-
Stand der Technik
-
Zur Detektion chemischer und biologischer Spezies in flüssigen oder gasförmigen Proben werden ionenselektive Feldeffekttransistoren oder chemische Feldeffekttransistoren eingesetzt. In P. Bergveld, Thirty years of ISFETOLOGY: What happened in the past 30 years and what may happen in the next 30 years, Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 88, Issue 1, 1 January 2003, Seiten 1–20 wird beispielsweise die Entwicklung der Verwendung von Feldeffekttransistoren für (bio)chemische Nachweisverfahren beschreiben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion einer ersten Spezies aus einer Probe, beispielsweise einem Atemgaskondensat. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein zumindest teilweise zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnetes Dielektrikum, wobei die Vorrichtung einen für Teile der ersten Spezies aus der Probe zugänglichen und an das Dielektrikum angrenzenden Bereich für eine Beeinflussung einer Permittivität des Dielektrikums durch die Teile der ersten Spezies aufweist.
-
Unter Spezies wird im Sinne der Erfindung insbesondere eine chemische Spezies verstanden, beispielsweise eine Sorte von Ionen, Atomen oder Molekülen, insbesondere Moleküle mit einem permanentem elektrischen Dipolmoment (im weiteren als „Dipole“ bezeichnet). Unter Teilen der Spezies werden ein oder mehrere der Spezies zugehörige Einheiten verstanden, im Falle einer Sorte von Ionen als Spezies ein oder mehrere Ionen. Die zumindest teilweise Anordnung des Dielektrikums zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode umfasst im Sinne der Erfindung neben einer Anordnung der beiden Elektroden auf gegenüberliegenden Seiten des Dielektrikums auch allgemeinere Anordnungen, bei denen zumindest ein Teil des Dielektrikums in einem Bereich zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist. Beispielsweise umfasst die erfindungsgemäße Anordnung auch Elektrodenanordnungen für ISFETs oder auch eine Anordnung, bei welcher sowohl die erste Elektrode als auch die zweite Elektrode auf einer gemeinsamen Seite des Dielektrikums nebeneinander angeordnet sind, beispielsweise in Form eines Interdigitalelektrodensystems.
-
Eine durch eine Wechselwirkung der in dem an das Dielektrikum angrenzenden Bereich befindlichen Teile der ersten Spezies mit dem Dielektrikum bewirkte Verschiebung von Ladungen oder Dipolen in dem Dielektrikum verursacht eine Änderung der Permittivität des Dielektrikums, da die Beweglichkeit der Ladungen beziehungsweise der Dipole im Dielektrikum durch die Wechselwirkung mit der ersten Spezies verändert wird. Die Wechselwirkung ist dabei insbesondere eine Wechselwirkung einer Ladungsverteilung in den Teilen der Spezies mit einer Ladungsverteilung in dem Dielektrikum. Die Verschiebung der Ladungen in dem Dielektrikum kann abhängig von der Art des Dielektrikums insbesondere in Form einer Verschiebungspolarisation mit einhergehender Induzierung von Dipolen und damit verbunden mit einer Induzierung eines Gesamtdipolmoments oder in Form einer Orientierungspolarisation durch Ausrichtung permanenter Dipole erfolgen. Durch die Größe der Änderung der Permittivität des Dielektrikums kann auf die Anwesenheit und Konzentration der ersten Spezies in dem an das Dielektrikum angrenzenden Bereich rückgeschlossen und somit auf eine Konzentration der ersten Spezies in der Probe rückgeschlossen werden.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch einen sehr einfachen Aufbau aus, wodurch die Vorrichtung sehr kompakt ausgeführt und auf einfache Weise hergestellt werden kann. Insbesondere gegenüber den eingangs erwähnten Feldeffekttransistoren ermöglicht die Erfindung eine deutlich kostengünstigere und in Sensorplattformen einfach integrierbare Alternative zur Detektion chemischer oder biologischer Spezies.
-
Vorzugsweise umfasst das Dielektrikum eine dielektrische Dünnschicht, beispielsweise eine paraelektrische oder eine ferroelektrische Dünnschicht. Die Ausführung des Dielektrikums als dielektrische Dünnschicht unterstützt vorteilhafterweise die Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in kompakter und miniaturisierter Form. Beispielsweise kann das Dielektrikum Bariumtitanat, Bleizirkonattitanat, oder Bariumstrontiumtitanat umfassen. Prinzipiell eignen sich als Dielektrikum alle Materialien, deren Permittivität durch ein elektrisches Feld veränderbar ist. Bevorzugt sind Materialien mit geringer Koerzitivfeldstärke zu verwenden, um ein schnelles Umpolen in einem elektrischen Wechselfeld zu ermöglichen. Vorzugsweise kann durch ein gezieltes Einbringen von Gitterverspannungen in das Dielektrikum, beispielsweise durch die Wahl einer besonderen Schichtabfolge im Dielektrikum, eine Polarisierbarkeit erzeugt oder erhöht werden.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste Elektrode für die erste Spezies durchlässig, füllt den an das Dielektrikum angrenzenden Bereich zumindest teilweise aus und bildet eine für die erste Spezies passierbare Verbindung zwischen der Probe und dem an das Dielektrikum angrenzenden Bereich. Dabei kann der an das Dielektrikum angrenzende Bereich vollständig durch die erste Elektrode ausgefüllt sein.
-
Aufgrund der, vorzugsweise durch eine Strukturierung und/oder Porosifizierung der ersten Elektrode erzeugte, Durchlässigkeit der ersten Elektrode für die erste Spezies ist eine Diffusion von Teilen der Spezies bei einem Kontakt der Probe mit der ersten Elektrode durch die erste Elektrode bis an eine Grenzfläche des Dielektrikums möglich. Durch eine vorzugsweise selektive Durchlässigkeit der ersten Elektrode werden vorteilhafterweise andere in der Probe enthaltene Bestandteile, die beispielsweise einen größeren Durchmesser oder eine andere elektrische Ladung als die Teile der Spezies aufweisen, von der ersten Elektrode zurückgehalten und somit der Einfluss der anderen Bestandteile auf die Permittivität des Dielektrikums verringert.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist zwischen der ersten Elektrode und dem Dielektrikum ein Material zur selektiven Aufnahme von Teilen der ersten Spezies angeordnet. Unter selektiver Aufnahme von Teilen der ersten Spezies wird hierbei verstanden, dass im wesentlichen nur Teile der ersten Spezies in das Material eindringen können und andere Bestandteile in der Probe im wesentlichen am Eindringen in das Material gehindert werden. Selbst wenn die erste Elektrode für andere Spezies durchlässig ist, gelangen vorteilhafterweise nur Teile der ersten Spezies durch Eindringen in das Material bis an den an das Dielektrikum angrenzenden Bereich, während die anderen Spezies im wesentlichen in der Elektrode verbleiben und dort elektrisch abgeschirmt werden.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine auf einer der ersten Elektrode zugewandten Seite des Dielektrikums angeordnete Beschichtung mit einem ersten Stoff zur Wechselwirkung mit der ersten Spezies, wobei der erste Stoff ausgelegt ist, bei der Wechselwirkung mit der ersten Spezies eine lokale Verschiebung einer elektrischen Ladung in der ersten Spezies und/oder in dem ersten Stoff zu bewirken. Somit kann vorteilhafterweise eine stärke Ladungsverschiebung in dem Dielektrikum und dadurch einer größere Änderung der Permittivität des Dielektrikums durch die Ladungsverschiebung in der ersten Spezies und/oder in dem ersten Stoff erreicht werden.
-
Vorzugsweise wird zwischen der ersten Elektrode und dem Dielektrikum ein elektrisch nichtleitendes Material angeordnet, um einen direkten Kontakt zwischen der ersten Spezies und dem Dielektrikum zu verhindern. Dies hat den Vorteil, dass Teile der ersten Spezies nicht in das Dielektrikum eindringen und dieses kontaminieren, wobei gleichzeitig sichergestellt ist, dass durch die elektrische Nichtleitung des Materials ein durch die erste Spezies erzeugtes elektrisches Feld weiterhin die Permittivität des Dielektrikums beeinflussen kann.
-
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die zweite Elektrode für eine zweite Spezies durchlässig, um die Permittivität des Dielektrikums durch Teile der zweiten Spezies zu beeinflussen. Somit können zwei unterschiedliche Spezies in der gleichen Probe oder auch aus zwei separaten Proben detektiert werden. Wenn die erste und die zweite Elektrode für jeweils die gleiche Spezies durchlässig sind, kann vorteilhafterweise eine der beiden Elektroden für eine Referenzmessung verwendet werden.
-
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Beschichtung mit einem zweiten Stoff zur Umsetzung einer in der Probe vorliegenden Spezies, wobei bei der Umsetzung Ionen oder Dipole einer ersten Sorte freigesetzt werden. Die Beschichtung kann vorzugsweise auf der ersten Elektrode und/oder auf der der ersten Elektrode zugewandten Seite des Dielektrikums angeordnete sein. Damit ist es vorteilhafterweise möglich, über die Detektion von Ionen oder Dipolen der ersten Sorte auf das Vorhandensein der ersten Spezies rückzuschließen. Beispielsweise kann die Beschichtung bestimmte Enzyme aufweisen, welche unter Freisetzung von Ionen der ersten Sorte mit der ersten Spezies reagieren. Anstelle oder zusätzlich zur Beschichtung kann die erste Elektrode ein Material zur Umsetzung der in der Probe vorliegenden Spezies unter Freisetzung von Ionen oder Dipolen umfassen, beispielsweise ein Edelmetall, insbesondere Platin.
-
Die Erfindung betrifft auch eine Einrichtung zur Detektion einer in einer Probe vorliegenden Spezies. Die erfindungsgemäße Einrichtung umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung, einen ersten Aufnahmebereich für die Probe, wobei der erste Aufnahmebereich einen fluidischen Kontakt mit der ersten Elektrode der Vorrichtung aufweist, und Mittel zum Auslesen der Permittivität des Dielektrikums der Vorrichtung. Vorzugsweise sind die Mittel zum Auslesen ausgestaltet, um die Permittivität über eine Impedanzmessung zu bestimmen.
-
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Einrichtung einen zweiten Aufnahmebereich für eine Referenzprobe, wobei der zweite Aufnahmebereich einen fluidischen Kontakt mit der zweiten Elektrode der Vorrichtung aufweist, und wobei die zweite Elektrode für eine vorgegebene Spezies durchlässig ist, um die Permittivität des Dielektrikums durch Teile der vorgegebenen Spezies zu beeinflussen.
-
Ferner betrifft die Erfindung auch ein System zur parallelen Detektion mindestens zwei in einer Probe vorliegender Spezies. Das erfindungsgemäße System umfasst mindestens zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen, einen ersten Aufnahmebereich für die Probe, wobei der erste Aufnahmebereich fluidische Kontakte mit an die Dielektrika der Vorrichtungen angrenzenden Bereichen aufweist, und Mittel zum Auslesen der Permittivität der Dielektrika der Vorrichtungen. Vorzugsweise umfasst jede der mindestens zwei Vorrichtungen eine für die jeweils zu detektierende Spezies durchlässige Elektrode, um eine Permittivität des jeweiligen Dielektrikums durch die jeweilige Spezies zu beeinflussen. Durch die Kombination mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen mit unterschiedlichen Elektroden, welche jeweils für eine bestimmte Spezies durchlässig sind, ist es vorteilhafterweise möglich, auf sehr kleinem Raum ein Sensorarray zur schnellen und umfangreichen Analyse einer Probe, insbesondere als mikrofluidischen Chip, zu realisieren. Vorzugsweise kann hierbei eine zusätzliche Elektrode als gemeinsame Referenzelektrode für alle erfindungsgemäßen Vorrichtungen verwendet werden.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Detektion einer ersten Spezies in einer Probe über eine Änderung einer Permittivität eines Dielektrikums. Das Verfahren umfasst dabei erfindungsgemäß ein Einbringen der Probe in einen an das Dielektrikum angrenzenden Bereich, eine Messung einer durch in dem Bereich befindliche Teile der ersten Spezies verursachte Änderung der Permittivität des Dielektrikums über an dem Dielektrikum angeordnete erste und zweite Elektroden und einen daraus ableitbaren Rückschluss auf eine in der Probe vorhandene Konzentration der zu detektierenden ersten Spezies.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung der Elemente verzichtet wird.
-
Es zeigen
-
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zu Detektion einer ersten Spezies aus einer Probe mit einer durchlässigen ersten Elektrode als Teil einer erfindungsgemäßen Einrichtung und
-
2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei durchlässigen Elektroden als Teil einer erfindungsgemäßen Einrichtung und
-
3 ein erfindungsgemäßes System zur parallelen Detektion mindestens zwei in einer Probe vorliegender Spezies und
-
4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 als sandwich-förmigen Schichtaufbau mit einer ersten flächigen Elektrode 10, einer zweiten flächigen Elektrode 20 und einem zwischen der ersten Elektrode 10 und der zweiten Elektrode 20 angeordneten schichtförmigen Dielektrikum 30. Beispielsweise kann das Dielektrikum Bariumtitanat, Bleizirkonattitanat, oder Bariumstrontiumtitanat umfassen. Die Schichtdicke des Dielektrikums liegt vorzugsweise zwischen einigen 10 Nano- und einigen 10 Mikrometern. Die Elektroden 10, 20 umfassen beispielsweise Platin, Gold, Silber, Kupfer oder leitfähige Polymere. Die Vorrichtung 100 ist über eine dem Dielektrikum 30 abgewandten Seite der zweiten Elektrode 20 mit einem Substrat 60, beispielsweise einem Halbleitersubstrat, verbunden.
-
Die erste Elektrode 10 ist erfindungsgemäß für eine vorgegebene Spezies durchlässig, im vorliegenden Ausführungsbeispiel für Ionen einer ersten Sorte, und füllt somit einen für die Ionen der ersten Sorte zugänglichen und an das Dielektrikum 30 angrenzenden Bereich 35 teilweise aus. Die Ionen der ersten Sorte liegen in einer mit der ersten Elektrode 10 in Kontakt befindlichen Probe 90 vor, beispielsweise in einer Probe aus Atemgaskondensat. Die Durchlässigkeit der ersten Elektrode 10 für eine vorgegebene Ionensorte, beispielsweise Fluor- oder Wasserstoffionen, kann durch eine Strukturierung und/oder Porosifizierung der ersten Elektrode 10 erreicht werden.
-
Ferner umfasst die Vorrichtung 100 in diesem Ausführungsbeispiel eine zwischen der ersten Elektrode 10 und dem Dielektrikum 30 angeordnete erste Schicht 40, welche ein Material zur selektiven Aufnahme von Ionen der ersten Sorte aufweist. Gemeinsam mit der ersten Elektrode 10 füllt die erste Schicht 40 den für die Ionen der ersten Sorte zugänglichen und an das Dielektrikum 30 angrenzenden Bereich 35 aus. Das Material zur selektiven Aufnahme von Ionen der ersten Sorte umfasst beispielsweise Gläser, insbesondere Silicate oder Chalkogenide, Harze oder Polymere, kristalline oder polykristalline Materialen, beispielsweise Lanthanfluorid bei Fluorionen als Ionen der ersten Sorte.
-
Anstelle der in Bezug auf das Dielektrikum 30 einander gegenüberliegenden ersten Elektrode 10 und zweiten Elektrode 20 kann auch ein Interdigitalelektrodensystem vorgesehen sein, das vorzugsweise zwischen dem Substrat 60 und dem Dielektrikum 30 angeordnet ist. In diesem Fall steht das Dielektrikum 30 entweder in direktem Kontakt mit der Probe 90 oder ist von der Probe 90 durch die erste Schicht 40 getrennt. Die Verwendung eines Interdigitalelektrodensystems hat einen noch einfacheren Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Vorteil, unter anderem, da elektronische Kontakte zu den Elektroden nur zu einer Seite der Vorrichtung 100 geführt werden müssen.
-
Die Vorrichtung 100 ist ferner derart mit einer Passivierung 70 versehen, dass die Vorrichtung 100 nur über die erste Elektrode 10 mit der Probe 90 in Kontakt steht. Die Passivierung 70 erstreckt sich somit insbesondere über die Querseiten des sandwich-förmigen Schichtaufbau. Beispielsweise umfasst die Passivierung Siliciumnitrid. Mit der ersten Elektrode 10 und der zweiten Elektrode 20 verbundene elektronische Kontakte 50 bilden Mittel zur Auslese der Permittivität des Dielektrikums 30. Bei einer Auslese der Permittivität unter Zuhilfenahme einer angelegten Wechselspannung sind bevorzugt Materialien mit geringer Koerzitivfeldstärke als Dielektrikum zu verwenden, um ein schnelles Umpolen des Dielektrikums im elektromagnetischen Wechselfeld zu gewährleisten. Beispielsweise kann die Vorrichtung 100 mit einem elektrischen Schwingkreis gekoppelt werden, in welchem die Vorrichtung 100 als Kapazität wirkt und somit über eine messbare Frequenzänderung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises auf eine Änderung der Permittivität des Dielektrikums 30 rückgeschlossen wird.
-
Optional kann die Vorrichtung 100 ein Heiz- und/oder Kühlelement 80 für eine Messung bei einer vorgegebenen Temperatur aufweisen, insbesondere ein Peltierelement, welches beispielsweise zwischen dem Substrat 60 und der zweiten Elektrode 20 angeordnet ist.
-
Gemeinsam mit den elektronischen Kontakten 50 und einem ersten Aufnahmebereich 95 zur Aufnahme der Probe 90 bildet die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 einen Teil der erfindungsgemäßen Einrichtung 200 zur Detektion einer in der Probe 90 vorliegenden Spezies. Optional kann die erfindungsgemäße Einrichtung 200 zusätzlich eine Referenzelektrode 15 für Referenzmessungen umfassen, welche mit der Probe 90 in Kontakt steht.
-
In dem Ausführungsbeispiel nach 1 liegen in der Probe 90 Ionen der ersten Sorte vor, die aus einer in der Probe 90 befindlichen ersten Spezies freigesetzt wurden. Die Freisetzung der Ionen kann durch eine Reaktion der ersten Spezies mit anderen Substanzen in der Probe 90 oder durch eine Reaktion der ersten Spezies mit Bestandteilen eines für den Zweck der Freisetzung der Ionen auf die erste Elektrode 10 aufgebrachten zweiten Stoffes, beispielsweise eine Beschichtung mit Enzymen, erfolgen.
-
Aufgrund der Durchlässigkeit der ersten Elektrode 10 für die Ionen der ersten Sorte diffundieren diese Ionen teilweise durch die erste Elektrode 10 hindurch und werden teilweise von der ersten Schicht 40 aufgenommen. Da die erste Schicht 40 aus elektrisch nichtleitendem Material besteht, beeinflusst ein von den aufgenommenen Ionen erzeugtes elektrisches Feld die Polarität des an die Schicht 40 angrenzenden Dielektrikums 30. Die Änderung der Polarität kann über die erste Elektrode 10 und über die zweite Elektrode 20 mittels der elektrischen Kontakte 50 abgegriffen werden. Aus der Stärke der Permittivitätsänderung des Dielektrikums 30 kann auf eine Konzentration der Ionen der ersten Sorte in der Probe 90 und somit auf eine Konzentration der eine Probe 90 befindlichen Spezies, welche die Ionen der ersten Sorte freigesetzt hat, geschlossen werden.
-
Alternativ zu einer Freisetzung der Ionen der ersten Sorte über einen zweiten Stoff kann die erste Elektrode 10 auch für die erste Spezies durchlässig sein und somit eine Änderung der Permittivität des Dielektrikums 30 durch eine direkte Wechselwirkung der ersten Spezies mit dem Dielektrikum 30 erfolgen.
-
Zusätzlich kann ein erster Stoff auf der der ersten Elektrode 10 zugewandten Seite des Dielektrikums 30 aufgebracht sein. Der erste Stoff ist dabei ausgelegt, durch eine Wechselwirkung mit der ersten Spezies eine lokale Verschiebung einer elektrischen Ladung in der ersten Spezies und/oder in dem ersten Stoff zu bewirken. Der erste Stoff kann beispielsweise Enzyme umfassen, die bei einer Reaktion mit der ersten Spezies Protonen freisetzen, beispielsweise über Reaktionen mit Glukose-Oxidase, Urease oder Penicillinase. Die Freisetzung dieser Protonen bewirkt dabei eine Änderung der Ladungsverteilung und/oder der Induktion beziehungsweise Ausrichtung von Dipolen an der Oberfläche des Dielektrikums 30 und damit eine Änderung des induzierten Dipolmoments im Dielektrikum 30. Alternativ kann der erste Stoff auch Antigene oder Antikörper für eine Antigen-Antikörper-Reaktion sowie Nukleinbasen für eine DNA-Hybridisierung umfassen.
-
Das in der 2 gezeigte Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt eine Modifikation des in 1 gezeigten Ausführungsbeispiels dar, bei welchem auch die zweite Elektrode 20 für eine vorgegebene zweite Spezies durchlässig ist. Um einen Kontakt zwischen der zweiten Elektrode 20 und einer zweiten Probe 92 zu ermöglichen, weist das Substrat 60, auf welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung 100 aufgebracht ist, eine Aussparung 61 auf, welche sich durch eine gesamte Dicke des Substrats 60 bis zur erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 erstreckt. Die Aussparung 61 bildet somit einen Teil eines zweiten Aufnahmebereichs 96, welcher die zweite Probe 92 aufweist. Somit können zwei unterschiedliche Spezies in der gleichen Probe oder auch aus zwei separaten Proben detektiert werden. Insbesondere kann eine Messung einer aufgrund von Wechselwirkungen der zwei Spezies mit dem Dielektrikum 30 resultierenden Beeinflussung der Permittivität des Dielektrikums 30 durchgeführt werden. Ferner unterscheidet sich das Ausführungsbeispiel der 2 von dem Ausführungsbeispiel der 1 durch eine zwischen der zweiten Elektrode 20 und dem Dielektrikum 30 angeordneten zweiten Schicht 42, welche ein Material zur selektiven Aufnahme von Teilen der zweiten Spezies aufweist. Wenn die erste Elektrode 10 und die zweite Elektrode 20 für jeweils die gleiche Spezies durchlässig sind, kann vorteilhafterweise eine der beiden Elektroden 10, 20 für eine Referenzmessung verwendet werden.
-
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 300 zur parallelen Detektion einer ersten und einer zweiten in einer Probe 90 vorliegenden Spezies. Das erfindungsgemäße System 300 umfasst mindestens zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen 100, 110, einen ersten Aufnahmebereich 95 für die Probe 90, wobei der erste Aufnahmebereich 95 fluidische Kontakte mit an die Dielektrika 30, 31 der Vorrichtungen 100 angrenzenden Bereichen 35, 36 aufweist, und Mittel 50, 51 zum Auslesen der Permittivität der Dielektrika 30, 31 der Vorrichtungen. Erfindungsgemäß weist jede der mindestens zwei Vorrichtungen 100, 110 eine für die jeweils zu detektierende Spezies durchlässige erste Elektrode 10, 11 auf, um eine Permittivität des jeweiligen Dielektrikums 30, 31 durch die jeweilige Spezies zu beeinflussen. Ferner umfasst in diesem Ausführungsbeispiel jede der Vorrichtung 100, 110 eine zwischen der jeweiligen ersten Elektrode 10, 11 und dem jeweiligen Dielektrikum 30, 31 angeordnete Schicht 40, 41, welche jeweils ein Material zur selektiven Aufnahme von Teilen der ersten beziehungsweise zweiten Spezies aufweist. Zwischen einem für beide Vorrichtungen 100, 110 gemeinsamen Substrat 60 und die jeweiligen Dielektrika 30, 31 ist jeweils eine zweite Elektrode 20, 21 angeordnet. Durch die Konstellation mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen 100, 110 mit unterschiedlichen ersten Elektroden 10, 11, welche für die erste beziehungsweise für die zweite Spezies durchlässig sind, ist es vorteilhafterweise möglich, auf sehr kleinem Raum ein Sensorarray zur schnellen und umfangreichen Analyse einer Probe, insbesondere als mikrofluidischen Chip, zu realisieren. Vorzugsweise kann hierbei eine zusätzliche Elektrode 15 als gemeinsame Referenzelektrode 15 für alle erfindungsgemäßen Vorrichtungen verwendet werden.
-
4 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 400 mit einem ersten Schritt 410, wonach die Probe 90 in einen an das Dielektrikum 30 angrenzenden Bereich 35 eingebracht wird. In einem zweiten Schritt 420 erfolgt eine Messung einer durch in dem Bereich 35 befindliche Teile der ersten Spezies verursachte Änderung der Permittivität des Dielektrikums 30 über an dem Dielektrikum 30 angeordnete erste und zweite Elektroden 10, 20. In einem dritten Schritt 430 wird aus der Permittivitätsänderung auf eine in der Probe 90 vorhandene Konzentration der zu detektierenden ersten Spezies rückgeschlossen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- P. Bergveld, Thirty years of ISFETOLOGY: What happened in the past 30 years and what may happen in the next 30 years, Sensors and Actuators B: Chemical, Volume 88, Issue 1, 1 January 2003, Seiten 1–20 [0001]
