DE4300649C2 - Herstellung von strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendem Material - Google Patents
Herstellung von strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendem MaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material zur
Anwendung insbesondere auf dem Gebiet der Photoelektronik und der 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.
Es ist bekannt, lichtempfindliches Chromoprotein z. B.
Bacteriorhodopsin oder Purpurmembran in Polyacrylamidgel zu
fixieren (US-Patent 4,965,174, US-Patent 5,107,104, EP 0 417 541,
Derwent-Abstract 91-356831/49 und Chem. Abs. 109: 166546b sowie
Derwent-Abstract 87-311480/44 der JP 62221467). Die Produkte
können die Form einer Folie oder eines Gel-Films haben, die das
lichtempfindliche Chromoprotein nur dann in orientierter Form
enthalten, wenn sie zu ihrer Orientierung einen zusätzlichen
Schritt z. B. der Elektrophorese oder der Einwirkung eines
elektrischen Feldes ausgesetzt wurden.
Zur Unterstützung der Strahlungsenergiewandlerfunktion von
Rhodopsin dient Vitamin A als Effektor (W. Kapit, R. I. Macey, E.
Meisami: Physiologie-Malatlas, Arcis-Verlag München 1992, Tafel
93; Chem. Abs. 107: 21023c).
Die ionotrope Gelbildung ist ein Strukturbildungsprinzip bei der
Sol-Gel-Umwandlung (s. H. Thiele: Histolyse und Histogenese, Akad.
Verlagsgesellschaft, Frankfurt/Main 1967, S. 32 ff). Sie führt zur
Ausbildung von regelmäßigen Kapillarstrukturen im Gel.
Ausgangspunkt ist eine wäßrige Lösung (Sol) eines ionische Gruppen
tragenden Polymers (d. h. ein Polyelektrolyt, wobei anionische
bevorzugt sind). Diffundieren nun Ionen von bestimmten
Metallsalzlösungen in das Sol des Polyelektrolyten, so werden
dessen anisometrische Fadenmoleküle senkrecht zum Ionenstrom
geordnet und zu einem anisotropen Gel verfestigt. Als ordnendes
Prinzip fungiert das Diffusionspotential. Der gerichtete
Ionenstrom führt zu Bildung eines ionotropen Hauptvalenzgeles
durch geordnete Gelbildung. Diese ionotrope Gelbildung führt bei
nativen wie bei synthetischen anisometrischen Polyanionen,
Polykationen und Polyamphiphilen zur Strukturbildung (z. H. bei
Alginaten, Pectinaten, ionischen Polyacrylaten (Salze der
Polyacrylsäure)).
Im US-Patent 3,365,259 wird die Herstellung einer porösen Membran
mit orientierter Kapillarstruktur durch Diffusion von mehrwertigen
Kationen in Polyelektrolytsole beschrieben. Als Polyelektrolytsol
wird Na-Alginat verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, orientierte strahlungsempfindliche
Biomoleküle enthaltendes Material, insbesondere für den Einsatz
auf den Gebieten Photoelektronik und Solartechnik, in einfacher
Weise herzustellen.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß das Prinzip der
ionotropen Gelbildung zur Herstellung von orientierte
strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material - ohne
zusätzliche Orientierung der Biomoleküle - genutzt werden kann.
Das erfindungsgemäße strahlungsempfindliche Biomoleküle
enthaltende Material, ein aus Polyelektrolyten gebildetes
ionotropes Gel mit anisotroper und orientierter Struktur, ist
erhältlich durch homogene Verteilung der Biomoleküle in einem Sol
aus einem Polyelektrolyten und anschließendem Eindiffundieren von
mehrwertigen Gegenionen, wodurch die ionotrope Gelbildung unter
gleichzeitiger Orientierung der Biomoleküle ausgelöst wird.
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.
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 Einsatzzweck 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 n Zn(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 Einstrahlung 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 (5)
1. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material,
gekennzeichnet durch ein aus Polyelektrolyten gebildetes
ionotropes Gel mit anisotroper und orientierter Struktur,
erhältlich durch homogene Verteilung der Biomoleküle in einem Sol
aus einem Polyelektrolyten und anschließendem Eindiffundieren von
mehrwertigen Gegenionen, wodurch die ionotrope Gelbildung unter
gleichzeitiger Orientierung der Biomoleküle ausgelöst wird.
2. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach
Anspruch 1, erhältlich durch die Verwendung natürlicher oder
synthetischer Polyelektrolyte mit Fadenmolekülstruktur.
3. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach
den Ansprüchen 1 und 2, erhältlich durch den Einsatz von
Natriumalginat, Pektinat sowie Arabinat als natürliche
Polyelektrolyte und von Polyacrylat oder Copolymere sowie
Natriumcellulosexanthogenat als synthetische Polyelektrolyte.
4. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach
den Ansprüchen 1 bis 3, erhältlich durch Verwendung von Rhodopsin,
Bacteriorhodopsin oder Chlorophyll, bevorzugt Bacteriorhodopsin in
Form der Purpurmembran als strahlungsempfindliche Biomoleküle.
5. Strahlungsempfindliche Biomoleküle enthaltendes Material nach
den Ansprüchen 1 bis 4, erhältlich durch den Zusatz eines
Effektors wie Vitamin A.
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| Chem.Abs. 107:129355b * |
| Chem.Abs. 107:21023e * |
| Chem.Abs. 109:166546b * |
| Chem.Abs. 118:119201m * |
| Chem.Abs. 96:212759m * |
| Derwent-Abstract 83-215974/09 * |
| Derwent-Abstract 87-311480/44 der JP 62221467 * |
| Derwent-Abstract 88-319873/45 * |
| Derwent-Abstract 90-0343381/05 * |
| Derwent-Abstract 91-262317/36 * |
| Derwent-Abstract 91-356831/49 * |
| Encyclopedia of Polymer Science and Technology, Vol. 17, S. 130-135,(1989) * |
| Kapit,W. - Macey,R.I. - Meisami,E.: Physiologie- Malatlas, Arcis-Verlag, München 1992, Tafel 93 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4300649A1 (de) | 1994-07-14 |
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