WO1994002964A1 - Bioelektrische anordnung - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a bioelectrical arrangement in which at least one biological component is used, the use of the arrangement as a radiation sensor for detecting different types and intensities of radiation, for detecting those compounds which contain the enclosed biological material influence its sensitivity to radiation, and enables it as a solar battery.
- a bioelectrical arrangement is known in which a photosensitive protein is enclosed in an oriented manner in a membrane and applied to a substrate. To stabilize the oriented molecules, it is covered with a polymer film (Japanese patent application 241 432/1988). Furthermore, an arrangement is known in which the oriented membrane molecules by adding certain substances and using certain methods, such as. B. the electrophoresis, can be crosslinked (EP 0 417 541). In this case, the membranes, which can consist of one or more protein layers, are stable without a special covering.
- Another disadvantage is that the biological material used in the arrangements must be in a highly purified form.
- the invention is based on the object of simplifying the process of orienting and stabilizing radiation-sensitive biological material in bioelectrical arrangements, avoiding the use of extremely highly purified biological material and converting radiation energy by biological material in the simplest form into electrical energy.
- this object is achieved by the technical teachings of claim 1.
- radiation-sensitive biological material such as rhodopsin
- embedded in a lyotropic liquid crystal is used as the material for the bioelectrical arrangement.
- these liquid-crystalline arrangements have not been used to convert radiation energy into electrical energy.
- electrodes can be arranged directly on the liquid.
- intermediate layers had to be provided in order to be able to tap the electrical signals.
- a dye When using the arrangement as a radiation sensor, a dye can be embedded in the liquid crystal, which changes its color due to an electrochemical reaction. In this way, a radiation sensor is created in the simplest way. Phenolphthalein can be used.
- Microorganisms which contain at least one radiation-sensitive substance can also be used very advantageously as radiation-sensitive biological material.
- algae from the Chlorella-kessleri strain can be used.
- cells it is possible to use cells as radiation-sensitive biological material which contain at least one radiation-sensitive substance.
- the radiation-electrical effect occurs without external orientation of the radiation-sensitive molecules.
- the arrangement according to the invention can emit a higher measuring voltage at the same concentration of the radiation-sensitive molecules, so that the simplest measuring systems can be used.
- a standard recorder can be connected to the sensor.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine bioelektrische Anordnung unter Verwendung von strahlungsempfindlichem biologischen Material, wie z.B. Rhodopsin. Erfindungsgemäß ist das biologische Material in einem lyotropen Flüssigkristall eingebettet, wordurch der strahlungselektrische Effekt ohne besonderes Zutun von außen erreicht wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Hochreinigung des verwendeten biologischen Materials nicht mehr erforderlich ist.
Description
Bioelektrische Anordnung
Beschreibung
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- εor 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 Abdek- kung stabil.
Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Orien¬ tierung 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 Flüssigk istall 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 εtrahlungsempfindlichen Moleküle eine höhere Meßspannung abgeben, so daß einfachste Meßsyste-r e verwendet werden können. So kann z.B. an den Sensor ein üblicher Schreiber angeschlossen werden.
Claims
1. Bioelektrische Anordnung unter Verwendung eines strah¬ lungsempfindlichen biologischen Materials, wie z.B. Rhodop¬ sin, dadurch gekennzeichnet, daß in einem lyotropen Flüssig- kriεtall eingebettetes strahlungsempfindliches biologisches Material verwendet wird.
2. Anordnung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abgriff des elektrischen Signals direkt am Flüssigkri- stall Elektroden angeordnet sind.
3. Anordnung nach Anspruch l, 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 strahlungs¬ empfindlichem 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 zuge¬ setzt 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 werden.
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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