DE4224603C2 - Bioelektrische Anordnung - Google Patents

Bioelektrische Anordnung

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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, 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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