DE10052670A1 - Measuring arrangement for the detection of a one- or multi-dimensional distribution of a chemical or biochemical component - Google Patents
Measuring arrangement for the detection of a one- or multi-dimensional distribution of a chemical or biochemical componentInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zum Nachweis einer chemischen oder biologischen Komponente, insbe sondere für die ein- oder mehrdimensionale Verteilung der nachzuweisenden Komponente.The invention relates to a measuring arrangement for detection a chemical or biological component, esp especially for one- or multi-dimensional distribution the component to be verified.
Viele chemische und biochemische Sensoren existieren für den selektiven Nachweis von unterschiedlichen Spe zies in Lösungen. Konventionelle chemische und bioche mische Sensoren und Analysemethoden ermöglichen nach teilig immer nur die Bestimmung der Gesamtionenkon zentration in einer Probe. Eine gezielte mehrdimensio nale Auflösung der nachzuweisenden Komponente mit einem Sensor ist in der Regel nicht möglich. Dies wäre jedoch für eine Vielzahl von Anwendungen, wie z. B. für lokale chemische und elektrochemische Reaktionen, die Untersu chung von Diffusionsprozessen, die Stimulation und das Monitoring von elektrischen Zellaktivitäten etc., von hohem Interesse.Many chemical and biochemical sensors exist for the selective detection of different types pour in solutions. Conventional chemical and bioche Mix sensors and analysis methods enable only the determination of the total ion con concentration in a sample. A targeted multi-dimension nal resolution of the component to be verified with a As a rule, sensor is not possible. However, this would be for a variety of applications such as B. for local chemical and electrochemical reactions that investigate diffusion processes, stimulation and that Monitoring of electrical cell activities etc., from high interest.
Von Meyer et al. (Chemical and biochemical sensor array for two-dimensional imaging of analyte distributions, Sensors and Actuators B, Vol. 18-19 (1994), p. 229-234) wurde ein monolithisches Sensorarray für den zweidimen sionalen Nachweis einer Analytverteilung in einer Lösung entwickelt. Dieses besteht aus einer 20 × 20 Arrayanordnung, in welcher die Sensoren individuell ad ressiert werden können. Jeder Sensor besteht aus einer Arbeitselektrode, der Ausleseelektronik und der Sensorkontrolleinheit. Die individuelle Adressierung jedes einzelnen Chips erfolgt über ein Register. Die örtliche Auflösung der Messung ist durch die Dichte der Elektroden auf der Oberfläche vorgegeben.By Meyer et al. (Chemical and biochemical sensor array for two-dimensional imaging of analyte distributions, Sensors and Actuators B, Vol. 18-19 ( 1994 ), p. 229-234) a monolithic sensor array was developed for the two-dimensional detection of an analyte distribution in a solution , This consists of a 20 × 20 array arrangement in which the sensors can be individually addressed. Each sensor consists of a working electrode, the readout electronics and the sensor control unit. Each chip is individually addressed using a register. The local resolution of the measurement is determined by the density of the electrodes on the surface.
Nachteilig bei solchen Anordnungen ist allerdings, daß bei einer zweidimensionalen örtlichen Auflösung eine hohe Anzahl von Zuleitungen, Bondpads und externe Lei tungen erforderlich sind, was einerseits die reale ört liche Auflösung beschränkt und andererseits die nachge schaltete Elektronik immens kompliziert macht. Bei spielsweise sind heutzutage Multipotentiostaten für solche Elektrodenarrays immer noch nicht kommerziell erhältlich. Die aktive Sensorfläche bleibt somit durch die Anzahl der Elektroden begrenzt.A disadvantage of such arrangements, however, is that with a two-dimensional local resolution one high number of leads, bond pads and external leads are necessary, which on the one hand is the real place limited resolution and on the other hand the subsequent switched electronics makes immensely complicated. at for example, multipotentiostats are nowadays for such electrode arrays are still not commercial available. The active sensor surface remains limits the number of electrodes.
In der japanischen Patentanmeldung JP 07335956 (Optical scanning two-dimensional sensor, 1995) wird ein opti scher Sensor beschrieben, mit dem ein zweidimensionales Scannen einer Oberfläche möglich ist. Dieser Sensor be steht aus einer lichtdurchlässigen ersten Elektrode und einer photoleitfähigen (Photonen leitenden) Schicht, welche in Kontakt mit der Oberfläche dieser Elektrode steht, und die nur eine Leitfähigkeitsänderung in dem Bereich erfährt, der beleuchtet wird. Weiterhin umfaßt der Sensor eine funktionalisierte Schicht, die sich auf der photoleitfähigen Schicht befindet, sowie eine zwei te Elektrode, die sich entfernt von der funktionalisierten Schicht befindet. Bei Anlegen einer Spannung zwischen den beiden Elektroden und dem zusätzlichen Vorhandensein einer nachzuweisenden Spezies zwischen der funktionalisierten Schicht und der zweiten Elektro de ändert sich die Leitfähigkeit in der photoleitfähi gen Schicht exakt in dem von außen beleuchteten Be reich, so daß die nachzuweisende Komponente ortsaufge löst gemessen werden kann. Die Sensoranordnung dieser amperometrischen Meßanordnung besteht aus inselförmigen Metallelektroden in Form von metallischen Bereichen auf der Oberseite der photoleitfähigen Schicht. Bei der ge wählten Anordnung haben die einzelnen Elektroden (in selförmige Metallelektroden) keine äußeren elektrischen Kontakte und Verbindungen und die Sensorfläche ist nicht limitiert durch die Anzahl der Elektroden. Die Adressierung der einzelnen Elektroden erfolgt über den gescannten Licht- bzw. Laserstrahl.In Japanese patent application JP 07335956 (Optical scanning two-dimensional sensor, 1995) becomes an opti described sensor with which a two-dimensional Scanning a surface is possible. This sensor be consists of a translucent first electrode and a photoconductive (photon conductive) layer, which is in contact with the surface of this electrode stands, and which is just a conductivity change in the Experience area that is illuminated. Also includes the sensor is a functionalized layer that is based on the photoconductive layer, and a two te electrode that moves away from the functionalized Layer. When voltage is applied between the two electrodes and the additional one Presence of a species to be detected between the functionalized layer and the second electro de the conductivity changes in the photoconductivity layer exactly in the illuminated area rich, so that the component to be detected locally triggers can be measured. The sensor arrangement of this amperometric measuring arrangement consists of island-shaped Metal electrodes in the form of metallic areas the top of the photoconductive layer. At the ge selected arrangement have the individual electrodes (in self-shaped metal electrodes) no external electrical Contacts and connections and the sensor area is not limited by the number of electrodes. The The individual electrodes are addressed via the scanned light or laser beam.
Die photoleitfähige Schicht weist nachteilig auch im Falle der Dunkelheit eine bestimmte Leitfähigkeit auf (Dunkelstrom). Dies bedeutet, daß der Strom nicht nur in der beleuchteten, sondern auch in unbeleuchteten Arealen der Sensoroberfläche fließen kann, was wiederum ein erhöhtes Hintergrundrauschen und eine schlechtere Nachweisempfindlichkeit zur Folge hat. Auch wird die örtliche Auflösung dadurch begrenzt, daß das Verhältnis der beleuchteten Fläche zur Gesamtsensorfläche größer sein muß als das Verhältnis der Leitfähigkeiten im be leuchteten und dunklen Zustand.The photoconductive layer also has a disadvantage in In the dark, there is a certain conductivity (Dark current). This means that the stream is not only in the illuminated, but also in unlit Areas of the sensor surface can flow, which in turn increased background noise and worse Detection sensitivity results. Also the local resolution is limited by the fact that the ratio the illuminated area to the total sensor area larger must be as the ratio of the conductivities in the be glowed and dark condition.
Einen weiteren Nachteil stellt die relativ langsame Um schaltzeit im Bereich von Millisekunden dar, die gerade für schnelle chemische Reaktionen, beispielsweise für Anwendungen in der Elektrophysiologie, häufig nicht ausreichend ist. Dadurch sind die zweidimensionalen Scanprozesse, d. h. die Aufnahme unterschiedlicher Meß punkte, zeitlich limitiert. Zur Ausübung dieses Meß prinzips muss die erste Elektrode transparent sein. Dies schränkt die Auswahl an verwendbaren Materialien stark ein, insbesondere wenn man Siliziumtechnologie kompatible Ausführungsformen des Sensors in Betracht zieht.Another disadvantage is the relatively slow order switching time in the range of milliseconds for rapid chemical reactions, for example for Applications in electrophysiology, often not is sufficient. This makes the two-dimensional Scanning processes, d. H. the inclusion of different measuring points, limited in time. To exercise this measurement in principle, the first electrode must be transparent. This limits the choice of materials that can be used strongly, especially if you have silicon technology compatible embodiments of the sensor into consideration draws.
Die in der japanischen Patentanmeldung vorgeschlagenen Elektroden sind im Durchmesser etwas kleiner sind als der Laserstrahl. Dies schränkt regelmäßig den Einsatz unterschiedlich dimensionierter Elektroden ein und li mitiert die Verwendung von Lasern mit unterschiedlicher Wellenlänge.Those proposed in the Japanese patent application Electrodes are somewhat smaller in diameter the laser beam. This regularly limits the use different sized electrodes on and li mitiert the use of lasers with different Wavelength.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßanordnung für den Nachweis einer chemischen oder biologischen Komponente zu schaffen, die eine ein- oder zweidimensionale Ver teilung der nachzuweisenden Komponente ermöglicht und die beim Stand der Technik geschilderten Nachteile nicht aufweist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Meßverfahren zum Nachweis einer ein- oder mehrdimensionalen Verteilung einer chemischen oder biologischen Komponente zu schaffen.The object of the invention is to provide a measuring arrangement for the Evidence of a chemical or biological component to create a one- or two-dimensional Ver allows sharing of the component to be verified and the disadvantages described in the prior art does not have. Furthermore, it is an object of the invention an appropriate measuring method to demonstrate a or multidimensional distribution of a chemical or to create biological component.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Meßanordnung gemäß Hauptanspruch sowie durch ein Verfahren gemäß Nebenanspruch. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den jeweils darauf rückbezogenen Ansprüchen.The object is achieved by a measuring arrangement according to Main claim as well as by a method according to the secondary claim. Advantageous embodiments result from the claims referring back thereon.
Die Messanordnung nach Anspruch 1 umfaßt eine erste Elektrode und ein Substrat, das in direktem Kontakt mit der ersten Elektrode steht. Weiterhin umfaßt die Meß anordnung eine oder mehrere photosensitive Strukturen, die auf oder/und in dem Substrat ausgebildet sind. Jede dieser photosensitiven Strukturen umfaßt mindestens einen photosensitiven Kontakt. Bei Lichteinfall ändert sich bei diesem Kontakt vorteilhaft die Höhe der Poten tialbarriere. Die erfindungsgemäße Meßanordnung umfaßt weiter eine Passivierungsschicht zur Isolierung der photosensitiven Strukturen und des Substrats. Direkt im Kontakt mit der Oberfläche der photosensitiven Struktur steht eine funktionalisierte Schicht. Eine zweite Elektrode hat keinen direkten Kontakt zu dieser funkti onalisierten Schicht.The measuring arrangement according to claim 1 comprises a first Electrode and a substrate in direct contact with the first electrode. Furthermore, the measurement includes arranging one or more photosensitive structures, which are formed on or / and in the substrate. each of these photosensitive structures includes at least a photosensitive contact. Changes in incidence of light with this contact the height of the pots is advantageous tialbarriere. The measuring arrangement according to the invention comprises further a passivation layer to isolate the photosensitive structures and the substrate. Right in Contact with the surface of the photosensitive structure there is a functionalized layer. A second Electrode has no direct contact with this functi onalized layer.
Die nachzuweisende Spezies bzw. die Analytlösung befin det sich zwischen der funktionalisierten Schicht und der zweiten Elektrode und ist gleichzeitig in Kontakt mit beiden.The species to be detected or the analyte solution is is between the functionalized layer and the second electrode and is in contact at the same time with both.
Die photosensitive Struktur besteht aus mindestens einem photosensitiven Kontakt. Als photosensitiver Kon takt kann jeder Kontakt angewendet werden, in dem sich die Höhe der Kontaktbarriere unter der Beleuchtung än dert. Der photosensitive Kontakt kann als Metall- Halbleiter-Kontakt (z. B. Schottky-Barriere, Schottky- Diode), p-n-Übergang, p-i-n-Diode, Lawinen-Diode etc. oder als Heterokontakt (z. B. Halbleiter-Halbleiter, Ionenleiter-Halbleiter, Metalloxid-Halbleiter, Polymer- Halbleiter, Biomaterial-Halbleiter, Zellen-Halbleiter etc.) ausgelegt sein.The photosensitive structure consists of at least a photosensitive contact. As a photosensitive con Any contact can be used in the tact the height of the contact barrier under the lighting changed. The photosensitive contact can be used as a metal Semiconductor contact (e.g. Schottky barrier, Schottky Diode), p-n junction, p-i-n diode, avalanche diode etc. or as a hetero contact (e.g. semiconductor-semiconductor, Ion conductor semiconductors, metal oxide semiconductors, polymer Semiconductors, biomaterial semiconductors, cell semiconductors etc.).
Die funktionalisierte Schicht, auch Transducerschicht genannt, enthält ein (bio)/chemisch sensitives Material (z. B. ionen-, immuno-, enzym-, gas-, flüssigkeitssen sitiv). Sie ist in unmittelbarem Kontakt mit der nach zuweisenden Spezies. Die Eigenschaften der funktionali sierten Schicht ändern beispielsweise Ionen oder Bio elemente. Sie kann aus einer oder mehreren Schichten bestehen, wie z. B. Metallschichten bzw. -elektroden, membranbedeckte Schichten, enzymbedeckte Schichten, die üblicherweise in der Chemo- und Biosensorik Verwendung finden. Vorteilhaft kann die Oberfläche oder obere Schicht der photosensitiven Strukturen gleichzeitig als funktionalisierte Schicht ausgebildet sein.The functionalized layer, also the transducer layer contains a (bio) / chemically sensitive material (e.g. ion, immuno, enzyme, gas, liquid sitive). It is in direct contact with the after assigning species. The properties of the functional layer, for example, change ions or bio elements. It can consist of one or more layers exist, such as B. metal layers or electrodes, membrane-covered layers, enzyme-covered layers, the Usually used in chemical and biosensor technology Find. The surface or top can be advantageous Layer of photosensitive structures simultaneously as functionalized layer can be formed.
Die die photosensitiven Strukturen isolierende Passi vierungsschicht umfaßt Materialien, wie sie als Passi vierungsmaterialien aus dem Stand der Technik bekannt sind. Dazu gehören insbesondere Polyimide, Epoxydharze, SiO2, Si3N4 oder auch Al2O3.The passivation layer isolating the photosensitive structures comprises materials as are known as passivation materials from the prior art. These include in particular polyimides, epoxy resins, SiO 2 , Si 3 N 4 or Al 2 O 3 .
Als Materialien für das Substrat sind insbesondere Si, GaAs oder auch InSb geeignet.In particular, Si, Suitable GaAs or InSb.
Als geeignete zweite Elektrode wird beispielsweise eine in eine Flüssigkeit getauchte Gegen- und/oder Referenz elektrode eingesetzt. A suitable second electrode is, for example counter and / or reference immersed in a liquid electrode inserted.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungs gemäßen Meßanordnung wird die Oberfläche bzw. die obere Schicht der photosensitiven Struktur gleichzeitig als funktionalisierte Schicht eingesetzt.In an advantageous embodiment of the Invention according to the measuring arrangement, the surface or the upper one Layer of the photosensitive structure at the same time as functionalized layer used.
Der Sensor bzw. die Meßanordnung kann vorteilhaft voll ständig in Silizium- bzw. Dünnschichttechnologie herge stellt werden.The sensor or the measuring arrangement can advantageously be full constantly in silicon or thin-film technology be put.
Die erfindungsgemäße Meßanordnung weist folgende Vor
teile gegenüber dem Stand der Technik auf:
The measuring arrangement according to the invention has the following parts compared to the prior art:
- - ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis und damit eine bessere Nachweisempfindlichkeit aufgrund des niedrigeren Dunkelstroms;- An improved signal-to-noise ratio and thus better detection sensitivity due to the lower dark current;
- - ein schnellerer Nachweis des Analyten ist möglich, da typische Umschaltzeiten solcher photosensitiven Kontaktanordnungen im Bereich von Nanosekunden lie gen;A faster detection of the analyte is possible, since typical switching times of such photosensitive Contact arrangements in the nanosecond range gene;
- - die externe Beleuchtung des Sensors kann von allen Seiten erfolgen, wobei bei einer Beleuchtung von oben die minimale örtliche Auflösung durch die Transducerschicht- bzw. Elektrodengeometrie und/oder durch die Kontaktgeometrie auf kleiner 1 µm2 reali siert werden kann;- The external illumination of the sensor can be done from all sides, with an illumination from above the minimum local resolution can be realized by the transducer layer or electrode geometry and / or by the contact geometry to less than 1 µm 2 ;
- - man kann die abgeschiedenen funktionalisierten Schichten bzw. Elektroden auch nachträglich in ihren Eigenschaften durch galvanische Modifikation verän dern (damit ist z. B. auch eine ortsaufgelöste gal vanische Deposition von Materialien bzw. eine Reali sierung von Multisensorarrays möglich); - you can functionalized the separated Layers or electrodes in their later Change properties through galvanic modification change (this also means, for example, a spatially resolved gal vanian deposition of materials or a reali multisensor arrays possible);
- - aufgrund des Meßprinzips ist eine Kombination von amperometrischen und voltametrischen Verfahren mög lich;- due to the measuring principle is a combination of amperometric and voltametric methods possible Lich;
- - die Anordnung kann auch als Aktuator verwendet wer den, beispielsweise zur Generierung von Ionen bzw. Gasen.- The arrangement can also be used as an actuator for example to generate ions or Gases.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum ein- oder zweidimen sionalen Nachweis einer Analytsubstanz nach Anspruch 6 wird mit einer Meßanordnung durchgeführt. Diese umfaßt photosensitive Kontakte im Kontakt mit einer funktiona lisierten Schicht, dessen Eigenschaft sich bei Kontakt mit der Analytsubstanz verändert.The method according to the invention for one or two dimen Serial detection of an analyte substance according to claim 6 is carried out with a measuring arrangement. This includes photosensitive contacts in contact with a function layer, whose property changes on contact changed with the analyte substance.
Das Verfahren beinhaltet dabei den Schritt, daß bei Be leuchtung eines photosensitiven Kontaktes die Potenti albarriere in dem photosensitiven Kontakt verändert wird.The method includes the step that at Be Illumination of a photosensitive contact the potenti albarriere changed in the photosensitive contact becomes.
Bei dem Verfahren zum ein- oder zweidimensionalen Nach weis einer Analytsubstanz wird eine Spannung (Sperr spannung) zwischen zwei Elektroden angelegt, wobei der photosensitive Kontakt sich im Sperrbereich befindet. Im Falle einer vorhandenen nachzuweisenden Substanz und unter der Voraussetzung, daß der photosensitive Kontakt beleuchtet wird, ändert sich dann die Höhe der Potenti albarriere in dem photosensitiven Kontakt. Dies hat eine direkte Änderung des Stroms in den beleuchteten Bereichen zur Folge, hervorgerufen durch die chemische bzw. biochemische Reaktion am Interface hin zur funkti onalisierten Schicht. Die Änderung des Stroms kann als Maß für die nachzuweisende Analytsubstanz detektiert werden.In the procedure for one- or two-dimensional night As an analyte substance, a voltage (blocking voltage) between two electrodes, the Photosensitive contact is in the restricted area. In the case of an existing substance to be detected and provided that the photosensitive contact is illuminated, the height of the potentiometers changes albarriere in the photosensitive contact. this has a direct change in the current in the illuminated Areas resulting from the chemical or biochemical reaction at the interface to functi onalized layer. The change in current can be as Measure for the analyte substance to be detected become.
Vorteilhaft wird eine ein- oder mehrdimensionale Ver teilung der nachzuweisenden Spezies erzielt, wenn die Substratoberfläche unter Beleuchtung gezielt und defi niert beleuchtet bzw. abgescannt wird. Das kann in ge eigneterer Weise durch einen punktförmigen Lichtstrahl oder auch geeignet durch einen Laserstrahl erfolgen.A one- or multi-dimensional Ver is advantageous division of the species to be detected if the Targeted and defi substrate surface under lighting illuminated or scanned. That can be in ge more suitable by a point light beam or also suitably by a laser beam.
Eine weitere Anwendung der erfindungsgemäßen Meßanord nung kann auch vorteilhaft für eine ortsaufgelöste Ab scheidung von Metall eingesetzt werden. Bei diesem gal vanischen Verfahren wird die Sperrfunktion der photo sensitiven Kontakte in geeigneter Weise dazu genutzt, an definierten Stellen (z. B. beleuchteten Stellen) einen Stromfluß und damit eine metallische Abscheidung zu ermöglichen. Anstelle der Analytsubstanz würde sich dazu eine geeignete Metallionen umfassende Lösung zwi schen der funktionalisierten Schicht und der ersten Elektrode befinden.Another application of the measuring arrangement according to the invention nung can also be advantageous for a spatially resolved Ab separation of metal can be used. At this gal Vanic procedure is the blocking function of the photo sensitive contacts used in a suitable way to at defined locations (e.g. illuminated locations) a current flow and thus a metallic deposition to enable. Instead of the analyte substance would for this purpose, a suitable metal ion solution between the functionalized layer and the first Electrode.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Er findung werden nachfolgend mit Hilfe der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.Advantageous exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with the aid of FIGS . 1 to 3.
Fig. 1 Verdeutlicht den Aufbau einer Anordnung, wie sie zur Messung verschiedener nachzuweisender Substan zen in einem Analyten eingesetzt werden kann. Die Meß anordnung besteht aus einer ersten Elektrode 1, einem Substrat 2, welches in direktem Kontakt mit der ersten Elektrode 1 steht oder selbst als eine Elektrode ausge bildet ist. Darauf befinden sich eine oder mehrere pho tosensitive Strukturen 3, die gegeneinander über eine Passivierung 4 getrennt sind. Die Passivierung hat wei terhin die Funktion der elektrischen Isolierung von 1 und/oder 2. Die funktionalisierte Schicht (Transducer schicht) 5 befindet sich einerseits in direktem Kontakt zu 3 und andererseits in unmittelbarem Kontakt zur nachzuweisenden Spezies 6. Die zweite Elektrode oder Elektrodenanordnung 7 befindet sich entfernt von 5, aber in unmittelbarem Kontakt zu 6. Eine Spannung (Sperrspannung) wird zwischen den beiden Elektroden 1 und 7 angelegt, wobei der photosensitive Kontakt 3 sich im Sperrbereich befindet. Im Falle einer vorhandenen nachzuweisenden Substanz 6 und unter der Voraussetzung, daß der photosensitive Kontakt 3 beleuchtet wird, än dert sich dann die Höhe der Potentialbarriere in dem photosensitiven Kontakt 3. Dies hat dann eine direkte Änderung des Stroms nur in dem beleuchteten Bereich zur Folge, hervorgerufen durch die chemische bzw. biochemi sche Reaktion am Interface hin zur Transducerschicht 5. Eine ein- oder mehrdimensionale Verteilung der nachzu weisenden Spezies 6 kann erzielt werden, wenn unter Be leuchtung gezielt und definiert die Oberfläche der An ordnung abgescannt wird. Die für die unterschiedlichen Schichten verwendbaren Materialien sind in der obigen Beschreibung aufgeführt. Fig. 1 illustrates the structure of an arrangement as it can be used to measure various substances to be detected in an analyte. The measuring arrangement consists of a first electrode 1 , a substrate 2 which is in direct contact with the first electrode 1 or itself forms out as an electrode. There are one or more photosensitive structures 3 , which are separated from one another via a passivation 4 . The passivation also has the function of electrical insulation of 1 and / or 2. The functionalized layer (transducer layer) 5 is on the one hand in direct contact with 3 and on the other hand in direct contact with the species 6 to be detected. The second electrode or electrode arrangement 7 is located at a distance from 5, but in direct contact with 6. A voltage (reverse voltage) is applied between the two electrodes 1 and 7 , the photosensitive contact 3 being in the blocked region. In the case of an existing substance 6 to be detected and provided that the photosensitive contact 3 is illuminated, the height of the potential barrier in the photosensitive contact 3 then changes . This then results in a direct change in the current only in the illuminated area, caused by the chemical or biochemical reaction at the interface to the transducer layer 5 . A one- or multi-dimensional distribution of the species 6 to be detected can be achieved if the surface of the arrangement is scanned in a targeted and defined manner under illumination. The materials that can be used for the different layers are listed in the description above.
Die Fig. 2 entspricht im Aufbau der Anordnung aus der Fig. 1. In dieser Anordnung ist anstelle der in Fig. 1 zusätzlich vorhandenen Transducerschicht 5 die photosensitive Struktur bzw. Oberfläche 3 selbst als Trans ducerschicht 5 ausgebildet. Die für diese Transducer schicht 5 eingesetzten Materialien entsprechen den in Beispiel 1 aufgeführten.The Fig. 2 corresponds to the arrangement in FIG under construction. 1. In this arrangement, instead of the additionally provided in Fig. 1 transducer layer 5, the photosensitive structure or surface 3 itself ducerschicht 5 is formed as Trans. The materials used for this transducer layer 5 correspond to those listed in Example 1.
Fig. 3 entspricht im Aufbau der Anordnung aus Fig. 1, wobei sich als photosensitive Struktur 3 ein oder meh rere p-n-Übergänge 8 auf oder im Substrat 2 befinden. FIG. 3 corresponds to the structure of the arrangement from FIG. 1, with one or more pn junctions 8 being located on or in the substrate 2 as the photosensitive structure 3 .
Bei der Erfindung werden alle die zum Stand der Technik aufgeführten Nachteile regelmäßig umgangen, wobei den noch mittels eines Sensors die zweidimensionale Orts auflösung der nachzuweisenden Analytsubstanz gewähr leistet ist. Im Gegensatz zu der vorgenannten japani schen Patentschrift JP 07335956, bei der die Änderung der Photoleitfähigkeit als Meßgröße dient, wird in der vorliegenden Erfindung ein photosensitiver Kontakt auf einer Halbleiterschichtstruktur aufgebracht und die Än derung der Potentialbarriere des Kontakts bei Beleuch tung als Funktionsprinzip ausgenutzt.In the invention, all of them become prior art disadvantages listed circumvented regularly, the the two-dimensional location using a sensor guarantee dissolution of the analyte to be detected is accomplished. In contrast to the aforementioned japani rule JP 07335956, in which the change The photoconductivity is used as a parameter in the present invention a photosensitive contact applied a semiconductor layer structure and the Än change in the potential barrier of contact with lighting used as a functional principle.
Claims (7)
eine erste Elektrode,
ein Substrat, das in direktem Kontakt mit der ersten Elektrode steht,
mehrere photosensitive Strukturen, die auf oder/und in dem Substrat ausgebildet sind, wobei jede dieser photosensitiven Strukturen mindestens einen photosensitiven Kontakt aufweist,
eine die photosensitiven Strukturen isolierende Passivierungsschicht,
eine funktionalisierte Schicht, die in direktem Kontakt mit der Oberfläche der photosensitiven Struktur steht
sowie eine zweite Elektrode.1. Measuring arrangement for the detection of an analyte substance, comprising
a first electrode,
a substrate that is in direct contact with the first electrode,
a plurality of photosensitive structures which are formed on or / and in the substrate, each of these photosensitive structures having at least one photosensitive contact,
a passivation layer isolating the photosensitive structures,
a functionalized layer that is in direct contact with the surface of the photosensitive structure
and a second electrode.
- - bei Beleuchtung eines photosensitiven Kontaktes wird die Potentialbarriere in diesem photosensi tiven Kontakt verändert.
- - When a photosensitive contact is illuminated, the potential barrier in this photosensitive contact is changed.
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| WO2002035219A2 (en) | 2002-05-02 |
| EP1337842A2 (en) | 2003-08-27 |
| WO2002035219A3 (en) | 2002-12-19 |
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