Die Elektrooptik beschäftigt sich mit den optischen Eigenschaften von Festkörpern und Suspensionen, die durch von außen einwirkende elektrische Felder beeinflusst worden sind.

Hierzu sind zahlreiche physikalische Effekte gefunden worden:

• Elektroabsorption
• Elektroreflexion
• Franz-Keldysch-Effekt
• Kerr-Effekt
• Pockels-Effekt
• Stark-Effekt

Elektronik | Optik

Polarisierung.gif | Polarisierung2.gif Eine vielversprechende neuartige Anwendung der Elektrooptik ist die schnelle Untersuchung bakterieller Zelleigenschaften. Das sog. EloTrace-Verfahren basiert auf elektrooptischer Vermessung von Zellsuspensionen mit Hilfe hochpräziser optischer Sensoren, wodurch eine vom aktuellen physiologischen Zustand abhängige 'Polarisierbarkeit' der Zellen quantifiziert werden kann. Das Prinzip der Elektrooptik basiert hier primär auf Interaktion schwacher elektrischer Wechselfelder mit unterschiedlichen Akzeptorsubstanzen innerhalb der biologischer Zellen. Die Palette der Akzeptoren reicht dabei von Ionen, Molekülen, Molekül-Clustern bis hin zu kolloidalen Partikeln und subzellulären Strukturen. Allen gemeinsam ist die Tatsache, dass diese in elektrischen Wechselfeldern an den Grenzschichten von Zellbestandteilen wie Membranen oder Makromolekülen zu reversiblen Ladungsverschiebung führen und dadurch zu einer minimalen räumlichen Kraftwirkung (Drehmoment) auf die Zelle beitragen. Die Beeinflussung durch die elektrischen Wechselfelder ('Polarisierung') und daraus resultierende Gesamtkräfte führen in der Summe zu einer leichten und auf das angelegte Feld ausgerichteten Umorientierung der Zelle. Die feldinduzierte Zellorientierung innerhalb von Suspensionen kann durch hochempfindliche, photometrische Sensoren als geringfügige, aber richtungsabhängige Abschwächung bzw. Verstärkung eines Lichtstrahls registriert werden.

Die Stärke der Umorientierung ist stark abhängig vom physiologischen Zustand der Zellen. Die Menge, Zusammensetzung und Beweglichkeit polarer oder geladener Biomoleküle ändert sich deutlich z.B. mit dem Nahrungsangebot, der Umsatzrate oder dem Teilungszyklus der Zellen. Außerdem können Schädigungen der Zellmembranen sich sichtbar auf die Polarisierbarkeit auswirken.

Mit Hilfe der Elektrooptik lassen sich trotz der geringen Größe der Zellen automatisch schnell komplexe Parameter ableiten. Somit können bereits während der Fermentation in Echtzeit und in vivo grundlegende dynamische Schwankungen der Zellaktivität, die häufigen Wechsel regulatorischer Prozesse und Änderungen der Zellmorphologie bestimmt werden.

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