DE4300649A1 - Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material und dessen Herstellung - Google Patents
Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material und dessen HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material zur
Anwendung insbesondere auf dem Gebiet der Photoelektronik und die Solartechnik.
Die Arbeiten zur Modifizierung der biologischen, photochemischen und photophysikalischen
Eigenschaften sowie zur Herstellung und Anwendung von Bacteriorhodopsin als strahlungs
empfindliches Biomolekül sind vielfältig. Einen Überblick über diese Arbeiten geben
D. Oesterhelt et al., Quarterly Reviews of Biophysics 24, 4 (1991), 425-478.
Der Überblick über den Stand der Technik zeigt, daß die Arbeiten zum Bacteriorhodopsin
und zu dessen technischer Anwendung noch längst nicht abgeschlossen sind. Es ist die Er
schließung weiterer Anwendungsmöglichkeiten und die Verbesserung bekannter technischer
Lösungen unter Verwendung von Bacteriorhodopsin sowie allgemein zu strahlungsempfind
lichen Biomolekülen zu erwarten.
Ziel der Erfindung ist es, mit variabel einsetzbarem, einfach herstellbarem strahlungsem
pfindliche Biomoleküle enthaltendem Material in geeigneten Anordnungen Strahlungsenergie
in elektrische Energie, in elektrische oder in andere Signale umzuwandeln.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die strahlungsgempfindlichen Biomoleküle in
Stoffe einzubringen, in denen der Prozeß ihrer Orientierung in einfacher
Weise erfolgt und ein vielseitig einsetzbares, die orientierten strahlungsempfindlichen
Biomoleküle enthaltendes Material entsteht.
Erfindungsgemäß ist das die strahlungsempfindlichen Biomoleküle enthaltende Material ein
aus Polyelektrolyten mit Fadenmolekülstruktur gebildetes ionotropes Gel in Form einer Folie
oder anderen Formkörpers. Bevorzugt wird es mit einer strahlungsdurchlässigen Unterlage
verbunden. Dieses Material kann in beliebigen Meßanordnungen oder Vorrichtungen zur
Ausnutzung seiner Fähigkeit, Strahlungsenergie in elektrische Energie, in elektrische oder in
andere signale umzuwandeln, eingesetzt werden.
Das die strahlungsempfindlichen Biomoleküle enthaltende Material wird erfindungsgemäß
hergestellt, indem die Biomoleküle in einem Sol aus einem Polyelektrolyten homogen verteilt
und eine ionotrope Gelbildung unter gleichzeitiger Orientierung der Biomoleküle durch das
Eindiffundieren von mehrwertigen Gegenionen ausgelöst wird.
Den strahlungsempfindlichen Biomolekülen kann ein Effektor zugesetzt werden. Geeignete
Effektoren sind solche Stoffe, die die Strahlungsenergiewandlerfunktion unterstützen, wie z. B.
Vitamin A.
Als Polyelektrolyte können sowohl aus Naturstoffen gewonnene, wie z. B. Natriumalginat,
Pektinat oder Arabinat, als auch synthetisch hergestellte Fadenmoleküle, wie z. B. Polyacrylat
oder Copolymere sowie Natriumcellulosexanthogenat, verwendet werden. Es wird vorzugs
weise von natürlichen Polyelektrolyten, wie z. B. Natriumalginat, ausgegangen. Letztlich
hängt die Wahl des Polyelektrolyten vom Einsatzzwecke des erfindungsgemäßen Materials ab.
Bei den strahlungsempfindlichen Biomolekülen handelt es sich vorzugsweise um Rhodopsin,
insbesondere Bacteriorhodopsin in Form der Purpurmembran. Weiterhin können beispiels
weise Chlorophyll oder analog reagierende Substanzen eingesetzt werden.
Die Erfindung soll anhand von Beispielen näher erläutert werden, ohne sie zu beschränken.
Die ionotrope Gelbildung erfolgt mit einer 3%igen wäßrigen Lösung von Natriumalginat.
Dieser Lösung wird die PM in Form einer Suspension zugesetzt. Der PM-Anteil beträgt
0,7 mg pro 1 g Alginatlösung. Auf einer Glasplatte wird ein Film mit einer Gießfilmdicke von
0,455 mm erzeugt. Durch Einwirkung einer 0,45-molaren CaCl₂-Lösung wird das ionotrope
Gel gebildet und die PM im Formkörper orientiert.
Die ionotrope Gelbildung erfolgt mit einer 2%igen wäßrigen Lösung von Natriumcellulose
xanthogenat. Dieser Lösung wird analog zu Beispiel 1 die PM zugesetzt. Der PM-Anteil
beträgt 1 mg pro 1 g Xanthogenatlösung. Auf einer Glasplatte wird ein Film mit einer
Gießfilmdicke von 0,6 mm erzeugt. Durch Einwirkung einer 1 nZn(NO₃)₂-Lösung wird das
ionotrope Gel gebildet und die PM im Formkörper orientiert.
Ein nach Beispiel 1 oder 2 hergestellter, die PM enthaltender Formkörper wird in einer Meß
anordnung untergebracht, die die Einstellung von Licht mit einer Wellenlänge von 570 nm
erlaubt. In Abhängigkeit von der Intensität der Lichteinstrahlung wird eine Potentialdifferenz
von 1 bis 30 mV verursacht.
Claims (14)
1. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material, dadurch gekennzeichnet, daß
es ein aus Polyelektrolyten gebildetes ionotropes Gel ist, ds orietierte strahlungsempfindli
che Biomoleküle enthält.
2. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Polyelektrolyten natürlichen oder synthetischen Ursprungs sind.
3. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Polyelektrolyten Fadenmolekülstruktur besitzen.
4. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die natürlichen Polyelektrolyte Natriumalginat, Pektinat sowie
Arabinat, bevorzugt jedoch Natriumalginat und die synthetischen Polyelektrolyte Polyacrylat
oder Copolymere sowie Natriumcellulosexanthogenat sind.
5. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach den Ansprüchen 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindlichen Biomoleküle Rhodopsin, Bacterio
rhodopsin und Chlorophyll sind.
6. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die strahlungsempfindlichen Biomoleküle im Falle von Bacte
riorhodopsin in Form der Purpurmembran vorliegen.
7. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Material einen Effektor, z. B. Vitamin A, enthält.
8. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß es die Form einer Folie oder anderen Formkörpers hat.
9. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach den Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Folie mit einer strahlungsdurchlässigen Unterlage einen
Verbund bildet.
10. Verfahren zur Herstellung von strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendem Mate
rial, dadurch gekennzeichnet, daß die Biomoleküle in einem Sol aus einem Polyelektrolyten
homogen verteilt werden und die ionotrope Gelbildung unter gleichzeitiger Orientierung der
Biomoleküle durch das Eindiffundieren von mehrwertigen Gegenionen ausgelöst wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß natürliche oder synthetische
Polyelektrolyte mit Fadenmolekülstruktur verwendet werden.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß als natürliche
Polyelektrolyte Natriumalginat. Pektinat sowie Arabinat, bevorzugt Natriumalginat und als
synthetische Polyelektrolyte Polyacrylat oder Copolymere sowie Natriumcellulosexantho
genat eingesetzt werden.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß als strahlungs
empfindliche Biomoleküle Rhodopsin, Bacteriorhodopsin oder Chlorophyll, bevorzugt
Bacteriorhodopsin in Form der Purpurmembran verwendet wird.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Effektor
wie Vitamin A zugesetzt werden kann.
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