DE102021210044A1 - Measurement system, specimen, electrode device and method for measuring a variety of analytes - Google Patents

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Abstract

Ein Probenkörper umfasst eine erste Mehrzahl von in dem Probenkörper angeordneten und zur Aufnahme einer Analytprobe eingerichteten Vertiefungen und eine zweite Mehrzahl von Sensoreinrichtungen, wobei in jeder Vertiefung zumindest eine der Vertiefung zugeordnete Sensoreinrichtung angeordnet ist, die ausgebildet ist, um eine Messung des in der zugeordneten Vertiefung angeordneten Analytproben durchzuführen. Der Probenkörper umfasst ferner eine Schaltungsstruktur, die mit der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen verschaltet ist, und ausgebildet ist, um jede der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen elektrisch isoliert von weiteren Sensoreinrichtungen der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen mit einem elektrischen Potential zu versorgen.

Figure DE102021210044A1_0000
A sample body comprises a first plurality of wells arranged in the sample body and designed to receive an analyte sample, and a second plurality of sensor devices, wherein at least one sensor device assigned to the well is arranged in each well and is designed to measure the in the associated well arranged analyte samples to perform. The sample body also includes a circuit structure which is connected to the plurality of sensor devices and is designed to supply each of the plurality of sensor devices with an electrical potential in an electrically insulated manner from other sensor devices of the plurality of sensor devices.
Figure DE102021210044A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Probenkörper, eine Elektrodenvorrichtung, die gemeinsam in einem Messsystem verwendet werden können sowie auf ein entsprechendes Messsystem und auf ein Verfahren zum Messen einer Vielzahl von Analyten. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Multi-pH-Messung und auf eine Vorrichtung zur schnellen pH-Messung in mehreren Proben.The present invention relates to a sample body, an electrode device that can be used together in a measuring system, as well as a corresponding measuring system and a method for measuring a large number of analytes. More particularly, the present invention relates to multi-pH measurement and apparatus for rapid pH measurement in multiple samples.

Bei der Messung des pH-Wertes in kleinen Volumen und sehr vielen Proben ist eine schnelle Messung des pH-Wertes erforderlich, um das Austrocken der Probe zu verhindern und eine Veränderung der Analytproben, beispielsweise durch CO2 aus der Umgebung, zu verhindern. Dieses Problem tritt insbesondere bei der pH-Messung in biochemischen Assays auf, die oftmals nur mit geringen Analytmengen (25 µl - 100 µl) auf 96er Mikrotiterplatten vorliegen. 8 zeigt eine Ablichtung verschiedener bekannter kommerzieller Mikrotiterplatten oder Wellplatten 1002a, 1002b und 1002c. Dabei weist die Mikrotiterplatte 1002a beispielhaft 96 Vertiefungen oder Wells, die Mikrotiterplatte 1002b 384 Wells und die Mikrotiterplatte 1002c 1536 Wells auf.When measuring the pH value in small volumes and very large numbers of samples, a rapid measurement of the pH value is required in order to prevent the sample from drying out and to prevent the analyte samples from being altered, for example by CO 2 from the environment. This problem occurs in particular with pH measurement in biochemical assays, which are often only available with small amounts of analyte (25 µl - 100 µl) on 96-well microtiter plates. 8th 1002a, 1002b and 1002c shows a photograph of various known commercial microtiter plates or well plates. The microtiter plate 1002a has, for example, 96 depressions or wells, the microtiter plate 1002b has 384 wells and the microtiter plate 1002c has 1536 wells.

Derzeit werden die Analytroben in die Wellplatten pipettiert. Hierzu gibt es automatische Pipettierroboter, die in jede Vertiefung der Wellplatte eine bestimmte Menge, z. B. 75 µl, Analyt pipettieren. Anschließend wird die beladene Wellplatte in die Kammer gestellt. Eine pH-Glaselektrode mit integrierter Ag/AgCI/3M KCI-Referenzelektrode (Einstabmesskette) wird nun zur pH-Messung genutzt und die folgenden Arbeitsschritte werden für jede der 96 Proben wiederholt:

  1. 1. Kalibration der Einstabmesskette an zwei Punkten, beispielsweise pH 4 und pH 7
  2. 2. Anfahren des Messortes beziehungsweise Wells
  3. 3. Eintauchen in die Analytlösung
  4. 4. Durchführung der Messung
  5. 5. Reinigen/Spülen der Einstabmesskette
  6. 6. Anfahren der Ausgangsposition/Kalibrationsstation
The analyte samples are currently being pipetted into the well plates. For this purpose, there are automatic pipetting robots that put a certain amount, e.g. B. Pipette 75 µl, analyte. The loaded corrugated sheet is then placed in the chamber. A pH glass electrode with an integrated Ag/AgCl/3M KCl reference electrode (combined electrode) is now used for pH measurement and the following work steps are repeated for each of the 96 samples:
  1. 1. Calibration of the combination electrode at two points, for example pH 4 and pH 7
  2. 2. Approaching the measurement location or well
  3. 3. Immersion in the analyte solution
  4. 4. Carrying out the measurement
  5. 5. Cleaning/rinsing the combination electrode
  6. 6. Approaching the starting position/calibration station

Je nach Beschaffenheit und Genauigkeitsanforderungen können Punkt 1 und 5 modifiziert werden. Eine Abbildung eines für eine solche Messreihenfolge ausgelegten pH-Messroboters der Firma Hudson Robotics ist exemplarisch in 9 dargestellt.Points 1 and 5 can be modified depending on the nature and accuracy requirements. An example of a pH measuring robot from Hudson Robotics designed for such a measurement sequence is shown in 9 shown.

Nachteile des beschriebenen Ablaufs sind ein hoher Zeitaufwand, was zur Eintrocknung und Veränderung der Analytproben führen kann, ein relativ großes Probenvolumen, da die Elektrode (pH- und Referenzelektrode) vollständig benetzt sein muss, sowie die Gefahr von Glasbruch, da die pH-Elektrode aus einer sehr dünnen Glasmembran mit einer Dicke von in etwa 50 µm besteht und eine Gefahr von Kontaminationen/Verschleppungen durch pH-Elektrode und Referenzelektrode bei ungenügender Spülung vorliegt.Disadvantages of the process described are that it takes a lot of time, which can lead to the analyte samples drying out and changing, a relatively large sample volume, since the electrode (pH and reference electrode) must be completely wetted, and the risk of glass breakage, since the pH electrode is off a very thin glass membrane with a thickness of around 50 µm and there is a risk of contamination/carryover through the pH electrode and reference electrode if the rinsing is insufficient.

Wünschenswert wären demnach Probenkörper, eine Elektrodenvorrichtung, ein Messsystem sowie ein Verfahren zum Messen einer Vielzahl von Analytproben, die die genannten Nachteile überwinden und insbesondere eine schnelle Messung der Analytproben ermöglichen.Accordingly, it would be desirable to have test bodies, an electrode device, a measuring system and a method for measuring a large number of analyte samples that overcome the disadvantages mentioned and, in particular, enable the analyte samples to be measured quickly.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, Probenkörper, Elektrodenvorrichtungen, Messsysteme und Verfahren zum Messen einer Vielzahl von Analyten zu schaffen, die eine schnelle Auswertung der Analyten ermöglichen.It is therefore an object of the present invention to create sample bodies, electrode devices, measuring systems and methods for measuring a large number of analytes which enable rapid evaluation of the analytes.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims.

Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine schnelle Messung von Analytproben beispielsweise in Mikrotiterplatten erfolgen kann, indem eine jeweilige Sensoreinrichtung direkt und individuell in die entsprechende Vertiefung (Well) eingebracht wird und mehrere Vertiefungen beziehungsweise die dort eingebrachten Analyten mit einer gemeinsamen Referenzelektrode kontaktiert werden, was eine individuelle Auswertung der Analytproben einerseits und eine geringe Anzahl an Bewegungen der Referenzelektrode andererseits ermöglichen, da die Referenzelektrode bei einer sequentiellen Messung der mit ihr kontaktierten Analyten unbewegt bleiben kann. Hierdurch wird eine deutliche Zeitersparnis erreicht, was vorteilhaft ist.A core idea of the present invention is that analyte samples can be measured quickly, for example in microtiter plates, by introducing a respective sensor device directly and individually into the corresponding well and contacting several wells or the analytes introduced there with a common reference electrode , which on the one hand enables an individual evaluation of the analyte samples and on the other hand a small number of movements of the reference electrode, since the reference electrode can remain stationary during a sequential measurement of the analytes in contact with it. This achieves a significant saving in time, which is advantageous.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Probenkörper eine erste Mehrzahl von in dem Probenkörper angeordneten und zur Aufnahme einer Analytprobe eingerichteten Vertiefungen und eine zweite Mehrzahl von Sensoreinrichtungen, wobei in jeder Vertiefung zumindest eine der Vertiefung zugeordnete Sensoreinrichtung angeordnet ist, die ausgebildet ist, um eine Messung des in der zugeordneten Vertiefung angeordneten Analyten durchzuführen. Der Probenkörper umfasst eine Schaltungsstruktur, die mit der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen verschaltet ist und ausgebildet ist, um jede der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen elektronisch isoliert von weiteren Sensoreinrichtungen der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen mit einem elektrischen Potential zu versorgen.According to one embodiment, a sample body comprises a first plurality of wells arranged in the sample body and designed to receive an analyte sample and a second plurality of sensor devices, wherein at least one sensor device assigned to the well is arranged in each well and is designed to measure the in to carry out the analytes arranged in the associated well. The sample body comprises a circuit structure which is connected to the plurality of sensor devices and is designed to supply each of the plurality of sensor devices with an electrical potential, electronically isolated from other sensor devices of the plurality of sensor devices.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Sensoreinrichtungen in einem jeweiligen Bodenbereich der Vertiefungen angeordnet, was es ermöglicht, dass die Sensoreinrichtungen wenig Volumen der Vertiefung beanspruchen.According to one exemplary embodiment, the sensor devices are arranged in a respective bottom area of the depressions, which makes it possible for the sensor devices to take up little volume of the depression.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfassen die Sensoreinrichtungen ionensensitive Feldeffekttransistoren, ISFETs. Diese sind besonders geeignet für Messungen an Analytproben, beispielsweise zur pH-Messung.According to one embodiment, the sensor devices include ion-sensitive field effect transistors, ISFETs. These are particularly suitable for measurements on analyte samples, for example for pH measurement.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Randbereich der ISFETs und/oder eine Trägerplatine der ISFETs mit einer elektrischen Vergussmasse bedeckt. Dies ermöglicht es, eine Kontaktierung der abgedeckten Bereiche mit der Analytprobe zu vermeiden, um präzise Messergebnisse zu erhalten, indem die Analytprobe lediglich die innere Kontaktoberfläche des ISFETs, dessen sensitiven Bereiches, kontaktiert.According to one embodiment, an edge area of the ISFETs and/or a carrier board of the ISFETs is covered with an electrical potting compound. This makes it possible to avoid contacting the covered areas with the analyte sample in order to obtain precise measurement results in that the analyte sample only contacts the inner contact surface of the ISFET, its sensitive area.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Sensoreinrichtungen sensitiv für zumindest eines aus einem pH-Wert der Analytprobe, einer elektrischen Leitfähigkeit der Analytprobe, einer elektrischen Impedanz der Analytprobe, einer elektrischen Kapazität der Analytprobe und einer charakterisierenden Eigenschaft einer in der Analytprobe angeordneten biologischen Zelle. Dies ermöglicht die jeweilige Messung der Eigenschaft der Analytprobe, wobei unterschiedliche Sensoreinrichtungen des Probenkörpers auch unterschiedlich sensitiv für unterschiedliche Eigenschaften gebildet sein können, was es ermöglichen kann, identischen Analytproben in unterschiedliche Vertiefungen zur unterschiedlichen Vermessung durch unterschiedlich ausgebildete Sensoreinrichtungen einzubringen und ohne größeren zeitlichen Aufwand unterschiedliche Messungen an den identischen Analytproben durchzuführen, insbesondere, wenn eine selbe oder identische Referenzelektrode genutzt wird, wobei diese Vorteile auch unabhängig hiervon erhalten werden.According to one embodiment, the sensor devices are sensitive to at least one of a pH value of the analyte sample, an electrical conductivity of the analyte sample, an electrical impedance of the analyte sample, an electrical capacitance of the analyte sample and a characteristic property of a biological cell arranged in the analyte sample. This enables the property of the analyte sample to be measured in each case, with different sensor devices of the sample body also being able to be formed with different sensitivity for different properties, which can make it possible to introduce identical analyte samples into different wells for different measurement by differently designed sensor devices and to carry out different measurements without greater expenditure of time to be carried out on the identical analyte samples, in particular if a same or identical reference electrode is used, whereby these advantages are also obtained independently.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsstruktur zumindest teilweise in einem Substrat des Probenkörpers integriert, was es ermöglicht, die Schaltungsstruktur vor einem Kontakt mit Reinigungsmitteln oder Analytproben zu schützen.According to one embodiment, the circuit structure is at least partially integrated in a substrate of the sample body, which makes it possible to protect the circuit structure from contact with cleaning agents or analyte samples.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat ein lösungsmittelbeständiges und/oder analytbeständiges Substrat, was es ermöglicht, das Substrat zu reinigen und erneut zu verwenden.According to one embodiment, the substrate is a solvent resistant and/or analyte resistant substrate, allowing the substrate to be cleaned and reused.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Schaltungsstruktur so ausgestaltet, dass sie einen Kontaktierungsabschnitt aufweist, der eine Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen aufweist, die zum Kontaktieren mit einem elektrischen Verbinder eingerichtet sind, wobei jeder Kontaktierungsbereich einer Sensoreinrichtung eindeutig zugeordnet ist. Das bedeutet, über die Kontaktierungsbereiche kann eine Sensoreinrichtung individuell und elektrisch getrennt von einer anderen Sensoreinrichtung oder von jeder anderen Sensoreinrichtung kontaktiert werden, was unabhängige Messungen ermöglicht.According to one exemplary embodiment, the circuit structure is designed in such a way that it has a contacting section that has a plurality of contacting areas that are set up for contacting with an electrical connector, each contacting area being uniquely assigned to a sensor device. This means that a sensor device can be contacted individually and electrically separately from another sensor device or from any other sensor device via the contacting areas, which enables independent measurements.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist jede Sensoreinrichtung über eine elektrische Kontaktierung mit einer Anzahl elektrischer Kontakte kontaktiert. Der Kontaktierungsabschnitt weist für jede Sensoreinrichtung die Anzahl der elektrischen Kontakte eindeutig zugeordnet zur Sensoreinrichtung auf, so dass jede Sensoreinrichtung eindeutig adressierbar ist, was Mehrdeutigkeiten vermeidet.According to one exemplary embodiment, each sensor device is contacted via an electrical contact with a number of electrical contacts. For each sensor device, the contacting section has the number of electrical contacts uniquely assigned to the sensor device, so that each sensor device can be uniquely addressed, which avoids ambiguities.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der elektrische Verbinder als ein Steckverbinder gebildet, was es ermöglicht, den Probenkörper mit unterschiedlichen Steckverbindern und andersherum unterschiedliche Platten oder Probenkörper an einen gleichen Steckverbinder zu kontaktieren. Darüber hinaus wird es ermöglicht, den Probenkörper vom Messsystem zu trennen, etwa zu Reinigungszwecken oder Befüllzwecken.According to one embodiment, the electrical connector is formed as a plug connector, which allows to contact the specimen with different connectors and vice versa different boards or specimens to a same connector. In addition, it is possible to separate the specimen from the measuring system, for example for cleaning or filling purposes.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind Bereiche der Schaltungsstruktur außerhalb des Kontaktierungsabschnitts vor einem Kontakt mit einem Reinigungsmittel geschützt und der Kontaktierungsabschnitt in einem Lateralbereich des Probenkörpers angeordnet, der frei von Sensoreinrichtungen ist. Dadurch kann erreicht werden, dass beispielsweise in einem Tauchbad die Sensoreinrichtungen beziehungsweise die Vertiefungen mit den Sensoreinrichtungen in das Tauchbad mit dem Reinigungsmittel eingetaucht werden, der Lateralabschnitt mit dem Kontaktierungsabschnitt jedoch außerhalb des Reinigungsmittels verbleibt, um Kontakte des Kontaktierungsabschnitts zu schützen.According to one exemplary embodiment, areas of the circuit structure outside of the contacting section are protected against contact with a cleaning agent, and the contacting section is arranged in a lateral area of the sample body that is free of sensor devices. This means that, for example, in an immersion bath, the sensor devices or the depressions with the sensor devices are immersed in the immersion bath with the cleaning agent, but the lateral section with the contacting section remains outside the cleaning agent in order to protect contacts of the contacting section.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Sensoreinrichtungen in dem Probenkörper vermittels einer Vergussmasse fixiert, wobei die Vergussmasse eine Öffnung zum Kontakt der Sensoreinrichtung mit der Analytprobe aufweist. Dies ermöglicht eine robuste Ausgestaltung des Probenkörpers und eine zuverlässige Fixierung der Sensoreinrichtungen in dem Probenkörper.According to one exemplary embodiment, the sensor devices are fixed in the sample body by means of a casting compound, with the casting compound having an opening for the sensor device to come into contact with the analyte sample. This enables a robust configuration of the sample body and a reliable fixation of the sensor devices in the sample body.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Mehrzahl von Vertiefungen in einem Matrixmuster mit einer Mehrzahl von Zeilen und einer Mehrzahl von Spalten angeordnet. Dies ermöglicht eine einfache Repositionierung von Referenzelektroden in den Vertiefungen durch einfache laterale Verschiebung der Referenzelektrode.According to one embodiment, the plurality of wells are arranged in a matrix pattern having a plurality of rows and a plurality of columns. This allows easy repositioning of reference electrodes in the wells by simply shifting the reference electrode laterally.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl von Vertiefungen mit einem zur Aufnahme der Analytproben eingerichteten Messvolumen von 2 µl bis 5000 µl ausgestattet.According to one exemplary embodiment, the plurality of wells is equipped with a measuring volume of 2 μl to 5000 μl set up for receiving the analyte samples.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist eine Elektrodenvorrichtung für einen Probenkörper einen Vorrichtungskörper mit einer Kavität auf. Wie es nicht einschränkend aber erläuternd in 4 dargestellt ist, ist die Kavität ist, um eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit in einem Kavitätsstrom aufzunehmen. Ferner ist eine Öffnung in dem Vorrichtungskörper vorgesehen, die ausgebildet ist, um eine Referenzelektrode mit dem Kavitätsvolumen zu verbinden und um ein elektrisches Potential der Referenzelektrode an die elektrisch leitfähige Flüssigkeit anzulegen. Der Vorrichtungskörper weist eine Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen auf, die mit dem Kavitätsvolumen verbunden sind, wobei jeder Kontaktierungsbereich ausgebildet ist, um die elektrisch leitfähige Flüssigkeit an einer ersten Seite, etwa einer Innenseite, von der Kavität aufzunehmen und an einer zweiten Seite, etwa einer Außenseite, mit einem Messmedium, z.B. der Analytprobe, zu kontaktieren. Die Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen sind voneinander beabstandet an dem Vorrichtungskörper angeordnet. Dies ermöglicht, das elektrische Potential der Elektrode an die Mehrzahl von Kontaktierungsbereiche des Vorrichtungskörpers anzulegen, so dass beispielsweise gleichzeitig eine Mehrzahl von Vertiefungen eines Probenkörpers mit einem Referenzpotential beaufschlagt werden können.According to one embodiment, an electrode device for a sample body has a device body with a cavity. As stated in non-limiting but illustrative manner 4 As shown, the cavity is for receiving an electrically conductive liquid in a cavity flow. Furthermore, an opening is provided in the device body, which is designed to connect a reference electrode to the cavity volume and to apply an electrical potential of the reference electrode to the electrically conductive liquid. The device body has a plurality of contacting areas connected to the cavity volume, each contacting area being configured to receive the electrically conductive liquid from the cavity on a first side, such as an inside, and on a second side, such as an outside, to contact with a measurement medium, for example the analyte sample. The plurality of bonding portions are spaced from each other on the device body. This makes it possible to apply the electrical potential of the electrode to the plurality of contacting regions of the device body, so that a reference potential can be applied to a plurality of depressions of a sample body, for example, at the same time.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst jeder der Messbereiche zumindest eines aus einer Fritte einem Diaphragma und einem Kapillarkontakt und ist ausgebildet, um von der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit durchtränkt zu werden, etwa um die elektrisch leitfähige Flüssigkeit an die Außenseite oder zweite Seite zu leiten.According to one embodiment, each of the sensing areas includes at least one of a frit, a diaphragm, and a capillary contact and is configured to be saturated with the electrically conductive liquid, such as to direct the electrically conductive liquid to the outside or second side.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Messbereich als Fritte und insbesondere als Keramikfritte gebildet, was eine robuste und dennoch präzise Herstellung ermöglicht.According to one exemplary embodiment, the measuring area is formed as a frit and in particular as a ceramic frit, which enables robust and yet precise manufacture.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen in zumindest einer Zeile und zumindest einer Spalte angeordnet. Dies ermöglicht eine präzise und einfache Verschiebung der Elektrodenvorrichtung zur Kontaktierung weiterer Messvolumina nach erfolgter Messung.According to one exemplary embodiment, the plurality of contacting areas is arranged in at least one row and at least one column. This enables the electrode device to be moved precisely and easily in order to contact further measurement volumes after the measurement has been completed.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Referenzelektrode eine Elektrode erster Art oder eine Elektrode zweiter Art.According to one embodiment, the reference electrode is an electrode of the first type or an electrode of the second type.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Referenzelektrode vermittels einer Positioniereinrichtung lösbar befestigt und die Referenzelektrode austauschbar. Dies ermöglicht die Anpassung der Elektrodenvorrichtung durch Austauschen der Eigenschaft der Elektrode ebenso wie eine zuverlässige und langfristige Nutzung der Elektrodenvorrichtung durch Ersetzen der Referenzelektrode, etwa basierend auf Verschleiß.According to one embodiment, the reference electrode is releasably attached by means of a positioning device and the reference electrode is exchangeable. This enables adaptation of the electrode device by changing the property of the electrode as well as reliable and long-term use of the electrode device by replacing the reference electrode, perhaps based on wear.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Messsystem einen hierin beschriebenen Probenkörper und eine hierin beschriebene Elektrodenvorrichtung. Eine Anordnung der Kontaktierungsbereiche der Elektrodenvorrichtung ist an eine Anordnung der Vertiefungen des Probenkörpers angepasst. Die Elektrodenvorrichtung ist ausgebildet, um in eine dritte Mehrzahl aus der ersten Mehrzahl von Vertiefungen in jeweils einen Kontaktbereich einzubringen, und um das elektrische Potential an Analytproben in der dritten Mehrzahl von Vertiefungen gleichzeitig einzulegen. Zusammen mit dem Probenkörper ermöglicht dies unabhängige Messungen in der dritten Mehrzahl von Vertiefungen, ohne dass hierzu die Elektrodenvorrichtung zwischen den individuellen Messungen bewegt werden müsste, was ein schnelles Durchführen der Messungen ermöglicht.According to one embodiment, a measurement system includes a sample body described herein and an electrode device described herein. An arrangement of the contacting areas of the electrode device is adapted to an arrangement of the depressions of the sample body. The electrode device is designed to introduce a contact area into a third plurality of the first plurality of wells, and to simultaneously apply the electrical potential to analyte samples in the third plurality of wells. Together with the sample body, this enables independent measurements in the third plurality of wells without having to move the electrode device between the individual measurements, which enables the measurements to be performed quickly.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Messsystem ausgebildet, um die Sensoreinrichtungen der dritten Mehrzahl von Vertiefungen sequentiell nacheinander anzusteuern, um eine Beeinflussung einer Analytprobe einer ersten Vertiefung auf eine Messung einer Sensoreinrichtung einer zweiten Vertiefung zu verhindern. Dies ermöglicht präzise Messergebnisse.According to one exemplary embodiment, the measuring system is designed to sequentially activate the sensor devices of the third plurality of wells in order to prevent an analyte sample of a first well from influencing a measurement of a sensor device of a second well. This enables precise measurement results.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Messsystem ausgebildet, um in einer ersten Messposition der Elektrodenvorrichtung die Mehrzahl von Kontaktbereichen in die dritte Mehrzahl von Vertiefungen zur Messung an darin befindlichen Analytproben einzuführen, und um die Elektrodenvorrichtung danach in eine zweite Messposition zu bewegen, in welcher die Kontaktbereiche in eine vierte Mehrzahl von Vertiefungen des Probenkörpers eingeführt sind, und um die Analytproben in der vierten Mehrzahl von Vertiefungen zu vermessen. Dies ermöglicht, dass die Elektrodenvorrichtung nicht sämtliche Vertiefungen des Probenkörpers gleichzeitig kontaktieren muss, dennoch durch die dritte beziehungsweise vierte Mehrzahl von gleichzeitig kontaktierten Vertiefungen eine entsprechende Zeitersparnis erhalten wird.According to one embodiment, the measuring system is designed to introduce the plurality of contact areas into the third plurality of wells for measuring analyte samples located therein in a first measuring position of the electrode device, and to then move the electrode device into a second measuring position in which the contact areas in a fourth plurality of wells of the specimen are inserted, and to measure the analyte samples in the fourth plurality of wells. This means that the electrode device does not have to contact all the depressions of the sample body at the same time, but the third or fourth plurality of depressions that are contacted at the same time still saves a corresponding amount of time.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt zwischen der ersten Messposition und dem Bewegen in die zweite Messposition eine Reinigung der Kontaktbereiche der Elektrodenvorrichtung. Dies ermöglicht eine Vermeidung von Kontaminationen.According to one exemplary embodiment, the contact areas of the electrode device are cleaned between the first measurement position and the movement into the second measurement position. This makes it possible to avoid contamination.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Messsystem ausgebildet, um einen Druck an die elektrisch leitfähige Flüssigkeit anzulegen, also einen fluidischen Druck. Hierdurch wird eine Teilmenge der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit aus der Kavität durch die Kontaktbereiche gedrückt, um die Reinigung der Kontaktbereiche auszuführen. Dies ermöglicht eine simple Reinigung der Kontaktbereiche, die gleichzeitig zuverlässig ist, da eventuell eingetretene Analytprobe wieder aus dem Kontaktbereich herausgedrückt wird.According to one exemplary embodiment, the measuring system is designed to apply a pressure to the electrically conductive liquid, that is to say a fluidic pressure. As a result, a portion of the electrically conductive liquid is pressed out of the cavity through the contact areas in order to carry out the cleaning of the contact areas. This enables simple cleaning of the contact areas, which is also reliable since any analyte sample that may have entered is pressed out of the contact area again.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Messsystem ausgebildet, um eine Kalibrierung der Elektrodenvorrichtung und/oder der Sensoreinrichtungen zwischen der ersten Messposition und der zweiten Messposition durchzuführen, was ebenfalls zu präzisen Messergebnissen führt.According to one embodiment, the measurement system is designed to calibrate the electrode device and/or the sensor devices between the first measurement position and the second measurement position, which also leads to precise measurement results.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Querschnittsfläche der Kontaktbereiche der Elektrodenvorrichtung an eine Querschnittsfläche der Vertiefungen des Probenkörpers angepasst und ein Abstand zwischen Seitenwänden der Kontaktbereiche und Seitenwänden der Vertiefungen so ausgestaltet, dass er höchstens 2000 µm, vorzugsweise zumindest 1 µm und höchstens 100 µm beträgt. Hierdurch kann vermieden werden, dass unnötig viel Analytprobe aus den Vertiefungen entweicht, da die entsprechende Oberfläche durch die Kontaktbereiche abgedeckt ist. Es wird hier deutlich, dass auch an Vertiefungen, an denen derzeit nicht gemessen wird, dennoch ein Entweichen der Analytproben, etwa durch Verdunsten, vermieden werden kann, auch wenn keine Messung zum Zeitpunkt durchgeführt wird.According to one embodiment, a cross-sectional area of the contact areas of the electrode device is adapted to a cross-sectional area of the depressions of the sample body and a distance between side walls of the contact areas and side walls of the depressions is configured such that it is at most 2000 μm, preferably at least 1 μm and at most 100 μm. In this way it can be avoided that an unnecessarily large amount of analyte sample escapes from the wells since the corresponding surface is covered by the contact areas. It becomes clear here that even in wells that are currently not being measured, it is nevertheless possible to prevent the analyte samples from escaping, for example through evaporation, even if no measurement is being carried out at the time.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Elektrodenvorrichtung eine Referenzelektrode für Messungen in der dritten Mehrzahl von Vertiefungen und eine Relativposition zwischen dem Probenkörper und der Elektrodenvorrichtung veränderlich.According to an embodiment, the electrode device is a reference electrode for measurements in the third plurality of wells and a relative position between the sample body and the electrode device is variable.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Messen einer Vielzahl von Analytproben, die in einer korrespondierenden Mehrzahl von Vertiefungen eines Probenkörpers angeordnet sind, folgende Schritte: Ein Kontaktieren der Vielzahl von Analytproben jeweils mit einer zugeordneten Sensoreinrichtung und ein Kontaktieren der Vielzahl von Analytproben gleichzeitig mit einer gemeinsamen Referenzelektrode. Ferner umfasst das Verfahren ein Messen der Analytproben unter Verwendung der jeweils zugeordneten Sensoreinrichtung und der Referenzelektrode sequentiell nacheinander.According to one embodiment, a method for measuring a plurality of analyte samples, which are arranged in a corresponding plurality of wells of a sample body, comprises the following steps: contacting the plurality of analyte samples each with an associated sensor device and contacting the plurality of analyte samples simultaneously with a common one reference electrode. Furthermore, the method comprises measuring the analyte samples sequentially one after the other using the respectively assigned sensor device and the reference electrode.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind der Gegenstand weiterer abhängiger Patentansprüche.Further advantageous embodiments are the subject of further dependent patent claims.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:

  • 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Probenkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 2a eine schematische Draufsicht auf einen ISFET-Chip, der einen ISFET-Kanal aufweist und gemäß einem Ausführungsbeispiel in einer Sensoreinrichtung verwendet wird;
  • 2b eine schematische Draufsicht auf eine Sensoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 3 eine schematische Draufsicht auf einen Probenkörper gemäß einem Ausführungsbeispielbei dem Vertiefungen durch eine elektrisch isolierende Vergussmasse bereitgestellt werden;
  • 4 eine schematische Seitenschnittansicht einer Referenzelektrodenvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 5 eine schematische Draufsicht auf ein Messsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 6 eine schematische Seitenschnittansicht eines Teils des Messsystems aus 5;
  • 7 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 8 eine Ablichtung verschiedener bekannter kommerzieller Mikrotiterplatten oder Wellplatten; und
  • 9 eine Abbildung eines für eine Messreihenfolge ausgelegten bekannten pH-Messroboters.
Particularly preferred embodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying drawings. show:
  • 1 a schematic perspective view of a sample body according to an embodiment;
  • 2a a schematic plan view of an ISFET chip having an ISFET channel and used according to an embodiment in a sensor device;
  • 2 B a schematic plan view of a sensor device according to an embodiment;
  • 3 a schematic plan view of a sample body according to an embodiment in which depressions are provided by an electrically insulating potting compound;
  • 4 a schematic side sectional view of a reference electrode device according to an embodiment;
  • 5 a schematic plan view of a measurement system according to an embodiment;
  • 6 a schematic side sectional view of a part of the measuring system 5 ;
  • 7 a schematic flowchart of a method according to an embodiment;
  • 8th a photocopy of various known commercial microtiter plates or well plates; and
  • 9 an illustration of a known pH measuring robot designed for a measuring sequence.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that identical elements, objects and/or structures that have the same function or have the same effect are provided with the same reference symbols in the different figures, so that the elements shown in different exemplary embodiments Description of these elements is interchangeable or can be applied to each other.

Nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Details beschrieben. Ausführungsbeispiele können jedoch auch ohne diese detaillierten Merkmale implementiert werden. Des Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Verständlichkeit wegen unter Verwendung von Blockschaltbildern als Ersatz einer Detaildarstellung beschrieben. Ferner können Details und/oder Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele ohne Weiteres mit einander kombiniert werden, solange es nicht explizit gegenteilig beschrieben ist.Exemplary embodiments described below are described in connection with a large number of details. However, example embodiments can also be implemented without these detailed features. Furthermore, for the sake of comprehensibility, exemplary embodiments are described using block diagrams as a substitute for a described in detail. Furthermore, details and/or features of individual exemplary embodiments can be combined with one another without further ado, as long as it is not explicitly described to the contrary.

1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Probenkörpers 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Probenkörper 10 kann eine Titerplatte beziehungsweise Mikrotiterplatte bereitstellen, die gegenüber bekannten Titerplatten modifiziert ist. in dem Probenkörper ist eine Mehrzahl von Vertiefungen 121 bis 12N angeordnet, die zur Aufnahme einer Analytprobe eingerichtet sind. Volumina der Vertiefungen 121 bis 12N können voneinander getrennt sein, so dass in die Vertiefungen 121 bis 12N unabhängig voneinander Analytproben eingefüllt werden können. Jede der Vertiefungen 121 bis 12N kann ein zur Aufnahme der Analytprobe eingerichtetes Messvolumen aufweisen. Dieses umfasst beispielsweise zumindest 2 µl und höchstens 5000 µl, vorzugsweise zumindest 20 µl und höchstens 80 µl und besonders bevorzugt in etwa 25 µl. Die Einstellung des Volumens kann dabei in Abhängigkeit der verwendeten Sensordimensionen, der Messaufgabe und Eigenschaften der Analytproben, etwa eine Viskosität desselben, eine Oberflächenspannung, ein Siedepunkt oder ein Reaktionsablauf oder dergleichen, erfolgen. 1 shows a schematic perspective view of a sample body 10 according to an embodiment. The sample body 10 can provide a titer plate or microtiter plate that is modified compared to known titer plates. A plurality of depressions 12 1 to 12 N are arranged in the sample body and are designed to receive an analyte sample. Volumes of the wells 12 1 to 12 N can be separated from one another, so that analyte samples can be filled into the wells 12 1 to 12 N independently of one another. Each of the wells 12 1 to 12 N can have a measurement volume designed to receive the analyte sample. This comprises, for example, at least 2 μl and at most 5000 μl, preferably at least 20 μl and at most 80 μl and particularly preferably around 25 μl. The volume can be adjusted as a function of the sensor dimensions used, the measurement task and properties of the analyte samples, such as a viscosity of the same, a surface tension, a boiling point or a course of the reaction or the like.

In 1 ist der Probenkörper 10 in einer Schnittansicht dargestellt, um das Wesen der Vertiefungen 121 bis 12N deutlich darzustellen.In 1 1, the specimen 10 is shown in a sectional view to clearly show the nature of the indentations 12 1 to 12 N .

Der Probenkörper 10 umfasst ferner Sensoreinrichtungen 141, 142 und 143, die in den Vertiefungen 121 bis 12N angeordnet sind, um eine Messung des in der zugeordneten Vertiefung angeordneten Analytproben durchzuführen. Anders ausgedrückt ist in jeder für eine Messung vorgesehene Vertiefung 12 eine individuelle und eigen zugeordnete Sensoreinrichtung 14 angeordnet.The sample body 10 also includes sensor devices 14 1 , 14 2 and 14 3 which are arranged in the wells 12 1 to 12 N in order to carry out a measurement of the analyte sample arranged in the associated well. In other words, an individual and dedicated sensor device 14 is arranged in each depression 12 provided for a measurement.

Der Probenkörper 10 umfasst eine Schaltungsstruktur 16, die mit der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen 14 verschaltet ist und ausgebildet ist, um jede der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen 14 elektrisch isoliert von weiteren Sensoreinrichtungen der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen 14 mit einem elektrischen Potential zu versorgen. Das bedeutet, es kann galvanisch getrennt voneinander eine Beaufschlagung von Sensoreinrichtungen 141, 142, ... 14N mit elektrischen Potentialen erfolgen, was unabhängige Messungen voneinander ermöglicht.The sample body 10 comprises a circuit structure 16 which is connected to the plurality of sensor devices 14 and is designed to supply each of the plurality of sensor devices 14 with an electrical potential in an electrically insulated manner from other sensor devices of the plurality of sensor devices 14 . This means that electrical potentials can be applied to sensor devices 14 1 , 14 2 , .

Die Anordnung beziehungsweise Integration von Sensoreinrichtungen 14 in die jeweilige Vertiefung 12 ermöglicht bereits, dass die entsprechende Elektrode für eine solche Messung nicht auch in die Vertiefung 12 durch eine Öffnung derselben eingeführt werden muss, was bereits Platz einsparen kann. Darüber hinaus wird durch die Schaltungsstruktur 16 dahingehend, dass die Sensoreinrichtungen 141 bis 143 galvanisch getrennt voneinander betrieben werden können, eine Unabhängigkeit der Messung erreicht, was Vorteile sowohl bei identisch gebildeten Sensoreinrichtungen 14 als auch bei unterschiedlich sensitiven Sensoreinrichtungen 14 bietet.The arrangement or integration of sensor devices 14 in the respective depression 12 already makes it possible that the corresponding electrode for such a measurement does not have to be inserted into the depression 12 through an opening thereof, which can already save space. In addition, the circuit structure 16 means that the sensor devices 14 1 to 14 3 can be operated electrically isolated from one another, which means that the measurement is independent, which offers advantages both in the case of identically formed sensor devices 14 and in the case of sensor devices 14 of different sensitivity.

Gemäß Ausführungsbeispielen ist jede der Sensoreinrichtungen 141 bis 143 für zumindest eines aus einem pH-Wert der Analytproben, eine elektrische Leitfähigkeit des Analyten, eine elektrische Impedanz der Analytproben, eine elektrische Kapazität des Analyten und eine charakteristische Eigenschaft einer in den Analytproben angeordneten biologischen Zelle sensitiv. Daraus ergibt sich, dass beispielsweise bei gleichgebildeten Sensoreinrichtungen 141 bis 143 unterschiedliche Analytproben untersucht werden können und/oder dass für unterschiedlich sensitive Sensoreinrichtungen eine identische Analytprobe bezüglich unterschiedlicher Eigenschaften ausgewertet werden kann.According to exemplary embodiments, each of the sensor devices 14 1 to 14 3 is for at least one of a pH value of the analyte samples, an electrical conductivity of the analyte, an electrical impedance of the analyte samples, an electrical capacitance of the analyte and a characteristic property of a biological cell arranged in the analyte samples sensitive. This means that, for example, with sensor devices 14 1 to 14 3 of the same design, different analyte samples can be examined and/or that an identical analyte sample can be evaluated with regard to different properties for sensor devices of different sensitivity.

Als eine charakterisierende Eigenschaft einer in den Analytproben zugeordneten biologischen Zelle kann beispielsweise verstanden werden, dass Zellen mittels Impedanzspektroskopie auf ihre Vitalität geprüft werden können. Tote Zellen verlieren beispielsweise über die Zellwand ihre Inhaltsstoffe und somit ihre Zellantwort auf die Impedanzmessung. Durch entsprechende Messungen kann diese charakterisierende Eigenschaft der Zelle festgestellt werden.A characterizing property of a biological cell assigned in the analyte samples can be understood, for example, as the fact that cells can be checked for their vitality by means of impedance spectroscopy. For example, dead cells lose their contents via the cell wall and thus their cell response to the impedance measurement. This characteristic property of the cell can be determined by appropriate measurements.

2a zeigt eine schematische Draufsicht auf einen ISFET-Chip 20, der einen ISFET-Kanal 18 aufweist und beispielsweise über Kontaktierungen 221 und 222, etwa Bondkontakte und/oder Bonddrähte, elektrisch kontaktierbar ist. Der ISFET-Chip kann beispielsweise eine Abmessung von in etwa 5 mm entlang einer x-Richtung und 5 mm entlang einer y-Richtung aufweisen, wobei auch beliebige andere Dimensionen möglich sind. Der ISFET-Kanal 18 kann eine sensitive Fläche des ISFET-Chips 20 bereitstellen, so dass über eine Potentialänderung an den Kontaktierungen 221 und/oder 222 in Abhängigkeit eines Kontakts eines Mediums, etwa einer Analytprobe, an dem ISFET-Kanal 18 dessen Anwesenheit beziehungsweise Eigenschaft ausgewertet werden kann. 2a 1 shows a schematic plan view of an ISFET chip 20, which has an ISFET channel 18 and can be electrically contacted, for example via contacts 22 1 and 22 2 , for example bond contacts and/or bond wires. The ISFET chip can, for example, have a dimension of approximately 5 mm along an x-direction and 5 mm along a y-direction, although any other dimensions are also possible. The ISFET channel 18 can provide a sensitive surface of the ISFET chip 20, so that a potential change at the contacts 22 1 and/or 22 2 depending on a contact of a medium, such as an analyte sample, on the ISFET channel 18 indicates its presence or property can be evaluated.

In anderen Worten zeigt 2a eine schematische Darstellung eines ISFET-Chips mit Kanal, Bondbereichen und Bonddrähten.In other words shows 2a a schematic representation of an ISFET chip with channel, bonding areas and bonding wires.

2b zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Sensoreinrichtung 25 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Diese weist beispielsweise den ISFET-Chip 20 aus 2a auf, wobei ein Randbereich des ISFET-Chips mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse 24 bedeckt sein kann. Die elektrisch isolierende Vergussmasse 24 kann beispielsweise lösungsmittelbeständig sein, um eine zur elektrisch isolierenden Passivierung zusätzliche Funktion bereitzustellen und gegenüber Reinigungszyklen oder dergleichen robust zu sein, was eine wiederholte Verwendung des ISFET-Chips 20 ermöglichen kann. 2 B shows a schematic plan view of a sensor device 25 according to an embodiment. This has, for example, the ISFET chip 20 off 2a on, wherein an edge area of the ISFET chip can be covered with an electrically insulating potting compound 24 . For example, the electrically insulating potting compound 24 may be solvent resistant to provide an additional function to electrically insulating passivation and to be robust to cleaning cycles or the like, which may allow for repeated use of the ISFET chip 20 .

Die elektrisch isolierende Vergussmasse 24 kann gleichzeitig die Vertiefung 12 ausbilden oder bereitstellen, so dass der ISFET-Chip und mithin die Sensoreinrichtung in einem Bodenbereich der Vertiefung 12 angeordnet ist.The electrically insulating potting compound 24 can at the same time form or provide the depression 12 , so that the ISFET chip and consequently the sensor device are arranged in a bottom region of the depression 12 .

In anderen Worten zeigt 2b einen ISFET-Chip mit Passivierung, die einen „Well“ ausbildet, also die Kavität, in die der Analyt dispenst werden kann.In other words shows 2 B an ISFET chip with passivation that forms a "well", i.e. the cavity into which the analyte can be dispensed.

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Probenkörper 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel, auf den ohne weiteres die Erläuterungen zum Probenkörper 10 zutreffen. Die Vertiefungen 121 und 122 sowie mögliche weitere Vertiefungen können durch elektrisch isolierende Vergussmasse 24 bereitgestellt werden, wobei in einem Bodenbereich der Vertiefungen 121 und 122 der im Zusammenhang mit 2a beschriebene ISFET-Kanal 18 angeordnet sein kann, um das jeweilige Sensorelement 141 bis 143 des Probenkörpers 10 zu implementieren. 3 shows a schematic plan view of a sample body 30 according to an exemplary embodiment, to which the explanations relating to the sample body 10 apply without further ado. The indentations 12 1 and 12 2 and possible further indentations can be provided by electrically insulating potting compound 24, wherein in a bottom region of the indentations 12 1 and 12 2 in connection with 2a described ISFET channel 18 can be arranged in order to implement the respective sensor element 14 1 to 14 3 of the sample body 10 .

Anders ausgedrückt können bspw. die Sensoreinrichtungen 12 bei einer Herstellung auf ein Substrat aufgebracht oder darin integriert werden und dann vermittels der Vergussmasse teilweise bedeckt werden, um bestimmte Bereiche der Sensoreinrichtungen vor Medien zu schützen und/oder um die Sensoreinrichtungen 12 zu fixieren. Durch das Aufbringen der Vergussmasse kann der ISFET beziehungsweise die Sensoreinrichtung einen Boden der Vertiefung zumindest teilweise bilden und insofern in einem Bodenbereich angeordnet sein. Dies schließt jedoch andere Anbringungsorte nicht aus, wobei im Hinblick auf eine von der Öffnung der Vertiefung eingeführte Referenzelektrode insbesondere eine hiervon möglichst beabstandete und somit im Bodenbereich angeordnete Unterbringung der Sensoreinrichtung vorteilhaft istIn other words, the sensor devices 12 can, for example, be applied to a substrate during manufacture or integrated therein and then partially covered by the potting compound in order to protect certain areas of the sensor devices from media and/or to fix the sensor devices 12 in place. By applying the potting compound, the ISFET or the sensor device can at least partially form a bottom of the depression and to this extent can be arranged in a bottom region. However, this does not rule out other attachment locations, with regard to a reference electrode inserted from the opening of the depression, in particular, accommodating the sensor device as spaced apart from it as possible and thus arranged in the bottom area is advantageous

Der Probenkörper 30 kann einen Kontaktierungsabschnitt 26 aufweisen, der beispielsweise einen Teil der Schaltungsstruktur 16 bilden kann. Der Kontaktierungsabschnitt 26 kann Kontaktierungsbereiche 281 bis 28M aufweisen, die beispielsweise als Kontakt-Pads gebildet sein können. Obwohl im Zusammenhang mit hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen elektrische Signale zum Auswerten und Betreiben der Sensoreinrichtungen 14 beziehungsweise 18 verwendet werden, sind alternativ auch andere Signale, beispielsweise optische Signale, möglich.The sample body 30 can have a contacting section 26 which can form part of the circuit structure 16, for example. The contacting section 26 can have contacting areas 28 1 to 28 M , which can be formed as contact pads, for example. Although electrical signals are used for evaluating and operating the sensor devices 14 and 18 in connection with the exemplary embodiments described herein, other signals, for example optical signals, are also possible as an alternative.

Bei der beispielhaften Ausgestaltung der Sensorstruktur 14 als ISFET-Kanal 18 können beispielsweise zwei Kontaktierungen 221 und 222 aus 2a ausreichend sein, um das Sensorelement zu kontaktieren. Die entsprechende Leitung kann mit einem jeweils eindeutig zugeordneten Kontaktierungsbereich 28 gekoppelt sein, entweder direkt oder unter Zwischenschaltung weiterer Schaltungselemente.In the exemplary configuration of the sensor structure 14 as an ISFET channel 18, for example, two contacts 22 1 and 22 2 can be made 2a be sufficient to contact the sensor element. The corresponding line can be coupled to a respectively unambiguously assigned contact area 28, either directly or with the interposition of further circuit elements.

Jeder Kontaktierungsbereich 28 ist damit einer Sensoreinrichtung 14 beziehungsweise 18 eindeutig zugeordnet. Der Kontaktierungsbereich 26 kann ausgebildet sein, um ein Kontaktieren mit einem elektrischen oder alternativ optischen Verbinder zu ermöglichen, bevorzugt einem Steckverbinder. Dieser Steckverbinder kann mit unterschiedlichen Probenkörpern verbunden werden und alternativ kann der Probenkörper 30 mit unterschiedlichen Steckverbindern gekoppelt werden.Each contact area 28 is thus uniquely assigned to a sensor device 14 or 18 . The contacting area 26 can be designed to enable contacting with an electrical or alternatively optical connector, preferably a plug connector. This connector can be mated with different specimens and alternatively the specimen 30 can be coupled with different connectors.

Obwohl eine Vielzahl unterschiedlicher Ausgestaltungen von Sensoreinrichtungen 14 möglich ist werden sogenannte ionensensitive Feldeffekttransistoren, ISFETs, in hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen bevorzugt.Although a large number of different configurations of sensor devices 14 are possible, so-called ion-sensitive field effect transistors, ISFETs, are preferred in the exemplary embodiments described herein.

Die Anzahl von zwei elektrischen Kontaktierungen 221 und 222 für den ISFET-Kanal 181 ist dabei lediglich beispielhaft. Andere Ausgestaltungen der Sensorstruktur, beispielsweise ein EIS-Sensor (Electrolyte-Insulator-Semiconductor, Elektrolyt-Isolator-Halbleiter) kann beispielsweise mit einem einzigen Kontakt betrieben werden, während andere Ausgestaltungen des Sensorelements 14, beispielsweise als OFET (Organic Field-Effect Transistor, organischer Feldeffekttransistor) drei Anschlüsse für Source, Drain und Gate verwenden können und/oder bei einer Impedanzmessung oder einer 4-Punktmessung vier Anschlüsse verwendet werden können. Entsprechend sind die vorgesehenen Anschlüsse an den Kontaktierungsbereich 26 geführt. Jeder der elektrischen Kontakte kann einen eindeutig zugeordneten Kontaktierungsbereich 28 in dem Kontaktierungsabschnitt 26 umfassen. Dies ermöglicht eine eindeutige Zuordnung der Kontaktbereiche 28 zum jeweiligen Sensorelement, was für ein späteres Messsystem hilfreich sein kann.The number of two electrical contacts 22 1 and 22 2 for the ISFET channel 18 1 is merely an example. Other configurations of the sensor structure, for example an EIS sensor (Electrolyte-Insulator-Semiconductor, electrolyte-insulator-semiconductor) can be operated with a single contact, for example, while other configurations of the sensor element 14, for example as an OFET (organic field-effect transistor, organic field effect transistor) can use three connections for source, drain and gate and/or four connections can be used for an impedance measurement or a 4-point measurement. The connections provided are routed to the contacting area 26 accordingly. Each of the electrical contacts can include a uniquely assigned contacting area 28 in the contacting section 26 . This enables a clear assignment of the contact areas 28 to the respective sensor element, which can be helpful for a later measuring system.

Die Anzahl von Vertiefungen und/oder Sensorelementen kann, wie es in 3 beispielhaft dargestellt ist, in einer oder mehrerer Spalten 321, 322 und/oder Zeilen 34 erfolgen. Bei einer einzigen Zeile oder einer einzigen Spalte sind dabei sämtliche der zumindest zwei Vertiefungen in einem einzeiligen Array angeordnet. Ein zweidimensionales Feld beziehungsweise eine Matrixanordnung bietet demgegenüber Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Handhabung. In einem solchen zweidimensionalen Feld können die Mehrzahl von Vertiefungen und/oder Sensoreinrichtungen in einem Matrixmuster mit einer Mehrzahl von Zeilen und einer Mehrzahl von Spalten angeordnet sein.The number of indentations and/or sensor elements can, as specified in 3 is shown as an example, in one or more columns 32 1 , 32 2 and/or rows 34 . In the case of a single row or a single column, all of the at least two wells arranged in a one-line array. In contrast, a two-dimensional field or a matrix arrangement offers advantages, in particular with regard to handling. In such a two-dimensional array, the plurality of depressions and/or sensor devices can be arranged in a matrix pattern with a plurality of rows and a plurality of columns.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel und wie in 3 dargestellt, kann der Kontaktierungsabschnitt 26 in einem Lateralbereich 36 eines Substrats 38 des Probenkörpers 30 angeordnet sein. Das Substrat 38 kann beispielsweise ein Glassubstrat, ein Keramiksubstrat oder eine Schaltungsplatine, etwa eine versiegelte FR4-Platine, umfassen. Das Substrat kann insbesondere lösungsmittelbeständig und/oder analytbeständig sein. Dabei ist insbesondere die Eigenschaft des Substrats als Ganzes gemeint, etwa im Hinblick auf FR4-Platinen. Deren Einzelschichten können mitunter auch nicht lösungsmittelbeständig sein, aber von einem lösungsmittelbeständigen Substrat bedeckt sein. Dadurch ergibt sich für das Substrat selbst insgesamt eine lösungsmittelbeständige und/oder analytbeständige, das heißt medienbeständige Eigenschaft. Die Schaltungsstruktur kann zumindest teilweise in das Substrat 38 integriert sein, um die Schaltungsstruktur ebenfalls vor Lösungsmittel und/oder Analyten zu schützen.According to an embodiment and as in 3 shown, the contacting section 26 can be arranged in a lateral area 36 of a substrate 38 of the sample body 30 . The substrate 38 may comprise, for example, a glass substrate, a ceramic substrate, or a circuit board such as a sealed FR4 board. In particular, the substrate can be solvent-resistant and/or analyte-resistant. In particular, this means the properties of the substrate as a whole, for example with regard to FR4 circuit boards. Sometimes their individual layers may not be solvent-resistant, but they may be covered by a solvent-resistant substrate. This results in a solvent-resistant and/or analyte-resistant, ie media-resistant property for the substrate itself. The circuit structure may be at least partially integrated into the substrate 38 to also protect the circuit structure from solvents and/or analytes.

Der Lateralbereich 36 kann entlang zumindest einer Richtung x oder y frei von Sensoreinrichtungen sein. Der Lateralbereich 36 kann beispielsweise einen Bereich definieren, der während eines Tauchbades zur Reinigung der Vertiefungen 12 und/oder Sensoreinrichtungen von Analytproben oder anderen Stoffen frei von dem Reinigungsbad bleibt beziehungsweise nicht in ein Tauchbad eingeführt wird. So können beispielsweise Bereiche der Schaltungsstruktur 16 außerhalb des Lateralbereichs 36 und/oder außerhalb des Kontaktierungsabschnitts 26 durch geeignete Maßnahmen vor einem Kontakt mit dem Reinigungsmittel geschützt sein. Solche Maßnahmen umfassen beispielsweise eine Bedeckung der Schaltungsstruktur 16 mit gegenüber dem Reinigungsmaterial resistenten Materialien, beispielsweise Lacke oder dergleichen und/oder ein Einbetten der Schaltungsstruktur 16 in das Substrat 38. Um die Kontaktierung des Probenkörpers 30 in dem Kontaktierungsabschnitt 26 einfach zu ermöglichen, sind dort gemäß Ausführungsbeispielen die Kontaktierungsbereiche 28 freigelegt, weswegen die Anordnung der Kontaktierungsbereiche 28 in dem Lateralbereich 36 Vorteile bietet.The lateral area 36 can be free of sensor devices along at least one direction x or y. The lateral area 36 can, for example, define an area that remains free of the cleaning bath or is not introduced into an immersion bath during an immersion bath for cleaning the depressions 12 and/or sensor devices from analyte samples or other substances. For example, areas of the circuit structure 16 outside of the lateral area 36 and/or outside of the contacting section 26 can be protected against contact with the cleaning agent by suitable measures. Such measures include, for example, covering the circuit structure 16 with materials that are resistant to the cleaning material, for example lacquers or the like, and/or embedding the circuit structure 16 in the substrate 38 Embodiments exposed the contacting areas 28, which is why the arrangement of the contacting areas 28 in the lateral area 36 offers advantages.

In dem Probenkörper 30 können die Sensoreinrichtungen, das heißt die ISFET-Chips beziehungsweise deren ISFET-Kanäle, vermittels der Vergussmasse 24 fixiert sein, wobei die Vergussmasse eine Öffnung zum Kontakt der Sensoreinrichtung mit dem Analyten aufweist oder bereitstellt.The sensor devices, ie the ISFET chips or their ISFET channels, can be fixed in the sample body 30 by means of the potting compound 24, the potting compound having or providing an opening for contact of the sensor device with the analyte.

In anderen Worten zeigt 3 eine schematische Darstellung der Anordnung der ISFETs auf einer Platine im Mikrotiter-Raster. Die Platine mit Anschlüssen ist so gestaltet, dass sie komplett in ein Reinigungsbecken, gegebenenfalls mit Ausnahme der Kontaktleiste, dem Kontaktierungsabschnitt 26 eingetaucht werden kann. Dargestellt sind dabei beispielhaft ein Platinenausschnitt mit Kontaktleiste und exemplarisch zwei verkapselten ISFETs, angeordnet beispielshaft im Wellplate-Raster.In other words shows 3 a schematic representation of the arrangement of the ISFETs on a circuit board in the microtiter grid. The circuit board with connections is designed in such a way that it can be completely immersed in a cleaning tank, possibly with the exception of the contact strip, the contacting section 26 . A circuit board section with a contact strip and two encapsulated ISFETs are shown as an example, arranged in a well-plate grid as an example.

Die erfinderische Lösungsidee für die Probenkörper basiert unter anderem auf der Nutzung von pH-sensitiven ISFETs, die als Boden der jeweiligen Wells genutzt werden. Die erforderlichen Kontakte werden auf eine darunterliegende, lösungsmittelbeständige Platine, zum Beispiel Keramik oder versiegelte FR4-Platinen elektrisch verbunden, zum Beispiel mittels Drahtbondung. Am Rand der Platine werden die Kontakte für die elektrische Kontaktierung aller ISFETs zusammengefasst, so dass diese sich gut elektrisch verbinden lassen, zum Beispiel über einen Steckverbinder. Anschließend werden die ISFETS so verkapselt, dass sich eine Vertiefung so ausbildet, dass die Analytproben hineindispenst werden kann. Die Vergussmasse ist auf die Lösungsmittel und Analytproben sowie die gesamte Messaufgabe abzustimmen, etwa im Hinblick auf Resistenzen oder Beständigkeiten.The inventive solution idea for the sample bodies is based, among other things, on the use of pH-sensitive ISFETs, which are used as the bottom of the respective wells. The required contacts are electrically connected, e.g. by wire bonding, to an underlying solvent-resistant board, e.g. ceramic or sealed FR4 boards. The contacts for the electrical contacting of all ISFETs are grouped together at the edge of the circuit board, so that they can be easily electrically connected, for example via a connector. The ISFETS are then encapsulated in such a way that a depression is formed in such a way that the analyte samples can be dispensed into. The casting compound must be tailored to the solvent and analyte samples as well as the entire measurement task, for example with regard to resistances or durability.

4 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht einer Elektrodenvorrichtung 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Elektrodenvorrichtung 40 kann beispielsweise für einen Probenkörper, etwa dem Probenkörper 10 und/oder 30, angepasst sein, wobei dies nicht notwendigerweise erforderlich ist. 4 12 shows a schematic side sectional view of an electrode device 40 according to an embodiment. The electrode device 40 can, for example, be adapted for a test body, such as the test body 10 and/or 30, although this is not absolutely necessary.

Die Elektrodenvorrichtung 40 umfasst einen Vorrichtungskörper 42 mit einer Kavität 44, die auch als inneres Volumen des Vorrichtungskörpers 42 bezeichnet werden kann. Die Kavität 44 ist zur Aufnahme einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 46 eingerichtet. Als elektrisch leitfähige Flüssigkeit kann beispielsweise eine 3-molare Kaliumchloridlösung (3M KCI)-Lösung eingesetzt werden, wobei auch andere Lösungen möglich sind.The electrode device 40 comprises a device body 42 with a cavity 44 which can also be referred to as the inner volume of the device body 42 . The cavity 44 is set up to receive an electrically conductive liquid 46 . A 3-molar potassium chloride solution (3M KCl) solution can be used, for example, as the electrically conductive liquid, although other solutions are also possible.

Durch eine Öffnung 48 des Vorrichtungskörpers 42 kann eine Elektrode 52 mit dem Kavitätsvolumen 44 in Verbindung gebracht werden, etwa durch direktes Angrenzen, teilweises Einführen oder vollständiges Einführen der Elektrode 52 in das Kavitätsvolumen 44, so dass ein elektrischer Kontakt zwischen der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 46 und der Elektrode 52 erhalten wird. Die Elektrode 52 ist beispielsweise ein 3-molarer Silberchlorid-beschichteter Draht (3M AgCI-beschichteter Ag-Draht).An electrode 52 can be brought into communication with the cavity volume 44 through an opening 48 of the device body 42, such as by directly adjoining, partially inserting or fully inserting the electrode 52 into the cavity volume 44 so that electrical contact between the electrically conductive liquid bility 46 and the electrode 52 is obtained. The electrode 52 is, for example, a 3M silver chloride coated wire (3M AgCl coated Ag wire).

Der Vorrichtungskörper umfasst eine Mehrzahl von 2 oder mehr Kontaktierungsbereichen 541 bis 544, die als eindimensionales Array oder als zweidimensionales Feld angeordnet sein können. In der schematischen Seitenschnittansicht der 4 sind vier Kontaktierungsbereiche 541 bis 544 angeordnet, was in Tiefenrichtung verdeckte zusätzliche Spalten oder Zeilen nicht ausschließt. Auch eine andere Anzahl von Kontaktierungsbereichen 54 in einer Zeile, das heißt 1 oder mehr, ist ohne weiteres möglich.The device body includes a plurality of 2 or more bonding areas 54 1 to 54 4 which may be arranged as a one-dimensional array or as a two-dimensional array. In the schematic side sectional view of the 4 Four contacting areas 54 1 to 54 4 are arranged, which does not exclude additional columns or rows that are covered in the depth direction. A different number of contacting areas 54 in a row, ie 1 or more, is also readily possible.

Die Kontaktierungsbereiche 54 sind mit dem Kavitätsvolumen 44 verbunden und ausgebildet, um die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 46 an einer ersten Seite 54A, beispielsweise einer Innenseite des Volumenkörpers, von der Kavität 54 aufzunehmen und an einer zweiten Seite 54B, etwa einer Außenseite, mit einem Messmedium zu kontaktieren. Das bedeutet, die Kontaktbereiche stellen zwar eine gewisse Dichtigkeit her, sind aber zumindest für einen lonenaustausch zwischen den Seiten 54A und 54B durchlässig. Die Kontaktbereiche 541 bis 544 können beispielsweise eine Fritte, insbesondere eine Keramikfritte, ein Diaphragma und/oder einen Kapillarkontakt umfassen und ausgebildet sein, um von der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 46 durchtränkt zu werden.The contacting areas 54 are connected to the cavity volume 44 and are designed to receive the electrically conductive liquid 46 on a first side 54A, for example an inside of the volume body, from the cavity 54 and on a second side 54B, for example an outside, to a measuring medium to contact. This means that although the contact areas create a certain degree of tightness, they are at least permeable for an exchange of ions between the sides 54A and 54B. The contact areas 54 1 to 54 4 can comprise, for example, a frit, in particular a ceramic frit, a diaphragm and/or a capillary contact and can be designed to be saturated with the electrically conductive liquid 46 .

Die Kontaktierungsbereiche 54 sind dabei beabstandet voneinander an dem Vorrichtungskörper 42 angeordnet, was beispielsweise eine gleichzeitige Kontaktierung mehrerer Vertiefungen 12 mit der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 46 beziehungsweise dem daran anliegenden Potential ermöglicht. Ein Abstand zwischen den Kontaktbereichen 54 kann beispielsweise an einen Abstand zwischen den Vertiefungen 12 angepasst sein.The contacting areas 54 are arranged at a distance from one another on the device body 42, which enables, for example, simultaneous contacting of a plurality of depressions 12 with the electrically conductive liquid 46 or the potential present thereon. A distance between the contact areas 54 can be adapted to a distance between the depressions 12, for example.

Ein an einem Elektrodenanschluss 56 an die Elektrode 52 angelegtes elektrisches Potential kann somit vermittels der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 46 gleichzeitig an die Kontaktbereiche 54 angelegt werden. Gleichzeitig ermöglicht die Verwendung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit gegenüber der Verwendung von zähen oder festen Stoffen, die im Rahmen von Ausführungsbeispielen dennoch verwendet werden können, einen einfachen Austausch der Flüssigkeit. Beispielsweise kann durch eine Entnahme der Elektrode 52 durch die Öffnung 48 auch die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 46 entfernt beziehungsweise erneuert werden.An electrical potential applied to the electrode 52 at an electrode connection 56 can thus be applied simultaneously to the contact regions 54 by means of the electrically conductive liquid 46 . At the same time, the use of the electrically conductive liquid enables a simple replacement of the liquid compared to the use of viscous or solid materials, which can nevertheless be used within the scope of exemplary embodiments. For example, by removing the electrode 52 through the opening 48, the electrically conductive liquid 46 can also be removed or renewed.

Optional kann die Elektrodenvorrichtung 40 ausgebildet sein, um einen Druck P auf die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 46 auszuüben. Hierfür kann beispielsweise eine zusätzliche Öffnung in dem Vorrichtungskörper 42 vorgesehen sein, über die der Druck angelegt werden kann. Alternativ kann auch eine Deformation des Vorrichtungskörpers 42 oder eines Teils hiervon erfolgen, etwa um ein Volumen der Kavität 44 zu verringern. Der Druck P kann dazu führen, dass die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 46 durch die durchlässigen Kontaktbereiche 54 gedrückt wird, so dass eine Teilmenge der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit aus der Kavität 44 durch die Kontaktbereiche 54 gedrückt wird, um eine Reinigung der Kontaktbereiche 54 auszuführen, etwa nachdem die Kontaktbereiche 54 in Kontakt mit einer Analytprobe waren.The electrode device 40 can optionally be designed to exert a pressure P on the electrically conductive liquid 46 . For this purpose, for example, an additional opening can be provided in the device body 42 through which the pressure can be applied. Alternatively, the device body 42 or a part thereof can also be deformed, for example in order to reduce the volume of the cavity 44 . The pressure P may cause the electrically conductive liquid 46 to be forced through the permeable contact areas 54 such that a portion of the electrically conductive liquid from the cavity 44 is forced through the contact areas 54 to perform cleaning of the contact areas 54, such as thereafter the contact areas 54 were in contact with an analyte sample.

Die Elektrode 52 kann auch Teil der Elektrodenvorrichtung sein. Die Elektrode 52 kann dabei eine Elektrode erster Art sein, das heißt eine Elektrode, deren elektrisches Potential direkt von der Konzentration der sie umgebenden Elektrolytlösung abhängt. Alternativ kann die Elektrode auch eine Elektrode zweiter Art sein, das bedeutet, eine Elektrode, deren elektrisches Potential nur indirekt von der Konzentration der sie umgebenden Elektrolytlösung abhängt. Die Elektrode kann vermittels einer nicht dargestellten Positioniereinrichtung, beispielsweise über einen Schliff oder eine Dichtung in dem beispielsweise aus Glaskörper ausgebildeten Vorrichtungskörper, lösbar befestigt sein. Durch die Lösbarkeit kann die Elektrode 52 austauschbar sein, das heißt sie kann ohne Schäden zu verursachen aus dem Vorrichtungskörper 42 herausgenommen und durch eine andere Elektrode ersetzt werden. Dies ermöglicht eine lange Verwendung der Elektrodenvorrichtung.The electrode 52 can also be part of the electrode device. The electrode 52 can be an electrode of the first type, ie an electrode whose electrical potential depends directly on the concentration of the electrolyte solution surrounding it. Alternatively, the electrode can also be an electrode of the second type, that is, an electrode whose electrical potential depends only indirectly on the concentration of the electrolyte solution surrounding it. The electrode can be detachably fastened by means of a positioning device (not shown), for example by means of a ground joint or a seal in the device body, which is made of a glass body, for example. The detachability allows the electrode 52 to be replaceable, that is, it can be taken out of the device body 42 and replaced with another electrode without causing damage. This enables the electrode device to be used for a long time.

Die Elektrodenvorrichtung kann gemäß einem Ausführungsbeispiel so ausgebildet sein, dass der Vorrichtungskörper 42 eine lokale Vertiefung 58 in dem Kavitätsvolumen 44 aufweist, die ausgebildet ist, um Elektrodenschlamm der Elektrode 52 aufzunehmen. Hierzu ist die lokale Vertiefung 58 in einem Bereich der Elektrode 52 angeordnet und bezogen auf eine Ausrichtung der Elektrodenvorrichtung während eines normalen Betriebs derselben unterhalb der Elektrode 52 angeordnet, wobei die lokale Vertiefung 58 auch größer ausgedehnt sein kann als die Elektrode 52 selbst. An der Elektrode 52 entstehender und sich ablösender Elektrodenschlamm 62, etwa AgCI-Schlamm, kann somit in der lokalen Vertiefung 58, die als Auffangvolumen für den Elektrodenschlamm 62 dient, aufgenommen werden, womit eine Verteilung des Elektrodenschlamms 62 im weiteren Volumen 44 reduziert oder verhindert ist, was der Messgenauigkeit zuträglich ist.According to one exemplary embodiment, the electrode device can be designed in such a way that the device body 42 has a local depression 58 in the cavity volume 44 , which is designed to receive electrode slime from the electrode 52 . For this purpose, the local indentation 58 is arranged in a region of the electrode 52 and is arranged below the electrode 52 in relation to an orientation of the electrode device during normal operation of the same, it being possible for the local indentation 58 to be larger than the electrode 52 itself. On the electrode 52 resulting and detaching electrode sludge 62, such as AgCl sludge, can thus be absorbed in the local depression 58, which serves as a collection volume for the electrode sludge 62, which reduces or prevents the electrode sludge 62 from being distributed in the further volume 44, which measurement accuracy is beneficial.

In anderen Worten zeigt 4 eine Mehrfach-Referenzelektrode in einer schematischen Darstellung, wobei die Anzahl und Größen der Keramikfritten je nach Anwendung variieren können. Im Beispiel sind vier Anschlussmöglichkeiten für Analyten dargestellt.In other words shows 4 a multiple reference electrode in a schematic representation position, whereby the number and size of the ceramic frits can vary depending on the application. Four connection options for analytes are shown in the example.

5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein Messsystem 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Messsystem 50 umfasst beispielsweise den Probenkörper 30, wobei alternativ oder zusätzlich auch der Probenkörper 10 vorgesehen sein kann. Der Probenkörper 30 ist dabei beispielhaft so ausgestaltet, dass er die Vertiefungen 121 bis 12N in vier Zeilen 311 bis 344 und in acht Spalten 321 bis 328 angeordnet aufweist. 5 shows a schematic plan view of a measurement system 50 according to an embodiment. The measuring system 50 comprises, for example, the sample body 30, with the sample body 10 also being able to be provided as an alternative or in addition. The sample body 30 is designed, for example, in such a way that it has the depressions 12 1 to 12 N arranged in four rows 31 1 to 34 4 and in eight columns 32 1 to 32 8 .

Das Messsystem 50 umfasst ferner eine Elektrodenvorrichtung, etwa die Elektrodenvorrichtung 40. Diese weise lediglich exemplarisch acht Kontaktbereiche 541 bis 548 auf, beispielsweise in zwei Spalten und vier Zeilen angeordnet, wobei eine beliebige andere Anordnung mit zumindest einer Zeile und/oder zumindest einer Spalte mit Ausnahme einer 1x1-Anordnung möglich ist. Die Anordnung der Kontaktbereiche 54 ist an eine Anordnung der Vertiefungen 12 des Probenkörpers angepasst, insbesondere im Hinblick auf die Abmessungen, Durchmesser, Tiefen und Abstände.Measuring system 50 also includes an electrode device, such as electrode device 40. This has eight contact areas 54 1 to 54 8 , for example, arranged in two columns and four rows, for example, with any other arrangement having at least one row and/or at least one column is possible with the exception of a 1x1 arrangement. The arrangement of the contact areas 54 is adapted to an arrangement of the depressions 12 of the sample body, in particular with regard to the dimensions, diameters, depths and distances.

Die Elektrodenvorrichtung 40 kann als Referenzelektrode für Messungen in der jeweiligen Menge von Vertiefungen, also für die Sensoreinrichtungen dienen. Eine Relativposition zwischen dem Probenkörper und der Elektrodenvorrichtung kann veränderlich sein.The electrode device 40 can serve as a reference electrode for measurements in the respective set of depressions, ie for the sensor devices. A relative position between the sample body and the electrode device can be variable.

Die Elektrodenvorrichtung 40 ist bspw. ausgebildet, um in eine Teilmenge oder in alle der Vertiefungen 12 jeweils einen Kontaktbereich 54 einzubringen, um das an der Elektrode 52 anliegende elektrische Potential an Analytproben in der so beaufschlagten Menge von Vertiefungen gleichzeitig anzulegen. Das Messsystem 50 weist ferner einen Verbinder 64, beispielsweise einen Steckverbinder, auf, um elektrische Potentiale an die Kontaktierungsbereiche 281 bis 28M anzulegen oder davon abzugreifen. So kann das Messsystem 50 die Sensoreinrichtungen, an die das Potential der Elektrode 52 angelegt wird, sequentiell nacheinander ansteuern, um den darin befindlichen Analytproben zu vermessen. So kann eine Beeinflussung der Analytproben einer ersten Vertiefung, etwa der Vertiefung 122, auf eine Messung einer Sensoreinrichtung in einer anderen Vertiefung, etwa der Vertiefung 123, verhindert werden. Beispielsweise kann das Potential der Elektrode 52 als Referenzelektrode dienen, so dass die Elektrodenvorrichtung 40 eine Mehrfach-Referenzelektrode bereitstellt. Durch sequentielle Messung der Analytproben in den mit dem Referenzpotential beaufschlagten Analytproben, was aufgrund der Schaltungsstruktur problemlos möglich ist, können so individuelle Messungen durchgeführt werden. Sind alle gewünschten oder alle beaufschlagten Vertiefungen, die über die aktuelle Position der Elektrodenstruktur 40 erreichbar sind, vermessen, kann die Elektrodenvorrichtung 40 in eine andere Position gebracht werden, etwa durch laterale Verschiebung entlang positiver oder negativer x-Richtung. Bei einem größeren Feld der Vertiefungen 12, etwa durch eine höhere Anzahl von Zeilen 34 und/oder bei einer geringeren Anzahl von Kontaktierungsbereichen der Elektrodenstruktur 40, kann alternativ oder zusätzlich auch eine Bewegung entlang der y-Richtung vorgesehen sein.The electrode device 40 is designed, for example, to introduce a contact area 54 into a subset or into all of the depressions 12 in order to simultaneously apply the electrical potential present at the electrode 52 to analyte samples in the quantity of depressions thus applied. The measuring system 50 also has a connector 64, for example a plug connector, in order to apply electrical potentials to the contacting areas 28 1 to 28 M or to tap them off. In this way, the measurement system 50 can sequentially control the sensor devices to which the potential of the electrode 52 is applied, in order to measure the analyte samples located therein. It is thus possible to prevent the analyte samples in a first well, for example well 12 2 , from influencing a measurement of a sensor device in another well, for example well 12 3 . For example, the potential of the electrode 52 can serve as a reference electrode, so that the electrode device 40 provides a multiple reference electrode. Individual measurements can thus be carried out by sequential measurement of the analyte samples in the analyte samples to which the reference potential has been applied, which is possible without any problems due to the circuit structure. Once all desired or all applied indentations that can be reached via the current position of the electrode structure 40 have been measured, the electrode device 40 can be brought into a different position, for example by lateral displacement along the positive or negative x-direction. With a larger array of depressions 12, for example with a larger number of rows 34 and/or with a smaller number of contacting regions of the electrode structure 40, a movement along the y-direction can also be provided as an alternative or in addition.

Hierdurch kann beispielsweise in der dargestellten Messposition eine Vermessung der dadurch erreichten Vertiefungen beziehungsweise der darin befindlichen Analytproben durchgeführt werden und in einer danach erhaltenen zweiten Messposition dieselben Kontaktbereiche 54 in andere Vertiefungen eingeführt werden, um eine veränderte Mehrzahl von Vertiefungen beziehungsweise darin befindliche Analytproben zu vermessen. Zwischen den unterschiedlichen Positionen kann eine Reinigung der Kontaktbereiche der Elektrodenvorrichtung 40 durch das Messsystem ausgeführt werden, etwa durch Einführen in ein Reinigungsbecken, durch Aufbringen von Reinigungsmitteln von außen und/oder durch Anlegen des in 4 dargestellten Drucks P an die elektrisch leitfähige Flüssigkeit 46, um eine Teilmenge der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit 46 aus der Kavität 44 durch die Kontaktbereiche 54 zu drücken, um die Reinigung der Kontaktbereiche auszuführen.In this way, for example, in the measurement position shown, a measurement of the indentations reached or the analyte samples located therein can be carried out and in a second measurement position obtained afterwards, the same contact areas 54 can be inserted into other indentations in order to measure a changed plurality of indentations or analyte samples located therein. Between the different positions, the contact areas of the electrode device 40 can be cleaned by the measuring system, for example by inserting them into a cleaning basin, by applying cleaning agents from the outside and/or by applying the in 4 illustrated pressure P to the electrically conductive liquid 46 in order to push a subset of the electrically conductive liquid 46 out of the cavity 44 through the contact areas 54 in order to carry out the cleaning of the contact areas.

Alternativ oder zusätzlich kann zwischen den unterschiedlichen Messpositionen eine Kalibrierung der Elektrodenvorrichtung und/oder der Sensoreinrichtungen durch das Messsystem 50 ausgeführt werden.Alternatively or additionally, the electrode device and/or the sensor devices can be calibrated by the measuring system 50 between the different measuring positions.

6 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines Teils des Messsystems 50. Hierzu ist in eine Vertiefung 12 des Probenkörpers ein Kontaktbereich 54 eingeführt, so dass der Kontaktbereich 54 den in die Vertiefung 12 eingebrachten Analytproben 66 kontaktiert. Die Analytprobe 66 kontaktiert ebenso das Sensorelement, beispielsweise den ISFET-Sensor 20. Eine Abmessung 68 der Vertiefung 12 beispielsweise ein Durchmesser oder eine Kantenlänge entlang der x-Richtung und eine Abmessung 72 des Kontaktbereichs 54 sind dabei aufeinander angepasst. So ist die Abmessung 72 bevorzugt geometrisch ähnlich zur Abmessung 68, beispielsweise ebenfalls ein Durchmesser oder dergleichen. Die Abmessung 72 ist dabei geringer als die Abmessung 68, beispielsweise ebenfalls ein Durchmesser oder dergleichen. Die Abmessung 72 ist dabei geringer als die Abmessung 68, um ein Einführen des Kontaktbereichs 54 in die Vertiefung 12 zu ermöglichen. Hierdurch kann sich ein Abstand zwischen Seitenwänden der Kontaktbereiche 54 und Seitenwänden der Vertiefungen 12 ergeben. Ein derartiger Abstand 74 beträgt beispielsweise höchstens 2000 µm und bevorzugt zumindest 1 µm und höchstens 100 µm. Der Kontaktbereich 54 bedeckt somit den Analyten 66, was ein Verdunsten oder Verdampfen oder Entweichen der Analytprobe 66 aus der Vertiefung 12 verhindert. Dieser vorteilhafte Effekt tritt sowohl während der Messung auf als auch während eines Zeitraums außerhalb der durchgeführten Messung, während der Kontaktbereich 54 aber in die Vertiefung 12 eingeführt ist, beispielsweise um eine andere Vertiefung zu messen. Hierdurch wird deutlich, dass die Mehrfach-Beaufschlagung von mehreren Vertiefungen gleichzeitig mit der Elektrodenvorrichtung auch einen positiven Effekt auf das Entweichen des Elektrolyten hat, da während der Gesamtmessung aller Vertiefungen jede Vertiefung zumindest zeitweise bedeckt ist. 6 shows a schematic sectional side view of part of the measurement system 50. For this purpose, a contact area 54 is introduced into a depression 12 of the sample body, so that the contact area 54 contacts the analyte sample 66 introduced into the depression 12. The analyte sample 66 also contacts the sensor element, for example the ISFET sensor 20. A dimension 68 of the recess 12, for example a diameter or an edge length along the x-direction, and a dimension 72 of the contact area 54 are matched to one another. Thus, dimension 72 is preferably geometrically similar to dimension 68, for example also a diameter or the like. The dimension 72 is smaller than the dimension 68, for example also a diameter or the like. The dimension 72 is smaller than the dimension 68 in order to enable the contact area 54 to be inserted into the depression 12 . This can result in a distance between the side walls of the contact areas 54 and the side walls of the depressions 12 . Such a distance 74 is, for example, at most 2000 μm and preferably at least 1 μm and at most 100 μm. The contact area 54 thus covers the analyte 66 which prevents the analyte sample 66 from evaporating or evaporating or escaping from the well 12 . This beneficial effect occurs both during the measurement and during a period of time outside of the measurement being made, but while the contact area 54 is inserted into the well 12, for example to measure another well. This makes it clear that multiple application of the electrode device to a plurality of depressions at the same time also has a positive effect on the escape of the electrolyte, since each depression is at least temporarily covered during the overall measurement of all depressions.

7 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens 700 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 700 kann angewendet werden, um eine Vielzahl von Analytproben, die in einer korrespondierenden Mehrzahl von Vertiefungen eines Probenkörpers angeordnet sind, zu messen oder zu vermessen, beispielsweise in dem Probenkörper 10 oder 30. Hierzu kann eine Elektrodenvorrichtung gemäß hierin beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden. 7 shows a schematic flow chart of a method 700 according to an embodiment. The method 700 can be used to measure or measure a large number of analyte samples which are arranged in a corresponding plurality of wells of a sample body, for example in the sample body 10 or 30. An electrode device according to the exemplary embodiments described herein can be used for this purpose.

In einem Schritt 710 erfolgt ein Kontaktieren der Vielzahl von Analyten jeweils mit einer zugeordneten Sensoreinrichtung. Ein Schritt 720 umfasst ein Kontaktieren der Vielzahl von Analyten gleichzeitig mit einer gemeinsamen Referenzelektrode.In a step 710, the multiplicity of analytes are each contacted with an assigned sensor device. A step 720 includes contacting the plurality of analytes simultaneously with a common reference electrode.

Ein Schritt 730 umfasst ein Messen der Analytproben unter Verwendung der jeweils zugeordneten Sensoreinrichtung und der Referenzelektrode sequentiell nacheinander.A step 730 comprises measuring the analyte samples sequentially one after the other using the respective associated sensor device and the reference electrode.

Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele ermöglichen schnelle Messungen von Analytproben. Für die Messungen wird, wie es bekannt ist, der Analytprobe in die Kavitäten, Vertiefungen dispenst. Hierzu sind gegenüber bekannten Konzepten kleinere Volumen, beispielsweise 25 µl, ausreichend, da sich die aktive Schicht, die Sensoreinrichtung, auf dem Boden des Wells befindet, so dass keine entsprechende Elektrode in das Volumen aufgenommen werden muss, wie in bekannten Messverfahren.The embodiments described herein allow for rapid measurements of analyte samples. For the measurements, as is known, the analyte sample is dispensed into the wells. Compared to known concepts, smaller volumes, for example 25 μl, are sufficient for this, since the active layer, the sensor device, is located on the bottom of the well, so that no corresponding electrode has to be included in the volume, as in known measuring methods.

Anschließend wird eine Referenzelektrode, wie beispielsweise in 4, die eine Mehrfach-Referenzelektrode zeigt, eingesetzt. Diese Referenzelektrode ist mit einem AgCl-beschichteten Ag-Draht oder vergleichbar ausgestattet und beispielsweise mit einer 3-molaren (3M) KCI-Lösung gefüllt. Es gibt zudem einen Einlass/Auslass für den Austausch von KCI-Lösung, welcher über die Öffnung 48 oder einer anderen Öffnung erfolgen kann. Weiterhin befindet sich beispielhaft unterhalb des Ag/AgCI-Drahts ein Auffangbecken 58 für etwaigen Elektrodenschlamm, wie er bei längerem Gebrauch zu erwarten ist. Über eine Anzahl N von Kontaktbereichen, etwa Keramikfritten, kann nun eine Anzahl von N Analytproben mit ISFET, die elektrisch voneinander separiert sind, elektrisch angeschlossen werden. Nun können nacheinander die ISFETs mit dem Referenzpotential der Bezugselektrode zur pH-Messung genutzt werden. Nachdem die N Messungen durchgeführt wurden, wird die Referenzelektrode möglicherweise gespült, gegebenenfalls unterstützt durch auf die KCI-Lösung ausgeübten Drucks, um eventuell eingedrungene Analytprobenreste aus der Fritte zu spülen. Je nach Bedarf kann sich ein Kalibrierschritt anschließen, um die gereinigte Elektrode neu zu kalibrieren. Danach ist die Referenzelektrode zur Kontaktierung der nächsten N Analytproben bereit.Then a reference electrode, such as in 4 , showing a multiple reference electrode. This reference electrode is equipped with an AgCl-coated Ag wire or comparable and is filled with a 3 molar (3M) KCl solution, for example. There is also an inlet/outlet for the exchange of KCI solution, which may be via port 48 or other port. Furthermore, there is, for example, below the Ag/AgCl wire a collecting basin 58 for any electrode sludge, as is to be expected after prolonged use. A number N of analyte samples with ISFETs, which are electrically separated from one another, can now be electrically connected via a number N of contact areas, for example ceramic frits. Now the ISFETs can be used one after the other with the reference potential of the reference electrode for pH measurement. After the N measurements have been taken, the reference electrode may be rinsed, possibly assisted by applying pressure to the KCl solution, to flush any residual analyte sample that may have entered the frit. Depending on requirements, a calibration step can follow to recalibrate the cleaned electrode. After that, the reference electrode is ready for contacting the next N analyte samples.

Da die Keramikfritten mit ihrer Öffnung nach unten ausgerichtet sind, kann mit sehr kleinen Analytprobenmengen, zum Beispiel 50 µl, gearbeitet werden, wie im Querschnitt beispielhaft in 6 dargestellt. Diese zeigt einen Querschnitt des Messaufbaus am Beispiel eines ISFETs und einer Keramikfritte. Durch die gleichzeitige Kontaktierung von N Analytproben entfällt N-1-fach das Anfahren der Messposition, die Spülung und gegebenenfalls Kalibration. Dadurch verringert sich zudem die Gefahr der Elektroden- und Analytproben-Kontamination.Since the ceramic frits are aligned with their opening downwards, very small amounts of analyte sample, e.g. 50 µl, can be used, as shown in the cross-section in 6 shown. This shows a cross-section of the measurement setup using an ISFET and a ceramic frit as an example. Due to the simultaneous contacting of N analyte samples, approaching the measuring position, rinsing and, if necessary, calibration are eliminated N-1 times. This also reduces the risk of electrode and analyte sample contamination.

Nach der durchgeführten Messung kann die Mikrotiterplatte einfach mit konventionellen Reinigungsprozeduren gereinigt, bei Bedarf kalibriert und wiederverwendet werden. Gleiches gilt für die Mehrfach-Referenzelektrode.After the measurement has been carried out, the microtiter plate can be easily cleaned with conventional cleaning procedures, calibrated if necessary and reused. The same applies to the multiple reference electrode.

Ausführungsbeispiele ermöglichen gegenüber bekannten Konzepten mehrere Vorteile, darunter:

  • • Deutlich schnellere Messungen durch einen Wegfall von vielen Positionier-, Kalibrier- und Reinigungsschritten der Referenzelektrode, sowie eine schnellere Messung durch die Verwendung von ISFETs anstelle von Glaselektroden;
  • • ein Gewinn an Zuverlässigkeit, da weniger Kontaminationen zu erwarten sind und Glasbruch der Glaselektrodenmembranen bei Verwendung entsprechender Referenzelektroden nicht mehr auftreten kann; und
  • • geringere Analytprobenmengen durch verbesserte Messgeometrie.
Exemplary embodiments provide several advantages over known concepts, including:
  • • Significantly faster measurements by eliminating many positioning, calibration and cleaning steps of the reference electrode, as well as faster measurement by using ISFETs instead of glass electrodes;
  • • a gain in reliability, since less contamination is to be expected and glass electrode membranes can no longer break when using corresponding reference electrodes; and
  • • Lower amounts of analyte sample due to improved measurement geometry.

Aspekte der vorliegenden Erfindung beziehen sich ferner auf:

  1. 1. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur pH-Messung in L Analytproben mittels M ISFETs, angeordnet auf einem Träger und dort kontaktiert, sowie einer N-fach Referenzelektrode. M, N sind ganze Zahlen. Die N-fach Referenzelektrode kann zum Träger der ISFETs ausgerichtet und positioniert werden. Hierbei kann die Referenzelektrode oder aber der Träger mit den ISFETs, z.B. mit einem x-y-Tisch bewegt werden. Anschließend wird entweder die N-fach Referenzelektrode in die mit Analyt beladenen ISFETs so eingetaucht, dass die Analytprobe sowohl die ISFET-Sensorfläche als auch die Referenzelektrodenkontaktfläche (Fritte) benetzen. Jetzt werden nacheinander die pH-Werte der L Analytproben bzw. M ISFETs mit der N-fach Referenzelektrode gemessen. Nachdem jede Kontaktfläche der N-fach Referenzelektrode, die zur Messung vorgesehen war, verwendet wurde, kann sich ein Reinigungs- und/oder Kalibrierschritt anschließen. Dieser Vorgang kann sich beliebig wiederholen, z.B. solange bis alle M ISFETs die Messung abgeschlossen haben.
  2. 2. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach Aspekt 1 mit ISFETs angeordnet auf dem Träger in einem Raster, wie in Std.- Multititerplatten.
  3. 3. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach Aspekt 1 oder 2 mit Positioniermarken und/oder Vorrichtungen zur Positionierung und Positionserkennung von Referenzelektroden zur Analytprobenposition.
  4. 4. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach einem der Aspekte 1 bis 3 mit N-Fach Referenzelektrode, wobei die N sich am Raster der ISFETs orientiert.
  5. 5. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach einem der Aspekte 1 bis 4 mit ISFETs, deren Chip-Rand und Kontakte mit einer Vergussmasse passiviert sind.
  6. 6. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach Aspekt 4 oder 5mit einer Vergussmasse, die eine Kavität bildet und den ISFET Sensor-Kanal so einfasst, dass er vom Analyt sicher benetzbar ist
  7. 7. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach einem der Aspekte 1 bis 6, welches andere Parameter als den pH Wert misst, wie beispielsweise Leitfähigkeit, Impedanz, Kapazität, biologische Zellcharakterisierung (Vitalität), etc.
  8. 8. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach einem der Aspekte 1 bis 7, bei dem die Referenzelektrode auf eine Silber/Silberchlorid oder Kalomel-Referenzelektrode zurückzuführen ist. (Elektroden 2. Art), Elektroden 1. Art (NHE wäre auch möglich)
  9. 9. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach einem der Aspekte 1 bis 8, bei dem der Chlorid beschichtete Silberdraht wechselbar ist, z.B. über einen Schliff oder eine Dichtung in dem Glaskörper.
  10. 10. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach einem der Aspekte 1 bis 9, bei dem die elektrische Anbindung des chlorierten Silberdrahtes über eine Kaliumchloridlösung, 0,1 Mol/L bis ges. Lösung, vorzugsweise 3 Mol/L und einer semipermeablen Vorrichtung (z.B. Diaphragma, Keramikfritte...). Die Porengröße kann in Abhängigkeit der Messaufgabe angepasst werden.
  11. 11. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach einem der Aspekte 1 bis 10, bei der die Verdunstung der Analytprobenlösung durch die Referenzelektrode minimiert wird.
  12. 12. Probenkörper, Elektrodenvorrichtung, Messystem und/oder Verfahren zur nach einem der Aspekte 1 bis 12, bei dem im Spülvorgang ein Überdruck an die Referenzelektrode angelegt wird, um eventuell eingedrungene Analytprobenreste aus der Fritte herauszudrücken und abzuspülen.
Aspects of the present invention further relate to:
  1. 1. Sample body, electrode device, measuring system and/or method for pH measurement in L analyte samples using M ISFETs, arranged on a carrier and contacted there, and an N-fold reference electrode. M, N are integers. The N-fold reference electrode can be aligned and positioned to the carrier of the ISFETs. Here, the reference electrode or the carrier with the ISFETs can be moved, for example with an xy table. Then either the N-fold reference electrode is immersed in the ISFETs loaded with analyte in such a way that the analyte sample wets both the ISFET sensor surface and the reference electrode contact surface (frit). The pH values of the L analyte samples or M ISFETs are now measured one after the other with the N-fold reference electrode. After each contact surface of the N-fold reference electrode that was provided for the measurement has been used, a cleaning and/or calibration step can follow. This process can be repeated as desired, for example until all M ISFETs have completed the measurement.
  2. 2. Sample body, electrode device, measuring system and/or method according to aspect 1 with ISFETs arranged on the carrier in a grid, as in standard multititer plates.
  3. 3. Sample body, electrode device, measuring system and/or method according to aspect 1 or 2 with positioning marks and/or devices for positioning and position detection of reference electrodes for the analyte sample position.
  4. 4. Sample body, electrode device, measuring system and/or method according to one of aspects 1 to 3 with N-fold reference electrode, the N being based on the grid of the ISFETs.
  5. 5. Sample body, electrode device, measuring system and/or method according to one of aspects 1 to 4 with ISFETs whose chip edge and contacts are passivated with a casting compound.
  6. 6. Sample body, electrode device, measuring system and/or method according to aspect 4 or 5 with a casting compound that forms a cavity and encloses the ISFET sensor channel in such a way that it can be reliably wetted by the analyte
  7. 7. Sample body, electrode device, measuring system and/or method according to one of aspects 1 to 6, which measures parameters other than the pH value, such as conductivity, impedance, capacity, biological cell characterization (vitality), etc.
  8. 8. Sample body, electrode device, measuring system and/or method according to one of aspects 1 to 7, in which the reference electrode can be traced back to a silver/silver chloride or calomel reference electrode. (electrodes of the 2nd type), electrodes of the 1st type (NHE would also be possible)
  9. 9. Sample body, electrode device, measuring system and/or method according to one of aspects 1 to 8, in which the chloride-coated silver wire can be changed, eg via a joint or a seal in the glass body.
  10. 10. Test body, electrode device, measuring system and/or method according to one of aspects 1 to 9, in which the electrical connection of the chlorinated silver wire is via a potassium chloride solution, 0.1 mol/L to sat. Solution, preferably 3 mol/L and a semi-permeable device (e.g. diaphragm, ceramic frit...). The pore size can be adjusted depending on the measurement task.
  11. 11. Sample body, electrode device, measuring system and/or method according to one of aspects 1 to 10, in which the evaporation of the analyte sample solution through the reference electrode is minimized.
  12. 12. Sample body, electrode device, measuring system and/or method according to one of aspects 1 to 12, in which overpressure is applied to the reference electrode during the rinsing process in order to press out any analyte sample residues that have penetrated the frit and rinse them off.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.In some embodiments, a programmable logic device (e.g., a field programmable gate array, an FPGA) may be used to perform some or all of the functionality of the methods described herein. In some embodiments, a field programmable gate array may cooperate with a microprocessor to perform any of the methods described herein. In general, the procedures in some execution tion examples performed by any hardware device. This can be hardware that can be used universally, such as a computer processor (CPU), or hardware that is specific to the method, such as an ASIC.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It is understood that modifications and variations to the arrangements and details described herein will occur to those skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

Claims (30)

Ein Probenkörper mit: einer ersten Mehrzahl von in dem Probenkörper (10; 30) angeordneten und zur Aufnahme eines Analyten (66) eingerichteten Vertiefungen (12); einer zweiten Mehrzahl von Sensoreinrichtungen (14; 18), wobei in jeder Vertiefung (12) zumindest eine der Vertiefung (12) zugeordnete Sensoreinrichtung (14; 18) angeordnet ist, die ausgebildet ist, um eine Messung des in der zugeordneten Vertiefung (12) angeordneten Analytproben (66) durchzuführen; und einer Schaltungsstruktur (16), die mit der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen (14; 18) verschaltet ist, und ausgebildet ist, um jede der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen (14; 18) elektrisch isoliert von weiteren Sensoreinrichtungen (14; 18) der Mehrzahl von Sensoreinrichtungen (14; 18) mit einem elektrischen Potential zu versorgen.A specimen with: a first plurality of wells (12) disposed in the specimen (10; 30) and adapted to receive an analyte (66); a second plurality of sensor devices (14; 18), with at least one sensor device (14; 18) associated with the depression (12) being arranged in each depression (12) and being designed to measure the in the associated depression (12) to perform arrayed analyte samples (66); and a circuit structure (16) which is connected to the plurality of sensor devices (14; 18) and is designed to electrically insulate each of the plurality of sensor devices (14; 18) from further sensor devices (14; 18) of the plurality of sensor devices ( 14; 18) with an electrical potential. Probenkörper (10; 30) gemäß Anspruch 1, bei dem die Sensoreinrichtungen (14; 18) in einem jeweiligen Bodenbereich der Vertiefungen (12) angeordnet sind.Specimen (10; 30) according to claim 1 , In which the sensor devices (14; 18) are arranged in a respective bottom region of the depressions (12). Probenkörper (10; 30) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Sensoreinrichtungen (14; 18) ionensensitive Feldeffekttransistoren, ISFETs, umfassen.Specimen (10; 30) according to claim 1 or 2 , In which the sensor devices (14; 18) comprise ion-sensitive field effect transistors, ISFETs. Probenkörper (10; 30) gemäß Anspruch 3, bei dem ein Randbereich der ISFETs und/oder eine Trägerplatine der ISFETs mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse (24) bedeckt sind.Specimen (10; 30) according to claim 3 , in which an edge area of the ISFETs and/or a carrier board of the ISFETs are covered with an electrically insulating potting compound (24). Probenkörper (10; 30) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Sensoreinrichtungen (14; 18) sensitiv für zumindest eines aus einem • pH-Wert der Analytproben (66); • eine elektrische Leitfähigkeit der Analytproben (66); • eine elektrische Impedanz der Analytproben (66); • eine elektrische Kapazität der Analytproben (66); eine charakterisierende Eigenschaft einer in den Analytproben (66) angeordneten biologischen Zelle.Sample body (10; 30) according to any one of the preceding claims, wherein the sensor devices (14; 18) sensitive to at least one of a • pH of analyte samples (66); • an electrical conductivity of the analyte samples (66); • an electrical impedance of the analyte samples (66); • an electrical capacitance of the analyte samples (66); a characterizing property of a biological cell located in the analyte samples (66). Probenkörper (10; 30) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Schaltungsstruktur (16) zumindest teilweise in ein Substrat (38) des Probenkörpers (10; 30) integriert ist.Sample body (10; 30) according to one of the preceding claims, in which the circuit structure (16) is at least partially integrated into a substrate (38) of the sample body (10; 30). Probenkörper (10; 30) gemäß Anspruch 6, bei dem das Substrat (38) eine lösungsmittelbeständiges und/oder analytprobenbeständiges Substrat (38) ist.Specimen (10; 30) according to claim 6 wherein the substrate (38) is a solvent resistant and/or analyte sample resistant substrate (38). Probenkörper (10; 30) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Schaltungsstruktur (16) einen Kontaktierungsabschnitt (26) aufweist, der eine Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen (28) aufweist, die zum Kontaktieren mit einem elektrischen Verbinder (64) eingerichtet sind; wobei jeder Kontaktierungsbereich (28) einer Sensoreinrichtung (14; 18) eindeutig zugeordnet ist.Specimen (10; 30) according to one of the preceding claims, in which the circuit structure (16) has a contacting section (26) which has a plurality of contacting areas (28) which are set up for contacting an electrical connector (64); each contact area (28) being uniquely assigned to a sensor device (14; 18). Probenkörper (10; 30) gemäß Anspruch 8, bei dem jede Sensoreinrichtung (14; 18) über eine elektrische Kontaktierung mit einer Anzahl elektrischer Kontakte kontaktiert ist und der Kontaktierungsabschnitt (26) für jede Sensoreinrichtung (14; 18) die Anzahl elektrischer Kontakte und eindeutig zugeordnete Kontaktierungsbereiche (28) aufweist.Specimen (10; 30) according to claim 8 , in which each sensor device (14; 18) is contacted via an electrical contact with a number of electrical contacts and the contacting section (26) for each sensor device (14; 18) has the number of electrical contacts and clearly assigned contacting areas (28). Probenkörper (10; 30) gemäß Anspruch 8 oder 9, bei der der elektrische Verbinder (64) als ein Steckverbinder gebildet ist.Specimen (10; 30) according to claim 8 or 9 wherein the electrical connector (64) is formed as a plug connector. Probenkörper (30) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem Bereiche der Schaltungsstruktur (16) außerhalb des Kontaktierungsabschnitts (28) vor einem Kontakt mit einem Reinigungsmittel geschützt sind; und der Kontaktierungsabschnitt (28) in einem Lateralbereich (36) des Probenkörpers (30) angeordnet ist, der frei von Sensoreinrichtungen (14; 18) ist.Specimen (30) according to one of Claims 8 until 10 in which areas of the circuit structure (16) outside of the contacting section (28) are protected from contact with a cleaning agent; and the contacting section (28) is arranged in a lateral area (36) of the sample body (30) which is free of sensor devices (14; 18). Probenkörper (30) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Sensoreinrichtungen (14; 18) in dem Probenkörper (30) vermittels einer Vergussmasse (24) fixiert sind, wobei die Vergussmasse (24) eine Öffnung zum Kontakt der Sensoreinrichtung (14; 18) mit dem Analyten (66) aufweist.Sample body (30) according to one of the preceding claims, in which the sensor devices (14; 18) are fixed in the sample body (30) by means of a casting compound (24), the casting compound (24) having an opening for contact of the sensor device (14; 18 ) with the analyte (66). Probenkörper (10; 30) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Mehrzahl von Vertiefungen (12) in einer Matrixmuster mit einer Mehrzahl von Zeilen (34) und einer Mehrzahl von Spalten (34) angeordnet sind.A specimen (10; 30) according to any one of the preceding claims, wherein the plurality of wells (12) are arranged in a matrix pattern having a plurality of rows (34) and a plurality of columns (34). Probenkörper (10; 30) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Mehrzahl von Vertiefungen (12) ein zur Aufnahme des Analyten (66) eingerichtetes Messvolumen von 2 bis 5000 µl, vorzugsweise von 20 bis 80, aufweist.Sample body (10; 30) according to one of the preceding claims, in which the plurality of wells (12) has a measurement volume of 2 to 5000 µl, preferably 20 to 80 µl, adapted to receive the analyte (66). Elektrodenvorrichtung (40) für einen Probenkörper (10; 30) mit: einem Vorrichtungskörper (42) mit einer Kavität (44), die ausgebildet ist, um eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit (46) in einem Kavitätsvolumen aufzunehmen; und einer Öffnung in dem Vorrichtungskörper (42), die ausgebildet ist, um eine Referenzelektrode (52) mit dem Kavitätsvolumen zu verbinden, um ein elektrisches Potential der Referenzelektrode (52) an die elektrisch leitfähige Flüssigkeit (46) anzulegen; wobei der Vorrichtungskörper (42) eine Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen (54) aufweist, die mit dem Kavitätsvolumen verbunden sind; wobei jeder Kontaktierungsbereich ausgebildet ist, um die elektrisch leitfähige Flüssigkeit (46) an einer ersten Seite (54A) von der Kavität (44) aufzunehmen und an einer zweiten Seite (54B) mit einem Messmedium zu kontaktieren; und wobei die Mehrzahl von Kontaktierungsbereiche (54) voneinander beabstandet an dem Vorrichtungskörper (42) angeordnet sind.Electrode device (40) for a specimen (10; 30) with: a device body (42) having a cavity (44) configured to receive an electrically conductive liquid (46) in a cavity volume; and an aperture in the device body (42) configured to connect a reference electrode (52) to the cavity volume for applying an electrical potential of the reference electrode (52) to the electrically conductive liquid (46); the device body (42) having a plurality of contacting areas (54) connected to the cavity volume; each contacting area being designed to receive the electrically conductive liquid (46) on a first side (54A) of the cavity (44) and to contact a measuring medium on a second side (54B); and wherein the plurality of bonding areas (54) are spaced apart from each other on the device body (42). Elektrodenvorrichtung gemäß Anspruch 15, bei dem die jeder Messbereich (54) eine Fritte, Diaphragma, Kapillarkontakt umfasst, die ausgebildet ist, um von der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (46) durchtränkt zu werden.Electrode device according to claim 15 wherein each measurement region (54) comprises a frit, diaphragm, capillary contact adapted to be saturated with the electrically conductive liquid (46). Elektrodenvorrichtung gemäß Anspruch 16, bei der zumindest eine Fritte eine Keramikfritte ist.Electrode device according to Claim 16 , wherein at least one frit is a ceramic frit. Elektrodenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der die Mehrzahl von Kontaktierungsbereichen (54) in zumindest einer Zeile und zumindest einer Spalte angeordnet sind.Electrode device according to one of Claims 15 until 17 , In which the plurality of contacting areas (54) are arranged in at least one row and at least one column. Elektrodenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, bei der die Referenzelektrode (52) eine Elektrode erster Art oder eine Elektrode zweiter Art ist.Electrode device according to one of Claims 15 until 18 , in which the reference electrode (52) is an electrode of the first type or an electrode of the second type. Elektrodenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, bei der die Referenzelektrode (52) vermittels einer Positioniereinrichtung lösbar befestigt ist; und die Elektrode (52) austauschbar ist.Electrode device according to one of Claims 15 until 19 , in which the reference electrode (52) is detachably fixed by means of a positioning device; and the electrode (52) is replaceable. Elektrodenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, bei der der Vorrichtungskörper (42) eine lokale Vertiefung (58) in dem Kavitätsvolumen aufweist, die ausgebildet ist, um Elektrodenschlamm (62) der Referenzelektrode (52) aufzunehmen.Electrode device according to one of Claims 15 until 20 wherein the device body (42) has a local depression (58) in the cavity volume, which is designed to receive electrode slime (62) of the reference electrode (52). Messsystem (50) mit: einem Probenkörper (10; 30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14; und einer Elektrodenvorrichtung (40) gemäß einem der Ansprüche 15 bis 21; wobei eine Anordnung der Kontaktierungsbereiche (54) an eine Anordnung der Vertiefungen (12) angepasst ist; und die Elektrodenvorrichtung (40) ausgebildet ist, um in eine dritte Mehrzahl aus der ersten Mehrzahl der Vertiefungen (12) jeweils einen Kontaktbereich (54) einzubringen; und um das elektrische Potential an Analytproben (66) in der dritten Mehrzahl von Vertiefungen (12) gleichzeitig anzulegen.Measuring system (50) with: a specimen (10; 30) according to one of Claims 1 until 14 ; and an electrode device (40) according to any one of Claims 15 until 21 ; wherein an arrangement of the contacting areas (54) is adapted to an arrangement of the depressions (12); and the electrode device (40) is designed to introduce a respective contact region (54) into a third plurality of the first plurality of depressions (12); and to simultaneously apply the electrical potential to analyte samples (66) in the third plurality of wells (12). Messsystem gemäß Anspruch 22, das ausgebildet ist, um die Sensoreinrichtungen (14; 18) der dritten Mehrzahl von Vertiefungen (12) sequentiell nacheinander anzusteuern, um eine Beeinflussung einer Analytprobe (66) einer ersten Vertiefung (121) auf eine Messung einer Sensoreinrichtung einer zweiten Vertiefung (122) zu verhindern.measurement system according to Claim 22 , which is designed to activate the sensor devices (14; 18) of the third plurality of wells (12) sequentially one after the other in order to prevent an analyte sample (66) of a first well (12 1 ) from influencing a measurement of a sensor device of a second well (12 2 ) to prevent. Messsystem gemäß Anspruch 22 oder 23, das ausgebildet ist, um in einer ersten Messposition der Elektrodenvorrichtung (40) die Mehrzahl von Kontaktbereichen (54) in die dritte Mehrzahl von Vertiefungen (12) zur Messung an darin befindlichen Analyten (66) einzuführen; und um die Elektrodenvorrichtung (40) danach in eine zweite Messposition zu bewegen, in welcher die Kontaktbereiche (54) in eine vierte Mehrzahl von Vertiefungen (12) des Probenkörpers (10; 30) eingeführt sind; und um die Analytproben (66) in der vierten Mehrzahl von Vertiefungen (12) zu vermessen.measurement system according to Claim 22 or 23 which is designed to introduce the plurality of contact areas (54) into the third plurality of wells (12) for measuring the analytes (66) located therein in a first measuring position of the electrode device (40); and thereafter to move the electrode device (40) into a second measuring position in which the contact areas (54) are inserted into a fourth plurality of depressions (12) of the sample body (10; 30); and to measure the analyte samples (66) in the fourth plurality of wells (12). Messsystem gemäß Anspruch 24, das ausgebildet ist, um zwischen der ersten Messposition und dem Bewegen in die zweite Messposition eine Reinigung der Kontaktbereiche der Elektrodenvorrichtung (40) auszuführen.measurement system according to Claim 24 , which is designed to carry out a cleaning of the contact areas of the electrode device (40) between the first measuring position and the movement into the second measuring position. Messsystem gemäß Anspruch 25, das ausgebildet ist, um einen Druck (P) an die elektrisch leifähige Flüssigkeit (46) anzulegen, um eine Teilmenge der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit (46) aus der Kavität (44) durch die Kontaktbereiche (54) zu drücken, um die Reinigung der Kontaktbereiche (54) auszuführen.measurement system according to Claim 25 , which is designed to apply a pressure (P) to the electrically conductive liquid (46) in order to push a subset of the electrically conductive liquid (46) out of the cavity (44) through the contact areas (54) in order to clean the Run contact areas (54). Messsystem gemäß einem der Ansprüche 24 bis 26, das ausgebildet ist, um eine Kalibrierung der Elektrodenvorrichtung (40) und/oder der Sensoreinrichtungen (14; 18) zwischen der ersten Messposition und der zweiten Messposition durchzuführen.Measuring system according to one of claims 24 until 26 , which is designed to carry out a calibration of the electrode device (40) and/or the sensor devices (14; 18) between the first measurement position and the second measurement position. Messsystem gemäß einem der Ansprüche 22 bis 27, bei dem eine Querschnittsfläche der Kontaktbereiche der Elektrodenvorrichtung (40) an eine Querschnittsfläche der Vertiefungen (12) des Probenkörpers (10; 30) angepasst ist und ein Abstand (74) zwischen Seitenwänden der Kontaktbereiche und Seitenwänden der Vertiefungen (12) höchstens 2000 µm, vorzugsweise 1 µm bis 100 µm, beträgt.Measuring system according to one of Claims 22 until 27 , wherein a cross-sectional area of the contact areas of the electrode device (40) to a Cross-sectional area of the depressions (12) of the sample body (10; 30) is adapted and a distance (74) between side walls of the contact areas and side walls of the depressions (12) is at most 2000 μm, preferably 1 μm to 100 μm. Messsystem gemäß einem der Ansprüche 22 bis 28, bei der die Elektrodenvorrichtung (40) eine Referenzelektrode für Messungen in der dritten Mehrzahl von Vertiefungen (12) bereitstellt; und eine Relativposition zwischen dem Probenkörper (10; 30) und der Elektrodenvorrichtung (40) veränderlich ist.Measuring system according to one of Claims 22 until 28 wherein the electrode means (40) provides a reference electrode for measurements in the third plurality of wells (12); and a relative position between the sample body (10; 30) and the electrode device (40) is variable. Verfahren (700) zum Messen einer Vielzahl von Analyten, die in einer korrespondierenden Mehrzahl von Vertiefungen eines Probenkörpers angeordnet sind, mit folgenden Schritten: Kontaktieren (710) der Vielzahl von Analytproben jeweils mit einer zugeordneten Sensoreinrichtung; und Kontaktieren (720) der Vielzahl von Analytproben gleichzeitig mit einer gemeinsamen Referenzelektrode; und Messen (730) der Analytproben unter Verwendung der jeweils zugeordneten Sensoreinrichtung und der Referenzelektrode sequentiell nacheinander.Method (700) for measuring a multiplicity of analytes, which are arranged in a corresponding multiplicity of wells of a sample body, with the following steps: contacting (710) the plurality of analyte samples each with an associated sensor device; and contacting (720) the plurality of analyte samples simultaneously with a common reference electrode; and measuring (730) the analyte samples sequentially one after the other using the respective associated sensor device and the reference electrode.
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