DE102014218298A1

DE102014218298A1 - Method for preserving and preserving the biological component of a biosensor

Info

Publication number: DE102014218298A1
Application number: DE102014218298.0A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-03-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine biologische Sensorvorrichtung (10) umfassend mindestens ein biologisches Rezeptorelement (16), das auf einer elektronischen Schnittstelle (13) angeordnet ist. Die biologische Sensorvorrichtung (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Präservierungseinrichtung (18) an der elektronischen Schnittstelle (13) angeordnet ist, wobei die Präservierungseinrichtung (18) ein viskoelastisches Fluid umfasst, durch welches das mindestens eine biologische Rezeptorelement (16) gegenüber einer Umgebung der biologischen Sensorvorrichtung (10) abgeschirmt ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Präservieren eines biologischen Rezeptorelements (16) einer biologischen Sensorvorrichtung (10) und ein Verfahren zum Erfassen eines Analyten mithilfe einer erfindungsgemäßen biologischen Sensorvorrichtung (10). Die Präservierungseinrichtung (16) umfasst dabei vorzugsweise Gelatine in einem Zellkulturmedium (26) als eine Viskosität bestimmenden Substanz, vorzugsweise in einer Konzentration von 1-prozentiger bis 2-prozentiger einer eine Viskosität bestimmenden Substanz. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Erfassen eines Analyten mithilfe einer entsprechenden biologischen Sensorvorrichtung (10).The invention relates to a biological sensor device (10) comprising at least one biological receptor element (16) which is arranged on an electronic interface (13). The biological sensor device (10) is characterized in that a preservation device (18) is arranged on the electronic interface (13), wherein the preservation device (18) comprises a viscoelastic fluid through which the at least one biological receptor element (16) faces an environment the biological sensor device (10) is shielded. The invention further relates to a method for preserving a biological receptor element (16) of a biological sensor device (10) and to a method for detecting an analyte using a biological sensor device (10) according to the invention. The preservation device (16) preferably comprises gelatin in a cell culture medium (26) as a viscosity-determining substance, preferably in a concentration of 1 percent to 2 percent of a viscosity-determining substance. The invention also relates to a method for detecting an analyte using a corresponding biological sensor device (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine biologische Sensorvorrichtung umfassend mindestens ein biologisches Rezeptorelement, das auf einer elektronischen Schnittstelle angeordnet ist, beispielsweise ein Biosensor mit lebensfähigen Zellen als biologische Rezeptorelemente. The invention relates to a biological sensor device comprising at least one biological receptor element arranged on an electronic interface, for example a biosensor with viable cells as biological receptor elements.

Ein Biosensor ist eine Vorrichtung, die eine biologische oder biochemische Information in ein analytisch brauchbares Signal umwandelt ( Thévenot D.R., Toth K., Durst R.A., Wilson G.S. (2001): “Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification.”, Biosens. Bioelectron. 2001 Jan; 16(1–2):121–31 ). Die Struktur eines Biosensors kann eingeteilt werden in eine biologische Detektionsschicht, die beispielsweise lebensfähige Zellen umfasst, und einen Signalwandler. Analyte beispielsweise einer zu untersuchenden Wasserprobe binden an die biologische Detektionsschicht. Das Binden ruft eine biologische Veränderung der sensitiven Schicht hervor und verursacht damit eine physikalische oder chemische Antwort, die auf den Signalwandler übertragen wird ( Eltzov E., Marks R.S. (2011):”Whole-cell aquatic biosensors.”, Anal. Bioanal. Chem. 2011 May;400(4):895–913 ). A biosensor is a device that converts biological or biochemical information into an analytically useful signal ( Thévenot DR, Toth K., Durst RA, Wilson GS (2001): "Electrochemical biosensors: recommended definitions and classification.", Biosens. Bioelectron. 2001 Jan; 16 (1-2): 121-31 ). The structure of a biosensor can be classified into a biological detection layer comprising, for example, viable cells and a signal transducer. Analytes, for example, of a water sample to be tested bind to the biological detection layer. Binding causes a biological change in the sensitive layer, causing a physical or chemical response to be transferred to the transducer ( Eltzov E., Marks RS (2011): "Whole-cell aquatic biosensors.", Anal. Bioanal. Chem. 2011 May; 400 (4): 895-913 ).

Wenn ein Benutzer ein zellbasiertes Sensorsystem und einen zellbeladenen Biosensor, oder einen Zellchip, als Kern des Systems benutzt, muss der Zellchip für jede Messung ersetzt werden, da die biologische Detektionsschicht, beispielsweise eukaryontische Zellen, nur für eine Messung benutzt werden kann. Das Präservieren, also das Erhalten und Haltbarmachen, und der Transport eines gebrauchsfertigen Biosensors oder eines gebrauchsfertigen Zellchips, der bereits mit adhärent und auf dem Sensor wachsenden eukaryontischen Zellen beladen ist, der direkt in das Sensorsystem platziert werden kann, das bereits auf eine Messtemperatur von beispielsweise 37 Grad Celsius eingestellt ist, ist eine hohe logistische Herausforderung, da die Zellen mit geläufigen Methoden aus dem Stand der Technik transportiert werden, die für diese Anwendung ungeeignet sind. When a user uses a cell-based sensor system and a cell-loaded biosensor, or cell chip, as the core of the system, the cell chip must be replaced for each measurement because the biological detection layer, eukaryotic cells for example, can only be used for one measurement. The Preservieren, so the preservation and preservation, and the transport of a ready to use biosensor or a ready-to-use cell chip, which is already loaded with adherent and growing on the sensor eukaryotic cells, which can be placed directly into the sensor system, which is already at a measurement temperature of, for example 37 degrees Celsius is a major logistical challenge as the cells are transported by current state-of-the-art techniques that are unsuitable for this application.

Die geläufigste und am häufigsten durchgeführte Methode, um eukaryontische Zellen oder Zelllinien zu erhalten und zu transportieren, ist die Kryopräservation. Das bedeutet, dass Zellen, die in einer Suspension wachsen, in ein spezielles Gefriermedium mit kryoprotektiven Substanzen übertragen werden müssen ( Pegg D.E. (2007): „Principles of cryopreservation.“, Methods Mol Biol. 2007;368:39–57. ). Ebenso müssen adhärent wachsende Zellen in eine Suspension aufgenommen und in ein spezielles Gefriermedium übertragen werden. Diese Zellsuspensionen werden in spezielle Gefriergefäße überführt und können bei minus 80 Grad Celsius eingefroren werden. Auf diese Art können Zellen bei Temperaturen unter minus 80 Grad Celsius gelagert werden, oder, was für das Überleben der gefrorenen Zellen besser ist, in flüssigem Stickstoff. Die Gefäße können jedoch nur transportiert werden, wenn die Temperatur unter minus 80 Grad Celsius erhalten bleibt, zum Beispiel unter Verwendung von Trockeneis. Wird auch nur einmal die ständige Kühlung unterbrochen und beginnen die Zellen aufzutauen, müssen sie in eine geeignete Zellkultur übernommen werden, das heißt sie müssen in Zellkulturflaschen überführt, das Gefriermedium verworfen und die Zellen in einem Inkubationsschrank inkubiert werden. Adhärente, nicht in Suspension vorliegende Zellen können, auch unter Zugabe von kryoprotektiven Substanzen, nicht eingefroren und aufgetaut werden, da es dabei zu einem erheblichen Absterben der Zellen kommt. The most common and most commonly used method to obtain and transport eukaryotic cells or cell lines is cryopreservation. This means that cells that grow in a suspension must be transferred into a special cryoprotective medium with freezing ( Pegg DE (2007): "Principles of Cryopreservation.", Methods Mol Biol. 2007; 368: 39-57. ). Adherently growing cells must also be taken up in a suspension and transferred to a special freezing medium. These cell suspensions are transferred to special freezers and can be frozen at minus 80 degrees Celsius. In this way cells can be stored at temperatures below minus 80 degrees Celsius, or, what is better for the survival of frozen cells, in liquid nitrogen. However, the vessels can only be transported if the temperature is maintained below minus 80 degrees Celsius, for example using dry ice. If the constant cooling is interrupted only once and the cells begin to thaw, they must be transferred to a suitable cell culture, ie they must be transferred to cell culture bottles, the freezing medium discarded and the cells incubated in an incubation cabinet. Adherent cells which are not in suspension can not be frozen and thawed, even with the addition of cryoprotective substances, as this leads to a considerable death of the cells.

Die am häufigsten benutzten kryoprotektiven Substanzen sind Glycerol und DMSO. Auf diese Art können Zellen bei minus 90 Grad Celsius in einem Zellkulturmedium, das durch beispielsweise 10 Prozent Rinderserumalbumin und 10 Prozent DMSO ergänzt ist, transportiert und konserviert werden. Kryoprotektive Substanzen haben die Fähigkeit, den Anteil von intra- und extrazellulär gebildeten Eis durch Erhöhen der Konzentration der gelösten Substanzen in dem System zu reduzieren. Das Risiko zellulärer Schädigung entsteht in erster Linie durch die Toxizität der kryoprotektiven Substanzen und weiterhin durch den Austausch intrazellulären Gefrierens der Konzentration der löslichen Stoffe. The most commonly used cryoprotective agents are glycerol and DMSO. In this way, cells can be transported and preserved at minus 90 degrees Celsius in a cell culture medium supplemented by, for example, 10 percent bovine serum albumin and 10 percent DMSO. Cryoprotective agents have the ability to reduce the level of intra- and extra-cellular ice by increasing the concentration of solutes in the system. The risk of cellular damage arises primarily from the toxicity of the cryoprotective substances and further from the exchange of intracellular freezing of the concentration of soluble substances.

Ein weiterer Prozess zur Zellpräservation ist die Vitrifikation. In diesem Prozess werden Gewebe oder kultivierte Zellen oder ganze Organe auf Temperaturen unter dem Gefrierpunkt heruntergekühlt, ohne dass dabei ein Phasenaustausch/eine Phasenänderung stattfindet ( Han B., Bischof J.C. (2004)): „Engineering Challenges in Tissue Preservation“, Cell Preservation Technology. June 2004, 2(2): 91–112. ). Vitrifikation vermeidet die Bildung von Eis, weswegen behauptet wird, dass diese Prozedur sanfter für die Zellen ist, wie beispielsweise bei Fahy et al. (2009) ( Fahy G.M., Wowk B., Pagotan R., Chang A., Phan J., Thomson B., Phan L. (2009): “Physical and biological aspects of renal vitrification.”, Organogenesis. 2009 Jul;5(3):167–75. ) beschrieben. Üblicherweise ist eine Substitution der biologischen Flüssigkeit durch kryoprotektive Substanzen (z. B. DMSO) notwendig. Eine Abkühlung des biologischen Systems auf Temperaturen unter 0 Grad Celsius führt zu einem glasartigen, eisfreiem Stadium. Bei der hypothermischen Präservierung, ebenfalls eine gängige Art der Präservation, wird der zelluläre Metabolismus eines Gewebes durch Lagerung bei Temperaturen auf einen Temperaturbereich zwischen 4 bis 10 Grad Celsius reduziert. In den frühen 80er Jahren entwickelten Belzer und Southard eine Lösung zur Kaltlagerung, die University of Wisconsin (UW) Lösung, die das Präservieren von Leber und Pankreas verbessern sollte ( Southard J.H., Belzer F.O. (1995): „Organ preservation“, Annu Rev Med. 1995;46:235–47. ). Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Präservieren für vier bis acht Stunden für Organe unterstützt. Dieser Zeitdruck begrenzt ernsthaft die Distanz, in der Organe, die für eine Transplantation benötigt werden, an einen Ort gebracht werden können. Daraus wurde eine dreitägige Präservierung von Hundepankreas und Hundeleber sowie eine zweitägige Präservierung von Hundeleber entwickelt. Ein möglicher Grund für die guten Ergebnisse der UW-Lösung ist das Verwenden von laktobionischer Säure und Raffinose, einem Trisaccharid, um thermisch induziertes Quellen der Zellen zu unterdrücken. Die meisten Organe verlieren 95 Prozent ihrer initialen Menge von ATP und die Werte von Adenosintriphosphat und Adenosinmonophosphat verringern sich innerhalb von 24 Stunden auf ungefähr 25 Prozent des ursprünglichen Wertes in kultivierten, humanen Kardiomyozyten. Another process for cell preservation is vitrification. In this process, tissue or cultured cells or whole organs are cooled to below freezing temperatures without phase change / phase change taking place ( Han B., Bishop JC (2004)): "Engineering Challenges in Tissue Preservation", Cell Preservation Technology. June 2004, 2 (2): 91-112. ). Vitrification avoids the formation of ice, which is why it is claimed that this procedure is gentler on the cells, such as in Fahy et al. (2009) ( Fahy GM, Wowk B., Pagotan R., Chang A., Phan J., Thomson B., Phan L. (2009): "Physical and biological aspects of renal vitrification.", Organogenesis. 2009 Jul; 5 (3): 167-75. ). Usually, a substitution of the biological fluid by cryoprotective substances (eg DMSO) is necessary. A cooling of the biological system to temperatures below 0 degrees Celsius leads to a glassy, ice-free stage. In the hypothermic preservation, also a common kind the preservation, the cellular metabolism of a tissue is reduced by storage at temperatures in a temperature range between 4 to 10 degrees Celsius. In the early 1980s, Belzer and Southard developed a cold storage solution, the University of Wisconsin (UW) solution, which was designed to improve the preservation of the liver and pancreas ( Southard JH, Belzer FO (1995): "Organ preservation", Annu Rev Med. 1995; 46: 235-47. ). At this time, a Preservieren was supported for four to eight hours for organs. This time pressure seriously limits the distance at which organs needed for a transplant can be brought to a location. From this, a three-day preservation of dog pancreas and dog liver as well as a two-day preservation of dog liver was developed. One possible reason for the good results of the UW solution is the use of lactobionic acid and raffinose, a trisaccharide, to suppress thermally induced swelling of the cells. Most organs lose 95 percent of their initial amount of ATP and the levels of adenosine triphosphate and adenosine monophosphate decrease within 24 hours to approximately 25 percent of the original level in cultured human cardiomyocytes.

Eine andere Möglichkeit, um eukaryontische Zellen zu transportieren, ist das Transportieren von lebensfähigen, wachsenden Zellen. Um Suspensionszellen zu transportieren, wird eine normale Zellkulturflasche, die die bereits wachsenden Zellen enthält mit einem normalen Zellkulturmedium aufgefüllt. Ist die Flasche vollständig gefüllt, wird die Flasche mit einem Schraubdeckel sicher verschlossen. Um adhärente Zellen zu transportieren, müssen sie in einer fest verschließbaren Zellkulturflasche adhärent wachsen, der konfluente Zellrasen wird dann ebenfalls mit normalem Zellkulturmedium überschichtet und die Flasche vollständig mit Zellkulturmedium aufgefüllt und verschlossen. Auf diesem Wege können Zellen für eine kurze Zeit, (maximal drei Tage) gelagert und bei Raumtemperatur transportiert werden. Another way to transport eukaryotic cells is to transport viable, growing cells. To transport suspension cells, a normal cell culture flask containing the cells already growing is filled up with a normal cell culture medium. When the bottle is completely filled, the bottle is securely closed with a screw cap. In order to transport adherent cells, they must grow adherently in a tightly closed cell culture flask, the confluent cell lawn is then also covered with normal cell culture medium and the bottle is completely filled with cell culture medium and sealed. In this way, cells can be stored for a short time (maximum of three days) and transported at room temperature.

Den gängigen Methoden ist gemein, dass die Zellen nach dem Transport nicht sofort für eine spezielle Anwendung verwendet werden können. Die Zellen müssen in eine ordentliche Zellkultur rückgeführt werden, dann müssen sie aufgeteilt und im frischen Medium kultiviert werden, um sie für bestimmte Verwendungen nach ein paar Tagen benutzen zu können. Jedoch ist dies für viele Anwendungen unzureichend:

1. es kann ein Gewebe wie eine zweidimensionale zelluläre Monoschicht als biologische Komponente eines Biosensors bevorzugt sein, die also als adhärente Monolage vorliegt und nicht in eine Suspension übertragen werden kann und als Komponente des Biosensors nicht mit ausreichend viel Medium überschichtet werden kann, ohne dass beim Transport das Medium ausläuft und die biologische Komponente austrocknet,
2. es gibt bisher keine zuverlässige Methode, um konstante Temperaturen unter 0 Grad Celsius bei der Kühlkette des Transports bereitzustellen, schon gar nicht für Geräte am Zielstandort, die Temperaturen unter minus 90 Grad Celsius bereitstellen,
3. beispielsweise ein silizium-basierter Sensorchip würde bei sehr tiefen Temperaturen zerbrechen,
4. ein Wechsel zwischen Einfrieren und Tauen birgt das Risiko, dass Zellen nach dieser Behandlung absterben und die biologische Komponente des Sensors unzureichend funktional ist,
5. ein zellbeladener Chip kann nicht ohne aufwendige Vorbehandlung in einem Messsystem, beispielsweise in einem Analysegerät, eingesetzt werden.

Common methods have in common that the cells can not be used immediately after transport for a specific application. The cells must be returned to proper cell culture, then divided and cultured in fresh medium to be used for specific uses after a few days. However, this is insufficient for many applications:

1. it may be a tissue such as a two-dimensional cellular monolayer is preferred as a biological component of a biosensor, which is thus present as an adherent monolayer and can not be transferred into a suspension and can not be covered with sufficient medium as a component of the biosensor, without Transport the medium leaks and the biological component dries out,
2. There is no reliable way to provide constant temperatures below 0 degrees Celsius in the cold chain of transportation, and certainly not for devices at the target location that provide temperatures below minus 90 degrees Celsius.
3. For example, a silicon-based sensor chip would break at very low temperatures,
4. a change between freezing and thawing involves the risk of cells dying off after this treatment and the biological component of the sensor being inadequately functional,
5. a cell-loaded chip can not be used without expensive pretreatment in a measuring system, for example in an analyzer.

Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist das Ermöglichen einer verbesserten Präservierung von einem oder mehreren biologischen Rezeptorelementen auf einem elektronischen Sensor. One object of the invention is to enable improved preservation of one or more biological receptor elements on an electronic sensor.

Die Aufgabe wird von der erfindungsgemäßen biologischen Sensorvorrichtung und den erfindungsgemäßen Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben. The object is achieved by the biological sensor device according to the invention and the method according to the invention according to the independent patent claims. Advantageous developments of the invention are given by the dependent claims.

Die Erfindung basiert auf der Idee, auf einer biologischen Sensorvorrichtung, beispielsweise einen biologischen Chip, eine Präservierungseinrichtung für die Sensorvorrichtung und/oder die biologische Komponente anzuordnen, die ein viskoelastisches Fluid umfasst. Dadurch wird eine längere Lagerung bei Temperaturen um den Gefrierpunkt oder darüber, beispielsweise bei Raumtemperatur, ermöglicht und eine gebrauchsfertige Sensorvorrichtung kann bereitgestellt und unkompliziert transportiert werden. The invention is based on the idea of arranging on a biological sensor device, for example a biological chip, a preserving device for the sensor device and / or the biological component which comprises a viscoelastic fluid. Thereby, a longer storage at temperatures around the freezing point or above, for example at room temperature, allows and a ready to use sensor device can be provided and easily transported.

Die biologische Sensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst mindestens ein biologisches Rezeptorelement, beispielsweise mindestens eine lebensfähige eukaryontische Zelle, eine Schicht aus lebensfähigen eukaryontischen Zellen oder einen Antikörper oder Antikörpern, das auf einer elektronischen Schnittstelle angeordnet ist. Die biologische Sensorvorrichtung ist gekennzeichnet durch eine an der elektronischen Schnittstelle angeordneten Präservierungseinrichtung, wobei die Präservierungseinrichtung ein viskoelastisches Fluid umfasst, also ein Gel, durch welches das mindestens eine biologische Rezeptorelement gegenüber einer Umgebung der biologischen Sensorvorrichtung abgeschirmt oder umgeben oder ummantelt ist. Mit anderen Worten ist das mindestens eine biologische Rezeptorelement von der Präservierungseinrichtung eingekapselt. The biological sensor device of the present invention comprises at least one biological receptor element, for example at least one viable eukaryotic cell, a layer of viable eukaryotic cells, or an antibody or antibodies located on an electronic interface. The biological sensor device is characterized by a preserving device arranged on the electronic interface, the preserving device comprising a viscoelastic fluid, ie a gel, by which the at least one biological receptor element is shielded or surrounded or surrounded by an environment of the biological sensor device. With In other words, the at least one biological receptor element is encapsulated by the preservation device.

Durch das Verwenden einer Präservierungseinrichtung, die ein viskoelastisches Fluid umfasst, kann auf die Verwendung von toxischen Präservierungssubstanzen verzichtet werden. Dadurch können auf eine Lagerung oder einen Transport folgende Analyseverfahren und zuverlässige physiologische Parameter des mindestens einen biologischen Rezeptorelements ermöglicht werden. Eine zelluläre Monoschicht lebensfähiger Zellen beispielsweise kann erhalten werden und eine nahezu vollständige funktionale Kapazität beispielsweise einer Zellschicht bei Temperaturen zwischen 4 Grad Celsius und 25 Grad Celsius können ebenfalls erhalten werden. Weiterhin kann eine nutritive und biochemische Umgebung der beispielhaften Zellen bereitgestellt und erhalten werden. Die Präservierungseinrichtung wirkt ebenfalls als Schutzschild, das das mindestens eine biologische Rezeptorelement oder mindestens ein biologisches Rezeptorelement von äußeren Einflüssen und Verunreinigungen abschirmt. Die Präservierungseinrichtung kann weiterhin für eine Versorgung mit Nährstoffen sorgen und das biologische Rezeptorelement vor Temperaturschwankungen und Dehydrierung schützen. By using a preservative device comprising a viscoelastic fluid, the use of toxic preservative substances may be dispensed with. As a result, the following analysis methods and reliable physiological parameters of the at least one biological receptor element can be made possible for storage or transport. For example, a cellular monolayer of viable cells can be obtained and an almost complete functional capacity of, for example, a cell layer at temperatures between 4 degrees Celsius and 25 degrees Celsius can also be obtained. Furthermore, a nutritive and biochemical environment of the exemplary cells may be provided and maintained. The preservation device also acts as a protective shield which shields the at least one biological receptor element or at least one biological receptor element from external influences and impurities. The preservation device can continue to provide for a supply of nutrients and protect the biological receptor element from temperature fluctuations and dehydration.

Durch die erfindungsgemäße biologische Sensorvorrichtung kann weiterhin eine Lagerung des gebrauchsfertigen Biochips bei Raumtemperatur oder Temperaturen bei beispielsweise 4 Grad Celsius ermöglicht werden. Eine so erzielte Haltbarkeit gebrauchsfertiger Biochips liegt bei mindestens einer Woche. Weiterhin ist die erfindungsgemäße biologische Sensorvorrichtung für adhärente Zellen als biologisches Rezeptorelement angepasst, es entfällt also die Notwendigkeit, ein adhärentes biologisches Rezeptorelement in eine Suspension zu überführen, um einen Transport oder eine Lagerung zu ermöglichen. Da insbesondere bei einem Transport kein Wechsel zwischen Einfrieren oder Auftauen notwendig ist, wird das biologische Rezeptorelement deutlich weniger zusätzlichen Belastungen ausgesetzt. Die gebrauchsfertige biologische Sensorvorrichtung muss vor einem Messverfahren nicht mehr aufwändig vorbehandelt werden. Das Fixieren des biologischen Rezeptorelements auf der elektronischen Schnittstelle kann bereits vor der Lagerung oder dem Transport durchgeführt werden, da das Rezeptorelement nicht mehr bei minus 20 Grad Celsius oder minus 80 Grad Celsius gelagert werden muss. By means of the biological sensor device according to the invention, furthermore, a storage of the ready-to-use biochip at room temperature or temperatures at, for example, 4 degrees Celsius can be made possible. The durability of ready-to-use biochips is at least one week. Furthermore, the biological sensor device according to the invention for adherent cells is adapted as a biological receptor element, so it eliminates the need to transfer an adherent biological receptor element in a suspension to allow for transport or storage. Since no change between freezing or thawing is necessary in particular during transport, the biological receptor element is exposed to significantly less additional stress. The ready-to-use biological sensor device does not have to be pretreated before a measuring procedure. The fixation of the biological receptor element on the electronic interface can be carried out before storage or transport, since the receptor element no longer needs to be stored at minus 20 degrees Celsius or minus 80 degrees Celsius.

Ein Benutzer muss folglich nicht über ein zellbiologisches Labor verfügen, da die Sensorvorrichtung bereits gebrauchsfertig geliefert werden kann. Die biologische Sensorvorrichtung ist insbesondere für den Transport adhärenter Zellen als mindestens eines biologischen Rezeptorelements besonders gut geeignet. Die erfindungsgemäße biologische Sensorvorrichtung stellt also eine sehr bedienerfreundliche Sensorvorrichtung dar, die ohne den Aufwand großer Zellsuspensionen verschickt werden kann. Consequently, a user does not need to have a cell biology laboratory because the sensor device can be delivered ready to use. The biological sensor device is particularly well suited for the transport of adherent cells as at least one biological receptor element. The biological sensor device according to the invention thus represents a very user-friendly sensor device that can be sent without the expense of large cell suspensions.

Weiterhin kann bei der Chipherstellung auf eine separate Trägerschicht, wie beispielsweise einer sich selbst zusammenfügenden Monoschicht (SAM „self-assembled monolayer“) aus beispielsweise Phosphonat verzichtet werden. Furthermore, in the case of chip production, it is possible to dispense with a separate carrier layer, such as, for example, a self-assembled monolayer (SAM) composed of, for example, phosphonate.

Dadurch, dass ein Endbenutzer auf der elektronischen Schnittstelle die biologischen Rezeptorelemente anordnen muss, kann dies durch den Hersteller, beispielsweise ein dafür spezialisiertes Labor, erfolgen. Dadurch wird eine Standardisierbarkeit des biologischen Rezeptorelements der physiologischen Parameter nahezu vollständig oder vollständig ermöglicht. Insbesondere kann so eine besonders hohe und gleichbleibende Qualität und eine nahezu vollständig verminderte Verunreinigung, also eine Qualitätssicherung der Sensoreinrichtung, ermöglicht werden. The fact that an end user has to arrange the biological receptor elements on the electronic interface can be done by the manufacturer, for example a specialized laboratory. As a result, a standardizability of the biological receptor element of the physiological parameters is made possible almost completely or completely. In particular, a particularly high and consistent quality and an almost completely reduced contamination, ie a quality assurance of the sensor device, can be made possible.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen biologischen Sensorvorrichtung die Präservierungseinrichtung ein Hydrogel und/oder ein smartes Hydrogel als viskoelastisches Fluid umfasst, vorzugsweise aus Gelatine. Ein Hydrogel ist ein Gel, dessen Netzwerk Wasser als Quellmittel benötigt. Ein smartes Hydrogel ist ein Polymer, dessen Moleküle chemisch oder physikalisch zu einem dreidimensionalen Netzwerk verknüpft sind und das die Fähigkeit besitzt, unter bestimmten Voraussetzungen selektiv auf Gradienten physikalischer Umgebungsgrößen mit ausgeprägten Volumenänderungen zu reagieren. Sensitivitäten sind hierbei insbesondere gegenüber Temperatur, pH-Wert, Ionen- oder Stoffkonzentrationen bekannt. Umfasst das viskoelastische Gel ein Hydrogel, so kann die gebrauchsfertige biologische Sensorvorrichtung durch einfaches Spülen mit Wasser dem Analysegerät von der Präservierungseinrichtung befreit werden. Bei der Verwendung eines smarten Hydrogels kann dieses in einem Analysegerät bei Vorliegen eines vorgegebenen pH-Werts aufgelöst werden, so dass das mindestens eine biologische Rezeptorelement freiliegt und zur Messung bereitgestellt ist. Sowohl ein Hydrogel als auch ein smartes Hydrogel können durch Einstellen einer Messtemperatur in dem Analysegerät aufgelöst werden. Beide Gelarten umfassen keine toxischen Substanzen und sind somit bestens zum Präservieren des mindestens einen biologischen Rezeptorelements geeignet. It has proved to be particularly advantageous if, according to a further embodiment of the biological sensor device according to the invention, the preservation device comprises a hydrogel and / or a smart hydrogel as viscoelastic fluid, preferably of gelatin. A hydrogel is a gel whose network requires water as the swelling agent. A smart hydrogel is a polymer whose molecules are chemically or physically linked to a three-dimensional network and which has the ability, under certain conditions, to react selectively to environmental physical space gradients with pronounced volume changes. Sensitivities are known here in particular with respect to temperature, pH, ion or substance concentrations. If the viscoelastic gel comprises a hydrogel, the ready-to-use biological sensor device can be freed from the preserving device by simply rinsing with water. When using a smart hydrogel, it may be dissolved in an analyzer when a given pH is present such that the at least one biological receptor element is exposed and provided for measurement. Both a hydrogel and a smart hydrogel can be resolved by adjusting a measurement temperature in the analyzer. Both types of gel do not contain any toxic substances and are thus ideally suited for preserving the at least one biological receptor element.

Eine besonders gute Haltbarkeit des biologischen Rezeptorelements auf der elektronischen Schnittstelle von einer Woche oder länger kann ermöglicht werden, wenn die biologische Sensorvorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durch ein viskoelastisches Fluid der Präservierungseinrichtung gekennzeichnet ist, das eine die Viskoelastizität bestimmende Substanz in einer Konzentration von 0,5 Gewichtsprozent bis 2,5 Gewichtsprozent, 1 Gewichtsprozent bis 2 Gewichtsprozent, insbesondere 1 Gewichtsprozent, 1,5 Gewichtsprozent oder 2 Gewichtsprozent aufweist. Mit anderen Worten kann die die Viskoelastizität bestimmende Substanz in einer Konzentration von 0,5 Gewichtsprozent, 0,6 Gewichtsprozent, 0,7 Gewichtsprozent, 0,8 Gewichtsprozent, 0,9 Gewichtsprozent, 1,0 Gewichtsprozent, 1,1 Gewichtsprozent, 1,2 Gewichtsprozent, 1,3 Gewichtsprozent, 1,4 Gewichtsprozent, 1,5 Gewichtsprozent, 1,6 Gewichtsprozent, 1,7 Gewichtsprozent, 1,8 Gewichtsprozent, 1,9 Gewichtsprozent, 2,0 Gewichtsprozent, 2,1 Gewichtsprozent, 2,2 Gewichtsprozent, 2,3 Gewichtsprozent, 2,4 Gewichtsprozent oder 2,5 Gewichtsprozent vorliegen. Für unterschiedliche Analysen oder Messverfahren kann so eine besonders gut abgestimmte Präservierungseinrichtung bereitgestellt werden. A particularly good shelf life of the biological receptor element on the electronic interface of one week or longer can be made possible if the biological sensor device is characterized, in another preferred embodiment, by a viscoelastic fluid of the preservation device, which contains a substance determining the viscoelasticity in a concentration of 0, 5 wt% to 2.5 wt%, 1 wt% to 2 wt%, especially 1 wt%, 1.5 wt% or 2 wt%. In other words, the viscoelasticity determining substance in a concentration of 0.5% by weight, 0.6% by weight, 0.7% by weight, 0.8% by weight, 0.9% by weight, 1.0% by weight, 1.1% by weight, 1, 2%, 1.3%, 1.4%, 1.5%, 1.6%, 1.7%, 1.8%, 1.9%, 2.0%, 2.1%, 2, 2 weight percent, 2.3 weight percent, 2.4 weight percent or 2.5 weight percent. For different analyzes or measuring methods, a particularly well-matched preserving device can thus be provided.

Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das viskoelastische Fluid Gelatine als die die Viskoelastizität bestimmende Substanz in einer Konzentration von 1 Gewichtsprozent bis 2 Gewichtsprozent, 1 Gewichtsprozent, 1,5 Gewichtsprozent oder 2 Gewichtsprozent. Gelatine ist eine gut wasserlösliche Substanz, die sehr bioverträglich und zellverträglich ist. Ein solches viskoelastisches Fluid ist frei von Fremdkörpern und somit steril. Es hat sich gezeigt, dass eine Präservierungseinrichtung mit einem solchen viskoelastischen Fluid bei 4 Grad Celsius in einer festen Konsistenz, also einem festen oder soliden Zustand, vorliegt. Bei Raumtemperatur, also bei etwa 25 Grad Celsius, liegt die Präservierungseinrichtung in einem soliden oder viskosen Zustand vor, während sie bei einer Temperatur von 37 Grad Celsius, also einer beispielhaften Messtemperatur für beispielsweise einer toxikologischen Untersuchung bei einer Wasseranalyse, in einem viskosen oder flüssigen Zustand vorliegt. Für unterschiedliche Analysen oder Messverfahren kann so eine besonders gut abgestimmte Präservierungseinrichtung bereitgestellt werden. According to a further particularly preferred embodiment, the viscoelastic fluid contains gelatin as the viscoelasticity determining substance in a concentration of 1% to 2%, 1%, 1.5% or 2% by weight. Gelatine is a good water-soluble substance that is very biocompatible and cell-compatible. Such a viscoelastic fluid is free of foreign bodies and thus sterile. It has been found that a preserving device with such a viscoelastic fluid at 4 degrees Celsius in a solid consistency, ie a solid or solid state exists. At room temperature, ie at about 25 degrees Celsius, the preservation device is in a solid or viscous state, while at a temperature of 37 degrees Celsius, ie an exemplary measurement temperature for, for example, a toxicological study in a water analysis, in a viscous or liquid state is present. For different analyzes or measuring methods, a particularly well-matched preserving device can thus be provided.

Vorteilhafterweise weist das viskoelastische Fluid eine Nährlösung für das biologische Rezeptorelement auf, beispielsweise ein Zellkulturmedium, das üblicherweise für die Zellkultivierung verwendet wird, z.B. Dulbecco´s Modified Eagle Medium (DMEM). Dies ermöglicht eine zeitgleiche Nährstoffversorgung des biologischen Rezeptorelements, so dass kein zusätzliches Inkontaktbringen des biologischen Rezeptorelements mit einer flüssigen Nährlösung notwendig ist. Advantageously, the viscoelastic fluid comprises a nutrient solution for the biological receptor element, for example a cell culture medium commonly used for cell culture, e.g. Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM). This allows a simultaneous nutrient supply of the biological receptor element, so that no additional contacting of the biological receptor element with a liquid nutrient solution is necessary.

In Abhängigkeit einer Zusammensetzung des viskoelastischen Fluids kann sich gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen biologischen Sensorvorrichtung eine Viskosität des viskoelastischen Fluids bei einer vorbestimmten Temperatur ändern, beispielsweise von einem soliden in einen flüssigen Zustand übergehen. Vorteilhafterweise ändert sich dabei die Viskosität bei einer Temperatur von 15 Grad Celsius bis 35 Grad Celsius oder von 20 Grad Celsius bis 30 Grad Celsius oder von 20 Grad Celsius bis 37 Grad Celsius. Mit anderen Worten ändert sich die Viskosität vorzugsweise bei einer Temperatur von 15 Grad Celsius, 16 Grad Celsius, 17 Grad Celsius, 18 Grad Celsius, 19 Grad Celsius, 20 Grad Celsius, 21 Grad Celsius, 22 Grad Celsius, 23 Grad Celsius, 24 Grad Celsius, 25 Grad Celsius, 26 Grad Celsius, 27 Grad Celsius, 28 Grad Celsius, 29 Grad Celsius, 30 Grad Celsius, 31 Grad Celsius, 32 Grad Celsius, 33 Grad Celsius, 34 Grad Celsius, 35 Grad Celsius, 36 Grad Celsius oder 37 Grad Celsius. Depending on a composition of the viscoelastic fluid, according to a further embodiment of the biological sensor device according to the invention, a viscosity of the viscoelastic fluid can change at a predetermined temperature, for example, from a solid to a liquid state. Advantageously, the viscosity changes at a temperature of 15 degrees Celsius to 35 degrees Celsius or 20 degrees Celsius to 30 degrees Celsius or 20 degrees Celsius to 37 degrees Celsius. In other words, the viscosity preferably changes at a temperature of 15 degrees Celsius, 16 degrees Celsius, 17 degrees Celsius, 18 degrees Celsius, 19 degrees Celsius, 20 degrees Celsius, 21 degrees Celsius, 22 degrees Celsius, 23 degrees Celsius, 24 degrees Celsius, 25 degrees Celsius, 26 degrees Celsius, 27 degrees Celsius, 28 degrees Celsius, 29 degrees Celsius, 30 degrees Celsius, 31 degrees Celsius, 32 degrees Celsius, 33 degrees Celsius, 34 degrees Celsius, 35 degrees Celsius, 36 degrees Celsius or 37 degrees Celsius.

Durch diese einstellbare Eigenschaft des viskoelastischen Fluids kann die Präservierungseinrichtung an ein gewünschtes Messverfahren angepasst werden, beispielsweise an eine toxikologische Untersuchung bei einer Wasseranalyse, bei der lebensfähige Zellen als biologische Rezeptorelemente bei einer Temperatur von 37 Grad Celsius mit einer Nährlösung versorgt und ein Analyt mit Hilfe der biologischen Sensorvorrichtung detektiert wird. Bei der beispielhaften Messtemperatur von 37 Grad Celsius wird also ermöglicht, dass das viskoelastische Fluid in einen flüssigen Zustand übergeht oder übergegangen ist und von der biologischen Sensoreinrichtung entfernt wird. By virtue of this adjustable property of the viscoelastic fluid, the preservation device can be adapted to a desired measuring method, for example to a toxicological examination in a water analysis in which viable cells as biological receptor elements at a temperature of 37 degrees Celsius are supplied with a nutrient solution and an analyte with the aid of biological sensor device is detected. At the exemplary measurement temperature of 37 degrees Celsius, it is thus possible for the viscoelastic fluid to change to a liquid state or to be transferred and removed from the biological sensor device.

Ein vorbestimmtes spezielles Messverfahren wird weiterhin durch eine Wahl eines geeigneten biologischen Rezeptorelements ermöglicht werden. Dies kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erfolgen, dass das mindestens eine biologische Rezeptorelement eine biologische Zelle oder eine biologische Zellschicht, vorzugsweise eine adhärente biologische Zelle oder eine adhärente biologische Zellschicht, und/oder eine Zellkultur und/oder ein biologisches Gewebe und/oder einen Antikörper umfasst. A predetermined special measuring method will be further enabled by a choice of a suitable biological receptor element. This can be carried out according to a further embodiment of the method according to the invention in that the at least one biological receptor element comprises a biological cell or a biological cell layer, preferably an adherent biological cell or an adherent biological cell layer, and / or a cell culture and / or a biological tissue and / or or an antibody.

Enthält das viskoelastische Fluid einen biochemischen Energieträger, vorzugsweise ein Nukleotid wie beispielsweise ATP (Adenosintriphosphat), kann eine längere Haltbarkeit des biologischen Rezeptorelements erreicht werden. If the viscoelastic fluid contains a biochemical energy carrier, preferably a nucleotide such as, for example, ATP (adenosine triphosphate), a longer shelf life of the biological receptor element can be achieved.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen biologischen Sensorvorrichtung kann die elektronische Schnittstelle durch eine Rückhalteeinrichtung gekennzeichnet sein, die zum Adhärieren des mindestens einen biologischen Rezeptorelements dient. Die Rückhalteeinrichtung ist dabei eine Einrichtung, die ein biologisches Rezeptorelement binden oder fixieren kann und die als Immobilisierungsschicht ausgestaltet sein kann. Vorzugsweise kann die Rückhalteeinrichtung als trogförmige Aussparung in der Schnittstelle oder als trogförmiges Behältnis auf der Schnittstelle ausgestaltet sein. Die Rückhalteeinrichtung wirkt besonders vorteilhaft auf einer elektronischen Schnittstelle, deren Substrat ein Binden des biologischen Rezeptorelements nicht begünstigt, beispielsweise eine elektronische Schnittstelle mit einem Substrat aus beispielsweise Polystyren. According to a further embodiment of the biological sensor device according to the invention, the electronic interface may be characterized by a retaining device which serves to adhere the at least one biological receptor element. The retaining device is a device which can bind or fix a biological receptor element and which can be designed as an immobilization layer. Preferably, the retaining device can be designed as a trough-shaped recess in the interface or as a trough-shaped container on the interface. The retention device has a particularly advantageous effect on an electronic interface whose substrate does not favor binding of the biological receptor element, for example an electronic interface with a substrate of, for example, polystyrene.

Die elektronische Schnittstelle kann vorzugsweise einen Signalwandler aufweisen, der einen Interdigitaltransducer („IDT“, „IDES“) und/oder ein CMOS-Halbleiterelement und/oder eine CLARK-Elektrode und/oder einen ionensensitiven Feldeffekt-Transistor aufweist. Diese vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung ermöglicht spezifische Messverfahren, beispielsweise eine effiziente Analyse der Toxozität von Wasserproben. The electronic interface may preferably have a signal converter which has an interdigital transducer ("IDT", "IDES") and / or a CMOS semiconductor element and / or a CLARK electrode and / or an ion-sensitive field-effect transistor. This advantageous embodiment of the sensor device according to the invention enables specific measuring methods, for example an efficient analysis of the toxicity of water samples.

Die oben gestellte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Präservieren eines biologischen Rezeptorelements einer biologischen Sensorvorrichtung, die mindestens ein biologisches Rezeptorelement aufweist, das auf einer elektronischen Schnittstelle angeordnet ist. Nach einem Bereitstellen der biologischen Sensorvorrichtung wird eine Präservierungseinrichtung umfassend ein viskoelastisches Fluid an der elektronischen Schnittstelle angeordnet. Dies erfolgt bei einer Temperatur, bei der das viskoelastische Fluid in einem flüssigen Zustand vorliegt, so dass das mindestens eine biologische Rezeptorelement von der Präservierungseinrichtung beschichtet und ummantelt wird. Mit anderen Worten wird so das mindestens eine biologische Rezeptorelement von der Präservierungseinrichtung eingekapselt. Die biologische Sensorvorrichtung mit der Präservierungseinrichtung wird auf eine Temperatur abgekühlt, bei der die Präservierungseinrichtung in einem viskosen oder festen Zustand vorliegt. Aufgrund der Eigenschaften der Präservierungseinrichtung erfolgt ein Abkühlen bereits bei Temperaturen um den Nullpunkt oder über dem Nullpunkt. Zusätzlich ergeben sich die bereits oben genannten Vorteile. The above object is also achieved by a method for preserving a biological receptor element of a biological sensor device having at least one biological receptor element arranged on an electronic interface. After providing the biological sensor device, a preserving device comprising a viscoelastic fluid is arranged on the electronic interface. This occurs at a temperature at which the viscoelastic fluid is in a liquid state such that the at least one biological receptor element is coated and encased by the preservation device. In other words, the at least one biological receptor element is thus encapsulated by the preservation device. The biological sensor device with the preservation device is cooled to a temperature at which the preservation device is in a viscous or solid state. Due to the properties of the preservation device, cooling already takes place at temperatures around the zero point or above the zero point. In addition, the advantages already mentioned above arise.

Vorteilhafterweise wird dabei an der elektronischen Schnittstelle eine Präservierungseinrichtung angeordnet, die ein viskoelastisches Fluid umfasst, mit einer das viskoelastische Fluid bildenden Substanz, die eine Konzentration von 0,5 Gewichtsprozent bis 2,5 Gewichtsprozent, 1 Gewichtsprozent bis 2 Gewichtsprozent, 1 Gewichtsprozent, 1,5 Gewichtsprozent oder 2 Gewichtsprozent aufweist. Advantageously, a preserving device comprising a viscoelastic fluid with a substance forming the viscoelastic fluid and having a concentration of 0.5% by weight to 2.5% by weight, 1% by weight to 2% by weight, 1% by weight, 1, is disposed at the electronic interface. 5 percent by weight or 2 percent by weight.

Des Weiteren können gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Präservieren des biologischen Rezeptorelements einer oder mehrere der folgenden Schritte zum Bereitstellen der biologischen Sensorvorrichtung erfolgen:

– Anordnen und/oder Adhärieren des mindestens einen biologischen Rezeptorelements auf einer Oberfläche der elektronischen Schnittstelle, und/oder
– Inkubieren der elektronischen Schnittstellen mit dem mindestens einen adhärierten biologischen Rezeptorelement zum Vermehren und/oder Binden des mindestens einen biologischen Rezeptorelements.

Furthermore, according to further embodiments of the method according to the invention for preserving the biological receptor element, one or more of the following steps for providing the biological sensor device can take place:

Arranging and / or adhering the at least one biological receptor element on a surface of the electronic interface, and / or
- Incubating the electronic interfaces with the at least one adhered biological receptor element for propagating and / or binding of the at least one biological receptor element.

Zusätzlich oder alternativ kann ein Lagern der elektronischen Schnittstelle mit dem mindestens einen adhärierten biologischen Rezeptorelement und/oder der Präservierungseinrichtung in einer Kühlvorrichtung, beispielsweise in einem Kühlschrank, erfolgen. Additionally or alternatively, the electronic interface can be stored with the at least one adhered biological receptor element and / or the preservation device in a cooling device, for example in a refrigerator.

Die oben gestellte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Erfassen eines Analyten mit Hilfe einer biologischen Sensorvorrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen oder einer biologischen Sensorvorrichtung, die durch ein Verfahren gemäß einem der oben beschriebenen Ausführungsformen zum Präservieren des biologischen Rezeptorelements herstellbar oder hergestellt ist. Dazu wird die biologische Sensorvorrichtung in einem Analysegerät bereitgestellt. Es erfolgt ein Entfernen der Präservierungseinrichtung. Nach dem Entfernen der Präservierungseinrichtung liegt das mindestens eine Rezeptorelement frei, so dass der Analyt durch die biologische Sensorvorrichtung erfasst werden kann. Ein solches Verfahren mit Hilfe einer erfindungsgemäßen biologischen Sensorvorrichtung bedarf keiner komplizierten Vorbehandlung der Sensorvorrichtung und erleichtert damit das Durchführen des Messvorgangs und das Handhaben der Sensorvorrichtung. Ein Analyselabor benötigt also keine speziellen zellbiologischen Geräte, Einrichtungen oder speziell zellbiologisch geschultes Personal. The above object is also achieved by a method for detecting an analyte with the aid of a biological sensor device according to one of the embodiments described above or a biological sensor device which can be manufactured or manufactured by a method according to one of the embodiments described above for preserving the biological receptor element. For this purpose, the biological sensor device is provided in an analyzer. There is a removal of the preservation device. After removal of the preservation device, the at least one receptor element is exposed, so that the analyte can be detected by the biological sensor device. Such a method with the aid of a biological sensor device according to the invention does not require any complicated pretreatment of the sensor device and thus facilitates the carrying out of the measuring procedure and the handling of the sensor device. An analysis laboratory therefore does not require any special cell biological equipment, facilities or specially cell biological trained personnel.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Messverfahrens kann die Präservierungseinrichtung beispielsweise durch Abschmelzen der Präservierungseinrichtung durch Einstellen einer vorgegebenen Temperatur in dem Analysegerät und/oder durch Spülen der biologischen Sensorvorrichtung mit einem Nährmedium innerhalb des Analysegerätes entfernt werden. According to a further exemplary embodiment of the measuring method according to the invention, the preserving device can be set by, for example, melting the preserving device a predetermined temperature in the analyzer and / or by flushing the biological sensor device with a nutrient medium within the analyzer are removed.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen noch einmal durch konkrete Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die gezeigten Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar. Funktionsgleiche Elemente weisen in den Figuren dieselben Bezugszeichen auf. Es zeigt: The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawings by concrete embodiments. The examples shown represent preferred embodiments of the invention. Functionally identical elements have the same reference numerals in the figures. It shows:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen biologischen Sensorvorrichtung, 1 a schematic representation of an embodiment of a biological sensor device according to the invention,

2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Präservieren einer biologischen Sensorvorrichtung in einer weiteren schematischen Darstellung, und 2 an embodiment of a method according to the invention for preserving a biological sensor device in a further schematic representation, and

3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen eines Analyten mit Hilfe einer biologischen Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens. 3 a schematic representation of a method according to the invention for detecting an analyte using a biological sensor device according to an embodiment of the method.

Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer biologischen Sensorvorrichtung gemäß der Erfindung, beispielsweise einem Bio-Chip. Eine solche biologische Sensorvorrichtung 10 kann auch als biologischer Signalwandler bezeichnet werden und ist als Vorrichtung definiert, in dem eine biologische Komponente, also mindestens ein biologisches Rezeptorelement 16, mit einem Signalwandler verbunden ist. Vorzugsweise umfasst dabei die biologische Sensoreinrichtung 10 einen zell-basierten Sensor. Das mindestens eine biologische Rezeptorelement 16 umfasst dabei beispielsweise ein biologisches Gewebe und/oder ein Enzym und/oder ein Antikörper und/oder ein Antigen und/oder eine biologische Zelle, vorzugsweise eine lebensfähige, adhärente Zelle eines Tieres, einer Pflanze oder eines Mikroorganismus. Die biologische Sensorvorrichtung 10 umfasst eine elektronische Schnittstelle 13, die beispielsweise zumindest teilweise aus Silizium, Glas oder Plastik besteht, und die mindestens einen Signalwandler 14 umfasst. Im vorliegenden Beispiel umfasst der Signalwandler 14 beispielsweise eine Elektrode. Alternativ kann der Signalwandler 14 auch eine optische Faser und/oder einen Transistor und/oder einen Piezokristall umfassen. Für beispielsweise eine toxikologische Analyse von Wasserproben kann die biologische Sensorvorrichtung 10 eine elektronische Schnittstelle 13 mit einem Ionen-sensitiven Feldeffekt-Transistor (ISFET) und/oder einer Clark-Elektrode, also einen elektrochemischen Sensor zur Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration in einer Lösung, und/oder einen Interdigitaltransducer (IDT, IDES) umfassen. Damit kann die elektronische Schnittstelle 13 beispielsweise einen Sauerstoffsensor und/oder einen PH-Sensor und/oder einen Impedanzwandler aufweisen. Ein weiterer bevorzugter Signalwandler 14 kann dabei einen sich ergänzenden Metalloxid-Halbleiter („Complementery Matter-Oxide-Semiconductor“, CMOS) umfassen. Vorzugsweise handelt es sich bei der elektronischen Schnittstelle 13 um eine planare elektronische Schnittstelle 13, die beispielsweise eine Fläche von 5 Quadratmillimeter bis 100 Quadratmillimeter, vorzugsweise eine Fläche von 1 Quadratzentimeter, aufweisen kann. Zur Veranschaulichung und beispielhaft ist die biologische Sensorvorrichtung 10 in der 1 innerhalb einer Haltevorrichtung 15, beispielsweise einem Silizium-Wafer dargestellt. Ebenfalls zur Veranschaulichung und beispielhaft ist ein Anschluss der biologischen Sensorvorrichtung 10 an eine Elektronik, die beispielsweise einen Verstärker 20 und eine Ausleseelektronik 22 umfasst, dargestellt. The 1 shows an embodiment of a biological sensor device according to the invention, for example a bio-chip. Such a biological sensor device 10 may also be referred to as a biological signal transducer and is defined as a device in which a biological component, ie at least one biological receptor element 16 , connected to a signal converter. In this case, the biological sensor device preferably comprises 10 a cell-based sensor. The at least one biological receptor element 16 comprises, for example, a biological tissue and / or an enzyme and / or an antibody and / or an antigen and / or a biological cell, preferably a viable, adherent cell of an animal, a plant or a microorganism. The biological sensor device 10 includes an electronic interface 13 , which consists for example at least partially of silicon, glass or plastic, and the at least one signal converter 14 includes. In the present example, the signal converter comprises 14 for example, an electrode. Alternatively, the signal converter 14 Also include an optical fiber and / or a transistor and / or a piezoelectric crystal. For example, for a toxicological analysis of water samples, the biological sensor device 10 an electronic interface 13 with an ion-sensitive field-effect transistor (ISFET) and / or a Clark electrode, that is to say an electrochemical sensor for determining an oxygen concentration in a solution, and / or an interdigital transducer (IDT, IDES). This allows the electronic interface 13 For example, have an oxygen sensor and / or a PH sensor and / or an impedance converter. Another preferred signal converter 14 may comprise a complementary metal oxide semiconductor ("Complementary Matter-Oxide-Semiconductor", CMOS). Preferably, the electronic interface 13 around a planar electronic interface 13 , which may for example have an area of 5 square millimeters to 100 square millimeters, preferably an area of 1 square centimeter. Illustrative and exemplary is the biological sensor device 10 in the 1 within a holding device 15 , For example, a silicon wafer shown. Also by way of illustration and example is a connection of the biological sensor device 10 to an electronics, for example, an amplifier 20 and a readout electronics 22 includes shown.

Die beispielhafte biologische Sensorvorrichtung 10 der 1 weist weiterhin eine Präservierungseinrichtung 18 auf, die an der elektronischen Schnittstelle 13 angeordnet ist und ein viskoelastisches Fluid umfasst. Durch die Präservierungseinrichtung 18 wird das mindestens eine biologische Rezeptorelement 16, das auf der elektronischen Schnittstelle 13 angeordnet und beispielsweise adhäriert oder immobilisiert sein kann, eingekapselt oder ummantelt, also gegenüber einer Umgebung der biologischen Sensorvorrichtung 10 abgeschirmt. Die Präservierungseinrichtung 18 umfasst ein viskoelastisches Fluid, das vorzugsweise ein Hydrogel und/oder ein smartes Hydrogel umfasst. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Präservierungseinrichtung 18 vorzugsweise Gelatine als Substanz, die eine Viskoelastizität der viskoelastischen Fluids bestimmt. Die die Viskoelastizität bestimmende Substanz liegt vorzugsweise in einer Konzentration von 0,5 Gewichtsprozent bis 2,5 Gewichtsprozent, 1 Gewichtsprozent bis 2 Gewichtsprozent, 1 Gewichtsprozent, 1,5 Gewichtsprozent oder 2 Gewichtsprozent vor. Die Präservierungseinrichtung 18 kann alternativ oder zusätzlich Alginat, Sol-Gel ein oder mehrere Proteine und/oder ein oder mehrere Polysaccharide umfassen. Weiterhin kann die Präservierungseinrichtung 18 ein Nährmedium, beispielweise Dulbecco´s Modified Eagle Medium (DMEM) und/oder einen Energieträger, wie beispielsweise Adenosintriphosphat, umfassen. The exemplary biological sensor device 10 of the 1 also has a preserving device 18 on that at the electronic interface 13 is arranged and comprises a viscoelastic fluid. Through the preservation device 18 becomes the at least one biological receptor element 16 that on the electronic interface 13 can be arranged and, for example, adhered or immobilized, encapsulated or encased, that is to say in relation to an environment of the biological sensor device 10 shielded. The preservation device 18 comprises a viscoelastic fluid, which preferably comprises a hydrogel and / or a smart hydrogel. In the present example, the preservation device comprises 18 preferably gelatin as a substance which determines a viscoelasticity of the viscoelastic fluids. The viscoelasticity determining substance is preferably present at a level of from 0.5% to 2.5%, 1% to 2%, 1%, 1.5% or 2% by weight. The preservation device 18 Alternatively or additionally, alginate, sol-gel may comprise one or more proteins and / or one or more polysaccharides. Furthermore, the preservation device 18 a nutrient medium such as Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) and / or an energy carrier such as adenosine triphosphate.

Die biologische Sensorvorrichtung 10 kann beispielsweise auch ein Perfusionssystem, beispielsweise eine Membran, zum Fixieren des mindestens einen biologischen Rezeptorelements 16 aufweisen. Eine solche Membran kann beispielweise bei der Verwendung von Suspensionszellen als biologisches Rezeptorelement 16 sinnvoll sein. Die 1 zeigt eine Rückhalteeinrichtung 12, die im Beispiel der 1 als Immobilisierungsschicht auf der elektronischen Schnittstelle 13 ausgestaltet ist. Im Beispiel der 1 weist die Rückhalteeinrichtung 12 ebenfalls eine trogförmige Ausgestaltung auf, die alternativ als Vertiefung in der elektronischen Schnittstelle 13 ausgestaltet sein kann. Weitere vorteilhafte und beispielhafte Hydrogele im Sinne der Erfindung sind bei Marler et al. (1998) beschrieben ( Vacanti J.P., Langer R., Upton J., Marler J.J. (1998): „Transplantation of cells in matrices for tissue regeneration.“, Adv. Drug Deliv. Rev. 1998 Aug 3;33(1–2):165–182. ). Eine biologische Sensorvorrichtung 10 mit einem beispielhaften Gewebeschnitt als mindestens einem biologischen Rezeptorelement 16 kann beispielsweise vorteilhaft als metabolischer Chip verwendet werden. Bei einer biologischen Sensorvorrichtung 10 mit einem Antikörper und/oder einem Antigen als biologisches Rezeptorelement 16 kann mithilfe der Präservierungseinrichtung 18 effizient eine Abdiffusion des biologischen Rezeptorelements 16 erreicht werden. Ein bevorzugtes biologisches Rezeptorelement 16 umfasst eine lebensfähige RLC18-Zelle oder lebensfähige RLC18-Zellen als sensitive Einheit, vorzugsweise zur toxikologischen Untersuchung von Wasserproben. The biological sensor device 10 For example, a perfusion system, for example a membrane, can be used to fix the at least one biological receptor element 16 exhibit. Such a membrane can, for example, in the use of suspension cells as a biological receptor element 16 make sense. The 1 shows a retaining device 12 that in the example of the 1 as immobilization layer on the electronic interface 13 is designed. In the example of 1 has the retention device 12 also a trough-shaped configuration, alternatively as a depression in the electronic interface 13 can be designed. Further advantageous and exemplary hydrogels in the context of the invention are included Marler et al. (1998) described ( Vacanti JP, Langer R., Upton J., Marler JJ (1998): "Transplantation of cells into matrices for tissue regeneration." Adv. Drug Deliv. Rev. 1998 Aug 3; 33 (1-2): 165-182. ). A biological sensor device 10 with an exemplary tissue section as at least one biological receptor element 16 For example, it can be advantageously used as a metabolic chip. In a biological sensor device 10 with an antibody and / or an antigen as a biological receptor element 16 can by using the preservation device 18 efficiently an Abdiffusion of the biological receptor element 16 be achieved. A preferred biological receptor element 16 comprises a viable RLC18 cell or viable RLC18 cells as a sensitive unit, preferably for toxicological testing of water samples.

Gelatine ist ein Hydrogel, das bei der Hydrolisierung von Kollagen gebildet wird. Gelatine löst sich in einem wässrigen Medium bei 60 Grad Celsius und geliert, wenn sie auf Raumtemperatur heruntergekühlt wird ( Young S., Wong M., Tabata Y., Mikos A.G. (2005): “Gelatin as a delivery vehicle for the controlled release of bioactive molecules.”, J. Control. Release. 2005 Dec 5;109(1–3):256–74. ). Die Verfestigungstemperatur hängt von der verwendeten Gelatinekonzentration ab. Niedrigere Konzentration benötigen niedrigere Temperaturen um zu verfestigen. Mit anderen Worten kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Präservieren eines biologischen Rezeptorelements 16 einer biologischen Sensorvorrichtung 10, wie weiter unten zur 2 beschrieben, von dem Verfestigungszustand des Gels spezifisch maßgeschneidert werden, in dem die Konzentration der verwendeten Gelatine reguliert wird. Ein Festzustand der Gelatine von 25 Grad Celsius zum Lagern und/oder Transportieren der biologischen Sensorvorrichtung 10 und ein flüssiger Zustand bei Temperaturen von über 30 Grad Celsius beispielsweise können sich für eine Analyse von Wasserproben vorteilhaft auswirken, da das Messsystem beispielsweise bei 37 Grad Celsius einen Analyten in Wasserproben erfasst. Ein beispielhafter Zell-basierter Biochip, der bei beispielsweise vier Grad Celsius gelagert wird, kann aus einer Kühlvorrichtung genommen und ohne Vorbehandlung in ein Analysegerät oder Messsystem eingesetzt werden. Eine Messtemperatur eines Messsystems kann so die Präservierungsvorrichtung 18 beispielsweise abschmelzen und durch fließendes Medium des Messsystems oder eine Analyseprobe ersetzen. Gelatine is a hydrogel that is formed during the hydrolysis of collagen. Gelatin dissolves in an aqueous medium at 60 degrees Celsius and gels when cooled down to room temperature ( Young S., Wong M., Tabata Y., Mikos AG (2005): "Gelatin as a delivery vehicle for the controlled release of bioactive molecules.", J. Control. Release. 2005 Dec 5; 109 (1-3): 256-74. ). The solidification temperature depends on the gelatin concentration used. Lower concentrations require lower temperatures to solidify. In other words, with the method according to the invention for preserving a biological receptor element 16 a biological sensor device 10 as below to 2 be specifically tailored by the solidification state of the gel, in which the concentration of the gelatin used is regulated. A gelatin solid state of 25 degrees Celsius for storing and / or transporting the biological sensor device 10 and a liquid state at temperatures above 30 degrees Celsius, for example, can be advantageous for an analysis of water samples, since the measuring system detects, for example, at 37 degrees Celsius an analyte in water samples. An exemplary cell-based biochip stored at, for example, four degrees Celsius may be taken out of a cooler and used without pretreatment in an analyzer or measuring system. A measuring temperature of a measuring system can thus the Preservierungsvorrichtung 18 for example, melt off and replace with flowing medium of the measuring system or an analysis sample.

Bei zu tief konzentrierten Gelatinemischungen in einem Zellkulturmedium kann dies noch nicht einmal bei vier Grad Celsius zu einer nicht ausreichenden oder nicht existenten Festigung führen. Die beispielhafte Substanz, Gelatine, bleibt dann in einem flüssigen Zustand in einem Temperaturbereich von vier Grad Celsius bis 25 Grad Celsius. Die verschiedenen vorteilhaften Gelatinenkonzentrationen und Temperaturen die durch Experimente zum Bereitstellen einer erfindungsgemäßen biologischen Sensorvorrichtung 10 experimentell entwickelt wurden, sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1 zeigt Ergebnisse, die durch das Verwenden von Gelatine aus beispielsweise Schweinehaut verwendet wurde. Konzentration Zustand bei 4 Grad Celsius Zustand bei 25 Grad Celsius Zustand bei 37 Grad Celsius 0,02 Prozent Flüssig Flüssig Flüssig 0,05 Prozent Flüssig Flüssig Flüssig 1 Prozent Fest Viskos Flüssig 1,5 Prozent Fest Fest Flüssig 2 Prozent Fest Fest Viskos Tabelle 1: Zustand oder Konsistenz der die Viskoelastizität bestimmenden Substanz, beispielsweise Gelatine in DMEM gelöst, in Abhängigkeit von einer Temperatur. If the gelatin mixtures are too concentrated in a cell culture medium, this can not even lead to insufficient or non-existent consolidation even at four degrees Celsius. The exemplary substance, gelatin, then remains in a liquid state in a temperature range of four degrees Celsius to 25 degrees Celsius. The various beneficial gelatin concentrations and temperatures obtained by experiments to provide a biological sensor device of the invention 10 have been experimentally developed, are listed in Table 1. Table 1 shows results used by using gelatin from, for example, pigskin. concentration Condition at 4 degrees Celsius Condition at 25 degrees Celsius Condition at 37 degrees Celsius 0.02 percent Liquid Liquid Liquid 0.05 percent Liquid Liquid Liquid 1 percent Firmly Viscous Liquid 1.5 percent Firmly Firmly Liquid 2 percent Firmly Firmly Viscous Table 1: State or consistency of the substance determining the viscoelasticity, for example gelatin dissolved in DMEM, as a function of a temperature.

Im Falle der in der Tabelle 1 beispielhaft dargestellten 1-prozentigen, 1,5-prozentigen und 2-prozentigen Präservierungseinrichtung 18 aus Gelatine ändert sich die Viskosität des viskoelastischen Fluids zwischen 15 Grad Celsius bis 35 Grad Celsius oder zwischen 25 Grad Celsius und 37 Grad Celsius. In the case of the 1-percent, 1.5-percent and 2-percent preserving equipment exemplified in Table 1 18 from gelatin, the viscosity of the viscoelastic fluid changes between 15 degrees Celsius to 35 degrees Celsius or between 25 degrees Celsius and 37 degrees Celsius.

Die 2 stellt schematisch ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Präservieren des biologischen Rezeptorelements 16 dar, wobei zunächst die biologische Sensoreinrichtung 10 mit dem biologischen Rezeptorelement 16 bereitgestellt wird. Eine mögliche Ausführung zum Bereitstellen der biologischen Sensoreinrichtung 10 ist beispielhaft ebenfalls in der 2 gezeigt. Dazu können sich ein oder mehrere Rezeptorelemente 16, hier im Beispiel lebensfähige adhärente RLC18-Zellen, mit einem Nährmedium 26 befülltem Zellkulturgefäß 24, hier im Beispiel einer Zellkulturflasche mit einem Deckel 25, befinden. Die adhärenten Zellen des Beispiels können dabei in einem ersten Verfahrensschritt S1 von einem Boden des Zellkulturgefäßes 24 abgelöst und in einem weiteren Zellkulturgefäß 24, beispielsweise in einem Reagenzglas, in eine Suspension mit einem Nährmedium 26 gebracht werden. Auf einer beispielsweise desinfizierten elektronischen Schnittstelle 13 können die biologischen Rezeptorelemente 16 der Suspension ausgesät werden (S2). In beispielsweise einer befeuchtenden Inkubationskammer können die biologischen Rezeptorelemente 16 dann beispielsweise bei einer Inkubationstemperatur von 37 Grad Celsius und in einer 5-prozentigen Kohlenstoffdioxidatmosphäre inkubiert werden (S3), sodass diese beispielsweise an der Oberfläche der elektronischen Schnittstelle 13 adhärieren und/oder wachsen und/oder sich vermehren (S4). Das Nährmedium kann dann verworfen werden (S5), wobei die beispielhaften adhärenten, lebensfähigen Zellen auf der elektronischen Schnittstelle 13 verbleiben. The 2 schematically illustrates an exemplary embodiment of a method for preserving the biological receptor element 16 in which first the biological sensor device 10 with the biological receptor element 16 provided. A possible embodiment for providing the biological sensor device 10 is also exemplary in the 2 shown. This can be a or several receptor elements 16 , here in the example viable adherent RLC18 cells, with a nutrient medium 26 filled cell culture vessel 24 , here in the example of a cell culture bottle with a lid 25 , are located. The adherent cells of the example can in a first method step S1 from a bottom of the cell culture vessel 24 detached and in another cell culture vessel 24 For example, in a test tube, in a suspension with a nutrient medium 26 to be brought. On an example disinfected electronic interface 13 can be the biological receptor elements 16 Sown the suspension (S2). In, for example, a humidifying incubation chamber, the biological receptor elements 16 then, for example, incubated at an incubation temperature of 37 degrees Celsius and in a 5 percent carbon dioxide atmosphere (S3), so that these, for example, at the surface of the electronic interface 13 adhere and / or grow and / or multiply (S4). The nutrient medium may then be discarded (S5) using the exemplary adherent, viable cells on the electronic interface 13 remain.

Die elektronische Schnittstelle 13 kann optional eine zusätzliche Oberflächenbeschichtung aus beispielsweise Polylysine, Aminosilan, Epoxaminosilan oder Nitrozellulose aufweisen. Das Anbringen einer solchen Trägerschicht der Rückhalteeinrichtung 12 ist dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt und kann beispielsweise über bekannte Substratbeschichtungsverfahren folgen. Gängige Verfahren zum Immobilisieren von Rezeptorelementen auf einem Biosensor sind hierzu von Thévenot et al. (2001) beschrieben. The electronic interface 13 may optionally have an additional surface coating of, for example, polylysine, aminosilane, epoxaminosilane or nitrocellulose. The attachment of such a carrier layer of the retaining device 12 is known to the person skilled in the art and can follow, for example, via known substrate coating methods. Common methods for immobilizing receptor elements on a biosensor are of this type Thévenot et al. (2001) described.

In einem Verfahrensschritt S6 erfolgt das Anordnen der Präservierungseinrichtung 18, die im Beispiel der 2 ein viskoelastisches Fluid umfasst, das Gelatine enthält. Das Anordnen kann beispielsweise durch Überlagern und/oder Überschichten der beispielhaften adhärenten Zellen im Zellchip erfolgen. Dabei kann eine warme Lösung von beispielsweise 2-prozentiger Gelatine in einem Nährmedium 26 über die beispielhaften adhärenten Zellen gegossen und auf Raumtemperatur heruntergekühlt werden, was zu einer festen gelartigen Phase auf den Zellen führt. Im Beispiel der 2 kann dabei die elektronische Schnittstelle 13 beispielsweise eine als Trog ausgestaltete Rückhalteeinrichtung 12 umfassen, die beispielsweise ein Volumen von 450 Mikroliter aufweist. Die trogartig ausgestaltete Rückhalteeinrichtung 12 kann also zum Beispiel mit 450 Mikroliter einer 2-prozentigen Gelatinelösung gefüllt werden. Das biologische Rezeptorelement 16 wird dadurch von der Präservierungseinrichtung 18 eingekapselt. Eine Anleitung zum Gießen von Gelatine ist beispielsweise aus den Publikationen von Hunt & Grover (2010) ( Hunt N.C., Grover L.M. (2010 ): “Cell encapsulation using biopolymer gels for regenerative medicine.”, Biotechnol. Lett. 2010 Jun; 32(6):733-42) und von Young et al (2005) bekannt. In a method step S6, the placing of the preservation device takes place 18 that in the example of the 2 comprises a viscoelastic fluid containing gelatin. Arranging may be accomplished, for example, by overlaying and / or overlaying the exemplary adherent cells in the cell chip. In this case, a warm solution of, for example, 2 percent gelatin in a nutrient medium 26 poured over the exemplary adherent cells and cooled down to room temperature, resulting in a solid gel-like phase on the cells. In the example of 2 can be the electronic interface 13 For example, designed as a trough retaining device 12 comprising, for example, a volume of 450 microliters. The trough-like configured retaining device 12 Thus, for example, it can be filled with 450 microliters of a 2 percent gelatin solution. The biological receptor element 16 is thereby by the Preservierungseinrichtung 18 encapsulated. A guideline for pouring gelatine is, for example, from the publications of Hunt & Grover (2010) ( Hunt NC, Grover LM (2010 ): "Cell encapsulation using biopolymer gels for regenerative medicine.", Biotechnol. Lett. 2010 Jun; 32 (6): 733-42) and from Young et al (2005) known.

In einer Kühlvorrichtung 28, beispielsweise einem Kühlschrank mit einer Innentemperatur von 4 Grad Celsius kann die so geordnete biologische Sensorvorrichtung 10 auf die beispielhafte 4 Grad Celsius abgekühlt werden, bei der die Präservierungseinrichtung 18 des Beispiels der 2 in einem festen Zustand übergeht. Wird eine Zusammensetzung der Präservierungseinrichtung 18 gewählt, bei der das viskoelastische Fluid beispielsweise auch bei Raumtemperatur in einem viskosen oder festen Zustand vorliegt, so kann die biologische Sensorvorrichtung 10 als gebrauchsfertiger Sensor durch eine Transportlogistik 30 an einen Endbenutzer versendet werden. In a cooler 28 For example, a refrigerator with an internal temperature of 4 degrees Celsius, the so ordered biological sensor device 10 be cooled to the exemplary 4 degrees Celsius at which the Preservierungseinrichtung 18 of the example of 2 in a solid state. Will be a composition of Preservierungseinrichtung 18 If, for example, the viscoelastic fluid is also in a viscous or solid state at room temperature, the biological sensor device can 10 as a ready-to-use sensor through transport logistics 30 sent to an end user.

Eine biologische Sensorvorrichtung 10, die durch dieses Verfahren hergestellt oder herstellbar ist, kann in der Analytik vielfältig eingesetzt werden, beispielsweise in der Umweltanalytik zur Wasserprobenanalyse auf ein Toxin als Analyt, zur Analyse eines Medikamentenspiegels im Serum (oder einer Blutzuckeranalyse) oder zur Nahrungsmittelkontrolle. Ein Verfahren zum Erfassen eines Analyten mithilfe einer solchen biologischen Sensorvorrichtung 10 bezieht sich dabei vorzugsweise auf die Analyse von Wasserproben auf Toxine. Die bereitgestellte biologische Sensorvorrichtung 10 kann dabei beispielsweise über eine Haltevorrichtung 15, beispielsweise einem Siliziumwafer, in dem Analysegerät 32 befestigt werden. Vorzugsweise umfasst dabei die elektronische Sensorvorrichtung 10 eine Sensorik zur elektrochemischen Detektion, beispielsweise einer Impedanzmessung oder eines Redoxrecycling. Die biologische Sensorvorrichtung 10 kann dabei Bestandteil eines so genannten „Lab-on-Chip“ sein, also eines Chips, auf dem Probenaufnahme und Probenanalyse stattfinden können. In einem beispielhaften Messverfahren wird beispielsweise eine Messtemperatur von 37 Grad Celsius benötigt. Das Entfernen der Präservierungseinrichtung 18 kann folglich durch ein Abschmelzen der Präservierungseinrichtung 18 durch Einstellen der beispielhaften Temperatur von 37 Grad Celsius erfolgen. A biological sensor device 10 , which can be produced or produced by this method, can be used in many ways in analytics, for example in environmental analysis for water sample analysis for a toxin as an analyte, for analyzing a drug level in serum (or a blood sugar analysis) or for food control. A method of detecting an analyte using such a biological sensor device 10 refers preferably to the analysis of water samples for toxins. The provided biological sensor device 10 can, for example, a holding device 15 , For example, a silicon wafer, in the analyzer 32 be attached. In this case, the electronic sensor device preferably comprises 10 a sensor for electrochemical detection, for example, an impedance measurement or a redox recycling. The biological sensor device 10 may be part of a so-called "lab-on-chip", ie a chip on which sample recording and sample analysis can take place. For example, in an exemplary measurement method, a measurement temperature of 37 degrees Celsius is needed. The removal of the preservation device 18 can therefore by melting the preserving device 18 by setting the exemplary temperature of 37 degrees Celsius.

Zusätzlich oder alternativ zu dem Abschmelzen der Präservierungseinrichtung 18 kann ein Spülen der biologischen Sensorvorrichtung 10, beispielsweise mit dem Nährmedium 26 erfolgen. In der 3 ist hierzu ein Stativkopf 34 gezeigt, der einen Zufluss 36 für ein Nährmedium 26 und beispielhaft zwei Abflüsse 38 aufweist, sodass die Präservierungseinrichtung 18 durch beispielsweise den Abfluss 38 gespült werden kann. Über eine geeignete Elektronik, beispielsweise eine Ausleseelektronik 22, kann dann ein Analyt innerhalb des Nährmediums 26 und/oder einer Probe erfasst und ermittelt werden (S9). Additionally or alternatively to the melting of the preservation device 18 may be a rinse of the biological sensor device 10 , for example with the nutrient medium 26 respectively. In the 3 is this a tripod head 34 shown the inflow 36 for a nutrient medium 26 and two drains by way of example 38 so that the preservation device 18 through, for example, the drain 38 can be rinsed. About a suitable electronics, such as a readout electronics 22 , then can an analyte within the nutrient medium 26 and / or a sample are detected and determined (S9).

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele veranschaulichen das Prinzip der vorliegenden Erfindung, eine Präservierungseinrichtung 18 so auf einer elektronischen Schnittstelle 13 anzuordnen, dass mindestens ein biologisches Rezeptorelement 16 davon eingekapselt oder ummantelt wird. Die Präservierungseinrichtung 18 umfasst dabei beispielsweise Gelatine als die Viskosität des viskoelastischen Fluids der Präservierungseinrichtung 18 bestimmende Substanz. Es hat sich herausgestellt, dass die Verfestigungstemperatur von einer Konzentration der beispielhaft verwendeten Gelatine abhängt. Niedrigere Konzentrationen benötigen niedrigere Temperaturen zum Verfestigen. Mit anderen Worten kann ein Verfestigungszustand des Gels maßgeschneidert werden, indem die Konzentration der Substanz des viskoelastischen Fluids reguliert wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Präservierungseinrichtung 18 der biologischen Sensorvorrichtung 10 bei Temperaturen bei oder unter 25 Grad Celsius in einem festen Zustand und in einem flüssigen Zustand bei Temperaturen über 30 Grad Celsius vorliegt. Der Grund hierfür liegt darin, dass Messsysteme vorzugsweise bei 37 Grad Celsius laufen. Deswegen kann beispielsweise ein zell-basierter Chip, der bei 4 Grad Celsius gelagert wird, aus einer Kühlvorrichtung 28, beispielsweise einem Kühlschrank, herausgenommen und ohne Vorbehandlung in das Messsystem eingesetzt werden. Die inhärente Temperatur des Systems kann die Substanz des viskoelastischen Fluids schmelzen und kann durch ein Laufmedium oder ein Nährmedium 26 des Systems oder eine Wasserprobe ersetzt werden. Bei zu gering konzentrierten Mischungen der die Viskosität bestimmenden Substanz im Zellkulturmedium, beispielsweise der Gelatine, führt dies nicht zu einer Verfestigung, nicht einmal bei 4 Grad Celsius. Die beispielhafte Gelatine verbleibt in einem flüssigen Stadium in einem Temperaturbereich von 4 Grad Celsius bis 25 Grad Celsius. Dieses Problem wird jedoch behoben durch die in der Tabelle 1 hervorgehobenen viskoelastischen Fluiden, die bei 4 Grad Celsius in einem festen Zustand vorliegen (siehe Tabelle 1). Das Überlagern und/oder Überschichten von beispielsweise adhärenten Zellen als biologische Rezeptorelemente 16 auf einem beispielhaften Zellchip als biologische Sensorvorrichtung 10 kann mit einer warmen Lösung von beispielhaft 2 Prozent Gelatine in Zellkulturmedium (beispielsweise DMEM) und dann auf Raumtemperatur zu einer festen, gelartigen Phase auf den Zellen heruntergekühlt werden. Wird der Chip in ein vorgewärmtes Sensorsystem, beispielsweise bei 37 Grad Celsius, eingesetzt, ist die Präservierungseinrichtung 18 viskos oder fest genug, dass sie einfach zum Beispiel mithilfe eines Pumpsystems entfernt und/oder durch normales Zellkulturmedium 26 ersetzt werden kann. The embodiments described above illustrate the principle of the present invention, a preserving device 18 so on an electronic interface 13 to arrange that at least one biological receptor element 16 encapsulated or encased in it. The preservation device 18 For example, it includes gelatin as the viscosity of the viscoelastic fluid of the preservation device 18 determining substance. It has been found that the solidification temperature depends on a concentration of the gelatin used by way of example. Lower concentrations require lower temperatures for solidification. In other words, a solidification state of the gel can be tailored by regulating the concentration of the substance of the viscoelastic fluid. It has proved to be advantageous if the preservation device 18 the biological sensor device 10 at temperatures below or below 25 degrees Celsius in a solid state and in a liquid state at temperatures above 30 degrees Celsius. The reason for this is that measuring systems preferably run at 37 degrees Celsius. Therefore, for example, a cell-based chip stored at 4 degrees Celsius can be obtained from a cooling device 28 , For example, a refrigerator, taken out and used without pretreatment in the measuring system. The inherent temperature of the system may melt the viscoelastic fluid substance and may be due to a running medium or nutrient medium 26 of the system or a water sample. Too low a concentration of mixtures of the viscosity determining substance in the cell culture medium, for example, the gelatin, this does not lead to a solidification, not even at 4 degrees Celsius. The exemplary gelatin remains in a liquid state in a temperature range of 4 degrees Celsius to 25 degrees Celsius. However, this problem is overcome by the viscoelastic fluids highlighted in Table 1, which are in a solid state at 4 degrees Celsius (see Table 1). The overlaying and / or overlaying of, for example, adherent cells as biological receptor elements 16 on an exemplary cell chip as a biological sensor device 10 can be cooled down to a solid, gelatinous phase on the cells with a warm solution of, for example, 2 percent gelatin in cell culture medium (for example DMEM) and then at room temperature. If the chip is used in a preheated sensor system, for example at 37 degrees Celsius, the preservation device is 18 viscous or solid enough that they are easily removed, for example, by means of a pumping system and / or by normal cell culture medium 26 can be replaced.

Die Erfindung ermöglicht einem Benutzer ein beispielsweise zell-basiertes Sensorsystem in einer gebrauchsfertigen biologischen Sensorvorrichtung 10 bereitzustellen, die bereits mit beispielsweise eukaryontischen Zellen beladen ist. Steht einem Endbenutzer nicht bereits ein voll ausgestattetes Zellkulturlabor zur Verfügung, entfällt so die Notwendigkeit, das biologische Rezeptorelement 16, also die beispielhaften Zellen, für ein beispielhaftes zell-basiertes Sensorsystem aufwendig vorzubehandeln. Hierdurch wird eine Standardisierung der Qualität des biologischen Rezeptorelements 16, zum Beispiel einer Zellqualität, erzielt, weil das biologische Rezeptorelement 16 in einem qualifizierten und zertifizierten Labor gehandhabt wird und kann einfach zu dem Endbenutzer transportiert werden. Die durch die Erfindung präservierten biologischen Rezeptorelemente 16, die bereits auf einem Zellchip ausgesät und mit beispielsweise 2-prozentiger Gelatine in Zellkulturmedium überschichtet wurden, können in einer Kühlvorrichtung 28 gelagert werden, bis sie von dem Endbenutzer gebraucht werden. Hierdurch verringern sich auch die Transportkosten, da ein Transport bei Raumtemperatur günstiger ist als ein Einsatz von Trockeneis oder flüssigem Stickstoff. The invention allows a user, for example, a cell-based sensor system in a ready-to-use biological sensor device 10 already loaded with, for example, eukaryotic cells. If an end user does not already have a fully equipped cell culture laboratory, the need for the biological receptor element is eliminated 16 Thus, the exemplary cells, pretreat consuming for an exemplary cell-based sensor system. This will standardize the quality of the biological receptor element 16 , for example, a cell quality achieved because the biological receptor element 16 is handled in a qualified and certified laboratory and can easily be transported to the end user. The biological receptor elements present by the invention 16 , which have already been seeded on a cell chip and overcoated with, for example, 2 percent gelatin in cell culture medium, in a cooling device 28 stored until needed by the end user. This also reduces the transport costs, since a transport at room temperature is cheaper than the use of dry ice or liquid nitrogen.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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Claims

Biological sensor device ( 10 ) comprising at least one biological receptor element ( 16 ) on an electronic interface ( 13 ), characterized in that a preserving device ( 18 ) at the electronic interface ( 13 ), the preservation device ( 18 ) comprises a viscoelastic fluid through which the at least one biological receptor element ( 16 ) against an environment of the biological sensor device ( 10 ) is shielded.

Biological sensor device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the viscoelastic fluid comprises a hydrogel and / or a smart hydrogel, preferably gelatin.

Biological sensor device ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the viscoelastic fluid has a viscoelasticity determining substance in a concentration of 0.5% to 2.5%, 1% to 2%, 1%, 1.5% or 2% by weight ,

Biological sensor device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the viscoelastic fluid contains gelatin as a viscoelasticity determining substance in a concentration of 1 weight percent to 2 weight percent, 1 weight percent, 1.5 weight percent or 2 weight percent.

Biological sensor device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the viscoelastic fluid has a nutrient solution for the at least one biological receptor element.

Biological sensor device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a viscosity of the viscoelastic fluid at a temperature of 15 degrees Celsius to 35 degrees Celsius or 20 degrees Celsius to 30 degrees Celsius, or 25 degrees Celsius changes to 37 degrees Celsius.

Biological sensor device ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one biological receptor element ( 16 ) comprises a biological cell, preferably an adherent biological cell, and / or a biological cell layer, preferably an adherent biological cell layer, and / or a cell culture and / or an antibody and / or a biological tissue.

Biological sensor device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the viscoelastic fluid contains a biochemical energy carrier, preferably a nucleotide.

Biological sensor device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic interface ( 13 ) a retaining device ( 12 ) for adhering the at least one biological receptor element ( 16 ), wherein the retaining device ( 12 ) preferably as a trough-shaped recess in the electronic interface ( 13 ) or designed as a trough-shaped container.

Biological sensor device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic interface ( 13 ) a signal converter ( 14 ) comprising an interdigital transducer and / or a CMOS semiconductor element and / or a CLARK electrode and / or an ion-sensitive field-effect transistor.

Method for preserving a biological receptor element ( 16 ) a biological sensor device ( 10 ) containing at least one biological receptor element ( 16 ) on an electronic interface ( 13 ), comprising the step: - providing the biological sensor device ( 10 ), characterized by the steps: - arranging a preserving device ( 18 ) comprising a viscoelastic fluid at the electronic interface ( 13 ) at a temperature in which the viscoelastic fluid is in a liquid state such that the at least one biological receptor element ( 16 ) from the preservation facility ( 18 ) is coated and / or encased (S6), and - cooling the biological sensor device ( 10 ) with the preservation device ( 18 ) to a temperature at which the preservation device ( 18 ) is in a viscous or solid state (S7).

Method according to claim 11, characterized in that a preserving device ( 18 comprising a viscoelastic fluid having a viscoelastic fluid forming substance, which is a Concentration of 0.5% to 2.5%, 1% to 2%, 1%, 1.5% or 2% by weight, at the electronic interface ( 13 ) is arranged (S6).

Method according to claim 11 or 12, characterized by one or more of the following steps for providing the biological sensor device ( 10 ): - arranging and / or adhering the at least one biological receptor element ( 16 ) on a surface of the electronic interface ( 13 , S3), and / or

- incubate the electronic interface ( 13 ) with the at least one adhered biological receptor element ( 16 ) for propagating and / or binding the at least one biological receptor element ( 16 , S4), and / or storing the electronic interface ( 13 ) with the at least one adhered biological receptor element ( 16 ) and / or the preservation device ( 18 ) in a cooling device ( 28 , S7).

Method for detecting an analyte using a biological sensor device ( 10 ) according to one of claims 1 to 10 or a biological sensor device ( 10 ) producible or manufactured by a method according to any one of claims 11 to 13, comprising the steps of: - providing the biological sensor device ( 10 ) in an analyzer ( 32 ), - removing the preservation device ( 18 , S10), and - detecting the analyte by the biological sensor device ( 10 , S9).

Method according to claim 14, characterized in that the removal of the preservation device ( 18 , S10): by melting the preservation device ( 18 by setting a predetermined temperature in the analyzer ( 32 , S10), and / or - by rinsing the biological sensor device ( 10 ) with a nutrient medium ( 26 , S10).