DE102022108171A1

DE102022108171A1 - Analysis system and method for analyzing a sample

Info

Publication number: DE102022108171A1
Application number: DE102022108171.0A
Authority: DE
Inventors: Lukas Bongartz; Hans Kleemann; Karl Leo
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2022-04-05
Filing date: 2022-04-05
Publication date: 2023-10-05
Also published as: WO2023194001A1

Abstract

Ein Analysesystem (100) aufweisend: eine elektrochemische Sensorvorrichtung (110) zum Erfassen einer jeweiligen Eigenschaft von mehreren Markern (204) in einer Probe (201),wobei die elektrochemische Sensorvorrichtung (110) eingerichtet ist, ein Spannungssignal für einen jeweiligen Marker der mehreren Marker (204) bereitzustellen, wobei das jeweilige Spannungssignal die Eigenschaft des jeweiligen dem Spannungssignal zugeordneten Markers (204) repräsentiert, wobei die elektrochemische Sensorvorrichtung (110) mehrere organische elektrochemische Transistoren (111) aufweist, wobei jeweils einer der mehreren organischen elektrochemischen Transistoren (111) sensitiv ist bezüglich eines jeweiligenMarkers der mehreren Marker (204), und wobei das Spannungssignal basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des jeweiligen organischen elektrochemischen Transistors (111) erzeugt wird; eine nichtlineare elektronische Schaltung (120) basierend auf einem Polymernetzwerk (121) zum Modifizieren der mehreren Spannungssignale, wenn diese die nichtlineare elektronische Schaltung (120) durchlaufen; und eine Analysevorrichtung (130), die eingerichtet ist zum Analysierender mehreren Spannungssignale und/oder der mehreren modifizierten Spannungssignale zum Ermitteln einer Eigenschaft der Probe (201) basierend auf den jeweiligen Eigenschaften der mehreren Marker (204).An analysis system (100) comprising: an electrochemical sensor device (110) for detecting a respective property of a plurality of markers (204) in a sample (201), the electrochemical sensor device (110) being set up to provide a voltage signal for a respective marker of the plurality of markers (204), wherein the respective voltage signal represents the property of the respective marker (204) assigned to the voltage signal, wherein the electrochemical sensor device (110) has a plurality of organic electrochemical transistors (111), one of the plurality of organic electrochemical transistors (111) being sensitive is with respect to a respective marker of the plurality of markers (204), and wherein the voltage signal is generated based on an electrical characteristic of the respective organic electrochemical transistor (111); a nonlinear electronic circuit (120) based on a polymer network (121) for modifying the plurality of voltage signals as they pass through the nonlinear electronic circuit (120); and an analysis device (130) configured to analyze the plurality of voltage signals and/or the plurality of modified voltage signals to determine a property of the sample (201) based on the respective properties of the plurality of markers (204).

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein Analysesystem und ein Verfahren zum Analysieren einer Probe.Various embodiments relate to an analysis system and a method for analyzing a sample.

Im Allgemeinen kann eine frühzeitige Diagnose von Krankheiten der Schlüssel zu einer erfolgreichen Therapie sein. Beispielsweise ermöglichen bei einer Krebstherapie die frühzeitige Erkennung eine erfolgreiche Therapie und einen möglichst geringen Schaden. Dazu können beispielsweise Biopsieverfahren verwendet werden. Diese können jedoch kostspielig sein und aufgrund ihrer Invasivität zu Komplikationen führen. Die sogenannte Flüssigbiopsie kann verwendet werden, um Spuren von Krebs (z.B. zirkulierende Tumor-DNA oder Krebszellen) im Blut des Patienten in einem frühen Stadium zu erfassen. Die derzeit verfügbaren Verfahren sind jedoch im Allgemeinen aufwendig, kostspielig und können eine hohe Fehlerrate aufweisen.In general, early diagnosis of diseases can be the key to successful therapy. For example, in cancer therapy, early detection enables successful therapy and minimal damage. For example, biopsy procedures can be used for this purpose. However, these can be costly and lead to complications due to their invasiveness. The so-called liquid biopsy can be used to detect traces of cancer (e.g. circulating tumor DNA or cancer cells) in the patient's blood at an early stage. However, the currently available methods are generally complex, expensive and can have a high error rate.

Darüber hinaus erfordern diese Verfahren üblicherweise, dass Blutproben aufwendig aufbereitet werden (Plasmaseparation durch Zentrifugation, DNA-Extraktion durch Festphasenextraktion usw.) und anschließend in speziellen Einrichtungen sequenziert werden müssen (PCR-Verfahren, etc.).In addition, these methods usually require that blood samples be prepared in a complex manner (plasma separation by centrifugation, DNA extraction by solid phase extraction, etc.) and then sequenced in special facilities (PCR method, etc.).

Mögliche Fehlerquellen dieser Verfahren sind unter anderem die einzelnen und damit nur selektiven Probenentnahmen und die Halbwertszeit von Krebsmarkern (in der Größenordnung von Minuten bis Stunden). Dadurch ist eine schnelle Probenverarbeitung erforderlich. Dies reduziert die Aussagekraft von derzeitigen Verfahren darüber, ob keine Krebsmarker (d.h. tatsächlich kein Krebs) oder nur zu wenige Marker, um erkannt zu werden (beispielsweise aufgrund einer Tagesschwankung), im Blut vorhanden sind.Possible sources of error in these methods include the individual and therefore only selective sampling and the half-life of cancer markers (on the order of minutes to hours). This requires rapid sample processing. This reduces the power of current methods to determine whether there are no cancer markers (i.e. actually no cancer) or just too few markers to be detected (e.g. due to daily fluctuation) in the blood.

Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein Analysesystem und ein Verfahren bereitgestellt, das Marker (z.B. Stoffmarker, Biomarker (z.B. Krebsmarker) etc.) mit hoher Empfindlichkeit quantifizieren kann. Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Analysesystem und das Verfahren, eingerichtet sein zeitgleich zur Quantifizierung eine On-Substrat-Klassifizierung durchzuführen. Somit kann eine sogenannte „Point-of-Care-Lösung“ bereitgestellt werden, die von einem Patienten regelmäßig selbst durchgeführt werden kann.According to various aspects, an analysis system and a method that can quantify markers (e.g. substance markers, biomarkers (e.g. cancer markers), etc.) with high sensitivity are provided. According to various aspects, the analysis system and the method can be set up to carry out an on-substrate classification at the same time as the quantification. This means that a so-called “point-of-care solution” can be provided that a patient can carry out regularly themselves.

Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein Analysesystem und ein Verfahren bereitgestellt, die ein Erfassen von Markern in einer flüssigen Probe (z.B. Biomarkern im Blut) ermöglichen. Gemäß verschiedenen Aspekten kann der Marker eine Anwesenheit bzw. Abwesenheit einer Krankheit (Biomarker: z.B. Krebs, Diabetes, Infektionskrankheiten) und/oder eines Stoffes (Stoffmarker: z.B. eines Medikaments, einer Droge) repräsentieren.According to various aspects, an analysis system and method that enable detection of markers in a liquid sample (e.g., biomarkers in blood) is provided. According to various aspects, the marker can represent a presence or absence of a disease (biomarker: e.g. cancer, diabetes, infectious diseases) and/or a substance (substance marker: e.g. a medication, a drug).

Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein Analysesystem bereitgestellt, das Analysesystem kann aufweisen: eine elektrochemische Sensorvorrichtung zum Erfassen einer jeweiligen Eigenschaft von mehreren Markern in einer Probe, wobei die elektrochemische Sensorvorrichtung eingerichtet ist, ein Spannungssignal für einen jeweiligen Marker der mehreren Marker bereitzustellen, wobei das jeweilige Spannungssignal die Eigenschaft des jeweiligen dem Spannungssignal zugeordneten Markers repräsentiert, wobei die elektrochemische Sensorvorrichtung mehrere organische elektrochemische Transistoren aufweist, wobei jeweils einer der mehreren organischen elektrochemischen Transistoren sensitiv ist bezüglich eines jeweiligen Markers der mehreren Marker, und wobei das Spannungssignal basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des jeweiligen organischen elektrochemischen Transistors erzeugt wird; eine nichtlineare elektronische Schaltung basierend auf einem Polymernetzwerk zum Modifizieren der mehreren Spannungssignale, wenn diese die nichtlineare elektronische Schaltung durchlaufen; und eine Analysevorrichtung, die eingerichtet ist zum Analysieren der mehreren Spannungssignale und/oder der mehreren modifizierten Spannungssignale zum Ermitteln einer Eigenschaft der Probe basierend auf den jeweiligen Eigenschaften der mehreren Marker.According to various aspects, an analysis system is provided, the analysis system may comprise: an electrochemical sensor device for detecting a respective property of a plurality of markers in a sample, the electrochemical sensor device being configured to provide a voltage signal for a respective marker of the plurality of markers, the respective voltage signal represents the property of the respective marker assigned to the voltage signal, wherein the electrochemical sensor device has a plurality of organic electrochemical transistors, wherein one of the plurality of organic electrochemical transistors is sensitive to a respective marker of the plurality of markers, and wherein the voltage signal is based on an electrical property of the respective organic electrochemical transistor is generated; a nonlinear electronic circuit based on a polymer network for modifying the plurality of voltage signals as they pass through the nonlinear electronic circuit; and an analysis device configured to analyze the plurality of voltage signals and/or the plurality of modified voltage signals to determine a property of the sample based on the respective properties of the plurality of markers.

Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein Analysesystem bereitgestellt, das Analysesystem kann aufweisen: eine elektrochemische Sensorvorrichtung aufweisend: einen ersten organischen elektrochemischen Transistor und einen zweiten organischen elektrochemischen Transistor, wobei der erste organische elektrochemische Transistor sensitiv bezüglich eines ersten Markers eingerichtet ist, und wobei der zweite organische elektrochemische Transistor sensitiv bezüglich eines zweiten Markers eingerichtet ist, wobei die elektrochemische Sensorvorrichtung eingerichtet ist, mindestens ein erstes Spannungssignal, welches eine Eigenschaft des ersten Markers repräsentiert, basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des ersten organischen elektrochemischen Transistors und mindestens ein zweites Spannungssignal, welches eine Eigenschaft des zweiten Markers repräsentiert, basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des zweiten organischen elektrochemischen Transistors zu erzeugen; eine nichtlineare elektronische Schaltung basierend auf einem Polymernetzwerk zum Modifizieren des ersten und des zweiten Spannungssignals, wenn diese die nichtlineare elektronische Schaltung durchlaufen; und eine Analysevorrichtung, die eingerichtet ist zum Analysieren der Spannungssignale und/oder der modifizierten Spannungssignale zum Ermitteln einer Eigenschaft der Probe basierend auf den jeweiligen Eigenschaften des ersten und des zweiten Markers.According to various aspects, an analysis system is provided, the analysis system may include: an electrochemical sensor device comprising: a first organic electrochemical transistor and a second organic electrochemical transistor, wherein the first organic electrochemical transistor is set to be sensitive to a first marker, and wherein the second organic electrochemical Transistor is set up to be sensitive to a second marker, wherein the electrochemical sensor device is set up to receive at least one first voltage signal, which represents a property of the first marker, based on an electrical property of the first organic electrochemical transistor and at least one second voltage signal, which represents a property of the second Marker represents based on an electrical property of the second organic electrochemical transistor; a nonlinear electronic circuit based on a polymer network for modifying the first and second voltage signals as they pass through the nonlinear electronic circuit; and an analysis device configured to analyze the voltage signals and/or the modified voltage signals to determine a property of the sample based on the respective properties of the first and second markers.

Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein Verfahren zum Analysieren einer Probe, die mehrere Marker aufweist, bereitgestellt, das Verfahren kann aufweisen: Aufbringen der Probe auf eine elektrochemische Sensorvorrichtung, die eingerichtet ist, ein Spannungssignal für einen jeweiligen Marker der mehreren Marker bereitzustellen; Bereitstellen von ein oder mehreren jeweiligen Spannungssignalen für die ein oder mehreren jeweiligen Marker der mehreren Marker; Modifizieren der ein oder mehreren jeweiligen Spannungssignale mittels einer nichtlinearen elektronischen Schaltung, die auf einem Polymernetzwerk basiert; Analysieren der ein oder mehreren jeweiligen Spannungssignale und/oder der mehreren modifizierten Spannungssignale; und Ermitteln einer Eigenschaft der Probe basierend auf der Analyse der ein oder mehreren jeweiligen Spannungssignale und/oder der mehreren modifizierten Spannungssignale.According to various aspects, a method for analyzing a sample having a plurality of markers is provided, the method may include: applying the sample to an electrochemical sensor device configured to provide a voltage signal for a respective marker of the plurality of markers; providing one or more respective voltage signals for the one or more respective markers of the plurality of markers; modifying the one or more respective voltage signals using a nonlinear electronic circuit based on a polymer network; analyzing the one or more respective voltage signals and/or the multiple modified voltage signals; and determining a property of the sample based on the analysis of the one or more respective voltage signals and/or the multiple modified voltage signals.

Gemäß verschiedenen Aspekten werden somit ein Analysesystem und ein Verfahren bereitgestellt die jeweils darauf abzielen, einen oder mehrere Marker in einem mehrstufigen Aufbau zu quantifizieren und/oder zu klassifizieren.According to various aspects, an analysis system and a method are thus provided, each of which aims to quantify and/or classify one or more markers in a multi-stage structure.

In einer ersten Stufe kann eine flüssige Probe (z.B. eine Blutprobe, eine Speichelprobe, eine Flüssigkeitsprobe) entnommen werden. Beispielsweise kann die Probe mit einer Vorselektion vorselektiert werden (z.B. mit magnetischen ionischen Flüssigkeiten oder einem Lateral-Flow-Verfahren), um Verunreinigungen zu entfernen und/oder die Konzentration der zu identifizierenden Marker zu erhöhen.In a first stage, a liquid sample (e.g. a blood sample, a saliva sample, a liquid sample) can be taken. For example, the sample can be preselected using a preselection (e.g. using magnetic ionic liquids or a lateral flow method) to remove impurities and/or increase the concentration of the markers to be identified.

Die flüssige Probe kann auf mehrere Kontakte (z.B. Elektroden) aufgebracht werden. Gemäß verschiedenen Aspekten kann jeder der mehreren Kontakte einen spezifischen molekularen Linker aufweisen (z. B. selbstorganisierte Monoschichten (SAMs), und/oder SpyTag/Spy Catcher-Proteine). Dieser kann ermöglichen, eine bestimmte Art von Markern selektiv zu binden (z.B. bestimmte Moleküle, Tumor-DNA oder ganze Zellen bestimmter Krebsarten).The liquid sample can be applied to several contacts (e.g. electrodes). In various aspects, each of the multiple contacts may have a specific molecular linker (e.g., self-assembled monolayers (SAMs), and/or SpyTag/Spy Catcher proteins). This can make it possible to selectively bind a certain type of marker (e.g. certain molecules, tumor DNA or whole cells from certain types of cancer).

Gemäß verschiedenen Aspekten können mehrere molekulare Linker verwendet werden, die eingerichtet sind an einen jeweilen spezifischen Biomarker zu binden und die auf einer jeweiligen vorbestimmten Elektrode (z.B. einer Bindungsschicht auf der Elektrode) aufgebracht sind. Dadurch kann beispielsweise eine Verwendungsbreite des Analysesystems vergrößert werden, da nur die spezifischen Linker (z.B. die Linker aufweisenden Elektroden) in Abhängigkeit der zu erkennenden Marker ausgetauscht werden können, nicht aber das gesamte Analysesystem.According to various aspects, multiple molecular linkers can be used, which are designed to bind to a respective specific biomarker and which are applied to a respective predetermined electrode (e.g. a binding layer on the electrode). This can, for example, increase the range of use of the analysis system, since only the specific linkers (e.g. the electrodes having linkers) can be exchanged depending on the markers to be recognized, but not the entire analysis system.

Das Analysesystem kann mehrere Transistoren aufweisen. Die Transistoren können jeweils organische elektrochemische Transistoren sein. Die Kontakte fungieren jeweils als eine Gate-Elektrode für je einen Transistor der mehreren Transistoren. Die Kontakte können sich daher gegenüber von einem organischen ionisch-elektrisch leitenden Halbleiter befinden, der als Kanal zwischen zwei Elektroden (Source-Elektrode und Drain-Elektrode) dient. Die an ein jeweiliges Gate gebundenen Marker beeinflussen ein oder mehrere elektronische Eigenschaften des korrespondierenden Transistors, z.B. eine Schwellenspannung, ein Ausgangsstrom, und/oder Transkonduktanz. Beispielsweise kann eine Anzahl der an dem Gate gebundenen Biomarker mit einer Menge des in der Probe vorhandenen Biomaterials korrelieren. Ferner kann die Beeinflussung des elektrischen Signals des jeweiligen Transistors zu der Anzahl der an dem korrespondierenden Gate gebundenen Marker korrelieren. Somit kann eine hochempfindliche Quantifizierung des Markers an dem jeweiligen Gate und somit innerhalb der Probe ermöglicht werden.The analysis system can have several transistors. The transistors can each be organic electrochemical transistors. The contacts each function as a gate electrode for one of the several transistors. The contacts can therefore be located opposite an organic ionic-electrically conductive semiconductor, which serves as a channel between two electrodes (source electrode and drain electrode). The markers bound to a respective gate influence one or more electronic properties of the corresponding transistor, e.g. a threshold voltage, an output current, and/or transconductance. For example, a number of biomarkers bound to the gate may correlate with an amount of biomaterial present in the sample. Furthermore, the influence on the electrical signal of the respective transistor can correlate with the number of markers bound to the corresponding gate. This enables highly sensitive quantification of the marker at the respective gate and thus within the sample.

Es versteht sich, dass durch die Verwendung von molekularen Linkern das Analysesystem beliebig an andere Marker angepasst werden kann. Andere Marker können Biomarker sein, wie Krankheitserreger (z.B. Bakterien, Viren, Mikroorganismen), und/oder körpereigene Stoffe (z.B. Hormone, Proteine, Stoffwechselprodukte, Antikörper etc.) und/oder pharmazeutische Erzeugnisse (z.B. Medikamente (Insulin, Psychopharmaka etc.) und/oder Drogen (z.B. Alkohol, Nikotin, THC etc.) in Körperflüssigkeiten) sein. Beispielsweise kann das Analysesystem dazu eingerichtet sein, um eine jeweilige Konzentration eines Biomarkers in der Probe (z.B. eine Alkoholkonzentration im Blut) zu ermitteln. Ferner können andere Marker auch Stoffmarker sein, die allgemein ein eine Konzentration eines Stoffes in einer Probe repräsentieren (z.B. der Stoff selbst). Hierbei kann ein Konzentrationsbereich des zu erfassenden Markers allein durch die Verfügbarkeit von geeigneten Linkern bestimmt sein. It goes without saying that the analysis system can be adapted to other markers as desired through the use of molecular linkers. Other markers can be biomarkers, such as pathogens (e.g. bacteria, viruses, microorganisms), and/or the body's own substances (e.g. hormones, proteins, metabolites, antibodies, etc.) and/or pharmaceutical products (e.g. medications (insulin, psychotropic drugs, etc.) and /or drugs (e.g. alcohol, nicotine, THC etc.) in body fluids). For example, the analysis system can be set up to determine a respective concentration of a biomarker in the sample (e.g. an alcohol concentration in the blood). Furthermore, other markers can also be substance markers, which generally represent a concentration of a substance in a sample (e.g. the substance itself). Here, a concentration range of the marker to be detected can be determined solely by the availability of suitable linkers.

Beispielsweise kann das Analysesystem modular aufgebaut sein. Beispielsweise kann ein Testmodul so ausgestaltet sein, dass sich auf dem Testmodul mehrere Testbereiche befinden, in denen die jeweils ein oder mehrere Linker angeordnet sind. Die ein oder mehreren Linker können mit einem elektrisch leitfähigen Kontakt gekoppelt sein. Ferner kann das Testmodul so ausgestaltet sein, dass es mit dem Analysesystem gekoppelt sein/werden kann, derart dass jeder der mehreren Testbereiche eine elektrisch leitfähige Verbindung zu jeweils einem der mehreren Transistoren hat. So kann beispielsweise eine Markeraufweisende Probe auf das Testmodul aufgetragen werden und auf dem Testmodul können die verschiedenen Marker an ihrem jeweils korrespondierenden Linker in einem jeweiligen Testbereich binden. Aufgrund der elektrisch leitfähigen Verbindung können sich dann die elektrischen Eigenschaften des jeweiligen Transistors der mehreren Transistoren ändern. Sobald die gesamte Analyse beendet ist, kann das Testmodul beispielsweise entsorgt werden. Anschaulich bildet das Testmodul einen Teststreifen, der in das Analysesystem eingeführt wird (z.B. auf dieses aufgelegt wird).For example, the analysis system can have a modular structure. For example, a test module can be designed in such a way that there are several test areas on the test module in which one or more linkers are arranged. The one or more linkers may be coupled to an electrically conductive contact. Furthermore, the test module can be designed so that it can be coupled to the analysis system, such that each of the multiple test areas has an electrically conductive connection to one of the multiple transistors. So can for example As a marker-containing sample can be applied to the test module and on the test module the different markers can bind to their corresponding linker in a respective test area. Due to the electrically conductive connection, the electrical properties of the respective transistor of the plurality of transistors can then change. As soon as the entire analysis is finished, the test module can, for example, be disposed of. The test module clearly forms a test strip that is introduced into the analysis system (eg placed on it).

In einer zweiten Stufe kann eine Klassifizierung der Signale, die die Veränderungen der jeweiligen elektrischen Eigenschaften der mehreren Transistoren repräsentieren, durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Mustererkennungsansatz verwendet werden, um Konzentrationsschwankungen von Markern in der Probe innerhalb eines Beobachtungszeitraums und/oder von bestimmten Konzentrationsverhältnissen verschiedener Marker zueinander zu untersuchen. Somit können beispielsweise gesunde und ungesunde Muster (z.B. über einen bestimmten zeitlichen Verlauf und/oder von bestimmten Biomarkern zueinander) erkannt werden.In a second stage, a classification of the signals that represent the changes in the respective electrical properties of the plurality of transistors can be carried out. For example, a pattern recognition approach can be used to examine concentration fluctuations of markers in the sample within an observation period and/or of specific concentration ratios of different markers to one another. This makes it possible, for example, to recognize healthy and unhealthy patterns (e.g. over a certain time course and/or between certain biomarkers).

Beispielsweise kann zu diesem Zweck „Reservoir Computing“ verwendet werden. Dabei kann jedes Ausgangssignal der mehreren Transistoren jeweils als neues Eingangssignal für ein Polymernetzwerk verwendet werden. Das Polymernetzwerk kann elektrisch leitfähig sein. Beispielsweise kann das Polymernetzwerk ein oder mehrere elektrisch leitfähige Polymere aufweisen. Beispielsweise kann das Polymernetzwerk ein dendritisches Polymernetzwerk in einem Elektrolyt sein. Beispielsweise kann das Polymernetzwerk eine Mehrzahl von Ausgangselektroden aufweisen. Beispielsweise kann die Mehrzahl von Ausgangselektroden größer oder gleich zu einer Anzahl von Ausgangssignalen der mehreren Transistoren und/oder einer Anzahl der mehreren Transistoren sein.For example, “reservoir computing” can be used for this purpose. Each output signal from the multiple transistors can be used as a new input signal for a polymer network. The polymer network can be electrically conductive. For example, the polymer network can have one or more electrically conductive polymers. For example, the polymer network can be a dendritic polymer network in an electrolyte. For example, the polymer network can have a plurality of output electrodes. For example, the plurality of output electrodes may be greater than or equal to a number of output signals of the plurality of transistors and/or a number of the plurality of transistors.

Das Polymernetzwerk, das auch als neuromorphes Netzwerk bezeichnet werden kann, ermöglicht beispielsweise eine Trennung und/oder Klassifizierung verschiedener Signale mittels einer nichtlinearen Transformation der jeweiligen Signale. Die nichtlineare Transformation kann durch eine Signalrückkopplung in den Eingangskanälen verstärkt werden (z.B. durch eine sogenannte verzögerte Feedback-Schleife). Beispielsweise können die transformierten Signale im Anschluss an die Transformation durch einen einfachen Schwellwertvergleich (größer oder kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert) klassifiziert werden. Der Schwellwertvergleich kann beispielsweise mittels einer nachgeschalteten Analysevorrichtung durchgeführt werden. Der Schwellwertvergleich kann beispielsweise mit einem geeigneten elektronischen Bauelement, wie einer Diode, durchgeführt werden.The polymer network, which can also be referred to as a neuromorphic network, enables, for example, a separation and/or classification of different signals by means of a nonlinear transformation of the respective signals. The nonlinear transformation can be amplified by signal feedback in the input channels (e.g. through a so-called delayed feedback loop). For example, following the transformation, the transformed signals can be classified by a simple threshold value comparison (greater or less than a predetermined threshold value). The threshold value comparison can be carried out, for example, using a downstream analysis device. The threshold value comparison can be carried out, for example, with a suitable electronic component, such as a diode.

Somit wird eine hardwareseitige Mustertrennung auf Basis eines Schwellwerts ermöglicht. Dadurch kann auf eine elektronische Datenverarbeitung (z.B. durch Machine-Learning-Algorithmen) weitestgehend verzichtet werden.This enables hardware pattern separation based on a threshold value. This means that electronic data processing (e.g. using machine learning algorithms) can be largely avoided.

Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Analysesystem eine Analysevorrichtung (auch als Auswertungseinheit bezeichnet) aufweisen. Beispielsweise kann die Analysevorrichtung eingerichtet sein, eine Quantifizierung der Ausgangssignale der mehreren Transistoren und/oder eine Klassifizierung der Ausgangssignale des Polymernetzwerks durchzuführen. Beispielsweise kann die Analysevorrichtung dazu eingerichtet sein, eine Analog-Digital-Wandlung von jeweiligen Signalen durchzuführen, die in die Analysevorrichtung eingespeist werden.According to various aspects, the analysis system can have an analysis device (also referred to as an evaluation unit). For example, the analysis device can be set up to carry out a quantification of the output signals of the plurality of transistors and/or a classification of the output signals of the polymer network. For example, the analysis device can be set up to carry out an analog-to-digital conversion of respective signals that are fed into the analysis device.

Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Analysevorrichtung einen Datenspeicher aufweisen der eingerichtet ist zum Speichern der jeweiligen Signale und/oder eines jeweiligen Messzeitpunkts. Beispielsweise kann die Analysevorrichtung den Datenspeicher aufweisen. Ferner kann die Analysevorrichtung eingerichtet sein, die gespeicherten Daten erneut zu Laden. Die geladenen Daten können für eine Klassifizierung verwendet werden, z.B. um einen zeitlichen Verlauf eines Markers zwischen voneinander verschiedenen Messungen zu klassifizieren.According to various aspects, the analysis device can have a data memory that is set up to store the respective signals and/or a respective measurement time. For example, the analysis device can have the data memory. Furthermore, the analysis device can be set up to reload the stored data. The loaded data can be used for classification, e.g. to classify a time course of a marker between different measurements.

Ferner kann die Analysevorrichtung eingerichtet sein, die Daten über eine Schnittstelle auszugeben, beispielsweise an einen Display, ein Smartphone, ein Tablet, einen Computer, oder ähnliches.Furthermore, the analysis device can be set up to output the data via an interface, for example to a display, a smartphone, a tablet, a computer, or similar.

Gemäß verschiedenen Aspekten wird ein System bereitgestellt, das einen einfach herzustellenden Aufbau hat. Das System kann aufweisen: mehrere organische elektrochemische Transistoren, die eine Kombination verschiedener Rezeptoren für das Erfassen von Signalen ermöglichen. Ferner kann die Vorrichtung ein Reservoir aufweisen, wobei das Reservoir ein elektrisch leitfähiges Polymernetzwerk aufweist (z.B. ist), das eingerichtet ist zum Durchführen einer Signalanalyse (z.B. einer Datenanalyse). Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Reservoir auf einer organischen elektrochemischen Transistor-Technologie basieren. Beispielsweise kann das Reservoir ein effizientes Erfassen und Transformieren von Signalen ermöglichen.According to various aspects, a system having an easy-to-manufacture structure is provided. The system may include: multiple organic electrochemical transistors that enable a combination of different receptors for sensing signals. Furthermore, the device can have a reservoir, wherein the reservoir has (e.g. is) an electrically conductive polymer network that is set up to carry out a signal analysis (e.g. data analysis). According to various aspects, the reservoir may be based on organic electrochemical transistor technology. For example, the reservoir can enable efficient acquisition and transformation of signals.

Somit wird ein System bereitgestellt, das eine Früherkennung von Krankheiten (z.B. Krebsfrüherkennung) ermöglicht. Ferner ermöglicht das System eine Klassifizierung mittels kostengünstiger und flexibel anpassbarer organischer Elektronik. Durch eine Verwendung von sogenanntem „Hardware-Computing“ entfällt der Austausch sensibler Patientendaten mit Datenbanken oder Machine-Learning Modellen, die üblicherweise für eine Signalklassifikation nötig sind.This provides a system that enables early detection of diseases (e.g. early detection of cancer). Furthermore, the system enables classification using more cost-effective methods and flexibly adaptable organic electronics. Using so-called “hardware computing” eliminates the need to exchange sensitive patient data with databases or machine learning models, which are usually necessary for signal classification.

Ausführungsformen sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.

1 veranschaulicht schematisch ein Analysesystem gemäß verschiedenen Aspekten.
2 veranschaulicht schematisch einen beispielhaften Transistor des Analysesystems gemäß verschiedenen Aspekten.
3A veranschaulicht schematisch ein Polymernetzwerk gemäß verschiedenen Aspekten.
3B veranschaulicht schematisch die Funktionsweise des Polymernetzwerks gemäß verschiedenen Aspekten.
4 bis 6 veranschaulichen jeweils schematisch ein Analysesystem gemäß verschiedenen Aspekten.
7A bis 7C veranschaulichen das Konzept des Reservoir Computings.
8 zeigt ein Verfahren zum Analysieren einer Probe, die mehrere Marker aufweist.

Embodiments are shown in the figures and are explained in more detail below.

1 schematically illustrates an analysis system according to various aspects.
2 schematically illustrates an exemplary transistor of the analysis system according to various aspects.
3A schematically illustrates a polymer network according to various aspects.
3B schematically illustrates the functioning of the polymer network according to various aspects.
4 until 6 each schematically illustrates an analysis system according to various aspects.
7A until 7C illustrate the concept of reservoir computing.
8th shows a method for analyzing a sample that has multiple markers.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof, and in which are shown, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. In this regard, directional terminology such as "top", "bottom", "front", "back", "front", "back", etc. is used with reference to the orientation of the figure(s) being described. Because components of embodiments may be positioned in a number of different orientations, directional terminology is for illustrative purposes and is not in any way limiting. It is to be understood that other embodiments may be used and structural or logical changes may be made without departing from the scope of the present invention. It is to be understood that the features of the various exemplary embodiments described herein may be combined with one another unless specifically stated otherwise. The following description is therefore not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is defined by the appended claims.

Gemäß verschiedenen Aspekten können hierin organische elektrochemische Transistoren (OECT) verwendet werden. Darunter können Transistoren (z.B. Feld-Effekt-Transistoren) verstanden werden, bei denen ein Drainstrom durch eine Injektion von Ionen aus einem flüssigen Elektrolyten in einen Leiter-Dünnschichtkanal oder in einen Halbleiter-Dünnschichtkanal gesteuert wird. Die Injektion von Ionen in den Kanal kann durch ein Anlegen einer Spannung an eine Gate-Elektrode des organischen elektrochemischen Transistoren gesteuert werden. Die in den jeweiligen Dünnschicht-Kanal eingewanderten Ionen modulieren die Leitfähigkeit des Kanals (sog. elektrochemische Dotierung). Dadurch können sich sowohl eine elektrische Leitfähigkeit des Kanals als auch ein Ladungstransportmechanismus der OECTs verändern. Einige OECTs können über einen Multi-Bit-Speichermechanismus verfügen und können daher synaptische Funktionen des menschlichen Gehirns nachahmen.According to various aspects, organic electrochemical transistors (OECT) may be used herein. This can be understood as meaning transistors (e.g. field effect transistors) in which a drain current is controlled by injecting ions from a liquid electrolyte into a conductor thin-film channel or into a semiconductor thin-film channel. The injection of ions into the channel can be controlled by applying a voltage to a gate electrode of the organic electrochemical transistor. The ions that have migrated into the respective thin-film channel modulate the conductivity of the channel (so-called electrochemical doping). This can change both the electrical conductivity of the channel and the charge transport mechanism of the OECTs. Some OECTs may have a multi-bit storage mechanism and therefore can mimic synaptic functions of the human brain.

Gemäß verschiedenen Aspekten können hierin Marker, wie beispielsweise Biomarker und/oder Stoffmarker verwendet werden. Beispielsweise können Marker auch als „Target“ bezeichnet werden.According to various aspects, markers such as biomarkers and/or substance markers may be used herein. For example, markers can also be referred to as “targets”.

Unter einem Biomarker können hierin medizinische bzw. biologische Biomarker verstanden werden. Biomarker können messbare Parameter sein, die biologische Prozesse repräsentieren. Biomarker können eine prognostische und/oder diagnostische Aussagekraft haben und daher als Indikatoren beispielsweise für Umweltbelastungen und/oder Krankheiten herangezogen werden. Als Biomarker können z.B. spezifische Moleküle (z.B. DNA), und/oder Mikroorganismen, und/oder Viren, und/oder Zellen (z.B. Krebszellen, Stammzellen, Blutzellen) verwendet werden.A biomarker can be understood here as medical or biological biomarkers. Biomarkers can be measurable parameters that represent biological processes. Biomarkers can have prognostic and/or diagnostic significance and can therefore be used as indicators, for example of environmental pollution and/or diseases. For example, specific molecules (e.g. DNA), and/or microorganisms, and/or viruses, and/or cells (e.g. cancer cells, stem cells, blood cells) can be used as biomarkers.

Als Marker können auch andere Stoffmarker (z.B. Moleküle, Ionen, Atome) bezeichnet werden, die spezifisch für einen Vorgang (z.B. eine Gärung, eine Zersetzung, einen Stofftransport etc.) und/oder einen Zustand (z.B. eine Konzentration, eine Stoffmenge) sind. Beispielsweise kann Stoff (insbesondere die Stoffmenge) in einer Flüssigkeit ein Marker für eine Konzentration (z.B. einer Anwesenheit bzw. Abwesenheit) des Stoffes in der Flüssigkeit sein. Beispielsweise kann eine Veränderung einer ermittelten Stoffmenge ein Marker für einen Stoff-Transport-Vorgang sein.Other substance markers (e.g. molecules, ions, atoms) that are specific for a process (e.g. fermentation, decomposition, mass transport, etc.) and/or a state (e.g. a concentration, a quantity of substance) can also be referred to as markers. For example, substance (in particular the amount of substance) in a liquid can be a marker for a concentration (e.g. presence or absence) of the substance in the liquid. For example, a change in a determined amount of substance can be a marker for a substance transport process.

Gemäß verschiedenen Aspekten werden hierin Linker beschrieben. Unter einem Linker, beispielsweise einem molekularen Linker, wird ein Stoff (z.B. ein Molekül) verstanden, der eingerichtet ist, an zwei voneinander verschiedenen Komponenten gleichzeitig zu haften. Anschaulich ist der Linker dazu eingerichtet eine erste Komponente mit einer zweiten Komponente zu verbinden. Ein molekularer Linker kann beispielsweise eine selbstorganisierte Monoschicht und/oder ein SpyTag/SpyCatcher-Protein sein.Linkers are described herein in various aspects. A linker, for example a molecular linker, is understood to mean a substance (e.g. a molecule) that is designed to adhere to two different components at the same time. The linker is clearly set up to connect a first component with a second component. A molecular linker can be, for example, a self-assembled monolayer and/or a SpyTag/SpyCatcher protein.

Hierin können Marker und Linker in der Einzahl beschrieben werden (z.B. ein Marker, ein Linker). Dabei versteht es sich, dass sich die jeweilige Einzahl, wenn nicht explizit etwas anderes beschrieben ist, auf eine Sorte von Markern bzw. Linkern beziehen. Es versteht sich, dass die Marker bzw. Linker einer Sorte gleich sind und/oder die die gleichen zwei Komponenten miteinander verbinden. Demzufolge kann eine Vielzahl von Markern bzw. Linkern einer Sorte vorhanden sein, auch wenn nur ein Marker bzw. ein Linker beschrieben ist. Ferner versteht es sich, dass, wenn Marker bzw. Linker in der Mehrzahl beschrieben werden (mehrere Marker bzw. mehrere Linker), sich die jeweilige Mehrzahl, wenn explizit nichts anderes beschrieben ist, auf mehrere Sorten von Markern bzw. Linkern bezieht, wobei die Marker bzw. Linker einer Sorte jeweils gleich sind.Markers and linkers can be described here in the singular (e.g. a marker, a linker). It is understood that the respective singular numbers refer to a type of marker or linker, unless explicitly stated otherwise. It is understood that the markers or linkers of a variety are the same and/or link the same two components together. As a result, a large number of markers or linkers of a variety can be present, even if only one marker or linker is described. Furthermore, it is understood that if markers or linkers are described in plural (several markers or several linkers), the respective plurality, unless explicitly described otherwise, refers to several types of markers or linkers, whereby the Markers or linkers of a variety are the same.

Beispielsweise kann demnach unter einem ersten Linker eine erste Sorte von Linkern (d.h. eine Mehrzahl von ersten Linkern) verstanden werden, wobei alle Linker der ersten Sorte eingerichtet sind, eine erste und eine zweite Komponente miteinander zu verbinden. Ferner kann unter einem zweiten Linker eine zweite Sorte von Linkern (d.h. eine Mehrzahl von zweiten Linkern) verstanden werden, wobei alle Linker der zweiten Sorte eingerichtet sind, eine dritte und eine vierte Komponente miteinander zu verbinden. Hierbei unterscheidet sich zumindest die dritte oder die vierte Komponente von der ersten und der zweiten Komponente. Bei den Markern ist dies analog zu verstehen.For example, a first linker can therefore be understood to mean a first type of linker (i.e. a plurality of first linkers), with all linkers of the first type being set up to connect a first and a second component to one another. Furthermore, a second linker can be understood to mean a second type of linker (i.e. a plurality of second linkers), with all linkers of the second type being set up to connect a third and a fourth component to one another. At least the third or fourth component differs from the first and second components. This is to be understood analogously with markers.

Anschaulich kann der erste Linker (d.h. die erste Sorte von Linkern) eingerichtet sein, einen ersten Marker an einen ersten Kontakt zu binden und der zweite Linker (d.h. die zweite Sorte von Linkern) kann eingerichtet sein, einen zweiten Marker an einen zweiten Kontakt zu binden. Dabei kann jeweils ein einzelner Linker der ersten bzw. zweiten Sorte zumindest einen einzelnen Marker der ersten bzw. zweiten Sorte binden. Beispielsweise können der erste und der zweite Marker und/oder der erste und der zweite Kontakt voneinander verschieden sein.Illustratively, the first linker (i.e. the first type of linker) can be set up to bind a first marker to a first contact and the second linker (i.e. the second type of linker) can be set up to bind a second marker to a second contact . A single linker of the first or second type can bind at least one individual marker of the first or second type. For example, the first and second markers and/or the first and second contacts may be different from one another.

1 veranschaulicht schematisch ein Analysesystem 100 gemäß verschiedenen Aspekten. Das Analysesystem 100 kann eine elektrochemische Sensorvorrichtung 110 aufweisen, die eingerichtet ist zum Erfassen einer jeweiligen Eigenschaft von mehreren Markern in einer Probe. Gemäß verschiedenen Aspekten kann die Probe eine flüssige Probe sein, die mehrere Marker aufweist. Die Probe kann beispielsweise eine Körperflüssigkeit aufweisen oder sein. Beispielsweise kann die Konzentration der mehreren Marker innerhalb der Probe durch einen vorbereitenden Prozess erhöht werden (z.B. durch einen Reinigungsprozess). 1 schematically illustrates an analysis system 100 according to various aspects. The analysis system 100 may have an electrochemical sensor device 110 that is set up to detect a respective property of several markers in a sample. In various aspects, the sample may be a liquid sample having multiple markers. The sample can, for example, contain or be a body fluid. For example, the concentration of the multiple markers within the sample can be increased through a preparatory process (e.g. through a purification process).

Die elektrochemische Sensorvorrichtung 110 kann ferner eingerichtet sein, ein Spannungssignal korrespondierend zu einen jeweiligen Marker der mehreren Marker bereitzustellen. Unter einem Spannungssignal wird hierin ein elektrisches Spannungssignal verstanden (z.B. eine elektrische Spannung). Das Spannungssignal, das dem jeweiligen Marker zugeordnet ist, kann die Eigenschaft des zugeordneten Markers repräsentieren. Eine Eigenschaft kann beispielsweise eine Stoffmenge, eine Konzentration, ein Stoffmengenverhältnis, und/oder ein Konzentrationsverhältnis sein. Es versteht sich, dass eine Stoffmenge und/oder eine Konzentration von null eine Abwesenheit des jeweiligen Markers repräsentieren kann. Ferner versteht es sich, dass eine Stoffmenge und/oder eine Konzentration ungleich null eine Anwesenheit des jeweiligen Markers repräsentieren kann.The electrochemical sensor device 110 can further be set up to provide a voltage signal corresponding to a respective marker of the plurality of markers. A voltage signal is understood here to mean an electrical voltage signal (e.g. an electrical voltage). The voltage signal that is assigned to the respective marker can represent the property of the assigned marker. A property can be, for example, an amount of substance, a concentration, a substance ratio, and/or a concentration ratio. It is understood that an amount of substance and/or a concentration of zero can represent an absence of the respective marker. Furthermore, it is understood that an amount of substance and/or a concentration other than zero can represent the presence of the respective marker.

Ferner kann die elektrochemische Sensorvorrichtung 110 mehrere Transistoren 111 aufweisen. Gemäß verschiedenen Aspekten können die mehreren Transistoren 111 mehrere organische elektrochemische Transistoren sein. Die mehreren Transistoren können organische, elektrisch leitfähige Materialien aufweisen, z.B. daraus bestehen. Jeder der mehreren Transistoren 111 kann jeweils dazu eingerichtet sein, sensitiv bezüglich eines jeweiligen Markers der mehreren Marker zu sein. Beispielsweise können voneinander verschiedene Transistoren der mehreren Transistoren 111 eingerichtet sein, für voneinander verschiedene Marker sensitiv zu sein. Anschaulich kann ein erster der mehreren Transistoren 111 eingerichtet sein, sensitiv für einen ersten der mehreren Marker zu sein. Ein zweiter der mehreren Transistoren 111 kann eingerichtet sein, sensitiv für einen zweiten der mehreren Marker zu sein. Dies ermöglicht beispielsweise mit jedem der mehreren Transistoren 111 jeweils einen spezifischen Marker zu identifizieren und zu quantifizieren. Es versteht sich jedoch, dass auch zwei der mehreren Transistoren 111 eingerichtet sein können, sensitiv für den gleichen Marker zu sein. Somit kann beispielsweise eine Redundanz in der Ermittlung der Eigenschaft des jeweiligen Markers erreicht werden und/oder ein Bereich in dem die Eigenschaft ermittelt wird vergrößert werden (z.B. ein Stoffmengenbereich).Furthermore, the electrochemical sensor device 110 can have a plurality of transistors 111. In various aspects, the multiple transistors 111 may be multiple organic electrochemical transistors. The plurality of transistors can comprise, for example consist of, organic, electrically conductive materials. Each of the plurality of transistors 111 may each be configured to be sensitive to a respective marker of the plurality of markers. For example, transistors of the plurality of transistors 111 that are different from one another can be set up to be sensitive to markers that are different from one another. Clearly, a first of the multiple transistors 111 can be set up to be sensitive to a first of the multiple markers. A second of the plurality of transistors 111 may be configured to be sensitive to a second of the plurality of markers. This makes it possible, for example, to identify and quantify a specific marker with each of the multiple transistors 111. However, it is understood that two of the multiple transistors 111 can also be set up to be sensitive to the same marker. Thus, for example, redundancy in the determination of the property of the respective marker can be achieved and/or an area in which the property is determined can be enlarged (e.g. a substance quantity range).

Gemäß verschiedenen kann das Spannungssignal, das dem jeweiligen Marker zugeordnet ist, auf einer elektrischen Eigenschaft des jeweiligen Transistors basieren, der eingerichtet ist, sensitiv für diesen Marker zu sein. Beispielsweise können der jeweilige Transistor und/oder der jeweilige Marker eingerichtet sein, aneinander zu haften, beispielsweise an einem Gate des jeweiligen Transistors. Aufgrund der Haftung können elektrische Eigenschaften des Transistors verändert werden. Beispielsweise kann somit ein Ausgabestrom, eine Ausgabespannung, eine Transduktanz, und/oder eine andere Kenngröße des jeweiligen Transistors verändert werden. Es versteht sich, dass, wenn das Spannungssignal auf Basis dieser Kenngröße erzeugt wird, sich das Spannungssignal ändert, wenn sich die zugehörige Kenngröße ändert. Somit besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Haftung des jeweiligen Markers an dem zugehörigen Transistor und dem erzeugten Spannungssignal.According to various embodiments, the voltage signal associated with the respective marker may be based on an electrical characteristic of the respective transistor that is configured to be sensitive to that marker. For example, the respective transistor and/or the respective marker can be set up to adhere to one another, for example to a gate of the respective transistor. Due to the adhesion, electrical properties of the transistor can be changed. For example, an output stream, an output span voltage, a transductance, and/or another parameter of the respective transistor can be changed. It is understood that when the voltage signal is generated based on this characteristic, the voltage signal changes when the associated characteristic changes. There is therefore a direct connection between the adhesion of the respective marker to the associated transistor and the voltage signal generated.

Gemäß verschiedenen Aspekten, kann das Analysesystem 100 ferner eine nichtlineare elektronische Schaltung 120 aufweisen, die im Folgenden auch kurz als nichtlineare Schaltung 120 bezeichnet wird. Die nichtlineare Schaltung 120 kann auf einem Polymernetzwerk 121 basieren (z.B. dieses aufweisen). Das Polymernetzwerk 121 kann eingerichtet sein zum Modifizieren der mehreren Spannungssignale, wenn diese die nichtlineare Schaltung 120, insbesondere das Polymernetzwerk 121, durchlaufen. Beispielsweise kann die nichtlineare Schaltung 120 mehrere Polymernetzwerke 121 aufweisen, die hintereinander und/oder parallel zueinander geschaltet sind. Somit können beispielsweise komplexere Spannungs-Signalverarbeitungen durchgeführt werden. Ferner kann das Polymernetzwerk 121 elektrisch leitfähig sein. Beispielsweise kann das Polymernetzwerk 121 ein oder mehrere elektrisch leitfähige Polymere aufweisen (z.B. daraus bestehen). Das Polymernetzwerk 121 kann aus Materialien bestehen, die aufgrund einer Wechselspannung mittels Elektropolymerisation hergestellt (z.B. gewachsen) werden. Dazu wird ein Monomer (z.B. ein einzelnes Molekül, einzelne Einheit des Polymers) in einem Lösungsmittel gelöst. Das Lösungsmittel kann dann in einen elektrisch leitfähigen Kontakt mit ein oder mehreren Elektroden gebracht werden. Zwischen den ein oder mehreren Elektroden kann eine zu der chemischen Reaktion korrespondierende Wechselspannung angelegt werden kann, um das Polymernetzwerk 121 herzustellen. Beispielsweise kann das Polymernetzwerk 120 aus PEDOT bestehen. Das Polymernetzwerk kann sich in einem Elektrolyt (z.B. einer Elektrolytlösung) befinden, bzw. von diesem umschlossen sein. Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Polymernetzwerk 121 organische, elektrisch leitfähige Materialien aufweisen, z.B. daraus bestehen.According to various aspects, the analysis system 100 may further comprise a nonlinear electronic circuit 120, which is also referred to hereinafter as a nonlinear circuit 120 for short. The nonlinear circuit 120 may be based on (e.g. have) a polymer network 121. The polymer network 121 may be configured to modify the multiple voltage signals as they pass through the nonlinear circuit 120, particularly the polymer network 121. For example, the nonlinear circuit 120 may have a plurality of polymer networks 121 that are connected in series and/or in parallel with one another. This means, for example, that more complex voltage signal processing can be carried out. Furthermore, the polymer network 121 can be electrically conductive. For example, the polymer network 121 may include (e.g. consist of) one or more electrically conductive polymers. The polymer network 121 may consist of materials that are produced (e.g. grown) using electropolymerization due to an alternating voltage. To do this, a monomer (e.g. a single molecule, single unit of the polymer) is dissolved in a solvent. The solvent can then be brought into electrically conductive contact with one or more electrodes. An alternating voltage corresponding to the chemical reaction can be applied between the one or more electrodes in order to produce the polymer network 121. For example, the polymer network 120 may consist of PEDOT. The polymer network can be located in an electrolyte (e.g. an electrolyte solution) or be surrounded by it. According to various aspects, the polymer network 121 may comprise, for example consist of, organic, electrically conductive materials.

Gemäß verschiedenen Aspekten kann das Analysesystem 100 eine Analysevorrichtung 130 aufweisen. Die Analysevorrichtung 130 kann eingerichtet sein zum Analysieren der mehreren modifizierten Spannungssignale, um eine Eigenschaft der Probe basierend auf den jeweiligen Eigenschaften der mehreren Marker zu ermitteln. Die Analysevorrichtung 130 kann eingerichtet sein zum Analysieren der mehreren Spannungssignale, um eine Eigenschaft der Probe basierend auf den jeweiligen Eigenschaften der mehreren Marker zu ermitteln.In various aspects, the analysis system 100 may include an analysis device 130. The analysis device 130 may be configured to analyze the plurality of modified voltage signals to determine a property of the sample based on the respective properties of the plurality of markers. The analysis device 130 may be configured to analyze the plurality of voltage signals to determine a property of the sample based on the respective properties of the plurality of markers.

2 zeigt schematisch einen einzelnen beispielhaften Transistor 111. Der Transistor 111 kann einen Gate-Kontakt G, einen Source-Kontakt S und einen Drain-Kontakt D aufweisen. Zwischen dem Source-Kontakt S und dem Drain-Kontakt D kann eine Drain-Source Spannung V_DS angelegt sein. Zwischen dem Gate-Kontakt G und dem Source-Kontakt S kann eine Gate-Source Spannung V_GS angelegt sein. Zwischen dem Drain-Kontakt D und dem Source-Kontakt S kann sich ein Halbleiterelement 202 befinden (z.B. ein Bauelement das PEDOT:PSS aufweist (z.B. daraus besteht)). 2 schematically shows a single exemplary transistor 111. The transistor 111 may have a gate contact G, a source contact S and a drain contact D. A drain-source voltage V _DS can be applied between the source contact S and the drain contact D. A gate-source voltage V _GS can be applied between the gate contact G and the source contact S. A semiconductor element 202 can be located between the drain contact D and the source contact S (eg a component that has (eg consists of) PEDOT:PSS).

Auf dem Transistor kann beispielsweise eine Probe 202 aufgebracht werden, die ein oder mehrere Marker 204 aufweist (d.h. ein oder mehrere Sorten von Markern). Die Probe kann eine flüssige Probe sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Marker in einer Elektrolyt-Lösung vorliegen (z.B. (verdünntem) PBS, Blut).For example, a sample 202 having one or more markers 204 (i.e. one or more types of markers) may be applied to the transistor. The sample can be a liquid sample. For example, the one or more markers can be present in an electrolyte solution (e.g. (diluted) PBS, blood).

Der Gate-Kontakt G kann einen Linker 203 aufweisen. Hierbei versteht es sich, dass unter dem Linker 203 eine Gruppe (z.B. eine Vielzahl) von separaten einzelnen Linkern verstanden wird. Beispielsweise kann der Gate-Kontakt G eine Materialschicht aufweisen, die die Gruppe von Linkern aufweist. Beispielsweise kann der Gate-Kontakt G eingerichtet sein, dass der Linker 203 an ihm haftet. Beispielsweise kann der Gate-Kontakt G eine Materialschicht aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass der Linker 203 an der Materialschicht haftet.The gate contact G can have a linker 203. It is understood here that the linker 203 is understood to mean a group (e.g. a large number) of separate individual linkers. For example, the gate contact G can have a material layer that has the group of linkers. For example, the gate contact G can be set up so that the linker 203 adheres to it. For example, the gate contact G may have a material layer that is set up such that the linker 203 adheres to the material layer.

Gemäß verschiedenen Aspekten kann der Linker 203 ein molekularer Linker 203 sein. Anschaulich kann der Linker 203 ein Bindeglied zwischen dem Gate-Kontakt G und einem vorbestimmten Marker 204 sein. Der Linker 203 kann dazu eingerichtet sein, an dem vorbestimmten Marker 204 zu haften. Es versteht sich, dass der Gate-Kontakt eines anderen Transistors 111 einen anderen Linker 203 aufweisen kann, der eingerichtet ist, an einem anderen vorbestimmten Marker zu haften. Beispielsweise können somit voneinander verschiedene Transistoren der mehreren Transistoren 111 eingerichtet sein, jeweils sensitiv für voneinander verschiedene Marker zu sein.According to various aspects, the linker 203 may be a molecular linker 203. Clearly, the linker 203 can be a link between the gate contact G and a predetermined marker 204. The linker 203 can be configured to adhere to the predetermined marker 204. It is understood that the gate contact of another transistor 111 may have a different linker 203 configured to adhere to a different predetermined marker. For example, transistors of the plurality of transistors 111 that are different from one another can be set up to be sensitive to markers that are different from one another.

Beispielsweise kann der Transistor 111 mehrere Linker 203 (d.h. mehrere Sorten von Linkern) aufweisen, wobei ein erster der mehreren Linker eingerichtet sein kann, an einem ersten Marker 203 zu haften, und ein zweiter der mehreren Linker eingerichtet sein kann, an einem zweiten Marker zu haften. Somit kann beispielsweise durch den jeweiligen Transistor 111 ein Verhältnis des ersten und zweiten Markers zueinander ermittelt werden.For example, the transistor 111 may have multiple linkers 203 (i.e. multiple types of linkers), where a first of the multiple linkers may be configured to adhere to a first marker 203 and a second of the multiple linkers may be configured to adhere to a second marker be liable. Thus, for example, a ratio of the first and second markers to one another can be determined by the respective transistor 111.

Es versteht sich, dass die ein oder mehreren Linker 203 auch zur Probe zugeführt werden können, in der Probe an dem vorbestimmten Marker haften können, und dazu eingerichtet sind, an dem Gate-Kontakt G eines zugehörigen Transistors 111 zu haften.It goes without saying that the one or more linkers 203 can also be added to the sample, can adhere to the predetermined marker in the sample, and are designed to adhere to the gate contact G of an associated transistor 111.

Gemäß verschiedenen Aspekten können die mehreren Transistoren 111 mehrere organische elektrochemische Transistoren aufweisen (z.B. sein). Wie zuvor beschrieben können die jeweiligen Gate-Elektroden der mehreren Transistoren 111 eingerichtet sein, um selektiv spezifische Marker (Moleküle, Proteine, Zellen) zu binden. Somit können wiederrum elektronische Eigenschaften der jeweiligen Transistoren verändert werden, wodurch sich die von den mehreren Transistoren jeweils ausgegebenen Signale verändern können.In various aspects, the plurality of transistors 111 may include (e.g., be) a plurality of organic electrochemical transistors. As previously described, the respective gate electrodes of the multiple transistors 111 may be configured to selectively bind specific markers (molecules, proteins, cells). This means that electronic properties of the respective transistors can in turn be changed, which means that the signals emitted by the multiple transistors can change.

Die ausgegebenen Signale der mehreren Transistoren können verwendet werden, um über eine Stärke der Veränderung des ausgegebenen Signals Informationen über eine Eigenschaft des Markers zu erhalten, der an dem zugehörigen Transistor gebunden ist. Dies ermöglicht eine Quantifizierung des jeweiligen Markers basierend auf dem ausgegebenen Signal, insbesondere der Signalveränderung, des korrespondierenden Transistors.The output signals of the plurality of transistors can be used to obtain information about a property of the marker bound to the associated transistor via a magnitude of the change in the output signal. This enables quantification of the respective marker based on the output signal, in particular the signal change, of the corresponding transistor.

Ferner können die ausgegebenen Signale der mehreren Transistoren in eine nichtlineare Schaltung 120 eingespeist werden. Gemäß verschiedenen Aspekten, kann die nichtlineare Schaltung auf einem Polymernetzwerk 121 basieren (z.B. dieses aufweisen). Das Polymernetzwerk 121 kann ein neuronales Netzwerk sein. Das Polymernetzwerk kann ein oder mehrere elektrisch leitfähige Polymere aufweisen (z.B. daraus bestehen). Das Polymernetzwerk 121 kann von einem Elektrolyt (fest oder flüssig) umgeben sein. Der Elektrolyt kann beispielsweise eine Salzlösung sein. Das Polymernetzwerk 121 kann auch als sogenanntes Reservoir bezeichnet werden. Das Polymernetzwerk 121 kann mittels einer AC-Spannung gewachsen werden. Das Polymernetzwerk 121 besitzt nicht-lineare Eigenschaften und ermöglicht somit eine Datentransformation (z.B. eine Signaltransformation) von einer ersten Dimension in eine zweite Dimension, wobei die zweite Dimension eine höhere Dimension als die erste ist (z.B. 1D-Daten zu 2D-Daten, 1D-Daten zu 3D-Daten, 2D-Daten zu 3D-Daten etc.). Anschaulich hat die zweite Dimension mindestens einen Freiheitsgrad mehr als die erste Dimension. Dies ermöglicht beispielsweise Daten linear zu trennen, die eigentlich nicht linear separiert werden können. Somit ermöglicht die nichtlineare Schaltung 120 aufgrund des Polymernetzwerks 121 eine Klassifizierung von Signalen.Furthermore, the output signals of the plurality of transistors can be fed into a nonlinear circuit 120. In various aspects, the nonlinear circuit may be based on (e.g., include) a polymer network 121. The polymer network 121 may be a neural network. The polymer network can have (e.g. consist of) one or more electrically conductive polymers. The polymer network 121 can be surrounded by an electrolyte (solid or liquid). The electrolyte can be, for example, a salt solution. The polymer network 121 can also be referred to as a so-called reservoir. The polymer network 121 can be grown using an AC voltage. The polymer network 121 has non-linear properties and thus enables data transformation (e.g. a signal transformation) from a first dimension to a second dimension, the second dimension being a higher dimension than the first (e.g. 1D data to 2D data, 1D Data to 3D data, 2D data to 3D data etc.). Clearly, the second dimension has at least one more degree of freedom than the first dimension. This makes it possible, for example, to linearly separate data that cannot actually be linearly separated. Thus, the nonlinear circuit 120 enables classification of signals due to the polymer network 121.

Gemäß verschiedenen Aspekten kann die nichtlineare Schaltung 120 mehrere Eingangsanschlüsse 122 und mehrere Ausgangsanschlüsse 123 des Polymernetzwerks 121 aufweisen. In 3A ist ein Polymernetzwerk 121 gemäß verschiedenen Aspekten dargestellt. An dem Polymernetzwerk 121 sind mehrere Elektroden angeordnet (anschaulich: die weißen Stifte). Von den mehreren Elektroden können ein oder mehrere Elektroden Eingangsanschlüsse 122 sein, die jeweils eingerichtet sind zum Einleiten eines Signals in das Polymernetzwerk 121. Ferner können von den mehreren Elektroden ein oder mehrere (andere) Elektroden Ausgangsanschlüsse 123 sein, die jeweils eingerichtet sind, ein Signal aus dem Polymernetzwerk 121 zu empfangen (z.B. dieses aus dem Netzwerk auszuleiten). Beispielsweise kann eine Anzahl der ein oder mehreren Ausgangsanschlüsse 123 größer oder gleich (beispielsweise in 3A dargestellt) zu einer Anzahl der ein oder mehreren Eingangsanschlüsse 122 sein.In various aspects, the nonlinear circuit 120 may include multiple input ports 122 and multiple output ports 123 of the polymer network 121. In 3A is a polymer network 121 shown according to various aspects. Several electrodes are arranged on the polymer network 121 (illustrative: the white pins). Of the plurality of electrodes, one or more electrodes may be input terminals 122, each configured to introduce a signal into the polymer network 121. Furthermore, one or more (other) electrodes of the plurality of electrodes may be output terminals 123, each configured to introduce a signal from the polymer network 121 (eg to remove it from the network). For example, a number of the one or more output ports 123 may be greater than or equal to (e.g., in 3A shown) to a number of the one or more input connections 122.

Ferner kann zwischen jeweils einem der ein oder mehreren Ausgangsanschlüsse 123 und zumindest einem der ein oder mehreren Eingangsanschlüsse 122 eine jeweilige Rückkopplungsschleife 124 angeordnet sein (siehe 4). Die Rückkopplungsschleife 124 kann dazu eingerichtet sein, dass ein Signal, das vom Polymernetzwerk 121 ausgegeben wird, das Polymernetzwerk erneut durchläuft. Beispielsweise kann die Rückkopplungsschleife 124 dazu eingerichtet sein, das Signal zu verstärken, bevor es erneut in das Polymernetzwerk 121 eingegeben wird.Furthermore, a respective feedback loop 124 can be arranged between one of the one or more output connections 123 and at least one of the one or more input connections 122 (see 4 ). The feedback loop 124 may be configured to cause a signal output from the polymer network 121 to pass through the polymer network again. For example, the feedback loop 124 may be configured to amplify the signal before it is re-inputted into the polymer network 121.

In 3B ist schematisch die Funktionsweise des Polymernetzwerks 121 dargestellt. Die ein oder mehreren Ausgangsanschlüsse 123 können auch als Ausgabe-Schicht bezeichnet werden und die ein oder mehreren Eingangsanschlüsse 122 können auch als Eingabe-Schicht bezeichnet werden. Die Leitungen innerhalb des Polymernetzwerks 121 können sich berühren oder auch im Leeren verlaufen. Sich berührende Leitungen können sogenannte Anregungsknoten 301 bilden, durch die ein Signal verstärkt werden kann. Im Leeren verlaufende Leitungen können sogenannte Inhibierungsknoten bilden, in denen ein Signal geschwächt (z.B. auf null reduziert) werden kann.In 3B The functionality of the polymer network 121 is shown schematically. The one or more output ports 123 may also be referred to as an output layer and the one or more input ports 122 may also be referred to as an input layer. The lines within the polymer network 121 can touch each other or run empty. Contacting lines can form so-called excitation nodes 301, through which a signal can be amplified. Lines running in the void can form so-called inhibition nodes in which a signal can be weakened (e.g. reduced to zero).

In 4 ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Analysesystems 100 gemäß verschiedenen Aspekten schematisch dargestellt. Das Analysesystem 100 kann eingerichtet sein, sowohl eine Ermittlung (z.B. eine Messung, eine Quantifizierung) als auch eine Klassifizierung von Markern, die in einer Probe 201 enthalten sind, durchzuführen. Wie zuvor beschrieben, ermöglicht das Analysesystem 100, Spannungssignale zu erzeugen und diese anschließend mit einem Minimum an digitaler Infrastruktur zu analysieren, d.h. sogenanntes Hardware-Computing durchzuführen.In 4 is an exemplary embodiment of an analysis system 100 shown schematically according to various aspects. The analysis system 100 can be set up to carry out both a determination (eg a measurement, a quantification) and a classification of markers contained in a sample 201. As previously described, the analysis system 100 enables voltage signals to be generated and then analyzed with a minimum of digital infrastructure, ie to perform so-called hardware computing.

Beispielsweise können die ausgegebenen Spannungssignale der elektrochemischen Sensorvorrichtung 110 jeweils als eine Eingabe für das Polymernetzwerk 121 verwendet werden. Zusätzlich können beispielsweise durch das Polymernetzwerk 121 modifizierte Spannungssignale mittels Rückkopplungsschleifen 124 erneut in das Polymernetzwerk 121 eingespeist werden. Somit kann beispielsweise ein Anteil des reinen Hardware-Computing erhöht (z.B. maximiert) werden, wodurch eine anschließende Auswertung weniger rechenintensiv oder überhaupt nicht mehr notwendig wird. Beispielsweise kann dazu ein Spannungssignal und/oder ein zum Spannungssignal korrespondierender Strom (gemäß dem Ohm'schen Gesetz) direkt über zugehörige Elektroden in das Polymernetzwerk 121 geleitet werden. Aufgrund der damit einhergehenden Zeitabhängigkeit kann dieses Vorgehen besonders für eine sogenannte „Time-Series-Prediction“ sinnvoll sein. Eine „Time-Series-Prediction“ ermöglicht es zum Beispiel Schwankungen der Marker-Konzentration zu unterscheiden (z.B. in gesunde und/oder ungesunde Schwankungen). Anschließend können die modifizierten Spannungswerte von der nichtlinearen Schaltung 120 ausgegeben werden.For example, the output voltage signals from the electrochemical sensor device 110 may each be used as an input to the polymer network 121. In addition, for example, voltage signals modified by the polymer network 121 can be fed back into the polymer network 121 by means of feedback loops 124. For example, a proportion of pure hardware computing can be increased (e.g. maximized), making subsequent evaluation less computationally intensive or no longer necessary at all. For example, a voltage signal and/or a current corresponding to the voltage signal (according to Ohm's law) can be conducted directly into the polymer network 121 via associated electrodes. Due to the associated time dependency, this approach can be particularly useful for a so-called “time series prediction”. A “time series prediction” makes it possible, for example, to distinguish between fluctuations in the marker concentration (e.g. into healthy and/or unhealthy fluctuations). The modified voltage values can then be output from the nonlinear circuit 120.

Die modifizierten Spannungssignale und/oder die nichtmodifizierten Spannungssignale (d.h. die Spannungssignale von vor der Eingabe in die nichtlineare Schaltung 120) können mittels einer Analysevorrichtung 130 analysiert (z.B. Quantifiziert und/oder Klassifiziert) werden. Beispielsweise kann eine Klassifizierung eine oder mehrere lineare Trennungen, basierend auf ein oder mehreren vorbestimmten Schwellwerten aufweisen. Anschaulich kann eine derartige Klassifizierung beispielsweise wie folgt verstanden werden:

(modifiziertes) Signal < Schwellwert heißt Gruppe 1, und
(modifiziertes) Signal > Schwellwert heißt Gruppe 2.

The modified voltage signals and/or the unmodified voltage signals (ie, the voltage signals from before input to the nonlinear circuit 120) may be analyzed (eg, quantified and/or classified) using an analysis device 130. For example, a classification may include one or more linear separations based on one or more predetermined thresholds. Such a classification can be clearly understood, for example, as follows:

(modified) signal < threshold value is called group 1, and
(modified) signal > threshold value is called group 2.

Die Analysevorrichtung 130 kann eingerichtet sein, eine Hardware-basierte Klassifikation durchzuführen, beispielsweise mittels ein oder mehrere hardwareseitiger Schwellwertvergleiche (z.B. mittels Dioden etc.). Ferner kann die Analysevorrichtung 130 dazu eingerichtet sein, eine Software-unterstützte Analyse durchzuführen oder diese vorzubereiten. Die Analysevorrichtung 130 kann beispielsweise eine (anwendungsspezifische) integrierte Schaltung aufweisen oder sein.The analysis device 130 can be set up to carry out a hardware-based classification, for example using one or more hardware-side threshold value comparisons (e.g. using diodes, etc.). Furthermore, the analysis device 130 can be set up to carry out or prepare a software-supported analysis. The analysis device 130 can, for example, have or be an (application-specific) integrated circuit.

Beispielsweise kann das Analysesystem 100, insbesondere die Analysevorrichtung 130, einen Transmitter 131 aufweisen, der eingerichtet ist, die Spannungssignale und/oder die modifizierten Spannungssignale, z.B. in Form von Daten, an ein externes Gerät 140 (z.B. ein Smartphone, ein Tablet, ein Computer etc.) zu senden. Das externe Gerät kann über eine vergleichsweise geringe (Rechen-)Leistung verfügen, insbesondere verglichen mit typischerweise verwendeten Machine-Learning-Systemen, da die komplexe Datenverarbeitung in der Hardware (insbesondere im Polymernetzwerk) durchgeführt wurde. Beispielsweise kann das externe Gerät eingerichtet sein, eine Visualisierung der empfangenen Spannungssignale und/oder der empfangenen modifizierten Spannungssignale durchzuführen. Beispielsweise kann das externe Gerät eingerichtet sein, eine Klassifikation und/oder Quantifizierung der empfangenen Spannungssignale und/oder modifizierten Spannungssignale durchzuführen.For example, the analysis system 100, in particular the analysis device 130, may have a transmitter 131 which is set up to transmit the voltage signals and/or the modified voltage signals, for example in the form of data, to an external device 140 (e.g. a smartphone, a tablet, a computer etc.) to send. The external device may have comparatively low (computing) power, especially compared to typically used machine learning systems, since the complex data processing was carried out in the hardware (particularly in the polymer network). For example, the external device can be set up to perform a visualization of the received voltage signals and/or the received modified voltage signals. For example, the external device can be set up to carry out a classification and/or quantification of the received voltage signals and/or modified voltage signals.

In 5 ist ein beispielhaftes Analysesystem 100 gemäß verschiedenen Aspekten dargestellt. Die in 5 gezeigte Ausgestaltung ist ähnlich zu der in 4 dargestellten Ausgestaltung des Analysesystems 100. Im Unterschied zu 4 ist das Analysesystem 100 der 5 nur dazu eingerichtet die modifizierten Signale, die von der nichtlinearen elektronischen Schaltung 120 ausgegeben werden, zu analysieren. Auf eine direkte Übernahme der nichtmodifizierten Daten (z.B. der Transistorrohdaten) in die Analysevorrichtung 140 wird in diesem Ausführungsbeispiel verzichtet. Gemäß verschiedenen Aspekten kann (mittels eines derartigen Analysesystems 100) eine Ermittlung der Eigenschaften der mehreren Marker (z.B. eine Quantifizierung) auch indirekt über die von der nichtlinearen Schaltung 120 modifizierten Spannungssignale durchgeführt werden.In 5 is an exemplary analysis system 100 illustrated according to various aspects. In the 5 The embodiment shown is similar to that in 4 illustrated embodiment of the analysis system 100. In contrast to 4 is the analysis system 100 of 5 only designed to analyze the modified signals output by the nonlinear electronic circuit 120. In this exemplary embodiment, there is no direct transfer of the unmodified data (eg the raw transistor data) into the analysis device 140. According to various aspects, a determination of the properties of the multiple markers (eg quantification) can also be carried out indirectly via the voltage signals modified by the nonlinear circuit 120 (by means of such an analysis system 100).

Gemäß verschiedenen Aspekten können die mehreren Transistoren 111 eingerichtet sein, unbearbeitete Ausgabewerte in Form von elektrischen Spannungssignalen auszugeben, die direkt in die nichtlineare Schaltung 120 eingespeist werden können.In various aspects, the plurality of transistors 111 may be configured to output raw output values in the form of electrical voltage signals that may be fed directly into the nonlinear circuit 120.

Gemäß verschiedenen Aspekten kann es erforderlich sein, die unbearbeiteten Ausgabewerte der mehreren Transistoren 111 zu bearbeiten, bevor diese in die nichtlineare Schaltung 120 eingespeist werden können. Beispielsweise können die mehreren Transistoren 111 eingerichtet sein, unbearbeitete Ausgabewerte in Form von anderen physikalischen Signalen (d.h. keine elektrischen Spannungssignale) auszugeben (z.B. ein Stromsignal, ein Lichtsignal etc.). In einem solchen Fall müssen die jeweiligen anderen physikalischen Signale in dazu korrespondierende Spannungssignale umgewandelt werden, die als Eingabe für die nichtlineare Schaltung 120 dienen. Ferner können es bestimmte Marker auch erfordern, dass andere Signale als die unbearbeiteten Ausgabewerte der mehreren Transistoren 111 als Eingabe für die nichtlineare Schaltung 120 verwendet werden sollte (z.B. müssen), um die Eigenschaften dieser Marker korrekt zu Analysieren. Auch in einem solchen Fall, müssen die, von den mehreren Transistoren 111 ausgegebenen unbearbeiteten Ausgabewerte in ein jeweils dazu korrespondierendes Spannungssignal umgewandelt werden.In various aspects, it may be necessary to process the raw output values of the plurality of transistors 111 before they can be fed into the nonlinear circuit 120. For example, the plurality of transistors 111 may be configured to output unprocessed output values in the form of other physical signals (ie, not electrical voltage signals) (eg, a current signal, a light signal, etc.). In such a case, the respective other physical signals must be converted into corresponding voltage signals which serve as input to the nonlinear circuit 120. Furthermore, certain markers may also require that signals other than the raw output values of the plurality of transistors 111 should (eg, must) be used as input to the nonlinear circuit 120 in order to achieve the characteristic to analyze these markers correctly. Even in such a case, the unprocessed output values output by the plurality of transistors 111 must be converted into a corresponding voltage signal.

Dies kann beispielsweise mittels einer Vorverarbeitung der Ausgabewerte (auch als Datenmaskierung bezeichnet) durchgeführt werden. Um dies zu realisieren kann das Analysesystem 100, insbesondere die elektrochemische Sensorvorrichtung 110, eine Vorverarbeitungseinheit aufweisen, die eingerichtet ist zum Vorverarbeiten der von den mehreren Transistoren ausgegebenen Signale, um die mehreren Spannungssignale bereitzustellen.This can be done, for example, by pre-processing the output values (also referred to as data masking). In order to realize this, the analysis system 100, in particular the electrochemical sensor device 110, can have a preprocessing unit that is set up to preprocess the signals output by the multiple transistors in order to provide the multiple voltage signals.

In 6 ist ein beispielhaftes Analysesystem 100 gemäß verschiedenen Aspekten dargestellt. Das Analysesystem 100, insbesondere die elektrochemische Sensorvorrichtung 110, kann eine Vorverarbeitungseinheit 112 aufweisen. Die Vorverarbeitungseinheit 112 kann eine elektronische Schalteinheit sein (z.B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung, ein Analog-Digital-Wandler, ein Digital-Analog-Wandler, eine Photodiode, ein elektrischer Widerstand, etc.). Die Vorverarbeitungseinheit 112 kann zwischen die mehreren Transistoren 111 und die nichtlineare Schaltung 120 geschaltet werden. Die Vorverarbeitungseinheit 112 kann eingerichtet sein, andere physikalische Signale in dazu korrespondierende Spannungssignale umzuwandeln.In 6 is an exemplary analysis system 100 illustrated according to various aspects. The analysis system 100, in particular the electrochemical sensor device 110, can have a pre-processing unit 112. The preprocessing unit 112 may be an electronic switching unit (eg, an application-specific integrated circuit, an analog-to-digital converter, a digital-to-analog converter, a photodiode, an electrical resistor, etc.). The preprocessing unit 112 can be connected between the plurality of transistors 111 and the nonlinear circuit 120. The preprocessing unit 112 can be set up to convert other physical signals into corresponding voltage signals.

Die Vorverarbeitungseinheit 112 kann eingerichtet sein, unbearbeitete Ausgabewerte in ein jeweils dazu korrespondierendes Spannungssignal umzuwandeln. Dabei kann das Spannungssignal eine elektronische Eigenschaft des jeweiligen Transistors repräsentieren. Beispielsweise kann die Vorverarbeitungseinheit 112 eingerichtet sein, Operationen an den unbearbeiteten Ausgabewerten der mehreren Transistoren 111 durchzuführen, wie z.B. eine Bestimmung von einer Ableitung (z.B. Strom über Spannung) und/oder eine Bestimmung einer Schwellspannung des jeweiligen Transistors. Als ein Resultat dieser Operationen können Spannungssignale entstehen, die dann als eine Eingabe in die nichtlineare Schaltung 120(z.B. in das Reservoir) geleitet werden.The preprocessing unit 112 can be set up to convert unprocessed output values into a corresponding voltage signal. The voltage signal can represent an electronic property of the respective transistor. For example, the preprocessing unit 112 can be set up to perform operations on the unprocessed output values of the plurality of transistors 111, such as determining a derivative (e.g. current over voltage) and/or determining a threshold voltage of the respective transistor. As a result of these operations, voltage signals may arise which are then passed as an input to the nonlinear circuit 120 (e.g., the reservoir).

Beispielsweise können somit durch die Vorverarbeitungseinheit 112 eine größere Anzahl von Spannungssignalen erzeugt werden verglichen zu einer Anzahl der von den mehreren Transistoren 111 ausgegebenen Signalen. Somit kann auch eine Anzahl von Eingangsanschlüssen 122 des Polymernetzwerks 121, an die ein Spannungssignal angelegt wird, die Anzahl der mehreren Transistoren 111 übersteigen. Die Vorverarbeitungseinheit 112 ermöglicht es, die Anzahl der Spannungssignale auszuwählen. Es versteht sich, dass die Vorverarbeitungseinheit 112 die Anzahl der Spannungssignale auch reduzieren kann, verglichen zu der Anzahl der von den mehreren Transistoren 111 ausgegebenen Signalen.For example, a larger number of voltage signals can be generated by the preprocessing unit 112 compared to a number of signals output by the plurality of transistors 111. Thus, a number of input connections 122 of the polymer network 121 to which a voltage signal is applied can also exceed the number of multiple transistors 111. The preprocessing unit 112 makes it possible to select the number of voltage signals. It is understood that the preprocessing unit 112 can also reduce the number of voltage signals compared to the number of signals output from the plurality of transistors 111.

Ferner ermöglicht es die Vorverarbeitungseinheit 112, die Spannungssignale auf einen optimalen Spannungsbereich anzupassen, in dem das Polymernetzwerk eine optimale Datentrennung ermöglicht. Der optimale Spannungsbereich wird wesentlich durch das elektrochemische Spannungsfenster des verwendeten Polymers bestimmt.Furthermore, the preprocessing unit 112 enables the voltage signals to be adjusted to an optimal voltage range in which the polymer network enables optimal data separation. The optimal voltage range is essentially determined by the electrochemical voltage window of the polymer used.

Wie zuvor beschrieben, basiert die Klassifizierungs-Funktion des Analysesystems 100 auf dem sogenannten Reservoir Computing. Das Reservoir Computing ermöglicht Daten aus einer Dimension in eine höhere Dimension zu projizieren. Somit kann beispielsweise eine lineare Klassifizierung von eigentlich nicht-linearen Daten ermöglicht werden. Dieses Konzept ist in 7A und 7B schematisch dargestellt und in 7C durch ein konkretes Beispiel illustriert.As described above, the classification function of the analysis system 100 is based on so-called reservoir computing. Reservoir computing allows data from one dimension to be projected into a higher dimension. This allows, for example, a linear classification of actually non-linear data. This concept is in 7A and 7B shown schematically and in 7C illustrated by a concrete example.

7A zeigt beispielhaft Datenpunkte (z.B. Signale) in Abhängigkeit einer ersten Dimension 711 und einer zweiten Dimension 712. Die Datenpunkte können in zwei voneinander verschiedene Klassen eingeteilt werden: eine erste Klasse 721 und eine zweite Klasse 722. Wie in 7A dargestellt ist, können die beiden Klassen nicht durch eine einfache lineare Trennung korrekt voneinander getrennt werden. 7A shows an example of data points (e.g. signals) depending on a first dimension 711 and a second dimension 712. The data points can be divided into two different classes: a first class 721 and a second class 722. As in 7A As shown, the two classes cannot be correctly separated by a simple linear separation.

7B zeigt beispielhaft dieselben Datenpunkte wie in 7A nachdem sie das Reservoir-Computing durchlaufen haben. Nun können die Datenpunkte eine zusätzliche Dimension 713 zu der ersten und zweiten Dimension 711, 712 haben. In der zusätzlichen Dimension können die Datenpunkte beispielsweise mittels eines einfachen Grenzwertvergleichs korrekt klassifiziert werden. Dabei können beispielsweise die Werte der ersten Klasse 721 unterhalb einer Grenzebene 731 liegen und die Werte der zweiten Klasse 722 oberhalb der Grenzebene 731 liegen. 7B shows an example of the same data points as in 7A after going through reservoir computing. Now the data points can have an additional dimension 713 to the first and second dimensions 711, 712. In the additional dimension, the data points can be correctly classified, for example, using a simple limit comparison. For example, the values of the first class 721 can lie below a boundary level 731 and the values of the second class 722 can lie above the boundary level 731.

7C zeigt beispielhaft wie eine Modifikation für Spannungssignale aussehen kann. Die oberen beiden Abbildungen zeigen beispielhaft vier Spannungssignale, die an vier Eingangskanälen 122 eines Polymernetzwerks 121 bereitgestellt sein können. In der linken Abbildung ist für jedes der vier Spannungssignale ein Spannungs-Zeit-Verlauf dargestellt. In der rechten Abbildung ist eine Fourier-Transformation der dargestellten Signale abgebildet. Dabei ist zu erkennen, dass jedem der Spannungssignale im Wesentlichen eine Frequenz über den jeweiligen Kanal zugeordnet werden kann. 7C shows an example of what a modification for voltage signals can look like. The top two figures show an example of four voltage signals that can be provided at four input channels 122 of a polymer network 121. The figure on the left shows a voltage-time curve for each of the four voltage signals. The figure on the right shows a Fourier transformation of the signals shown. It can be seen that each of the voltage signals can essentially be assigned a frequency via the respective channel.

Die unteren beiden Abbildungen von 7C zeigen die modifizierten Spannungssignale an vier beispielhaften Ausgangskanälen 123 des Polymernetzwerks 121. Die modifizierten Spannungssignale weisen jeweils mehrere Frequenzen auf, die mittels der Furier-Transformation in der rechten Abbildung dargestellt sind.The bottom two images of 7C show the modified voltage signals at four exemplary output channels 123 of the polymer network 121. The modified voltage signals each have several frequencies, which are shown using the Furier transform in the right figure.

Um das Reservoir Computing durch das Analysesystem 100 gemäß verschiedenen Aspekten umzusetzen, ist es daher notwendig, dass das Polymernetzwerk 121 gleich viele oder mehr Ausgangsanschlüsse als Eingangsanschlüsse aufweist. Um einen optimalen Schwellwert für die ein oder mehreren linearen Trennungen der modifizierten Signale zu ermitteln, die aus dem nichtlinearen Schaltkreis 120 ausgegeben werden, können Testdaten verwendet werden. Beispielsweise können dazu mehrere Proben mit voneinander verschiedenen aber bekannten Mengen von Markern einer ersten Klasse (z.B. Klasse „ungesund“) und von Markern einer zweiten Klasse (z.B. Klasse „gesund“) verwendet werden, um davon die Spannungswerte der elektrochemischen Sensorvorrichtung 110 (z.B. die Ausgabewerte ausgegeben von den mehreren Transistoren 111 und/oder die Spannungswerte ausgegeben von der Vorverarbeitungseinheit 112) und die modifizierten Spannungswerte der nichtlinearen Schaltung 120 zu ermitteln.Therefore, in order to implement reservoir computing by the analysis system 100 according to various aspects, it is necessary that the polymer network 121 have as many or more output ports as input ports. To determine an optimal threshold for the one or more linear separations of the modified signals output from the nonlinear circuit 120, test data may be used. For example, several samples with different but known amounts of markers of a first class (e.g. “unhealthy” class) and of markers of a second class (e.g. “healthy” class) can be used to determine the voltage values of the electrochemical sensor device 110 (e.g. the Output values output from the plurality of transistors 111 and/or the voltage values output from the preprocessing unit 112) and the modified voltage values of the nonlinear circuit 120.

Somit können die optimalen Schwellwerte für das Analysesystem 100 ermittelt werden, um die zugehörige Klassifikation in die erste und die zweite Klasse mittels der Analysevorrichtung 130 durchzuführen. Ferner können dadurch die ein oder mehreren linearen Funktionen festgelegt werden, welche die Klassifizierung ermöglichen.The optimal threshold values for the analysis system 100 can thus be determined in order to carry out the associated classification into the first and second classes using the analysis device 130. Furthermore, the one or more linear functions that enable the classification can be determined.

Wie deutlich wird, liegt ein Unterschied gegenüber allgemeinen künstliche-Intelligenz (KI)-basierten Ansätzen darin, dass nicht das Netzwerk selbst trainiert wird, sondern lediglich eine Klassifizierung der Analysevorrichtung 130. Dadurch ist der gesamte Analyse-Prozess, inklusive Quantifizierung und Klassifikation, wesentlich energieeffizienter als vergleichbare Prozesse die auf konventionellen KI-basierten Ansätzen beruhen. Beispielsweise benötigt ein Polymernetzwerk 121 nur ungefähr 200 nW pro Ausgangsanschluss.As is clear, one difference compared to general artificial intelligence (AI)-based approaches is that it is not the network itself that is trained, but rather only a classification of the analysis device 130. This makes the entire analysis process, including quantification and classification, essential more energy efficient than comparable processes based on conventional AI-based approaches. For example, a polymer network 121 only requires approximately 200 nW per output port.

Ferner ermöglicht ein derartiges Analysesystem 100 eine Auswertung von Daten, mit einer zu geringen Datenbasis um ein konventionelles künstliches neuronales Netzwerk darauf zu trainieren. Zwar braucht das zuvor beschriebene Verfahren durchaus Vergleichsdaten, um eine korrekte Klassifikation durchzuführen. Jedoch ist eine Menge der benötigten Daten wesentlich geringer als eine Menge von Daten, die notwendig sind, um ein neues künstliches neuronales Netz darauf zu trainieren (z.B. um mehr als den Faktor 10 geringer).Furthermore, such an analysis system 100 enables an evaluation of data with a database that is too small to train a conventional artificial neural network on. The method described above certainly requires comparison data in order to carry out a correct classification. However, the amount of data required is significantly less than the amount of data necessary to train a new artificial neural network on it (e.g. less than a factor of 10).

Ferner können mittels des Analysesystems 100 gemäß verschiedenen Aspekten sensible Daten (z.B. Patientendaten) ausgewertet werden, ohne dass diese zum Training eines künstlichen Netzwerks für Dritte zugänglich gemacht werden müssen.Furthermore, using the analysis system 100, sensitive data (e.g. patient data) can be evaluated according to various aspects without having to be made accessible to third parties for training an artificial network.

8 zeigt ein Verfahren 800 zum Analysieren einer Probe, die mehrere Marker aufweist. Das Verfahren 800 kann aufweisen: ein Aufbringen der Probe auf eine elektrochemische Sensorvorrichtung, die eingerichtet ist, ein Spannungssignal für einen jeweiligen Marker der mehreren Marker bereitzustellen (810). Anschließend können ein oder mehrere jeweilige Spannungssignale für die ein oder mehreren jeweiligen Marker der mehreren Marker bereitgestellt werden (820). Dann können die ein oder mehreren jeweiligen Spannungssignale mittels einer nichtlinearen elektronischen Schaltung, die auf einem Polymernetzwerk basiert, modifiziert werden (830). Die ein oder mehreren modifizierten Spannungssignale und/oder die ein oder mehreren Spannungssignale können analysiert werden (840). Auf Grundlage der Analyse der ein oder mehreren modifizierten Spannungssignale und/oder der ein oder mehreren Spannungssignale, kann zumindest eine Eigenschaft der Probe ermittelt werden (850). 8th shows a method 800 for analyzing a sample that has multiple markers. The method 800 may include: applying the sample to an electrochemical sensor device that is configured to provide a voltage signal for a respective marker of the plurality of markers (810). One or more respective voltage signals may then be provided for the one or more respective markers of the plurality of markers (820). Then, the one or more respective voltage signals may be modified using a nonlinear electronic circuit based on a polymer network (830). The one or more modified voltage signals and/or the one or more voltage signals may be analyzed (840). Based on the analysis of the one or more modified voltage signals and/or the one or more voltage signals, at least one property of the sample can be determined (850).

Im Folgenden werden einige Beispiele beschrieben, die sich auf das hierin Beschriebene und in den Figuren Dargestellte beziehen.Some examples are described below that relate to what is described herein and shown in the figures.

Beispiel 1 ist ein Analysesystem, das aufweisen kann: eine elektrochemische Sensorvorrichtung zum Erfassen einer jeweiligen Eigenschaft von mehreren Markern in einer Probe, wobei die elektrochemische Sensorvorrichtung eingerichtet ist, ein Spannungssignal für einen jeweiligen Marker der mehreren Marker bereitzustellen, wobei das jeweilige Spannungssignal die Eigenschaft des jeweiligen dem Spannungssignal zugeordneten Markers repräsentiert, wobei die elektrochemische Sensorvorrichtung mehrere organische elektrochemische Transistoren aufweist, wobei jeweils einer der mehreren organischen elektrochemischen Transistoren sensitiv ist bezüglich eines jeweiligen Markers der mehreren Marker, und wobei das Spannungssignal basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des jeweiligen organischen elektrochemischen Transistors (z.B. einer Transduktanz, etc.) erzeugt wird; eine nichtlineare elektronische Schaltung basierend auf einem Polymernetzwerk zum Modifizieren der mehreren Spannungssignale, wenn diese die nichtlineare elektronische Schaltung durchlaufen; und eine Analysevorrichtung, die eingerichtet ist zum Analysieren der mehreren Spannungssignale und/oder der mehreren modifizierten Spannungssignale zum Ermitteln einer Eigenschaft der Probe basierend auf den jeweiligen Eigenschaften der mehreren Marker.Example 1 is an analysis system that may include: an electrochemical sensor device for detecting a respective property of a plurality of markers in a sample, the electrochemical sensor device being configured to provide a voltage signal for a respective marker of the plurality of markers, the respective voltage signal indicating the property of the respective marker assigned to the voltage signal, wherein the electrochemical sensor device has a plurality of organic electrochemical transistors, wherein one of the plurality of organic electrochemical transistors is sensitive to a respective marker of the plurality of markers, and wherein the voltage signal is based on an electrical property of the respective organic electrochemical transistor ( e.g. a transductance, etc.) is generated; a nonlinear electronic circuit based on a polymer network for modifying the plurality of voltage signals as they pass through the nonlinear electronic circuit; and an analysis device configured to analyze the plurality of voltage signals and/or the plurality of modified voltage signals for determining a property of the sample based on the respective properties of the plurality of markers.

Es versteht sich, dass das Analysesystem ebenso zur Analyse einer Probe, die nur einen Marker aufweist, angewandt werden kann bzw. zur Analyse einer Probe, die zwar mehrere Marker aufweist, aber nur einer der mehreren organischen elektrochemischen Transistoren sensitiv für einen der mehreren Marker ist. Ferner versteht es sich, dass das Spannungssignal ein elektrisches Spannungssignal ist.It is understood that the analysis system can also be used to analyze a sample that has only one marker or to analyze a sample that has several markers, but only one of the several organic electrochemical transistors is sensitive to one of the several markers . Furthermore, it is understood that the voltage signal is an electrical voltage signal.

Beispiel 2 ist ein Analysesystem gemäß Beispiel 1, wobei die mehreren organischen elektrochemischen Transistoren jeweils eingerichtet sind, das Spannungssignal für den jeweiligen Marker der mehreren Marker auszugeben, für den der jeweilige elektrochemische Transistor sensitiv ist.Example 2 is an analysis system according to Example 1, wherein the plurality of organic electrochemical transistors are each set up to output the voltage signal for the respective marker of the plurality of markers to which the respective electrochemical transistor is sensitive.

Beispiel 3 ist ein Analysesystem gemäß Beispiel 1, wobei die mehreren organischen elektrochemischen Transistoren jeweils eingerichtet sind, ein Signal für den jeweiligen Marker der mehreren Marker auszugeben, für den der jeweilige elektrochemische Transistor sensitiv ist, wobei das Signal ein von einem elektrischen Spannungssignal verschiedenes Signal ist, wobei die elektrochemische Sensorvorrichtung ferner ein oder mehrere Vorverarbeitungseinheiten aufweist zum Vorverarbeiten der jeweiligen Signale, um ein jeweils zugehöriges Spannungssignal bereitzustellen. Beispielsweise können die ein oder mehreren Vorverarbeitungseinheiten ein oder mehrere Signal-Spannungs-Konverter aufweisen zum Konvertieren der jeweiligen Signale in ein jeweils zugehöriges Spannungssignal.Example 3 is an analysis system according to Example 1, wherein the plurality of organic electrochemical transistors are each set up to output a signal for the respective marker of the plurality of markers to which the respective electrochemical transistor is sensitive, the signal being a signal different from an electrical voltage signal , wherein the electrochemical sensor device further comprises one or more pre-processing units for pre-processing the respective signals in order to provide a respective associated voltage signal. For example, the one or more preprocessing units can have one or more signal-voltage converters for converting the respective signals into a respective associated voltage signal.

Beispiel 4 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 3, wobei das Modifizieren ein nichtlineares Transformieren der mehreren Spannungssignale aus einem Ausgangsspannungsbereich in einen Zielspannungsbereich aufweist (z.B. ist). Beispielsweise kann der Zielspannungsbereich vorzugsweise größer sein als der Ausgangsspannungsbereich.Example 4 is an analysis system according to any one of Examples 1 to 3, wherein modifying comprises (e.g. is) non-linearly transforming the plurality of voltage signals from an output voltage range to a target voltage range. For example, the target voltage range can preferably be larger than the output voltage range.

Beispiel 5 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 4, wobei das Modifizieren ein nichtlineares Transformieren der mehreren Spannungssignale zu mehreren modifizierten Spannungssignalen beinhaltet, wobei eine Anzahl (z.B. eine Dimension) der mehreren modifizierten Spannungssignale größer oder gleich ist zu einer Anzahl (z.B. einer Dimension) der mehreren Spannungssignale.Example 5 is an analysis system according to any of Examples 1 to 4, wherein modifying includes nonlinearly transforming the plurality of voltage signals into a plurality of modified voltage signals, a number (e.g., one dimension) of the plurality of modified voltage signals being greater than or equal to a number (e.g., one Dimension) of the multiple voltage signals.

Beispiel 6 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 5, wobei die mehreren organischen elektrochemischen Transistoren jeweils einen Linker aufweisen, und wobei der Linker eines jeweiligen Transistors derart eingerichtet ist, dass er spezifisch an dem Marker haftet für den der organische elektrochemische Transistor sensitiv ist. Beispielsweise kann der Linker an einem Gate-Kontakt des jeweiligen organischen elektrochemischen Transistors angebracht sein.Example 6 is an analysis system according to one of Examples 1 to 5, wherein the plurality of organic electrochemical transistors each have a linker, and wherein the linker of a respective transistor is set up such that it specifically adheres to the marker to which the organic electrochemical transistor is sensitive . For example, the linker can be attached to a gate contact of the respective organic electrochemical transistor.

Beispiel 7 ist ein Analysesystem gemäß Beispiel 6, wobei die mehreren Linker molekulare Linker sind.Example 7 is an analysis system according to Example 6, wherein the multiple linkers are molecular linkers.

Beispiel 8 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 7, wobei das Polymernetzwerk elektrisch leitfähig ist.Example 8 is an analysis system according to one of Examples 1 to 7, wherein the polymer network is electrically conductive.

Beispiel 9 ist ein Analysesystem gemäß Beispiel 8, wobei das Polymernetzwerk ein oder mehrere elektrisch leitfähige Polymere aufweist (z.B. daraus besteht).Example 9 is an analysis system according to Example 8, wherein the polymer network has (e.g. consists of) one or more electrically conductive polymers.

Beispiel 10 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 9, wobei sich das Polymernetzwerk in einem Elektrolyten befindet.Example 10 is an analysis system according to one of Examples 1 to 9, where the polymer network is in an electrolyte.

Beispiel 11 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 10, wobei die nichtlineare elektronische Schaltung mehrere Eingangsanschlüsse zum Eingeben von Signalen in das Polymernetzwerk und ein oder mehrere Ausgangsanschlüsse zum Ausgeben von Signalen aus dem Polymernetzwerk aufweist.Example 11 is an analysis system according to any one of Examples 1 to 10, wherein the nonlinear electronic circuit has a plurality of input terminals for inputting signals into the polymer network and one or more output terminals for outputting signals from the polymer network.

Beispiel 12 ist ein Analysesystem gemäß Beispiel 11, wobei eine Anzahl der Ausgangsanschlüsse größer oder gleich zu einer Anzahl der Eingangsanschlüsse ist.Example 12 is an analysis system according to Example 11, wherein a number of output ports is greater than or equal to a number of input ports.

Beispiel 13 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 12, wobei das Polymernetzwerk ein oder mehrere Rückkopplungsschleifen aufweist. Beispielsweise können die ein oder mehreren Rückkopplungsschleifen jeweils ein oder mehrere Signalverstärker (z.B. Spannungsverstärker und/oder Stromverstärker) aufweisen.Example 13 is an analysis system according to any of Examples 1 to 12, wherein the polymer network has one or more feedback loops. For example, the one or more feedback loops may each have one or more signal amplifiers (e.g. voltage amplifiers and/or current amplifiers).

Beispiel 14 ist ein Analysesystem gemäß dem Beispiel 13 in Verbindung mit Beispiel 11 oder 12, wobei jede der ein oder mehreren Rückkopplungsschleifen jeweils einen der ein oder mehreren Ausgangsanschlüsse an einen der ein oder mehreren Eingangsanschlüsse koppelt, sodass ein von dem jeweiligen Ausgangsanschluss ausgegebenes Signal erneut in das Polymernetzwerk eingegeben wird.Example 14 is an analysis system according to Example 13 in conjunction with Example 11 or 12, wherein each of the one or more feedback loops each couples one of the one or more output ports to one of the one or more input ports so that a signal output from the respective output port is fed back into the polymer network is entered.

Beispiel 15 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 14, wobei das Polymernetzwerk ein fixiertes Neuronales Netz bildet (z.B. ist).Example 15 is an analysis system according to one of Examples 1 to 14, wherein the polymer network forms (e.g. is) a fixed neural network.

Beispiel 16 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 15, wobei das Polymernetzwerk ein ausbalanciertes Polymernetzwerk ist. Ein ausbalanciertes Polymernetzwerk kann sowohl mehrere anregende als auch mehrere inhibierende Knoten aufweisen. Beispielsweise existieren innerhalb des Polymernetzwerks sowohl Polymerstränge (z.B. Leitungen des Polymernetzwerks) die jeweils einen Eingang und einen Ausgang direkt miteinander verbinden und es gibt Polymerstränge, die nicht dazu eingerichtet sind, einen Eingang mit einem Ausgang zu verbinden. Die nicht verbundenen Polymerstränge können eine moderierende Funktion auf das Signal haben und können die Rechnungs- und Klassifikationsleistung des Netzwerks erhöhen.Example 16 is an analysis system according to any of Examples 1 to 15, wherein the polymer network is a balanced polymer network. A balanced polymer network can have both multiple excitatory and multiple inhibitory nodes. For example, within the polymer network there are both polymer strands (e.g. lines of the polymer network) which each directly connect an input and an output to one another, and there are polymer strands which are not designed to connect an input to an output. The unconnected polymer strands can have a moderating function on the signal and can increase the computational and classification performance of the network.

Beispiel 17 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 16, wobei das Analysieren der mehreren modifizierten Spannungssignale ein Klassifizieren der mehreren modifizierten Spannungssignale aufweist. Beispielsweise kann das Klassifizieren auf einem zeitlichen Verlauf der mehreren modifizierten Spannungssignale von mehreren nacheinander durchgeführten Messungen basieren.Example 17 is an analysis system according to any one of Examples 1 to 16, wherein analyzing the plurality of modified voltage signals includes classifying the plurality of modified voltage signals. For example, the classification can be based on a time course of the multiple modified voltage signals from multiple measurements carried out one after the other.

Beispiel 18 ist ein Analysesystem gemäß Beispiel 17, wobei das Klassifizieren vorzugsweise auf einem jeweiligen Vergleich der mehreren modifizierten Spannungssignale mit jeweils ein oder mehreren vorbestimmten Schwellwerten basiert.Example 18 is an analysis system according to Example 17, wherein the classification is preferably based on a respective comparison of the plurality of modified voltage signals, each with one or more predetermined threshold values.

Beispiel 19 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 18, wobei die jeweilige Eigenschaft von mehreren Markern in einer Probe ein oder mehrere der folgenden aufweisen (z.B. sind): eine Konzentration, und/oder eine Stoffmenge (inkl. Null), und/oder ein Konzentrationsverhältnis, und/oder ein Stoffmengenverhältnis. Eine Stoffmenge von Null kann bedeuten, dass der jeweiliger Stoff ist nicht vorhanden bzw. nicht nachweisbar ist.Example 19 is an analysis system according to one of Examples 1 to 18, wherein the respective property of several markers in a sample have one or more of the following (e.g. are): a concentration, and / or an amount of substance (including zero), and / or a concentration ratio, and/or a molar ratio. A substance quantity of zero can mean that the respective substance is not present or cannot be detected.

Beispiel 20 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 19, wobei die Eigenschaft der Probe basierend auf den jeweiligen Eigenschaften der mehreren Marker eine Zuordnung in eine von mehreren vorbestimmten Gruppen sein kann.Example 20 is an analysis system according to one of Examples 1 to 19, wherein the property of the sample can be an assignment into one of a plurality of predetermined groups based on the respective properties of the plurality of markers.

Beispiel 21 ist ein Analysesystem gemäß einem der Beispiele 1 bis 20, das ferner optional aufweisen kann eine Speichervorrichtung (z.B. eine Festplatte, ein Flash-Speicher) zum Speichern der jeweiligen Spannungssignale und/oder der jeweiligen modifizierten Spannungssignale und/oder einem jeweils dazu korrespondierenden Messzeitpunkt.Example 21 is an analysis system according to one of Examples 1 to 20, which may further optionally have a storage device (e.g. a hard drive, a flash memory) for storing the respective voltage signals and/or the respective modified voltage signals and/or a measurement time corresponding thereto .

Beispiel 22 ist ein Analysesystem, das aufweisen kann: eine elektrochemische Sensorvorrichtung aufweisend: einen ersten organischen elektrochemischen Transistor und einen zweiten organischen elektrochemischen Transistor, wobei der erste organische elektrochemische Transistor sensitiv bezüglich eines ersten Markers eingerichtet ist, und wobei der zweite organische elektrochemische Transistor sensitiv bezüglich eines zweiten Markers eingerichtet ist, wobei die elektrochemische Sensorvorrichtung eingerichtet ist, mindestens ein erstes Spannungssignal, welches eine Eigenschaft des ersten Markers repräsentiert, basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des ersten organischen elektrochemischen Transistors und mindestens ein zweites Spannungssignal, welches eine Eigenschaft des zweiten Markers repräsentiert, basierend auf einer elektrischen Eigenschaft des zweiten organischen elektrochemischen Transistors zu erzeugen; eine nichtlineare elektronische Schaltung basierend auf einem Polymernetzwerk zum Modifizieren des ersten und des zweiten Spannungssignals, wenn diese die nichtlineare elektronische Schaltung durchlaufen; und eine Analysevorrichtung, die eingerichtet ist zum Analysieren der Spannungssignale und/oder der modifizierten Spannungssignale zum Ermitteln einer Eigenschaft der Probe basierend auf den jeweiligen Eigenschaften des ersten und des zweiten Markers.Example 22 is an analysis system that may include: an electrochemical sensor device comprising: a first organic electrochemical transistor and a second organic electrochemical transistor, the first organic electrochemical transistor being sensitive to a first marker, and the second organic electrochemical transistor being sensitive to a second marker is set up, wherein the electrochemical sensor device is set up to have at least one first voltage signal, which represents a property of the first marker, based on an electrical property of the first organic electrochemical transistor and at least one second voltage signal, which represents a property of the second marker, based on an electrical property of the second organic electrochemical transistor; a nonlinear electronic circuit based on a polymer network for modifying the first and second voltage signals as they pass through the nonlinear electronic circuit; and an analysis device configured to analyze the voltage signals and/or the modified voltage signals to determine a property of the sample based on the respective properties of the first and second markers.

Es versteht sich, dass die Merkmale, die zu den Analysesystemen der Beispiele 1 bis 21 offenbart wurden, in analoger Weise auf das Analysesystem des Beispiels 22 übertragen werden können mit der Maßgabe, dass statt mehreren organischen elektrochemischen Transistoren zwei organische elektrochemische Transistoren, namentlich der erste und der zweite organische elektrochemische Transistor, vorhanden sind. Ferner können die Merkmale der Beispiele 1 bis 22 auch auf die nachfolgend beschriebenen Verfahren in analogerweise übertragen werden.It is understood that the features disclosed for the analysis systems of Examples 1 to 21 can be transferred in an analogous manner to the analysis system of Example 22, with the proviso that instead of several organic electrochemical transistors, two organic electrochemical transistors, namely the first and the second organic electrochemical transistor. Furthermore, the features of Examples 1 to 22 can also be transferred analogously to the methods described below.

Beispiel 23 ist ein Verfahren zum Analysieren einer Probe, die mehrere Marker aufweist, das Verfahren aufweisend: Aufbringen der Probe auf eine elektrochemische Sensorvorrichtung, die eingerichtet ist, ein Spannungssignal für einen jeweiligen Marker der mehreren Marker bereitzustellen; Bereitstellen von ein oder mehreren jeweiligen Spannungssignalen für die ein oder mehreren jeweiligen Marker der mehreren Marker; Modifizieren der ein oder mehreren jeweiligen Spannungssignale mittels einer nichtlinearen elektronischen Schaltung, die auf einem Polymernetzwerk basiert; Analysieren der ein oder mehreren jeweiligen Spannungssignale und/oder der mehreren modifizierten Spannungssignale; und Ermitteln einer Eigenschaft der Probe basierend auf der Analyse der ein oder mehreren jeweiligen Spannungssignale und/oder der mehreren modifizierten Spannungssignale.Example 23 is a method for analyzing a sample having a plurality of markers, comprising the method of: applying the sample to an electrochemical sensor device configured to provide a voltage signal for a respective marker of the plurality of markers; providing one or more respective voltage signals for the one or more respective markers of the plurality of markers; modifying the one or more respective voltage signals using a nonlinear electronic circuit based on a polymer network; analyzing the one or more respective voltage signals and/or the multiple modified voltage signals; and determining a property of the sample based on the analysis of the one or more respective voltage signals and/or the multiple modified voltage signals.

Beispielsweise kann das Verfahren gemäß Beispiel 23 mit einer Analysevorrichtung gemäß einem der Beispiele 1 bis 22 durchgeführt werden.For example, the method according to Example 23 can be carried out with an analysis device according to one of Examples 1 to 22.

Beispiel 24 ist ein Verfahren gemäß Beispiel 23, wobei das Modifizieren ein nichtlineares Transformieren der ein oder mehreren Spannungssignale zu ein oder mehreren modifizierten Spannungssignalen beinhaltet.Example 24 is a method according to Example 23, wherein modifying includes nonlinearly transforming the one or more voltage signals to one or more modified voltage signals.

Beispiel 25 ist ein Verfahren gemäß Beispiel 24, wobei eine Anzahl der ein oder mehreren modifizierten Spannungssignale größer oder gleich ist zu einer Anzahl der ein oder mehreren Spannungssignale.Example 25 is a method according to Example 24, wherein a number of the one or more modified voltage signals is greater than or equal to a number of the one or more voltage signals.

Beispiel 26 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 23 bis 25, wobei das Modifizieren ein erneutes Einleiten eines aus dem Polymernetzwerk ausgegebenen Signals in das Polymernetzwerk aufweist.Example 26 is a method according to any of Examples 23 to 25, wherein modifying comprises reintroducing a signal output from the polymer network into the polymer network.

Beispiel 27 ist ein Verfahren gemäß einem der Beispiele 23 bis 26, wobei das Ermitteln einer Eigenschaft der Probe basierend auf der Analyse der mehreren modifizierten Spannungssignale ein Vergleichen der mehreren modifizierten Spannungssignale mit ein oder mehreren vorbestimmten Werten aufweist (z.B. ist) .Example 27 is a method according to any one of Examples 23 to 26, wherein determining a property of the sample based on the analysis of the plurality of modified voltage signals comprises (e.g. is) comparing the plurality of modified voltage signals with one or more predetermined values.

Claims

Analysis system (100) comprising: an electrochemical sensor device (110) for detecting a respective property of several markers (204) in a sample (201), wherein the electrochemical sensor device (110) is set up to provide a voltage signal for a respective marker of the plurality of markers (204), wherein the respective voltage signal represents the property of the respective marker (204) assigned to the voltage signal, wherein the electrochemical sensor device (110) has a plurality of organic electrochemical transistors (111), wherein one of the plurality of organic electrochemical transistors (111) is sensitive to a respective marker of the plurality of markers (204), and wherein the voltage signal is generated based on an electrical property of the respective organic electrochemical transistor (111); a nonlinear electronic circuit (120) based on a polymer network (121) for modifying the plurality of voltage signals as they pass through the nonlinear electronic circuit (120); and an analysis device (130) which is set up to analyze the plurality of voltage signals and/or the plurality of modified voltage signals to determine a property of the sample (201) based on the respective properties of the plurality of markers (204).

Analysis system (100) according to Claim 1 , wherein the plurality of organic electrochemical transistors (111) are each set up to output the voltage signal for the respective marker of the plurality of markers (204) to which the respective electrochemical transistor (111) is sensitive.

Analysis system (100) according to Claim 1 , wherein the plurality of organic electrochemical transistors (111) are each set up to output a signal for the respective marker of the plurality of markers (204) to which the respective electrochemical transistor (111) is sensitive, the signal being a signal different from an electrical voltage signal is, wherein the electrochemical sensor device (110) further has a preprocessing unit (112) for converting the respective signals into a respective associated voltage signal.

Analysis system (100) according to one of Claims 1 until 3 , wherein modifying includes nonlinearly transforming the plurality of voltage signals into a plurality of modified voltage signals, preferably a number of the plurality of modified voltage signals being greater than or equal to a number of the plurality of voltage signals.

Analysis system (100) according to one of Claims 1 until 4 , wherein the plurality of organic electrochemical transistors (111) each have a linker (203), the linker (203) of a respective organic electrochemical transistor (111) being set up in such a way that it specifically adheres to the marker (204) for which the respective one organic electrochemical transistor (111) is sensitive, and wherein the linker (203) is preferably a molecular linker (203).

Analysis system (100) according to one of Claims 1 until 5 : wherein the polymer network (121) is electrically conductive, and wherein the polymer network (121) preferably has one or more electrically conductive polymers, and / or wherein the polymer network (121) is preferably located in an electrolyte.

Analysis system (100) according to one of Claims 1 until 6 , wherein the nonlinear electronic circuit (120) has a plurality of input terminals (122) for inputting signals into the polymer network (121) and one or more output terminals (122) for outputting signals from the polymer network (121), and preferably a number of the output terminals (122) is greater than or equal to a number of input connections (122).

Analysis system (100) according to one of Claims 1 until 7 , wherein the polymer network (121) has one or more feedback loops (124).

Analysis system (100) according to Claim 8 combined with Claim 7 , wherein each of the one or more feedback loops (124) each couples one of the one or more output ports (122) to one of the one or more input ports (122), so that a signal output from the respective output port (123) is fed back into the polymer network (121 ) is entered.

Analysis system (100) according to one of Claims 1 until 9 , wherein analyzing the plurality of modified voltage signals comprises classifying the plurality of modified voltage signals, wherein the classification is preferably based on a respective comparison of the plurality of modified voltage signals each with one or more predetermined threshold values.

Analysis system (100) according to one of Claims 1 until 10 , wherein the respective property of several markers (204) in a sample (201) have one or more of the following: a concentration, and/or an amount of substance, and/or a concentration ratio, and/or a amount of substance ratio.

Analysis system (100) according to one of Claims 1 until 11 , wherein the property of the sample (201) is an assignment to one of several predetermined groups based on the respective properties of the plurality of markers (204).

Analysis system (100) comprising: an electrochemical sensor device (110) comprising: a first organic electrochemical transistor (111) and a second organic electrochemical transistor (111), wherein the first organic electrochemical transistor (111) is set up to be sensitive to a first marker (204), and wherein the second organic electrochemical transistor (111) is set up to be sensitive to a second marker (204), wherein the electrochemical sensor device (110) is set up to have at least one first voltage signal, which represents a property of the first marker (204), based on an electrical property of the first organic electrochemical transistor (111), and at least one second voltage signal, which represents a property of the second Marker (204) represents based on an electrical property of the second organic electrochemical transistor (111); a nonlinear electronic circuit (120) based on a polymer network (121) for modifying the first and second voltage signals as they pass through the nonlinear electronic circuit (120); and an analysis device (130) which is set up to analyze the voltage signals and/or the modified voltage signals to determine a property of the sample (201) based on the respective properties of the first and second markers (204).

Method (800) for analyzing a sample having multiple markers, comprising the method: applying the sample to an electrochemical sensor device configured to provide a voltage signal for a respective marker of the plurality of markers (810); providing one or more respective voltage signals for the one or more respective markers of the plurality of markers (820); modifying the one or more respective voltage signals using a nonlinear electronic circuit based on a polymer network (830); analyzing the one or more respective voltage signals and/or the multiple modified voltage signals (840); and Determining a property of the sample based on the analysis of the one or more respective voltage signals and/or the multiple modified voltage signals (850).

Procedure (800) according to Claim 14 , wherein determining a property of the sample based on the analysis of the plurality of modified voltage signals comprises comparing the plurality of modified voltage signals with one or more predetermined values.