der Ansicht, der Aufwand lohne sich nicht, da Merck dann niemals auch nur einen Zentner Flüssigkristalle verkaufen könne.
Nachrichten: Sie hatten gerade erst angefangen bei Merck und wollten noch Karriere machen. Warum haben Sie sich dann für dieses umstrittene Forschungsthema stark gemacht?
Pohl: Ich arbeitete in einem Bereich, in dem es sehr viel um Routine ging. Aber ich wollte kein Dienstleister für andere sein. Da hat mich das Neue viel mehr gereizt. Wir waren am Anfang alles jüngere Leute, und wir hatten keine Angst vor dem Flop. Wir waren von dem Thema überzeugt und haben, obwohl es abgelehnt wurde, einfach weitergemacht. Wir waren eine Flüssigkristall-Mafia — im guten Sinne.
Nachrichten: Finanziert hat Merck Ihre Forschung aber?
Pohl: Am Anfang nicht wirklich. Es war nur wenig Geld da, daher haben wir alte Geräte für unsere Arbeiten von überall zusammengesucht. Erhalten blieben wir nur dadurch, dass uns das Bundesverteidigungsministerium unterstützte und später das Bundesforschungsministerium.
Nachrichten: Wie bitte?
Pohl: Ja, denn das war nichts Ungewöhnliches: Auch in Großbritannien und in den USA förderten die Militärs der Airforce und Navy die Arbeiten an Flüssigkristallen. Sie hatten großes Interesse an den neuen netzunabhängigen, platz- und gewichtssparenden Anzeigesystemen.


<h2>Phenylcyclohexane bringen den Durchbruch</h2>
Nachrichten: Standen Sie bei der Entwicklung neuer Flüssigkristallmoleküle im Kontakt mit Elektronikunternehmen?
Pohl: Ja. Weil der Vertrieb es abgelehnt hatte, mitzumachen, sind wir Forscher zu den Kunden gefahren, durch Europa, in die USA, nach Japan. Ungefähr 60 Elektronikunternehmen entwickelten damals Flüssigkristalldisplays. Im deutschsprachigen Raum waren es unter anderem Siemens, AEG, Philips, Brown Boveri &amp; Cie sowie VDO.
Nachrichten: Und dabei standen Sie immer unter Erfolgsdruck?
Pohl: Ja. Zum einen hatten wir chemische Konkurrenten: etwa 20 Unternehmen, die ebenfalls Flüssigkristalle entwickelten. Zum anderen forderten die Displayproduzenten bestimmte physikalische, elektrooptische Eigenschaften. Die Displaybauer wollten immer sehr schnell Ergebnisse haben, also verbesserte Materialien.
Nachrichten: Womit kam der Durchbruch?
Pohl: Bis in die 1970er Jahre hinein hieß es, nur Moleküle, die über eine funktionelle Gruppe mit zwei para-disubstituierten Phenylringen gekoppelt sind, hätten flüssigkristalline Eigenschaften. Aber 1973 zeigte der englische Chemiker George W. Gray von der Universität Hull, dass nematische Flüssigkristalle auch dann entstehen, wenn man zwei Phenylringe direkt miteinander zu Biphenylen verbindet. Diese Flüssigkristalle waren im Gegensatz zu den vorherigen Substanzen chemisch einigermaßen langzeitstabil und auch recht niedrig viskos, was wichtig war für schnelle Schaltzeiten. 1975 zeigte eine Gruppe aus Halle an der Saale dann, dass man niedrig viskose Flüssigkristalle auch bekommt, wenn man einen Phenylring durch ein Cyclohexan ersetzt, also Cyclohexylcarbonsäurephenylester synthetisiert.
Nachrichten: Und was war dann die zündende Idee?
Pohl: Mein Merck-Kollege Rudolf Eidenschink kombinierte beide Ansätze miteinander und wir kamen im Jahr 1976 zu den Phenylcyclohexanen.
Nachrichten: Und das wurde die Molekülklasse, mit der Merck das große Geld gemacht hat?
Pohl: Ja, genau. Wir hatten im Jahr 1970 einen Flüssigkristallumsatz von 27 000 DM. Als wir die Phenylcyclohexane auf den Markt brachten, da schnellte der Jahresumsatz hoch auf eine Million.
Nachrichten: Und dann wollten plötzlich alle bei Merck doch mit den Flüssigkristallen zu tun gehabt haben?
Pohl: Ja, klar. Dann waren alle mal dafür gewesen. Das ist immer so: Der Misserfolg ist ein Waisenkind, der Erfolg aber hat viele Väter.


<h2>Die Mischung macht's</h2>
Nachrichten: Was genau hat Merck zum Weltmarktführer bei Flüssigkristallen gemacht?
Pohl: Ein Einzelmolekül hat nie alle Eigenschaften, die ein Display oder Anzeigensystem braucht, man benötigt immer eine Mischung. Heutige Mischungen bestehen aus 15 und mehr unterschiedlichen Flüssigkristallen. Es gibt auch in Deutschland Hersteller von flüssigkristallinen Einzelsubstanzen, aber nur Merck bietet weltweit neben wenigen Konkurrenten fertige, maßgeschneiderte Mischungen an. Und darin sitzt das eigentliche Knowhow. Einzelmoleküle kann jeder synthetisieren.
Nachrichten: Dann ist die Produktion und das Scale-up heute wichtiger als die Erforschung neuer Moleküle, oder? 
Pohl: Ja, das Scale-up spielt eine große Rolle. Denn das Unternehmen muss schnell liefern können und daher die ganze Palette an Einzelsubstanzen vorrätig haben. Die Mischung wird meistens ganz kurzfristig hergestellt, und zwar vor Ort in Japan, Südkorea, Taiwan oder demnächst auch in China. Die Produktion der Einzelkomponenten findet in Deutschland statt, in Darmstadt und in Gernsheim. Und zwar nicht mehr im Zentnermaßstab, sondern mit mehreren hundert Tonnen pro Jahr.
Nachrichten: Passiert in der Flüssigkristallforschung denn heute noch viel?
Pohl: Es werden nach wie vor neue Moleküle entworfen und auf ihre physikalischen Eigenschaften untersucht. Und es werden laufend neue Mischungen für die verschiedenen Displaytypen entwickelt.
Nachrichten: Über hundert Patente laufen auf Ihren Namen. Warum, glauben Sie, war Ihre Gruppe bei Merck so erfolgreich?
Pohl: Zum einen hatten sich die richtigen Leute gefunden, die ohne Karrieredenken harmonisch zusammenarbeiteten, auch wenn sie, bis zum Chemikanten, unterschiedlichen Hierarchieebenen angehörten. Und wir waren wirklich von dem Thema überzeugt. Natürlich gehörte auch ein bisschen Glück dazu.
Wir haben sehr viele neue Molekültypen entwickelt. Wir hatten gute Organiker und gute Leute in der Produktion für die Verfahrensentwicklung zu größeren Produktionschargen. Und wir hatten gute Physiker, die die komplizierten Mischungen berechneten und testeten.
Nachrichten: Eine letzte Frage noch: Ich sehe hier in Ihrem Wohnzimmer nirgendwo einen Fernseher stehen. Haben Sie etwa keinen Flüssigkristallfernseher?
Pohl: Doch, der steht im Keller. Aber der taugt nichts, ich habe ihn jemandem gebraucht abgekauft. Der hat übrigens eine normale Größe. Die Bilder so quadratmetergroßer Riesenfernseher verwirren mich.
Mit Ludwig Pohl sprachen Brigitte Osterath und Ernst Guggolz.


<h2>Angewandte Forschung</h2>
Peer Kirsch, Merck, organisiert auf dem GDCh-Wissenschaftsforum das Sondersymposium “Merck: 125 Jahre Flüssigkristallforschung”.
Nachrichten aus der Chemie: Was erwartet die Teilnehmer bei Ihrer Veranstaltung?
Peer Kirsch: Sowohl die spannende Historie hinter der Erfolgsgeschichte der Flüssigkristalle als auch neueste Entwicklungen. Michael Heckmeier von Merck berichtet über die aktuelle Flüssigkristallforschung im Unternehmen. Carsten Tschierske (Universität Halle) und John Goodby (University of Hull, UK) geben Überblicke über Historie und Trends in Deutschland und Großbritannien. Hirotsugu Kikuchi von der Kyushu Universität in Fukuoka, Japan, präsentiert eine der neuesten Entwicklungen in der Displaytechnik: “Blaue Phasen”. Klaus Müllen (MPI für Polymerforschung, Mainz) berichtet über diskotische Flüssigkristalle auf Basis von Graphenfragmenten für die organische Elektronik, und Matthias Lehmann (Universität Würzburg) über unkonventionelle flüssigkristalline Systeme.
Nachrichten: Welchen Beitrag leisten Ihr Fachgebiet zum Wifo-Motto “Chemie — Element unseres Lebens”?
Kirsch: Flüssigkristalle haben längst eine zentrale Rolle in unserem täglichen Leben eingenommen: Kaum ein Fernsehgerät oder PC-Monitor kommt noch ohne LCD aus, und Notebooks, Tablet-PCs und Smartphones wären ohne einen leichten Flachbildschirm mit geringem Energieverbrauch technisch nicht realisierbar. Auch weisen die meisten halbleitenden Polymere in der organischen Photovoltaik flüssigkristalline Phasen auf, und Flüssigkristalle beginnen sich in schaltbaren Fenstern zu etablieren, die bei starker Sonneneinstrahlung den Energieeintrag in Glasfassaden reduzieren.
Nachrichten: Warum ist dieser Beitrag wichtig?
Kirsch: Die Flüssigkristallforschung demonstriert ein erfolgreiches Zusammenspiel zwischen akademischer Grundlagenforschung und angewandter industrieller Forschung. Auch exotische Phänomene wurden zur Grundlage neuer Displaytechniken.


<h2>Geschichte der Flüssigkristalle</h2>
1888: Der österreichische Botaniker Friedrich Reinitzer entdeckt, dass Cholesterylbenzoat beim Schmelzen zunächst in eine trübe Flüssigkeit übergeht. Erst bei höheren Temperaturen wird die Schmelze klar.
1889: Der deutsche Physiker und Kristallograph Otto Lehmann beschreibt Reinitzers trübe Flüssigkeit als vierten Aggregatzustand und nennt ihn “flüssigkristallin”.
1968: George Heilmeier entwickelt das erste Flüssigkristalldisplay. Es arbeitet bei einer Betriebstemperatur von 80 °C.
1971: Martin Schadt und Werner Helfrich sowie James Fergason erfinden zeitgleich die nematische Drehzelle (twisted nematic cell, TN-Zelle). Sie macht die LCD-Technik erstmals praktikabel.
1973: George W. Gray synthetisiert Cyanobiphenyle und -terphenyle; Substanzen, die bei Raumtemperatur flüssigkristallin sind.
1976/78: Merck patentiert Phenylcyclohexane und Cyclohexylcyclohexane für Flüssigkristalldisplays.
1995: Die In-plane-switching-Technik verbessert die Lesbarkeit von Flüssigkristallbildschirmen und macht den Kontrast weniger abhängig vom Blickwinkel des Betrachters.
1997: Die Vertical-alignment-Technik macht Flüssigkristallbildschirme kontrastreicher.
2012: Merck erzielt mit Flüssigkristallen einen Umsatz von 1,2 Milliarden Euro. Der Weltmarktanteil bei Flüssigkristallen liegt bei über 60 %.


Ludwig Pohl, Jahrgang 1932, studierte Chemie in Hannover und Würzburg und promovierte 1962 in physikalischer Chemie an der Universität Hannover. Von 1962 bis 1966 arbeitete er bei Heinz-Helmut Perkampus in Hannover und bei Hans Herloff Innhoffen in Braunschweig.
1966 stieg er bei Merck in Darmstadt ein und wurde im Jahr 1970 Leiter der Abteilung Physikalische Chemie. Später leitete er im Zentrallabor Industriechemikalien die Abteilung Physik und Anorganische Chemie.
1990 wechselte er in die Zentrale Geschäftsentwicklung von Merck. Seit 1996 ist er im Ruhestand.

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“Wir waren immer kurz vorm Abschuss”

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Ärzte fixieren gebrochene Knochen mit Schrauben, Platten oder Gips so lange, bis sie wieder zusammengeheilt sind — Knochen schneller wachsen lassen können sie bisher nicht. Das will Matthias Epple von der Universität Duisburg-Essen ändern: mit einer Paste, in der Calciumphosphat-Nanopartikel mit DNA funktionalisiert sind. Die DNA codiert für das Protein BMP-7 (bone morphogenetic protein 7), welches das Knochenwachstum fördert, und für das Protein VEGF-A (vascular endothelial growth factor A), das die Gefäßbildung anregt.
Normalerweise baut der Körper permanent Knochenmaterial auf: Die Osteoblasten, die knochenbildenden Zellen, füllen Brüche, Risse und abgenutzte Stellen Stück für Stück. Mitunter sind die Knochendefekte aber zu groß; nach einem Unfall, einer Tumoroperation oder durch Knochenabrieb um eine Prothese. Bei Defekten, die größer als etwa 0,5 cm sind, wächst dann Bindegewebe statt Knochen. Um das zu verhindern, füllen die Ärzte große Defekte mit Knochenersatzmaterial auf. Dafür verwenden sie körpereigene Knochentransplantate, etwa aus dem Beckenkamm, sowie tierisches oder synthetisches Knochenersatzmaterial.


<h2>Calciumphosphat als DNA-Träger</h2>
Synthetische Knochenersatzmaterialien sind Calciumphosphat, Calciumsulfat, Glaskeramik oder Polymere. Sie bilden eine stabile Leitstruktur für den nachwachsenden Knochen, der in sie hineinwächst und das Material ersetzt. Epple gibt ein Beispiel: “Im Kiefer gibt es manchmal zu wenig Knochen um Zahnimplantate festzuhalten. Ärzte heben dann den vorhanden Knochen an und unterfüttern ihn mit Knochenersatzmaterial.”
Eine Knochenpaste mit Nanostäbchen aus Calciumphosphat nutzen Mediziner bereits. Da Knochen aber nur langsam wachsen, sind die Patienten dennoch nach einer Operation oft eingeschränkt. An die Nanopartikel angeheftete DNA soll den Heilungsprozess beschleunigen.
In der neuen Paste stabilisieren DNA oder Carboxymethylcellulose die Calciumphosphat-Nanoteilchen und wirken zunächst wie ein Dispersionsmittel. Im Körper transportieren die Nanopartikel dann die DNA in die umliegenden Zellen (Abbildung). So produzieren die Zellen selbst die codierten wachstumsfördernden Proteine. Neuer Knochen wächst in die Paste ein, und die Osteoklasten, knochenabbauende Zellen, resorbieren die Nanopartikel nach und nach.
Indem sie das Knochenwachstum auf Genebene anregt, soll die Wirkung der Paste länger anhalten. Matthias Epple sagt: “Die Paste wird über ungefähr ein Jahr ein niedrigeres, aber konstantes Niveau an Wachstumsfaktoren abgeben — im Gegensatz zu lokal verabreichten Proteinen, die schnell abgebaut werden.”
Die wachstumsfördernde Wirkung der Nanopartikel hat sich bereits in standardisierten Zelllinien gezeigt, aber auch in menschlichen Stammzellen. In Kooperation mit der Unfallchirurgie der Universität Hamburg soll ein Tierexperiment mit Kaninchen die Wirksamkeit in vivo bestätigen. Matthias Epple hofft, dass die Ärzte im Krankenhaus in einigen Jahren über diese Knochenpaste verfügen können. Damit könnten sie nicht nur Knochendefekte heilen oder Knochen aufbauen, sondern vielleicht auch Osteoporose behandeln.
Lena Kläger ist freie Mitarbeiterin der Nachrichten aus der Chemie.



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S. Chernousova, J. Klesing, N. Soklakova, M. Epple, RSC Adv. 2013, Online vorab. doi: 10.1039/c3ra23450a.
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