DE10125020A1

DE10125020A1 - Chip-Anordnung und Verfahren zum Immobilisieren von Fängermolekülen auf einer Sensorelektrode unter Verwendung der Chip-Anordnung

Info

Publication number: DE10125020A1
Application number: DE2001125020
Authority: DE
Inventors: Roland Thewes; Volker Lehmann
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2002-12-05

Abstract

Eine Chip-Anordnung weist einen Chip auf, der zumindest eine Aussparung aufweist. Die Chip-Anordnung weist ferner eine Sensorelektrode auf, die oberhalb der Aussparung auf einer oberen Oberfläche des Chips seitlich der Aussparung abgestützt angeordnet ist. Vom Boden der Aussparung bis zu einer unteren Oberfläche des Chips hin erstreckt sich durchgängig zumindest ein Loch.

Description

Die Erfindung betrifft eine Chip-Anordnung und ein Verfahren zum Immobilisieren von Fängermolekülen auf einer Sensorelektrode unter Verwendung der Chip-Anordnung.

Auf Chips miniaturisierte Bio-/Chemo-Arrays dienen dem Nachweis bestimmter Moleküle in zu untersuchenden Flüssigkeiten. Die Sensoren sind in großer Zahl parallel auf Halbleiterchips, z. B. Siliziumchips, die bestimmte elektronische Funktionen bereitstellen, realisierbar oder auch auf Chips aus Glas-, Plastik-, oder anderen Substraten. Der hohe Parallelisierungsgrad ermöglicht die zeitgleiche parallele Durchführung einer Reihe verschiedener Untersuchungen, so z. B. Untersuchungen auf das Vorhandensein verschiedener Substanzen (d. h. zu erfassender Moleküle) in einer gegebenen, zu untersuchenden Flüssigkeit. Durch diese Eigenschaft ergeben sich für derartige Sensor-Array-Chips mit entsprechendem Auswertesystem vielfältige Anwendungen beispielsweise in der medizinischen Diagnostik, in der Pharmaindustrie zum Beispiel für Hochdurchsatz- Musterungsverfahren ("High Throughput Screening" (HTS)), in der chemischen Industrie, in der Lebensmittelanalytik, sowie in der Umwelt- und Lebensmitteltechnik.

Das Grundprinzip vieler bekannter Sensoren besteht darin, dass positionsspezifisch auf einem Chip aus geeignetem Substrat, zunächst bekannte sogenannte Fängermoleküle zum Beispiel mit Mikrodispensiertechniken aufgebracht und auf verschiedene Weisen immobilisiert werden. Fig. 5 zeigt schematisch einen solchen Chip 500 mit n Positionen 501, auf denen jeweils unterschiedliche Fängermoleküle immobilisiert sind. Ein solcher Chip 500 wird üblicherweise zur Diagnose (z. B. zum Testen einer zu untersuchenden Flüssigkeit auf das Vorhandensein unterschiedlicher, zu erfassender Moleküle) zunächst auf allen Positionen mit der zu untersuchenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht. In der Regel geschieht ein solches Inkontaktbringen durch Fluten des gesamten Chips 500 mit der zu untersuchenden Flüssigkeit. Sofern die Fängermoleküle gemäß dem Schlüssel-Schloss-Prinzip, gemäß dem nur diejenigen Moleküle in der zu untersuchenden Flüssigkeit von den Fängermolekülen gebunden werden, für die die letzteren eine Bindungsspezifität besitzen, mit einem in der zu untersuchenden Flüssigkeit vorhandenen Molekül eine spezifische Bindungsreaktion eingehen können, wird das Molekül in der zu untersuchenden Flüssigkeit durch die Fängermoleküle spezifisch gebunden. Ist dies nicht der Fall, so wird das Molekül in der zu untersuchenden Flüssigkeit nicht durch das Fängermolekül gebunden. Ein anschließendes Spülen und Auswerten der jeweiligen Positionen 501 des Chips 500 ergibt dann, ob ein Molekül bzw. welches Molekül in der zu untersuchenden Flüssigkeit vorhanden war.

Solche Chips 500 werden häufig zum Erfassen von Nukleinsäuren in zu untersuchenden Flüssigkeiten verwendet. Wie oben beschrieben erfolgt dies dadurch, dass sowohl das Fängermolekül als auch das zu erfassende Molekül in der zu untersuchenden Flüssigkeit beide einzelsträngige Nukleinsäuren, d. h. DNA oder RNA sind, wobei das Fängermolekül mit dem zu erfassenden Molekül dann hybridisiert, wenn die Basensequenz des Fängermoleküls gegenüber der Basensequenz des zu erfassenden Moleküls im Sinne der Watson-Crick Basenpaarung komplementär ist. Hierbei ist zur Hybridisierung allerdings keine vollkommene gegenseitige Komplementarität erforderlich. Vielmehr reicht es zur Hybridisierung aus, wenn genug Basen im Fängermolekül komplementär zu entsprechenden Basen des zu erfassenden Moleküls sind, um einen hybridisierten, d. h. doppelsträngigen, Zustand gegenüber dem einzelsträngigen Zustand zu thermodynamisch zu begünstigen.

Es sind aber auch andere Kombinationen zwischen Fängermolekülen auf dem Chip 500 und zu erfassenden Molekülen in der zu untersuchenden Flüssigkeit möglich. So können beispielsweise Nukleinsäuren als Fängermoleküle für Nukleinsäuren spezifisch bindende Peptide oder Proteine verwendet werden. Weiterhin bekannt ist die Verwendung von Peptiden oder Proteinen als Fängermoleküle für andere, das Fängerpeptid bzw. Fängerprotein bindende Proteine oder Peptide zu verwenden. Von sehr großer Bedeutung für die pharmazeutische Industrie ist die Verwendung von niedermolekularen (d. h. weniger als etwa 1.500 g/Mol Molekulargewicht) chemischen Verbindungen als Fängermoleküle für diese niedermolekulare Verbindungen bindende Proteine oder Peptide sowie umgekehrt, d. h. die Verwendung von Proteinen und Peptiden als Fängermoleküle für eventuell in einer zu untersuchenden Flüssigkeit vorhandene, niedermolekulare Verbindungen.

Zum Nachweis der erfolgten Bindung zwischen dem auf dem Chip aufgebrachten Fängermolekül und dem in der zu untersuchenden Lösung vorhandenen, zu erfassenden Molekül ist es bekannt, ein optisches Nachweisverfahren oder ein elektronisches Nachweisverfahren zu verwenden.

Bei einem bekannten optischen Verfahren wird an die in der zu untersuchenden Lösung vorhandenen Moleküle spezifisch ein Fluoreszenzmarkierungsstoff ("Label") gebunden, der bei Beaufschlagen mit beispielsweise UV-Licht zum Leuchten angeregt werden kann. In der Regel ist diese Bindung eine chemisch kovalente Bindung. Wird nun der Chip nach dem Inkontaktbringen mit der zu untersuchenden Flüssigkeit und nach einem weiteren Spülschritt, in dem in der zu untersuchenden Flüssigkeit zwar vorhandene, jedoch nicht gebundene Moleküle entfernt werden, mit Licht beaufschlagt, so kann aufgrund der Kenntnis der Lokalisierung der jeweiligen Fängermoleküle bestimmt werden, an welchen Positionen eine spezifische Bindung stattgefunden hat und an welchen Positionen keine spezifische Bindung stattgefunden hat. Aufgrund der genauen Kenntnis der verwendeten Fängermoleküle kann auf die Existenz bzw. die fehlende Existenz bestimmter, zu erfassender Moleküle in der zu untersuchenden Flüssigkeit geschlossen werden.

Das optische Nachweisverfahren weist im Vergleich zu einem bekannten elektrischen Nachweisverfahren insbesondere den Nachteil auf, dass ein relativ kompliziertes und teures optisches System zur Auswertung verwendet werden muss. Dies erschwert z. B. den Einsatz eines solchen optischen Nachweisverfahrens in einer Arztpraxis.

Ferner ist es zum Nachweis der erfolgten Bindung bekannt, ein elektrisches Nachweisverfahren einzusetzen. Ein Beispiel eines solchen elektrischen Nachweisverfahrens unter Verwendung eines (nicht optischen) Markierungsstoffes ist das Verfahren des Redox-Recyclings [1], [2].

Bei einem elektrischen Verfahren werden üblicherweise mehrere Elektroden-Paare parallel geschaltet, um ein hinreichend großes elektrisches Signal zu erhalten. Ein Beispiel ist in Fig. 6 gezeigt, bei der eine erste Elektrode 601 und eine zweite Elektrode 602 parallel geschaltet sind. Die resultierende Elektrodenstruktur auf einer Passivierungsschicht 600 weist anschaulich mehrere ineinander verschachtelte "Finger" auf, wobei die Finger jeweils mit ihrem übernächsten Nachbar miteinander elektrisch gekoppelt sind und daher das gleiche elektrische Potential aufweisen.

Weiterhin ist ein elektrisches Nachweisverfahren bekannt, das im Gegensatz zum oben beschriebenen optischen Nachweisverfahren keinen Markierungsstoff benötigt [3], [4], [5], [6], [7], [8].

Die Verfahren gemäß [3], [4], [5], [6] basieren wieder auf einer Sensoranordnung gemäß Fig. 6.

In Fig. 7 ist für die weitere Erläuterung ein Ausschnitt eines Sensorschips 700 gezeigt, der eine erste Elektrode 705 und eine zweite Elektrode 706, die benachbart zueinander angeordnet sind, darstellt. Auf beiden Elektroden 705, 706 sind Fängermoleküle 701 immobilisiert (Fig. 7a). Der elektrische Parameter 707, der bei dieser Methode ausgewertet wird, ist die Impedanz oder die Kapazität zwischen den jeweiligen Elektroden 705, 706. Um diese zu messen, wird an eine der Elektroden 705, 706 eine Wechselspannung angelegt und es wird mit einem Messgerät 704 das daraus an den Elektroden resultierende Wechselstromsignal ausgewertet. Im Falle erfolgter Bindung ändert sich die gemessene Impedanz (üblicherweise nimmt ihr Betrag zu) bzw. verringert sich die Kapazität zwischen den Elektroden 705, 706, da viele Fängermoleküle 701 und zu erfassende Moleküle 702 in der zu untersuchenden Flüssigkeit 703 nicht elektrisch leitend sind und die jeweiligen Elektroden 705, 706 in gewissem Maße elektrisch abschirmen. Dies ist z. B. besonders dann der Fall, wenn die Fängermoleküle 701 und die zu erfassenden Moleküle 702 in der zu untersuchenden Flüssigkeit 703 Nukleinsäuren, d. h. DNA oder RNA, sind. Dieser Fall ist in Fig. 7a und Fig. 7b gezeigt.

Eine von dem in [3], [4], [5], [6] beschriebenen Prinzip abweichende Variante ist in [7], [8] beschrieben. Dort wird auf jeder Sensorposition nur eine relativ großflächige, nicht unterteilte Elektrode für die Immobilisierung von Fängermolekülen und gegebenenfalls zur Bindung der zu erfassenden Spezies verwendet. Das Wechselspannungssignal wird direkt an die zu untersuchende Flüssigkeit angelegt. Bei diesem Verfahren erfolgt das Anlegen dieses Signals, wie auch gegebenenfalls das Anlegen eines DC-Spannungs-Offsets über eine globale Ansteuerelektrode, die in der Lage ist, einen niederohmigen definierten elektrischen Kontakt zu der zu untersuchenden Flüssigkeit herzustellen (üblicherweise wird deshalb eine Silber/Silberchlorid-Referenzelektrode eingesetzt).

Bei elektrischen Nachweisverfahren wird zur Immobilisierung der Fängermoleküle auf der Sensorelektrode in der Regel eine diese Fängermoleküle enthaltende Lösung mittels Dispensiertechnik auf die Sensorelektrode einer jeweiligen Stelle auf einem Chip aufgebracht. Die in dieser Lösung vorhandenen Fängermoleküle können dann mit der Sensorelektrode der jeweiligen Stelle auf dem Chip dann reagieren, um auf dieser immobilisiert zu werden.

In jeder der Fig. 8A, 8B, 8C und 8D sind ein Chip 800, eine Sensorelektrode 801, große Führungsvorsprünge 802, kleine Führungsvorsprünge 806, eine Lösung 803, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, eine Düse 804 einer Dispensiervorrichtung und eine Kavität 805, die oberhalb der Sensorelektrode 801 durch entweder die großen Führungsvorsprünge 802 oder die kleinen Führungsvorsprünge 806 gebildet ist, dargestellt.

Fig. 8A und 8B zeigen den Fall, dass die Führungsvorsprünge 802 relativ groß ausgebildet sind, so dass sie imstande sind, das dispensierte Volumen der Lösung 803 vollständig zu umfassen. Fig. 8A zeigt einen Tropfen der Lösung 803, der gerade aus der Düse 804 dispensiert wird. Fig. 8B zeigt das Ergebnis nach dem Dispensieren der Lösung 803 aus der Düse 804. Es ist anzumerken, dass die Lösung 803 in der Fig. 8B die Sensorelektrode 801 vollständig benetzt, was den Idealfall darstellt.

Fig. 8C und 8D zeigen den Fall, dass kleinere Führungsvorsprünge 806 als diejenige in den Fig. 8A und 8B vorgesehen sind. Die Fig. 8C zeigt den Tropfen der Lösung 803, während dieser aus der Düse 804 gerade dispensiert wird. Die Fig. 8D zeigt den Fall nach der Dispensierung des Tropfens der Lösung 803 aus der Düse 804 derart, dass dieser Tropfen jetzt zwischen den Führungsvorsprüngen 806 oberhalb der Sensorelektrode 801 zwar liegt, jedoch ist das Volumen des Tropfens der Lösung 803 in Fig. 8D aufgrund der kleinen Führungsvorsprünge 806 von diesen nicht vollständig umfasst. Aus diesem Grund erstreckt sich der Tropfen der Lösung 803 über die Führungsvorsprünge 806 nach oben hinaus, wobei die Oberflächenspannung der Lösung 803 dazu führt, dass eine im Allgemeinen kugelförmige Form des Tropfens der Lösung 803 oberhalb der Sensorelektrode 801 beibehalten wird. Es ist anzumerken, dass die in der Fig. 8D gezeigte Sensorelektrode 801 vollständig, d. h. gleichmäßig, von dem Tropfen der Lösung 803 benetzt ist, was den Idealfall darstellt.

Jedoch ist ein solcher Idealfall mit herkömmlichen Chip- Anordnungen mit Sensorelektroden in der Regel nicht erreichbar. Fig. 9A und 9B zeigen jeweils einen Chip 900, Sensorelektroden 901, große Führungsvorsprünge 902, kleine Führungsvorsprünge 905, eine Lösung 903, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, und eine Luftblase 904 zwischen der Lösung 903 und der Sensorelektrode 901. Die Fig. 9A entspricht der Fig. 8B, und die Fig. 9B entspricht der Fig. 9D, wobei allerdings während des Dispensierens eine Luftblase 904 zwischen der Lösung 903 und den Sensorelektroden 901 eingeschlossen wird. Da das Dispensieren bei den oben beschriebenen Anwendungen oftmals mit sehr kleinen Volumen stattfindet (beispielsweise mit Volumen im Nanoliter-Bereich), kann die Luftblase 904 sich nicht nach oben bewegen, um in die die Lösung 802 umgebende Atmosphäre abgeleitet zu werden. Aus diesem Grund bleibt die Luftblase 904 unterhalb der Lösung 903 in Kontakt mit den Sensorelektroden 901, so dass dieser Bereich der Sensorelektroden 901 keine zu immobilisierende Fängermoleküle in der Lösung 903 kontaktieren kann. Somit werden keine zu immobilisierenden Fängermoleküle auf jenen Bereich der Sensorelektroden 901, der unterhalb der Luftblase 904 liegt, immobilisiert, während auf dem Bereich der Sensorelektroden 901, der die Lösung 903 direkt kontaktiert, zu immobilisierende Fängermoleküle in der Lösung 903 immobilisiert werden.

Somit führt eine unvollständige Benetzung der Sensorelektroden 901 mit der Lösung 903 zu dem unerwünschten Zustand, dass nach der Immobilisierungsphase ein Bereich der Sensorelektroden 901 immobilisierte Fängermoleküle aufweist, während ein anderer Bereich der Sensorelektroden 901 keine immobilisierten Fängermoleküle aufweist. Im späteren Nachweisverfahren könnte eine solche, ungleichmäßige Immobilisierung von Fängermolekülen auf den Sensorelektroden 901 zu unerwünschten Messartefakten führen.

Somit liegt der Erfindung das Problem zugrunde, die Benetzung einer Sensorelektrode zu verbessern.

Das Problem wird mit einer Chip-Anordnung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.

Eine Chip-Anordnung weist einen Chip auf, der zumindest eine Aussparung aufweist. Die Chip-Anordnung weist ferner eine oder mehrere Sensorelektroden auf, die oberhalb der Aussparung auf einer oberen Oberfläche des Chips seitlich der Aussparung abgestützt angeordnet ist. Vom Boden der Aussparung bis zu einer unteren Oberfläche des Chips hin erstreckt sich durchgängig zumindest ein Loch.

Das bei der erfindungsgemäßen Chip-Anordnung vorgesehene zumindest eine Loch ermöglicht, dass ein Tropfen einer Lösung, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, nach dem Dispensieren durch eine geeignete Dispensiervorrichtung aufgrund von Kapillarkräften an der Sensorelektrode vorbei nach unten fließen kann. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Sensorelektrode vollständig benetzt wird. Dies gilt auch für den in der Fig. 9 gezeigten Fall, dass während des Dispensiervorgangs eine Luftblase zwischen der Lösung, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, und der Sensorelektrode, auf die die Fängermoleküle immobilisiert werden sollen, eingeschlossen wird. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, weil eine solche, eingeschlossene Luftblase bei der erfindungsgemäßen Chip-Anordnung die Möglichkeit hat, aufgrund der Kapillarkräfte der Lösung nach unten in das Loch hineingeführt und somit aus der Aussparung abgeführt zu werden.

Somit wird eine vollständige Kontaktierung der Sensorelektrode mit der Lösung, die die zu immobilisierenden Moleküle enthält, gewährleistet.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Chip- Anordnung, weist die Chip-Anordnung Führungsvorsprünge auf, die seitlich der Aussparung angeordnet sind, und die sich von der oberen Oberfläche des Chips nach oben hin erstrecken. Die Führungsvorsprünge weisen einwärts gerichtete Führungsflächen auf. Diese einwärts gerichteten Führungsflächen der Führungsvorsprünge sind derart ausgebildet, dass eine nach unten in die Aussparung hineinführende Kavität gebildet ist. So kann beim Dispensieren gewährleistet werden, dass die Fängermoleküle enthaltende Lösung, mit der die Sensorelektrode bzw. Sensorelektroden benetzt werden soll bzw. sollen, direkt oberhalb der zu benetzenden Sensorelektrode(n) sitzt, und nicht beispielsweise seitlich in den der Sensorelektrode(n) umliegenden Bereiche der oberen Oberfläche des Chips hinein fließt.

Alternativ zum Vorsehen von Führungsvorsprüngen kann die Aussparung entsprechend der Natur der zu dispensierenden Lösung beschaffen sein, und der die Aussparung umliegende Bereich der Oberfläche des Chips kann entgegen der Natur der zu dispensierenden Lösung beschaffen sein. So kann bei wäßriger Lösung beispielsweise die Aussparung hydrophil und der die Aussparung umliegende Bereich der Oberfläche des Chips hydrophob beschaffen sein. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass ein dispensierter Tropfen der Lösung auf dem Bereich, also im vorliegenden Beispiel mit wäßriger Lösung, wie gewünscht in der hydrophilen Aussparung und nicht auf dem die Aussparung umliegende, hydrophobe Bereich der Oberfläche des Chips haften. Dies trägt zu einer vollständigen Benetzung der Sensorelektrode(n) bei.

Obwohl die die Fängermoleküle enthaltende Lösung aufgrund der Natur der meisten, als Fängermoleküle in Betracht kommenden Biomoleküle in der Regel wäßriger Natur sein wird, ist nicht auszuschließen, dass diese Lösung auch hydrophober Natur sein könnte. In einem solchen Fall wären die Aussparung und der die Aussparung umliegende Bereich der oberen Oberfläche des Chips gemäß den vorangehenden Erläuterungen, das heißt die Aussparung als hydrophob und der die Aussparung umliegende Bereich der oberen Oberfläche des Chips als hydrophil auszubilden.

Das Hydrophil- bzw. Hydrophobmachen der Aussparung und der die Aussparung umliegende Bereich der oberen Oberfläche des Chips kann beispielsweise mittels entsprechendes Beschichtens erfolgen. Hierbei ist nicht auszuschließen, dass auch die Sensorelektrode(n) entsprechend beschichtet wird(werden). Als Beschichtungsmittel kommen beispielsweise SiO₂, eine beliebige Nitridverbindung oder Polysilizium in Betracht.

Die Sensorelektrode kann als mehrere langgestreckte Elektrodenelemente, als ein einstückiges Gitter, als ein gewebtes Gitter oder als eine mit einer Mehrzahl von Perforationen versehene Folie ausgestaltet sein. Hierbei ist bevorzugt, die langgestreckten Elektrodenelemente oder die Gitterelemente bzw. die in der Folie versehenen Perforationen in einem Abstand voneinander von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 µm auszubilden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Loch mit einem Durchmesser von kleiner als ungefähr 1 µm bis 100 µm ausgebildet. Durch das Ausbilden von kleinen Löchern kann die Rate, bei der die die Fängermoleküle enthaltende Lösung aufgrund von Kapillarkräften nach unten aus der Aussparung abgeführt wird, eingestellt werden derart, dass ein solches Abführen in einer relativ langsamen und deshalb kontrollierten Weise erfolgt. Bei größeren Löchern wird die Lösung in der Aussparung nämlich rasch nach unten geführt, was zu unerwünschter Turbulenz in dem Bereich der Sensorelektrode führen könnte. Ist beim Dispensieren der Lösung auf unerwünschterweise eine Luftblase unterhalb der dispensierten Lösung im Bereich der Sensorelektrode(n) eingeschlossen worden, so könnte diese Luftblase beim zu raschen Abführen der Lösung nach unten an der Sensorelektrode vorbei zerstäubt werden. Die dadurch so entstehende Mehrzahl von Luftbläschen könnten dann mehrere Bereiche der Sensorelektrode bedecken, und so eine für reproduzierbare Messungen erforderliche gleichmäßige Immobilisierung der Fängermoleküle auf der Sensorelektrode verhindern.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Chip mit mehreren Löchern vorgesehen sein, die sich vom Boden der Aussparung bis zu einer unteren Oberfläche des Chips hin durchgängig erstrecken.

Um den höchstmöglichen Flexibilitätsgrad bei dem späteren, hier nicht erläuterten Nachweisverfahren zu ermöglichen, kann gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die Aussparung und das zumindest eine Loch mit einem elektrisch isolierenden Material ausgekleidet sein.

Ferner kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks zwischen sich und der unteren Oberfläche des Chips auf der unteren Oberfläche abgedichtet angeordnet sein. Ein solches Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks kann von Vorteil sein, wenn eine eventuell eingeschlossene Luftblase zwischen der dispensierten Lösung und der Sensorelektrode in der durch die Führungsvorsprünge geschaffenen Kavität der Chip-Anordnung so groß ist, dass keine nach unten führende Kapillarkräfte zustande kommen können. In diesem Fall wird das Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks eingesetzt, um die Luftblase nach unten zu saugen, damit die Lösung, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, an der Sensorelektrode aufgrund von der erzeugten Saugwirkung und/oder von Kapillarkräften vorbeifließen kann.

Das Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks kann eine elektrostatisch oder mechanisch auslenkbare Membran sein, wobei für diesen Fall zusätzlich eine Elektrode zum Auslenken der elektrostatisch oder mechanisch auslenkbaren Membran bei der Chip-Anordnung vorgesehen ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung können die Führungsvorsprünge aus einem chemisch inerten Material bestehen, wie zum Beispiel aus einem Polyamid, Plexiglas, Acryl, Poly(methylmethacrylat) (PMMA), einem Material aus polychlorinierten Biphenylen (PCB), Polyethylen oder Polypropylen. So wird gewährleistet, dass keine unerwünschte Reaktion zwischen den zu immobilisierenden Fängermolekülen in der zu dispensierenden Lösung und den Führungsvorsprüngen geschieht.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Sensorelektrode Gold auf.

Das von der Erfindung gestellte Problem wird weiterhin durch ein Verfahren zum Immobilisieren von Fängermolekülen auf einer Sensorelektrode unter Verwendung der oben beschriebenen Chip- Anordnung gelöst.

Bei einem Verfahren zum Immobilisieren von Fängermolekülen auf einer oder auf mehreren Sensorelektroden unter Verwendung der oben beschriebenen Chip-Anordnung wird eine Lösung, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, mit der Sensorelektrode dadurch in Kontakt gebracht, dass ein Volumen der Lösung in den Bereich der Sensorelektrode(n) dispensiert wird. Gemäß diesem Verfahren lässt man dann die nach unten führenden Kapillarkräfte, die durch das zumindest eine Loch entstehen, wirken, so dass die Lösung an der Sensorelektrode vorbei nach unten gezogen wird, wodurch die Sensorelektrode mit der Lösung benetzt wird. Man lässt dann die Fängermoleküle, die in der Lösung enthalten sind, mit der Sensorelektrode derart reagieren, dass die Fängermoleküle auf der Oberfläche der Sensorelektrode immobilisiert werden.

Die Kapillarkraft der Lösung in dem zumindest einem Loch ermöglicht, dass einer eventuell bei dem Dispensieren der Lösung entstandenen, eingeschlossenen Luftblasen einen Ausweg oder einen Auslass nach unten dargeboten wird. Dies führt dazu, dass die eventuell vorhandene Luftblase nach unten, d. h. in das Loch unterhalb der Aussparung hinein, gezogen wird, so dass die Lösung, die die zu untersuchenden Fängermoleküle enthält, die gesamte Sensorelektrode gleichmäßig kontaktiert. Die Fängermoleküle, die in der Lösung enthalten sind, können dann mit der gesamten Oberfläche der Sensorelektrode reagieren und dort immobilisiert werden.

Es ist anzumerken, dass das Verfahren sowohl mit einer Chip- Anordnung mit Führungsvorsprüngen als auch mit einer Chip- Anordnung ohne Führungsvorsprünge durchgeführt werden kann. Für den Fall, das die Chip-Anordnung, bei der keine Führungsvorsprünge, sondern (wie oben beschrieben) der Natur der zu dispensierenden Lösung entsprechende Beschaffenheiten der Aussparung und des die Aussparung umliegenden Bereichs der oberen Oberfläche des Chips aufweist, so wird beim Dispensieren der Lösung ebenfalls wie mit Führungsvorsprüngen gewährleistet, dass die dispensierte Lösung nur im Bereich der Sensorelektrode(n) sitzt und diese daher vollständig benetzt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zusätzlich zum Wirkenlassen der Kapillarkraft ein Unterdruck mit dem an der unteren Fläche des Chips abgedichtet angeordneten Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks erzeugt, so dass die Lösung, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, aktiv veranlasst wird, durch das zumindest eine Loch nach unten zu fließen. Dies ermöglicht, dass eine eventuell große Luftblase, wie sie beispielsweise in der Fig. 9 gezeigt sind, das Zustandekommen von Kapillarkräften nicht beeinträchtigt. So wird gewährleistet, dass auch in dem Fall, dass eine derartige, große Luftblase während des Dispensierens zustande kommt, die sich in der Aussparung befindliche Lösung immer noch nach unten fließen, und daher die Sensorelektrode vollständig benetzen kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden als Fängermoleküle Nukleinsäuren, Peptide, Proteine und/oder niedermolekulare Verbindungen verwendet. Unter dem Begriff "niedermolekular" sind solche Verbindungen zu verstehen, die ein Molekulargewicht von etwa 1500 g/mol oder weniger haben.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird/werden als die Sensorelektrode(n) Gold aufweisende Sensorelektrode(n) verwendet, und die Immobilisierung der Fängermoleküle erfolgt mittels einer Gold-Schwefelkopplung. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Fängermoleküle im Voraus derart synthetisiert bzw. modifiziert werden, um Schwefel zu enthalten, was in einer dem Fachmann bekannten Weise erfolgen kann.

Für den oben beschriebenen Fall, dass die im Verfahren verwendete Chip-Anordnung keine Führungsvorsprünge aufweist, sondern (wie oben beschrieben) die Aussparung und der die Aussparung umliegenden Bereich der oberen Oberfläche des Chips je nach Natur der zu dispensierenden Lösung beschaffen sind, so kann/können bei wäßriger Lösung auch die Sensorelektrode(n) beschichtet werden, um der/den Sensorelektrode(n) eine hydrophile Eigenschaft zu verleihen. Eine solche Beschichtung kann beispielsweise mit einem beliebigen hydrophilen Material erfolgen, wobei SiO₂ besonders geeignet. Wird/werden die Sensorelektrode(n) mit SiO₂ beschichtet, dann kann eine Immobilisierung der in der dispensierten Lösung vorhandenen Fängermoleküle auf die/den Sensorelektrode(n) vorteilhaft mittels eines aktivierten Alkoxysilanrests, der als Teil des zu immobilisierenden Fängermoleküls bereits eingeführt worden ist, erfolgen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Chip- Anordnung (Fig. 1A bzw. Fig. 1B) sowie eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Chip-Anordnung (Fig. 1C);

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Chip-Anordnung der vorliegenden Erfindung, bei dem eine elektrostatisch oder mechanisch auslenkbare Membran/Saugglocke an der unteren Oberfläche des Chips abgedichtet angeordnet ist;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Chip-Anordnung mit einer elektrostatisch oder mechanisch auslenkbaren Membran, die an der unteren Oberfläche des Chips abgedichtet angeordnet ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung unterschiedlicher Stadien bei der Herstellung einer Chip-Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine schematisch Darstellung eines adressierbaren Chips aus dem Stand der Technik;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Chips 600 mit darauf angeordneten Interdigitalelektroden 601, 602;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung aus dem Stand der Technik, bei der die elektronischen Eigenschaften zweier Elektroden sowohl vor als auch nach der Bindungsreaktion zwischen dem Fängermolekül und dem zu erfassendem Molekül detektiert werden;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines idealen Dispensiervorgangs aus dem Stand der Technik;

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines nicht idealen Ergebnisses eines Dispensiervorgangs nach dem Stand der Technik.

Fig. 1 zeigt einen Chip 100, eine Sensorelektrode 101, große Führungsvorsprünge 102, kleine Führungsvorsprünge 108, Mikroröhren 103, eine Aussparung 104, eine Lösung 105, die die zu immobilisierenden Moleküle enthält, und eine Kavität 106, die durch entweder die großen Führungsvorsprünge 102 oder die kleinen Führungsvorsprünge 108 gebildet ist. Die Fig. 1A zeigt den Fall, bei dem Führungsvorsprünge 102 ausreichend groß sind, damit der dispensierte Tropfen der Lösung 105 von der durch die Führungsvorsprünge 102 gebildeten Kavität 106 vollständig umfasst ist. Die in die Kavität 106 dispensierte Lösung 105 fließt in Richtung des Pfeils 107 nach unten. Zunächst fließt die Lösung 105 an der Sensorelektrode 101 vorbei, wobei die Sensorelektrode 101 ganzseitig von der Lösung 105 benetzt wird. Die Lösung 105 fließt dann in die Aussparung 104 ein und von dort aus in die Mehrzahl von Mikroröhren 103. Die Kapillarkraft der Lösung 105 an den Wänden der Mikroröhren 103 entlang, bewirkt, dass die noch in der Kavität 106 sich befindliche Lösung 105 weiter an der Sensorelektrode 101 vorbei nach unten fließt. Wenn die Lösung 105 entlang der gesamten Länge der Mikroröhren 103 entlanggeflossen ist, so dass der Pegel der Lösung 105 in gleicher Höhe mit der untern Oberfläche des Chips 100 liegt, dann hört die Flüssigkeit 105 auf zu fließen. In diesem Zustand ist die Sensorelektrode 101 ganzseitig, d. h. sowohl auf der Seite der Aussparung als auch auf der Seite der Kavität 106 mit der Lösung 105, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, vollständig benetzt.

Fig. 1B zeigt dieselbe Situation wie in Fig. 1A mit dem Unterschied, dass die Führungsvorsprünge 108 kleiner als diejenige aus der Fig. 1A sind. Der Tropfen der Lösung 105 ist also nicht vollständig von den Führungsvorsprüngen 108 umfasst. Vielmehr ragt sie kugelförmig aus der durch die Führungsvorsprünge 108 gebildete Kavität 106 nach oben heraus.

Fig. 1C ist eine Draufsicht von entweder Fig. 1A oder Fig. 1B, bei der deutlich wird, dass die in Fig. 1A dargestellte Sensorelektrode(n) 101 als mehrere langgestreckte Sensorelektrodenelemente ausbildet ist/sind. Die langgestreckten Elektrodenelemente der Sensorelektrode(n) 101 sind zum Beispiel in einem Abstand voneinander von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 10 µm angeordnet. Bei der in Fig. 1C dargestellten Draufsicht der Chip-Anordnung ist keine Lösung 105 zu sehen. D. h., die Ansicht der Fig. 1C ist eine Draufsicht der Chip-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in jenem Zustand, in dem noch keine Dispensierung der Lösung 105 und daher noch keine Benetzung der Sensorelektrode 101 stattgefunden hat.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der Chip-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der ein Chip 200, eine Sensorelektrode 201, kleine Führungsvorsprünge 202, Mikroröhren 203, eine Aussparung 204, eine Lösung 205, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, eine Kavität 206, die durch die kleinen Führungsvorsprünge 202 gebildet ist, eine elektrostatisch oder mechanisch auslenkbare Membran 207, Pfeile 208, die die Flussrichtung der Lösung 205 aufgrund des durch die elektrostatisch oder mechanisch auslenkbare Membran 207 geschaffenen Unterdrucks erzeugt wird, symbolisieren, einen Meniskus 209 der Lösung 205 und Richtungspfeile 210, die in die Bewegungsrichtung der elektrostatisch oder mechanisch auslenkbaren Membran 207 beim Erzeugen eines Unterdrucks zeigen, zu sehen sind. Die elektrostatisch oder mechanisch auslenkbare Membran 207 wird durch eine Elektrode (nicht gezeigt) in die Richtung der Richtungspfeile 210 elektrostatisch oder mechanisch ausgelenkt, so dass zwischen der elektrostatisch oder mechanisch auslenkbaren Membran 207 und der unteren Oberfläche des Chips 200 ein Unterdruck erzeugt wird.

Um dies zu ermöglichen, ist es bevorzugt, dass die Membran 207 an der unteren Oberfläche des Chips 200 luftdicht abgedichtet angeordnet ist. Durch den Unterdruck, der durch die Membran 207 erzeugt wird, wird die Lösung 205, die als Tropfen zwischen den kleinen Führungsvorsprüngen 202 einer jeweiligen Stelle bereits dispensiert worden ist, nach unten in Richtung der Pfeile 208 gezogen. Unter dieser Bedingung kann sich ein Meniskus 209 unterhalb der unteren Oberfläche des Chips 200 bilden. Das Bilden eines Meniskus 209 unter diesen Bedingungen ist insofern vorteilhaft, dass ein solcher Meniskus 209 in gewissem Maße ein Reservoir der Lösung 205 unterhalb der unteren Oberfläche des Chips 200 darstellt. D. h., dass bei wiederholter Betätigung der Membran 207 in einer dem Wirkungsprinzip einer Saugglocke ähnelnden Weise die Lösung 205 in dem Meniskus 209 nach oben gedrückt bzw. nach unten gezogen wird, so dass keine Luft in die Mikroröhren hineingeführt wird.

Die elektrostatisch oder mechanisch auslenkbare Membran 207 funktioniert ähnlich wie eine Saugglocke, deren Wirkung dann zum Tragen kommt, wenn beispielsweise durch das Dispensierverfahren eine Luftblase in der Kavität oder in der Aussparung eingeschlossen wird, die das Vermögen der Lösung 205, durch die Mikroröhre 203 nach unten zu fließen, sonst hindern würde. Durch die Saugwirkung der Membran 207 kann eine solche, nicht gezeigte Luftblase durch die erzeugte Saugkraft nach unten in die Mikroröhren gezogen werden, so dass eine vollständige Benetzung der Sensorelektrode 201 mit der Lösung 205, die die zu immobilisierenden Moleküle enthält, gewährleistet wird. Es ist anzumerken, dass in der Fig. 2 der Meniskus 209 bei nur einem Satz von Mikroröhren beispielgebend gezeigt ist. Es würde sich jedoch bei erfolgter Saugwirkung durch die elektrostatisch oder mechanisch auslenkbare Membran 207 unterhalb jeder der hier gezeigten Stellen auf dem Chip 200, d. h. unterhalb jedes Satzes mehrerer Mikroröhren, ein solcher Meniskus 209 bilden.

In Fig. 3 sind ein Chip 300, eine Sensorelektrode 301, große Führungsvorsprünge 302, Mikroröhren 303, eine Aussparung 304, eine Lösung, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, eine Kavität 306, eine elektrostatisch oder mechanisch auslenkbare Membran 307, Richtungspfeile 308, die in die Flussrichtung der Lösung 305 aufgrund des durch die auslenkbare Membran 307 geschaffenen Unterdrucks zeigen, eine Meniskus 309 der Lösung 305 und Richtungspfeile 310 für die Bewegungsrichtung der elektrostatisch oder mechanisch auslenkbaren Membran beim Erzeugen eines Unterdrucks gezeigt, zu sehen. Das Ausführungsbeispiel der Chip-Anordnung in Fig. 3 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel der Chip- Anordnung der Fig. 2 darin, dass das in dem Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Chip-Anordnung große Führungsvorsprünge 302 aufweist, die groß genug sind, um die Lösung 305, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, vollständig in der Kavität 306, die durch die großen Führungsvorsprünge 302 gebildet ist, zu umfassen. Ansonsten gilt die obenstehende Erläuterung des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels der Chip-Anordnung auch für das in der Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel der Chip-Anordnung.

Das Ausführungsbeispiel, bei dem die Führungsvorsprünge 302 fehlen, d. h. bei dem die Beschaffenheiten der Aussparung 304 und der die Aussparung umliegende Bereich der oberen Oberfläche des Chips 300 je nach Natur der zu dispensierenden Lösung eingestellt sind, ist hier nicht gezeigt.

Fig. 4A, Fig. 4B und Fig. 4C zeigen zwei Schritte bei der Herstellung einer Chip-Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Fig. 4A zeigt einen Chip 400, Sensorelektroden 401 sowie Mikroröhren 402, die im Chip 400 eingebracht worden sind. Hierbei weisen die einzelnen Mikroröhren einen Durchmesser von jeweils kleiner als 100 µm auf

Die Mikroröhren 402 können entweder mittels des Plasmaätzens oder mittels elektrochemischen Ätzens, wie es in [10] beschrieben ist, hergestellt werden.

Letzteres Verfahren ist bei einer Dicke eines Chips von größer als 0,1 mm vorteilhaft. Wie in Fig. 4A dargestellt, werden auf der unteren Oberfläche 404 des Chips 400 (d. h. auf der den Sensorelektroden 401 abgewandten Seite des Chips 400) Mikroröhren 402 erzeugt. Diese Mikroröhren 402 erreichen nicht die obere Oberfläche 405 des Chips 400, sondern haben einen Abstand zur oberen Oberfläche 405 des Chips 400, der mindestens der Tiefe der später geätzten Aussparung 403 entspricht.

Die Mikroröhren 402 können nach dem Ätzen, zum Beispiel mittels einer Polysiliziumschicht, verschlossen werden, um das Eindringen von Flüssigkeiten während des weiteren Herstellungsprozesses zu verhindern. Nach Fertigstellung der Elektronik und der Sensorelektroden 401 wird die Polysiliziumschicht entfernt und die Aussparung 403 wird geätzt. Durch eine thermische anodische Oxidation der nun durchgängigen Mikroröhren 402 kann eine Isolation zwischen einer sich in den Mikroröhren 402 befindlichen Flüssigkeit und dem Chip 400 erreicht werden.

Fig. 4B zeigt das Endergebnis nach der Herstellung der Chip- Anordnung, bei der die Aussparung 403 unterhalb der Sensorelektroden 401 geätzt worden ist.

Fig. 4C zeigt eine Draufsicht der in Fig. 4B gezeigten Chip- Anordnung, bei welcher der Chip 400, die Sensorelektroden 401, die Aussparung 403 sowie der Bereich der Mikroröhren 402 dargestellt sind.

Es ist anzumerken, dass die in Fig. 4 gezeigte Sensorelektrode 401 als eine Sensorelektrode mit mehreren langgestreckten Elektrodenelementen ausgebildet ist. Die Sensorelektroden 401 in Fig. 4 könnten alternativ als ein einstückiges Gitter, ein gewebtes Gitter oder einer mit einer Mehrzahl von Perforationen versehenen Folie ausgebildet sein.

Wie oben erläutert, sollten die Sensorelektroden 401 feinmaschig sein, d. h. die benachbarten Gitterelementen, benachbarten, langgestreckten Elektrodenelementen oder benachbarten, in einer Folie versehenen Perforationen sollten in einem Abstand von ungefähr 0,1 µm bis ungefähr 10 µm voneinander entfernt ausgebildet sein.

In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] M. Paeschke et al., Electroanalysis 1996, 7, No. 1, p. 1-8
[2] R. Hintzsche et al., "Microbiosensors using electrodes made in Si-technology", in "Frontiers in Biosensorics I - Fundamental Aspects", F. W. Scheller et al. ed., 1997, Birkhauser Verlag Basel
[3] WO 9322678
[4] DE 196 10 115 A1
[5] US Serial No 60/007840
[6] Peter Van Gerwen et al., Transducers '97, p. 907-910
[7] Christian Krause et al., Langmuir, Vol. 12, No. 25, 1996 p. 6059-6064
[8] V. M. Mirsky, Biosensors & Bioelectronics 1997, Vol. 12 No. 9-10, pp. 977-989
[9] WO 99/38612
[10] DE 37 17 851

Bezugszeichenliste

100

Chip

101

Sensorelektrode

102

Große Führungsvorsprünge

103

Mikroröhren

104

Aussparung

105

Lösung, die die zu immobilisierenden Moleküle enthält

106

Kavität, gebildet durch die Führungsvorsprünge

107

Flussrichtung der Lösung

105

aufgrund von Kapillarkräften

108

Kleine Führungsvorsprünge

200

Chip

201

Sensorelektrode

202

Kleine Führungsvorsprünge

203

Mikroröhren

204

Aussparung

205

Lösung, die die zu immobilisierenden Moleküle enthält

206

Kavität, gebildet durch die Führungsvorsprünge

202

207

Elektrostatisch auslenkbare Membran

208

Flussrichtung der Lösung

205

aufgrund des durch die Membran

207

erzeugten Unterdrucks

209

Meniskus der Lösung

205

210

Bewegungsrichtung der elektrostatisch auslenkbaren Membran beim Erzeugen des Unterdrucks

300

Chip

301

Sensorelektrode

302

Große Führungsvorsprünge

303

Mikroröhren

304

Aussparung

305

Lösung, die die zu immobilisierenden Moleküle enthält

306

Kavität, gebildet durch die Führungsvorsprünge

302

307

Elektrostatisch auslenkbare Membran

308

Flussrichtung der Lösung

205

aufgrund des durch die Membran erzeugten Unterdrucks

309

Meniskus der Lösung

305

310

Bewegungsrichtung der elektrostatisch auslenkbaren Membran

307

beim Erzeugen des Unterdrucks

400

Chip

401

Sensorelektrode

402

Mikrolöcher

403

Aussparung

500

Chip

501

Diskrete Positionen auf dem Chip

600

Substrat

601

Erste Elektrode

602

Zweite Elektrode

700

Chip

701

Fängermoleküle (hier DNA)

702

An den Fängermolekülen gebundene, zu erfassende Moleküle in einer zu untersuchenden Flüssigkeit

703

Zu untersuchende Flüssigkeit

704

Elektronische Messvorrichtung

800

Chip

801

Sensorelektrode

802

Große Führungsvorsprünge

803

Lösung, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält

804

Düse

805

Kavität, gebildet durch die Führungsvorsprünge

802

806

Kleine Führungsvorsprünge

900

Chip

901

Sensorelektrode

902

Große Führungsvorsprünge

903

Lösung, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält

904

Luftblase

905

Kleine Führungsvorsprünge

Claims

1. Chip-Anordnung, mit
einem Chip;
zumindest einer Aussparung in dem Chip;
zumindest einer Sensorelektrode, die oberhalb der Aussparung auf einer oberen Oberfläche des Chips seitlich der Aussparung abgestützt angeordnet ist; und
zumindest einem Loch, das sich vom Boden der Aussparung bis zu einer unteren Oberfläche des Chips hin durchgängig erstreckt.

2. Chip-Anordnung gemäß Anspruch 1, bei der seitlich der Aussparung angeordnete, sich von der oberen Oberfläche des Chips nach oben hin erstreckende Führungsvorsprünge vorgesehen sind, die einwärts gerichtete Führungsflächen aufweisen derart, dass eine nach unten in die Aussparung hinein führende Kavität gebildet ist.

3. Chip-Anordnung gemäß Anspruch 1, bei der die Aussparung entsprechend der Natur der zu dispensierenden Lösung beschaffen ist, und der die Aussparung umliegende Bereich der Oberfläche des Chips entgegen der Natur der zu dispensierenden Lösung beschaffen ist.

4. Chip-Anordnung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Sensorelektrode als
mehrere langgestreckte Elektrodenelemente;
ein einstückiges Gitter;
ein gewebtes Gitter; oder
eine mit einer Mehrzahl von Perforationen versehene Folie
ausgestaltet ist.

5. Chip-Anordnung gemäß Anspruch 4, bei der die langgestreckten Elektrodenelementen oder die Gitterelemente beziehungsweise die in der Folie versehenen Perforationen in einem Abstand voneinander von ungefähr 0,1 bis ungefähr 10 µm angeordnet sind.

6. Chip-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Loch ein Loch mit einem Durchmesser ist, welcher kleiner ist als ungefähr 100 µm.

7. Chip-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der mehrere Löcher vorgesehen sind, die sich vom Boden der Aussparung bis zu einer unteren Oberfläche des Chips hin durchgängig erstrecken.

8. Chip-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Aussparung das zumindest eine Loch mit einem elektrisch isolierenden Material ausgekleidet ist.

9. Chip-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der auf einer unteren Oberfläche ein Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks zwischen sich selbst und der unteren Oberfläche des Chips abgedichtet angeordnet ist.

10. Chip-Anordnung gemäß Anspruch 9, bei der das Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks eine elektrostatisch oder mechanisch auslenkbare Membran ist

11. Chip-Anordnung gemäß Anspruch 10, bei der die Membran eine elektrostatisch auslenkbare Membran ist und zusätzlich eine Elektrode zum Auslenken der elektrostatisch auslenkbaren Membran vorgesehen ist.

12. Chip-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1, 2 oder 4-11, bei der die Führungsvorsprünge aus einem chemisch inerten Material bestehen.

13. Chip-Anordnung gemäß Anspruch 12, bei der das chemisch inerte Material ein Polyamid, Plexiglas, Acryl, Poly(methylmethacrylat) (PMMA), ein Material aus polychlorinierten Biphenylen (PCB), Polyethylen oder Polypropylen ist.

14. Chip-Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die Sensorelektroden aus Gold sind.

15. Verfahren zum Immobilisieren von Fängermolekülen auf zumindest einer Sensorelektrode unter Verwendung der Chip- Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14,
bei dem eine Lösung, die die zu immobilisierenden Fängermoleküle enthält, mit der Sensorelektrode in Kontakt gebracht wird dadurch, dass ein Volumen der Lösung in den Bereich der Sensorelektrode(n) dispensiert wird;
bei dem man nach unten führende Kapillarkräfte, die durch das zumindest eine Loch entstehen, wirken lässt, so dass die Lösung an der Sensorelektrode vorbei nach unten gezogen wird, wodurch die Sensorelektrode gleichmäßig mit der Lösung benetzt wird; und
bei dem man die Fängermoleküle in der Lösung mit der Sensorelektrode reagieren lässt derart, dass die Fängermoleküle auf der Oberfläche der Sensorelektrode immobilisiert werden.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem zusätzlich zum Wirkenlassen der Kapillarkraft ein Unterdruck mit dem auf der unteren Fläche der Sensorelektrode abgedichtet angeordneten Mittel zum Erzeugen eines Unterdrucks erzeugt wird.

17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 oder 16, bei dem als Fängermoleküle
Nukleinsäuren;
Peptide;
Proteine; und/oder
niedermolekulare Verbindungen
verwendet werden.

18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17,
bei dem als Sensorelektrode eine Sensorelektrode aus Gold verwendet wird, und
bei dem die Immobilisierung mittels einer Gold-Schwefel- Thiolkoppelung erfolgt.