DE4339927C2 - Bioelektrische Anordnung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine bioelektrische Anordnung nach
Patent 42 24 603.
Die bioelektrische Anordnung nach Patent 42 24 603
verwendet strahlungsempfindliches biologisches Material,
das in einem lyotropen Flüssigkristall eingebettet ist. Zum
Abgriff des elektrischen Signals sind Elektroden direkt am
Flüssigkristall angebracht.
Gemäß einer Weiterentwicklung weist eine zweckmäßige Ausfüh
rungsform dieser bioelektrischen Anordnung die Merkmale des
Anspruchs 1 auf.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht mindestens aus einem
Tensid, aus Bakteriorhodopsin oder Bakteriorhodopsin enthal
tenden Membranstücken und Wasser. Als Tenside können z. B.
Polyoxyethylenmonolaurylether, n-Polyoxyethylen-m-alkyl
ether, N-Laurylsarkosin (NLS) oder Cetylpyridiniumchlorid
(CPC) verwendet werden. Bei Verwendung von NLS und CPC ist
zusätzlich ein mit Wasser nicht mischbares Lösungsmittel,
z. B. Hexan oder Benzol zugefügt.
Der lyotrope Flüssigkristall kann als Schicht zwischen zwei
Glasplatten eingebracht sein und die Elektroden sind in
diese Schicht eingefügt.
In einer weiteren Ausführungsform befindet sich der Flüssig
kristall in einem lichtdurchlässigen Rohr, das an den
Stirnseiten, z. B. durch Schieber, verschlossen ist. In
diesem Fall erstrecken sich die Elektroden durch die Stirn
seiten in den Flüssigkristall.
Als Elektroden sind zweckmäßig Edelmetallelektroden vorgese
hen.
Der lyotrope Flüssigkristall kann auch zwischen zwei elek
trisch leitende Gläsern oder zwei mit Edelmetallen bedampf
ten Gläsern eingebracht sein. Die Gläser werden dann auch
als Elektroden verwendet.
Die beschriebene Bioelektrische Anordnung kann zur Detekti
on von sichtbarem Licht, UV-Licht und Gammastrahlen verwen
det werden.
Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen erläutert
werden.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen Versuchsergebnisse, die mit
einer Probe bei unterschiedlicher Bestrahlung erzielt
wurden.
Der Flüssigkristall mit dem eingebetteten strahlungsempfind
lichen biologischen Material besteht aus 1 g des Tensids Po
lyoxyethylenmonolaurylether (Handelsname Brÿ 35) und 1ml
einer wäßrigen Suspension von Bakteriorhodopsin, die unter
erhöhter Temperatur in Lösung gebracht werden, wobei sich
bei der anschließenden Abkühlung der lyotrope Flüssigkri
stall ausbildet. Das Bakteriorhodopsin lagert sich inner
halb dessen dreidimensionaler Struktur ähnlich gerichtet
wie in den nativen Zellmembranen ein. Makroskopisch betrach
tet hat der so gebildete lyotrope Flüssigkristall eine
gelartige, hochviskose und optisch transparente Konsistenz.
Der lyotrope Flüssigkristall bildet sich in gleicher Weise
aus anderen Tensid-Wassergemischen. Dabei können verschiede
ne Mischungsverhältnisse zwischen Tensid und Wasser beste
hen. Zur Bildung eines stabilen lyotropen Flüssigkristalls
bei Verwendung NLS und CPC als Tensid wird wie folgt
verfahren:
Es wird eine Suspension, bestehend aus dem Tensid und dem
organischen Lösungsmittel hergestellt. Anschließend wird
dieser Suspension Wasser zugegeben, das Bakteriorhodopsin
oder Bakteriorhodopsin enthaltende Membranstücke enthält.
Nach kurzem Schütteln bildet sich ein zweiphasiges System,
bestehend aus dem lyotropen Flüssigkristall und reinem
Lösungsmittel. Die Mischungsverhältnisse ergeben sich aus
dem entsprechenden ternären Zustandsdiagramm.
Dieser Flüssigkristall ist als Schicht mit einer Dicke von
0,2 bis 0,5 mm zwischen zwei Glasplatten angeordnet. Im
Abstand von einem Zentimeter sind zwei Platindrähte als
Elektroden in diese Schicht eingelegt.
In einer anderen Ausführungsform ist der lyotrope Flüssig
kristall in einem lichtdurchlässigen Röhrchen vorgesehen,
das mit Schiebern verschlossen ist. Dabei ist ein aus
Polyoxyethylenmonolaurylether als Tensid und 1%iger wäßri
ger Kaliumchloridlösung als Wasserphase bestehender und
Bakteriorhodopsin enthaltender lyotroper Flüssigkristall in
einem Plastikröhrchen (Durchmesser 0,5 cm, Länge 2 cm)
vorgesehen, der an beiden Enden mit Platindrähten
kontaktiert ist. Diese Anordnung wird über einen
Meßverstärker an einen Datenlogger angeschlossen und die
Ergebnisse werden über einen Personalcomputer ausgewertet.
In der Fig. 1 sind die mit dieser bioelektrischen
Anordnung erzielten Meßergebnisse bei Bestrahlung mit
sichtbarem Licht dargestellt. Die Proben wurden mit einer
Wolframlampe von 25 Watt/%Volt im Abstand von 17 cm be
strahlt. Die Probe wurde ab den in der Fig. 1 mit Pfeilen
markierten Zeitpunkten für eine Minute belichtet. Dadurch
werden die dargestellten Spannungsdifferenzen erzielt, die
ca. 3 mV betragen. Nach Beendigung der Belichtung geht die
Spannung wieder in den Ausgangszustand zurück.
In der Fig. 2 sind die Meßergebnisse bei Bestrahlung
dieser bioelektrischen Anordnung mit UV-Licht dargestellt.
Die Proben wurden mit einer UV-Lampe im Abstand von 10 cm
bestrahlt. Ab den mit Pfeilen markierten Zeitpunkten wird
die Probe für eine Minute bestrahlt. Die dadurch erzielte
Spannungsdifferenz beträgt 2mV. Nach Beendigung der Belich
tung geht die Spannung auch hier wieder in den Ausgangszu
stand zurück.
In der Fig. 3 sind Meßergebnisse dargestellt, die bei
Bestrahlung der Probe mit Gamma-Strahlen erzielt wurden.
Die Bestrahlung erfolgte mit Americium 241/65 keV im
Abstand von 3 cm. Ab den mit Pfeilen markierten Zeitpunkten
wurde die Probe für 15 Sekunden bestrahlt. Es wurde eine
Spannungsdifferenz von 0,5 bis 1,5 mV erzielt. Auch in
diesem Fall geht die Spannung nach Beendigung der Bestrah
lung wieder in den Ausgangszustand zurück.
Claims (13)
1. Bioelektrische Anordnung unter Verwendung eines
strahlungsempfindlichen biologischen Materials, das in
einem lyotropen Flüssigkristall eingebettet ist, nach
Patent 42 24 603,
dadurch gekennzeichnet
daß die Anordnung mindestens aus einem Tensid, aus Bakte
riorhodopsin oder Bakteriorhodopsin enthaltenden Membran
stücken und Wasser besteht.
2. Bioelektrische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als Tensid Polyoxyethylenmono
laurylether, n-Polyoxyethylen-m-alkylether, N-Laurylsarko
sin (NLS) oder Cetylpyridiniumchlorid (CPC) verwendet wird.
3. Bioelektrische Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß bei Verwendung von NLS und CPC ein mit Wasser
nicht mischbares Lösungsmittel zugefügt ist.
4. Bioelektrische Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Lösungsmittel Hexan oder Benzol zugefügt
ist.
5. Bioelektrische Anordnung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
lyotrope Flüssigkristall als Schicht zwischen zwei Glasplat
ten eingebracht ist und die Elektroden in diese Schicht
eingefügt sind.
6. Bioelektrische Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Schicht eine Dicke von 0,2 bis 0,5 mm
aufweist.
7. Bioelektrische Anordnung nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssig
kristall in einem lichtdurchlässigen Rohr, das an den
Stirnseiten verschlossen ist, vorgesehen ist.
8. Bioelektrische Anordnung nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten des Rohres Schieber
vorgesehen sind.
9. Bioelektrische Anordnung nach einem der Ansprüche 7 und
8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Elektroden durch
die Stirnseiten des Rohres in den Flüssigkristall erstrec
ken.
10. Bioelektrische Anordnung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als
Elektroden Edelmetallelektroden vorgesehen sind.
11. Bioelektrische Anordnung nach einem der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der lyotrope
Flüssigkristall zwischen zwei elektrisch leitenden Gläsern
oder zwei mit Edelmetallen bedampften Gläsern eingebracht
ist.
12. Bioelektrische Anordnung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gläser gleichzeitig Elektroden
sind.
13. Verwendung der bioelektrischen Anordnung nach einem der
Ansprüche 1 bis 12 zur
Detektion von sichtbarem Licht, UV-Licht und Gammastrahlen.
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