DE4224603A1 - Bioelektrische Anordnung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine bioelektrische Anord
nung, bei der mindestens eine biologische Komponente verwen
det wird, die die Anwendung der Anordnung als Strahlungssen
sor zum Nachweis unterschiedlicher Strahlungsarten und
-intensitäten, zum Nachweis solcher Verbindungen, die das
eingeschlossene biologische Material in seiner Strahlungs
empfindlichkeit beeinflussen, und als Solarbatterie ermög
licht.
Es ist eine bioelektrische Anordnung bekannt, bei der ein
photoempfindliches Protein in einer Membran orientiert
eingeschlossen und auf einem Substrat aufgebracht ist. Zur
Stabilisierung der orientiert angeordneten Moleküle ist
diese mit einem Polymer-Film bedeckt (Japanische Patentan
meldung 241 432/1988).
Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, bei der die orientier
ten Membranmoleküle durch Zusatz bestimmter Substanzen und
mit Hilfe bestimmter Verfahren, wie z. B. der Elektrophore
se, miteinander vernetzt werden (EP 0 417 541). In diesem
Fall sind die Membranen, die aus einer oder mehreren Pro
teinschichten bestehen können, ohne eine besondere Abdec
kung stabil.
Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die
Orientierung der Protein-Moleküle nur mit Hilfe besonderer
Vorrichtungen und Verfahren möglich ist.
Nachteilig wirkt sich auch aus, daß bei den Anordnungen das
verwendete biologische Material in hochgereinigter Form
vorliegen muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Prozeß der
Orientierung und Stabilisierung von strahlungsempfindlichem
biologischen Material in bioelektrischen Anordnungen zu
vereinfachen, die Verwendung extrem hochgereinigten biologi
schen Materials zu vermeiden und Strahlungsenergie durch
biologisches Material in einfachster Form in elektrische
Energie umzusetzen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die technischen
Lehren des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach wird in einem
lyotropen Flüssigkristall eingebettetes strahlungsempfindli
ches biologisches Material, wie z. B. Rhodopsin, als Materi
al für die bioelektrische Anordnung verwendet.
Es ist zwar bekannt, biologisches Material in einem lyotro
pen Flüssigkristall einzubetten, jedoch wurden diese flüs
sigkristallinen Anordnungen nicht dazu verwendet, um Strah
lungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln.
(DD-PS 282 822, 285 115, 290 778).
Zum Abgriff des elektrischen Signals können Elektroden
direkt am Flüssigkristall angeordnet sein. Bei bisherigen
bioelektrischen Anordnungen mußten noch Zwischenschichten
vorgesehen werden, um die elektrischen Signale abgreifen zu
können.
Bei der Verwendung der Anordnung als Strahlungssensor kann
ein Farbstoff im Flüssigkristall eingebettet sein, der
durch elektrochemische Reaktion seine Farbe ändert. Auf
diese Weise entsteht auf einfachste Weise ein Strahlungssen
sor. Als Farbstoff kann z. B. Phenolphthalein verwendet
werden.
Es gibt strahlungsempfindliches biologisches Material, das
ohne den Zusatz von Cofaktoren bereits voll funktionsfähig
ist. Bei diesem Material kann eine weitere Substanz zur
verbesserten funktionellen und zeitlichen Stabilisierung
der Anordnung zugesetzt sein. So kann z. B. bei der Verwen
dung von Rhodopsin als strahlungsempfindlichem biologischen
Material als weitere Substanz Vitamin A zugesetzt sein.
Als strahlungsempfindliches biologisches Material können
sehr vorteilhaft auch Mikroorganismen eingesetzt werden,
die mindestens eine strahlungsempfindliche Substanz enthal
ten. So können z. B. Algen vom Stamme Chlorella-kessleri
verwendet werden.
Weiterhin ist es möglich, als strahlungsempfindliches
biologisches Material Zellen zu verwenden, die mindestens
eine strahlungsempfindliche Substanz enthalten.
Es wurde überraschend gefunden, daß durch das Einbringen
von biologischer Substanz, insbesondere von Rhodopsin, in
einen lyotropen Flüssigkristall, der strahlungselektrische
Effekt ohne äußere Ausrichtung der strahlungsempfindlichen
Moleküle auftritt. Damit wird der Prozeß der Herstellung
einer bioelektrischen Anordnung wesentlich vereinfacht.
Weiterhin kann bei der Verwendung von Mikroorganismen, die
Rhodopsin enthalten, die erfindungsgemäße Anordnung bei
gleicher Konzentration der strahlungsempfindlichen Moleküle
eine höhere Meßspannung abgeben, so daß einfachste Meßsyste
me verwendet werden können. So kann z. B. an den Sensor ein
üblicher Schreiber angeschlossen werden.
Claims (9)
1. Bioelektrische Anordnung unter Verwendung eines strah
lungsempfindlichen biologischen Materials, wie z. B. Rho
dopsin, dadurch gekennzeichnet, daß in einem lyotropen
Flüssigkristall eingebettetes strahlungsempfindliches
biologisches Material verwendet wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zum Abgriff des elektrischen Signals direkt am Flüssig
kristall Elektroden angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
für die Verwendung als Sensor für einfallende Strahlung
im Flüssigkristall ein Farbstoff enthalten ist, der
durch elektrochemische Reaktion seine Farbe ändert.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
als Farbstoff Phenolphthalein verwendet wird.
5. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von strah
lungsempfindlichem biologischen Material, das ohne
Cofaktoren funktionsfähig ist, dem biologischen Material
eine weitere Substanz zur verbesserten funktionellen und
zeitlichen Stabilisierung der Anordnung zugesetzt ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Verwendung von Rhodopsin als strahlungsempfindlichem
biologischen Material als weitere Substanz Vitamin A zu
gesetzt ist.
7. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als strahlungsempfindliches
biologisches Material Mikroorganismen verwendet werden,
die mindestens eine strahlungsempfindliche Substanz
enthalten.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
Algen vom Stamme der Chlorella-kessleri verwendet wer
den.
9. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß als strahlungsempfindliches
biologisches Material Zellen verwendet werden, die minde
stens eine strahlungsempfindliche Substanz enthalten.
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