DE10228124A1 - Biosensor array comprising a substrate on which biosensors are mounted which have two connectors, one of which is connected to control lead while other is connected to detector lead - Google Patents

Biosensor array comprising a substrate on which biosensors are mounted which have two connectors, one of which is connected to control lead while other is connected to detector lead Download PDF

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DE10228124A1 DE2002128124 DE10228124A DE10228124A1 DE 10228124 A1 DE10228124 A1 DE 10228124A1 DE 2002128124 DE2002128124 DE 2002128124 DE 10228124 A DE10228124 A DE 10228124A DE 10228124 A1 DE10228124 A1 DE 10228124A1
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Meinrad Dr. Schienle
Christian Paulus
Alexander Frey
Birgit Holzapfl
Franz Dr. Hofmann
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Abstract

Biosensor array (700) comprising a substrate (601), on which biosensors (602) are mounted which have two connectors, is new. One of these (603) is connected to a control lead (605) while the other (604) is connected to a detector lead (606). A control unit supplies a signal to the desired biosensor and the detector lead feeds the signal produced by it to a processor. Independent claims are also included for: (a) a similar array in which control and detector leads are both replaced by signal leads (b) a method for operating the array with control and detector leads; and (c) a method for operating the array with signal leads.

Description

Die Erfindung betrifft ein Biosensor-Array und ein Verfahren zum Betreiben eines Biosensor-Arrays.The invention relates to a biosensor array and a method for operating a biosensor array.

Aus dem Stand der Technik sind Biosensoren bekannt, die gemäß dem Prinzip des Redox-Recyclings arbeiten (vgl. [1] bis [4]).Biosensors are state of the art known according to the principle of redox recycling work (cf. [1] to [4]).

In l ist ein Redox-Recycling Biosensor 100 gemäß dem Stand der Technik gezeigt.In l is a redox recycling biosensor 100 shown according to the prior art.

Für einen solchen Redox-Recycling Sensor 100 wird ein Vier-Elektrodensystem benötigt, das auf einem Substrat 101 ausgebildet ist. Der Redox-Recycling Biosensor 100 weist eine erste Interdigitalelektrode 102 und eine mit dieser anschaulich fingerförmig verzahnte zweite Interdigitalelektrode 103 auf. Typische Werte für die Breite und den Abstand der Interdigitalelektroden 102, 103 liegen im Bereich zwischen ungefähr 0.5 μm und ungefähr 2 μm.For such a redox recycling sensor 100 a four-electrode system is required, which is on a substrate 101 is trained. The redox recycling biosensor 100 has a first interdigital electrode 102 and a second interdigital electrode toothed with this clearly finger-shaped 103 on. Typical values for the width and the distance of the interdigital electrodes 102 . 103 are in the range between approximately 0.5 μm and approximately 2 μm.

Auf den Interdigitalelektroden 102, 103 sind Fängermoleküle (nicht gezeigt) immobilisiert, die mit zu erfassenden Partikeln in einer zu untersuchenden Lösung hybridisieren können. Gemäß dem Redox-Recycling-Prinzip werden beim Betrieb des Redox-Recycling Biosensors 100 im Falle eines Sensorereignisses an den Interdigitalelektroden 102, 103 Oxidations- und Reduktionsprozesse elektrochemisch aktivierter Partikel bewirkt. Mittels eines Labelmoleküls, das chemisch an von mit Fängermolekülen hybridisierten zu erfassenden Partikel eines Analyten gebunden ist, werden elektrochemisch aktivierte Partikel erzeugt, wenn der Lösung eine spezielle Komponente zugegeben wird.On the interdigital electrodes 102 . 103 capture molecules (not shown) are immobilized, which can hybridize with particles to be detected in a solution to be examined. According to the redox recycling principle, when operating the redox recycling biosensor 100 in the event of a sensor event on the interdigital electrodes 102 . 103 Oxidation and reduction processes caused by electrochemically activated particles. By means of a label molecule which is chemically bound to particles of an analyte to be detected by hybridized with capture molecules, electrochemically activated particles are generated when a special component is added to the solution.

Die in 1 gezeigten weiteren Elektroden, nämlich eine Referenzelektrode 104 und eine Gegenelektrode 105, bilden gemeinsam mit einem Differenzverstärker 106 einen Potentiostaten. Ein nicht-invertierender Eingang 106a des Differenzverstärkers 106 ist mit dem elektrischem Massepotential 107 gekoppelt, wohingegen ein invertierender Eingang 106b des Differenzverstärkers 106 mit der Referenzelektrode 104 gekoppelt ist. Ein Ausgang 106c des Differenzverstärkers 106 ist mit der Gegenelektrode 105 gekoppelt. Mittels der Referenzelektrode 104 wird das elektrochemische Potential eines in den Redox-Recycling-Biosensor 100 eingebrachten Elektrolyten gemessen. Mittels der Gegenelektrode 105 wird der Differenzverstärker 106 als Regelverstärker auf ein vorgegebenes elektrisches Potential geregelt. Es ist anzumerken, dass anschaulich das vorgegebene Potential das elektrische Potential an dem nicht-invertierenden Eingang 106a des Differenzverstärkers 106 ist, gemäß dem gezeigten Beispiel das elektrische Massepotential 107.In the 1 shown further electrodes, namely a reference electrode 104 and a counter electrode 105 , form together with a differential amplifier 106 a potentiostat. A non-inverting input 106a of the differential amplifier 106 is with the electrical ground potential 107 coupled, whereas an inverting input 106b of the differential amplifier 106 with the reference electrode 104 is coupled. An exit 106c of the differential amplifier 106 is with the counter electrode 105 coupled. Using the reference electrode 104 becomes the electrochemical potential of one in the redox recycling biosensor 100 introduced electrolyte measured. By means of the counter electrode 105 becomes the differential amplifier 106 regulated as a control amplifier to a predetermined electrical potential. It should be noted that the given potential clearly shows the electrical potential at the non-inverting input 106a of the differential amplifier 106 is, according to the example shown, the electrical ground potential 107 ,

Für den Betrieb des Redox-Recycling-Biosensors 100 werden an die Interdigitalelektroden 102, 103, die als Generator- bzw. Kollektor-Elektroden betrieben werden, mittels einer ersten Gleichspannungsquelle 108 und mittels einer zweiten Gleichspannungsquelle 109 elektrische Spannungen unterschiedlichen Vorzeichens bezogen auf das Referenzpotential (Massepotential 107) angelegt. Diese Spannungen sollen bezüglich ihres Betrags so hoch gewählt werden, dass die Vorgänge von Oxidation und Reduktion des Redox-Recycling-Stoffs sicher und effizient funktionieren, sie sollen andererseits aber nicht zu hoch gewählt werden, um nicht beabsichtigte elektrochemische Vorgänge (z.B. Elektrolyse) an den Elektroden 102, 103 zu vermeiden.For operating the redox recycling biosensor 100 are connected to the interdigital electrodes 102 . 103 , which are operated as generator or collector electrodes, by means of a first DC voltage source 108 and by means of a second DC voltage source 109 electrical voltages of different signs related to the reference potential (ground potential 107 ) created. The amount of these voltages should be chosen so high that the processes of oxidation and reduction of the redox recycling material work safely and efficiently, but on the other hand they should not be chosen too high to avoid unintended electrochemical processes (e.g. electrolysis) electrodes 102 . 103 to avoid.

Es ist anzumerken, dass keine sehr scharfen Schwellwerte für das Einsetzen von Oxidation und Reduktion bestimmter Stoffe existieren. In der Praxis werden Werte gewählt, deren Betrag jeweils ausreichend sicher (typischerweise einige 10 mV) oberhalb dieser Schwellenbereiche liegt. In der Praxis liegen die angelegten Spannungen im Bereich weniger 100 mV (beispielsweise +300 mV und –100 mV) für die in [5] verwendeten Stoffe.It should be noted that none very much sharp thresholds for the onset of oxidation and reduction of certain substances exist. In practice, values are chosen the amount of each is sufficiently secure (typically a few tens mV) lies above these threshold ranges. In practice they are applied voltages in the range of less than 100 mV (for example +300 mV and –100 mV) for the substances used in [5].

Wie ferner in 1 gezeigt, ist ein mit der ersten Gleichspannungsquelle 108 gekoppeltes erstes Amperemeter 110 und ein mit der zweiten Gleichspannungsquelle 109 gekoppeltes zweites Amperemeter 111 vorgesehen. Mittels des ersten Amperemeters 110 kann ein aus den angelegten Spannungen und den Reduktions-/Oxidationsvorgängen resultierender elektrischer Strom an der zweiten Interdigitalelektrode 103 erfasst werden. Mittels des zweiten Amperemeters 111 kann ein aus den angelegten Spannungen und den Reduktions-/Oxidationsvorgängen resultierender elektrischer Strom an der ersten Interdigitalelektrode 102 erfasst werden. Die Werte dieser Ströme sind ein charakteristisches Maß für die an den Elektroden 102, 103 erfolgten Sensorereignisse und somit für die Konzentration zu erfassender Partikel in einer zu untersuchenden Lösung.As further in 1 shown is one with the first DC voltage source 108 coupled first ammeter 110 and one with the second DC voltage source 109 coupled second ammeter 111 intended. Using the first ammeter 110 an electrical current resulting from the applied voltages and the reduction / oxidation processes at the second interdigital electrode 103 be recorded. Using the second ammeter 111 an electrical current resulting from the applied voltages and the reduction / oxidation processes at the first interdigital electrode 102 be recorded. The values of these currents are a characteristic measure of those at the electrodes 102 . 103 sensor events and thus for the concentration of particles to be detected in a solution to be examined.

Aus dem Stand der Technik bekannte elektrochemische Sensoren, wie der Redox-Recycling Biosensor 100, sind bisher nur als Einzelsensoren in kleinen "passiven" Arrays, anschaulich als Aneinanderreihung von wenigen Einzelsensoren, oder in "aktiven" Arrays vorgestellt, welche abgesehen von den eigentlichen Biosensoren weitere aktive Bauelemente enthalten, auf denen entweder Schaltmatratzen, vgl. [4], oder aufwändige Schaltungstechnik, vgl. [5], enthalten ist.Electrochemical sensors known from the prior art, such as the redox recycling biosensor 100 have so far only been presented as individual sensors in small "passive" arrays, vividly as a sequence of a few individual sensors, or in "active" arrays which, apart from the actual biosensors, contain other active components on which either switching mattresses, cf. [4], or complex circuit technology, cf. [5] is included.

Für viele Anwendungen ist es wünschenswert, nicht nur einen Test mit einem Biosensor durchzuführen, sondern viele Tests in einer gegebenen Probe, dem Analyten, zeitlich parallel. Auf entsprechenden Chips realisierbare, miniaturisierte Bio-/ Chemosensor-Arrays dienen dem zeitlich parallelen Nachweis unterschiedlicher zu erfassender Partikel in einem zu untersuchenden Analyten. Die entsprechenden Sensoren sind in großer Anzahl auf einem Substrat realisierbar, beispielsweise auf einem Glas-, Plastik-, Silizium- oder anderen Substrat. Aufgrund des hohen Grades an Parallelisierung ergeben sich für derartige Sensor-Anordnungen einschließlich entsprechendem Auswertesystem vielfältige Anwendungen in der medizinischen Diagnosetechnik, in der Pharmaindustrie (z.B. für das Pharma-Screening, "high throughput screening", HTS), in der chemischen Industrie, in der Lebensmittel-Analytik, in der Umwelt- und Lebensmitteltechnik und -analytik.For many applications, it is desirable not only to perform one test with a biosensor, but to perform many tests in a given sample, the analyte, in parallel. Miniaturized bio- / chemosensor arrays that can be realized on corresponding chips serve for the simultaneous detection of different particles to be detected in one analyte to be examined. The corresponding sensors can be implemented in large numbers on a substrate, for example on a glass, plastic, silicon or other substrate. Due to the high degree of parallelization, such sensor arrangements, including the corresponding evaluation system, have a variety of applications in medical diagnostic technology, in which Pharmaceutical industry (e.g. for pharmaceutical screening, "high throughput screening", HTS), in the chemical industry, in food analysis, in environmental and food technology and analysis.

Bei der Realisierung von passiven Arrays mit Sensoren gemäß dem Prinzip des Redox-Recyclings (Redox-Zyklieren) stellt sich die Herausforderung, dass die Signale aller Sensoren einem Auslesegerät zuzuführen sind. Sofern zum Beispiel ein passives Substrat mit 8 × 12 = 96, 32 × 48 = 1536 oder allgemein bei einer matrixförmigen Anordnung mit m Zeilen und n Spalten m × n Positionen vorliegt, sind 2 × 96 = 192, 2 × 1536 = 3072 bzw. allgemein 2m × n separate Elektroden-Anschlüsse der Sensoren sowie zwei weitere Anschlüsse für die Referenz- und Gegenelektroden der Potentiostat-Anordnung erforderlich. Jedes Biosensor-Feld sollte separat auslesbar sein, wobei die Anzahl der verwendeten Anschlüsse ("pads") des Chips aus Gründen des Aufwands (für Chip- und Auslesegerät) und vor allen Dingen aus Gründen der Sicherheit bei der Kontaktierung (Signalintegrität) nicht zu hoch sein sollen.When realizing passive Arrays with sensors according to the principle of redox recycling (redox cycling) the challenge is that the signals of all sensors are to be fed to a reading device. Unless, for example a passive substrate with 8 × 12 = 96, 32 × 48 = 1536 or generally with a matrix arrangement with m rows and there are n columns of m × n positions, are 2 × 96 = 192, 2 × 1536 = 3072 or generally 2m × n separate Electrode terminals of the sensors as well as two further connections for the reference and counter electrodes the potentiostat arrangement required. Every biosensor field should be readable separately, the number of connections ("pads") of the chip used for reasons of Effort (for chip and reader) and above all for reasons security when making contact (signal integrity) is not should be too high.

Ein einfacher Ansatz, beispielsweise alle Elektroden-Anschlüsse mit dem Auslesegerät zu koppeln, liefert 2m × n + 2, im Beispiel also 194 oder 3074 Anschlüsse, und ist daher nicht oder nicht befriedigend realisierbar. Ähnliches gilt für den Ansatz, eine Elektrode aller Sensor-Felder gemeinsam zu betreiben und alle verbleibenden Elektroden-Anschlüsse sowie die gemeinsame Elektrode mit dem Auslesegerät zu koppeln. In diesem Falle ist die Anzahl der Anschlüsse zwar geringer, nämlich n × m + 1 + 2 (in dem Beispiel 99 bzw. 1539), jedoch immer noch viel zu groß.A simple approach, for example all electrode connections with the reader coupling yields 2m × n + 2, in the example 194 or 3074 Connections, and is therefore not or not satisfactorily realizable. something similar applies to the approach of operating one electrode of all sensor fields together and all remaining electrode connections as well as the common electrode with the reader to couple. In this case, the number of connections is true less, namely n × m + 1 + 2 (in the example 99 or 1539), but still way too big.

Der Nachteil der in [4], [5] beschriebenen Ansätze, bei welchen aktive Arrays mit einer aufwändigen CMOS-Technik für die einzelnen Sensor-Felder verwendet sind, besteht in den hohen Fertigungskosten gegenüber rein passiven Arrays, bei denen CMOS-Schaltkreise für die Sensorfelder eingespart sind.The disadvantage of those described in [4], [5] Approaches, in which active arrays with a complex CMOS technology for the individual Sensor fields used are made up of high manufacturing costs across from purely passive arrays, in which CMOS circuits for the sensor fields are saved.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Biosensor-Array bereitzustellen, bei dem es mit vertretbarem Aufwand ermöglicht ist, Sensorsignale aus einer Anordnung von miniaturisierbaren Biosensor-Feldern in ausreichender Genauigkeit auszulesen.The invention is based on the problem To provide a biosensor array, where it can be done with reasonable effort allows is, sensor signals from an arrangement of miniaturizable biosensor fields read out with sufficient accuracy.

Das Problem wird gelöst durch ein Biosensor-Array und durch ein Verfahren zum Betreiben eines Biosensor-Arrays mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.The problem is solved by a biosensor array and by a method for operating a Biosensor arrays with the features according to the independent claims.

Das erfindungsgemäße Biosensor-Array weist ein Substrat und eine Mehrzahl von auf dem Substrat angeordneten Biosensor-Felder auf, von denen jedes einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist. Ferner enthält das Biosensor-Array mindestens eine erste Signalleitung und mindestens eine zweite Signalleitung, wobei die mindestens eine erste Signalleitung von der mindestens einen zweiten Signalleitung elektrisch isoliert ist. Jeweils der erste Anschluss eines jeden Biosensor-Felds ist mit genau einer der mindestens einen ersten Signalleitung gekoppelt, und der zweite Anschluss eines jeden Biosensor-Felds ist mit genau einer der mindestens einen zweiten Signalleitung gekoppelt. Zumindest eine der mindestens einen ersten Signalleitung und zumindest eine der mindestens einen zweiten Signalleitung ist mit zumindest zwei der Biosensor-Feldern gekoppelt. Ferner ist eine erste Ansteuereinheit zum Bereitstellen eines ersten elektrischen Ansteuersignals und eine zweite Ansteuereinheit zum Bereitstellen eines zweiten elektrischen Ansteuersignals bereitgestellt. Darüber hinaus enthält das Biosensor-Array eine mit der ersten Ansteuereinheit gekoppelte erste Detektionseinheit und/oder eine mit der zweiten Ansteuereinheit gekoppelte zweite Detektionseinheit, die derart eingerichtet ist oder sind, dass sie ein aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Ansteuersignal resultierendes erstes und/oder zweites elektrisches Detektionssignal eines ausgewählten Biosensor-Feldes erfasst oder erfassen. Eine Auswahleinheit ist derart eingerichtet, dass sie die erste Ansteuereinheit mit der ersten Signalleitung eines auszuwählenden Biosensor-Felds und die zweite Ansteuereinheit mit der zweiten Signalleitung des auszuwählenden Biosensor-Felds koppelt, womit das Biosensor-Feld ausgewählt wird.The biosensor array according to the invention has a Substrate and a plurality of biosensor fields arranged on the substrate, of which each has a first port and a second port. Furthermore contains the biosensor array at least one first signal line and at least one second signal line, wherein the at least one first signal line from the at least one second signal line is electrically isolated. Always the first Connection of each biosensor field is exactly one of the at least coupled a first signal line, and the second connection of a each biosensor field is with exactly one of the at least one second Signal line coupled. At least one of the at least one first signal line and at least one of the at least one second signal line coupled to at least two of the biosensor fields. Furthermore, one first control unit for providing a first electrical Control signal and a second control unit for providing a second electrical control signal provided. Furthermore contains the biosensor array is coupled to the first control unit first detection unit and / or one with the second control unit coupled second detection unit, which is set up in this way or are that they are one of the first and the second electrical Control signal resulting first and / or second electrical Detection signal of a selected one Biosensor field detected or capture. A selection unit is set up such that the first control unit with the first signal line of a biosensor field to be selected and the second control unit with the second signal line of the one to be selected Biosensor field couples, with which the biosensor field is selected.

Ferner ist erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben eines Biosensor-Arrays mit den oben beschriebenen Merkmalen geschaffen. Gemäß dem Verfahren wird die erste Ansteuereinheit mit der ersten Signalleitung eines auszuwählenden Biosensor-Felds und die zweite Ansteuereinheit mit der zweiten Signalleitung des auszuwählenden Biosensor-Felds gekoppelt, womit das mindestens eine Biosensor-Feld ausgewählt wird. Ferner wird der ersten Signalleitung des ausgewählten Biosensor-Felds ein erstes elektrisches Ansteuersignal und der zweiten Signalleitung des ausgewählten Biosensor-Felds ein zweites elektrisches Ansteuersignal bereitgestellt. Darüber hinaus wird ein aus dem ersten oder dem zweiten elektrischen Ansteuersignal resultierendes erstes Detektionssignal an der ersten Signalleitung des ausgewählten Biosensor-Felds und/oder ein aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Ansteuersignal resultierendes zweites Detektionssignal an der zweiten Signalleitung des ausgewählten Biosensor-Felds erfasst.Furthermore, a method for Operating a biosensor array with the features described above created. According to the procedure the first control unit with the first signal line to be selected Biosensor field and the second control unit with the second signal line the one to be selected Biosensor zone coupled, whereby the at least one biosensor field is selected. Furthermore, the first signal line of the selected biosensor field becomes a first one electrical control signal and the second signal line of the selected biosensor field a second electrical control signal is provided. Furthermore becomes one of the first or the second electrical control signal resulting first detection signal on the first signal line of the chosen Biosensor field and / or one of the first and the second electrical Control signal resulting second detection signal at the second Signal line of the selected Biosensor field detected.

Eine Grundidee der Erfindung besteht darin, für jeweils eine Mehrzahl von Biosensor-Feldern eines Biosensor-Arrays gemeinsam vorgesehene erste Signalleitungen bzw. zweite Signalleitungen bereitzustellen, wodurch die Anzahl der zum Betreiben des Biosensor-Arrays erforderlichen Signalleitungen erheblich reduziert ist. Dadurch ist es ermöglicht, ein Biosensor-Array (insbesondere auf einem passiven Chip) bei einer relativ geringen Anzahl von Signalleitungen bzw. einer geringen Anzahl von mit den Signalleitungen gekoppelten Pads zu betreiben. Dadurch ist Platz auf dem Biosensor-Array eingespart, was eine höhere Integrationsdichte ermöglicht und die Herstellungskosten verringert. Die erfindungsgemäße Array-Architektur kann jedoch auch bei aktiven Chips eingesetzt werden, da sie es erlaubt, den schaltungstechnischen Aufwand pro Biosensor-Feld gering zu halten, was wiederum die Herstellung hochdichter Arrays ermöglicht. Bei aktiven Biosensor-Arrays sind auf dem Substrat zusätzliche Schaltkreis-Einrichtungen (beispielsweise Vorverstärker, AD-Wandler etc.) bereitgestellt.A basic idea of the invention is to provide first signal lines or second signal lines, which are provided jointly for a plurality of biosensor fields of a biosensor array, whereby the number of signal lines required to operate the biosensor array is considerably reduced. This makes it possible to operate a biosensor array (in particular on a passive chip) with a relatively small number of signal lines or a small number of pads coupled to the signal lines. There This saves space on the biosensor array, which enables a higher integration density and reduces the manufacturing costs. However, the array architecture according to the invention can also be used with active chips, since it allows the circuitry complexity per biosensor field to be kept low, which in turn enables the production of high-density arrays. In the case of active biosensor arrays, additional circuit devices (for example preamplifiers, AD converters, etc.) are provided on the substrate.

Für eine beispielsweise matrixförmige Anordnung der Biosensor-Felder entlang von als Zeilenleitungen vorgesehenen zweiten Signalleitungen und entlang von als Spaltenleitungen vorgesehenen ersten Signalleitungen können z.B. m Spalten wahlweise mit einer anregenden ersten Spannungsquelle der ersten Ansteuereinheit oder mit elektrischem Massepotential gekoppelt werden. Die n Zeilen können wahlweise mit einer zweiten anregenden Spannungsquelle der zweiten Ansteuereinheit oder mit elektrischem Massepotential gekoppelt werden. Das Auswählen der Kopplung der Anschlüsse der Biosensor-Felder mit den Spannungsquellen oder mit dem Massepotential erfolgt mittels der Auswahleinheit.For one, for example, matrix-shaped Arrangement of the biosensor fields along lines provided second signal lines and along provided as column lines first signal lines can e.g. m Splitting optionally with a stimulating first voltage source the first control unit or with electrical ground potential be coupled. The n lines can be optional with a second exciting voltage source of the second control unit or be coupled with electrical ground potential. Choosing the Coupling the connections the biosensor fields with the voltage sources or with the ground potential takes place by means of the selection unit.

Beispielsweise kann an genau einer Spaltenleitung eine positive elektrische Spannung als erstes elektrisches Ansteuersignal angelegt werden und kann an genau eine Zeilenleitung eine elektrische Spannung negativen Vorzeichens als zweites elektrisches Ansteuersignal angelegt werden. Nur ein in dem Kreuzungsbereich der ausgewählten Zeile mit der ausgewählten Spalte angeordnetes Biosensor-Feld hat zwischen seinen beiden Anschlüssen (d.h. seinen beiden Elektroden) eine ausreichend große Potentialdifferenz, dass Redox-Recycling-Prozesse auf dem Biosensor-Feld erfolgen können. Alle anderen Biosensor-Felder haben zwischen ihren Anschlüssen eine Potentialdifferenz, die der ersten elektrischen Spannung oder der zweiten elektrischen Spannung entspricht, da der jeweils andere Anschluss auf Massepotential liegt. Dadurch sind an diesen Biosensor-Feldern Redox-Recycling-Prozesse nicht bzw. nicht in aureichendem Maße möglich, um ein detektierbares zeitlich ansteigendes Signal zu generieren.For example, at exactly one Column line a positive electrical voltage as the first electrical Control signal can be applied and can be connected to exactly one row an electrical voltage of negative sign as the second electrical Control signal can be applied. Only one in the intersection area the selected one Line with the selected one Column biosensor array has between its two terminals (i.e. its two electrodes) a sufficiently large potential difference that Redox recycling processes can be done on the biosensor field. All other biosensor fields have between their connections a potential difference that the first electrical voltage or corresponds to the second electrical voltage, since the other Connection is at ground potential. As a result, there are redox recycling processes in these biosensor fields not or not to a sufficient extent to make a detectable generate a signal that rises over time.

Tritt bei einem ausgewählten Biosensor-Feld ein Sensorereignis, beispielsweise ein Hybridisierungsereignis, zwischen auf dem Biosensor-Feld immobilisierten Fängermolekülen und zu erfassenden Partikeln eines Analyten auf, können unter Verwendung eines Labels an den zu erfassenden Partikeln, einer in den Analyten eingebrachten chemischen Komponente und einer ausreichend großen elektrischen Potentialdifferenz zwischen den Sensor-Elektroden Redox-Recycling-Prozesse auftreten. Als Folge davon fließt auf der mit dem ausgewählten Biosensor-Feld gekoppelten ersten Signalleitung und auf der mit dem ausgewählten Biosensor-Feld gekoppelten zweiten Signalleitung jeweils ein elektrischer Strom als Detektionssignal. Mittels Erfassens eines Werts oder vorzugsweise beider Werte der Ströme kann auf das Auftreten von Hybridisierungsereignissen geschlossen werden.Occurs on a selected biosensor field Sensor event, for example a hybridization event, between capture molecules and particles to be detected immobilized on the biosensor field of an analyte, can using a label on the particles to be recorded, one chemical component introduced in the analyte and one sufficient huge electrical potential difference between the sensor electrodes redox recycling processes occur. As a result, flows on the with the selected one Biosensor field coupled first signal line and on the with the selected one Biosensor field coupled second signal line each an electrical Current as a detection signal. By capturing a value or preferably both values of currents can conclude the occurrence of hybridization events become.

Für den Fall einer matrixförmigen Anordnung der Biosensor-Felder mit m Spalten und n Zeilen sind gemäß der Erfindung lediglich n + m + 2 Anschlüsse erforderlich, nämlich m erste Signalleitungen, n zweite Signalleitungen und (optional) zwei weitere Anschlüsse für Referenz- und Gegenelektrode eines Potentiostaten. Für einen Chip mit beispielsweise 8 × 12 = 96 Positionen sind daher lediglich 22 Signalleitungen erforderlich, für einen Chip mit 32 × 48 = 1536 Positionen sind 82 Signalleitungen erforderlich. Dies stellt gegenüber dem Stand der Technik eine erhebliche Aufwandsverringerung dar. Das optimal erreichbare Verhältnis aus Zahl der Anschlüsse normiert auf die Anzahl der Sensor-Positionen auf dem Chip ergibt sich für den Fall n = m, das heißt für ein Sensor-Array mit einer quadratischen Architektur (Zeilenzahl = Spaltenzahl).For the case of a matrix Arrangement of the biosensor fields with m columns and n rows are only n according to the invention + m + 2 connections required, namely m first signal lines, n second signal lines and (optional) two more connections for reference and counter electrode of a potentiostat. For a chip with, for example 8 × 12 = 96 positions are therefore only 22 signal lines required for a chip with 32 × 48 = 1536 positions are 82 signal lines required. This contrasts the prior art represents a significant reduction in effort. The optimal attainable ratio from number of connections normalized to the number of sensor positions on the chip for the case n = m, that is for a Sensor array with a square architecture (number of lines = number of columns).

Anschaulich ist es erfindungsgemäß ermöglicht, den herstellungstechnischen Aufwand für ein Biosensor-Array dadurch wesentlich zu reduzieren, dass zumindest eine der mindestens einen ersten Signalleitung und mindestens eine der mindestens einen zweiten Signalleitung mit zumindest zwei der Biosensor-Felder gekoppelt ist. Mit anderen Worten sind für eine jeweilige Mehrzahl von Biosensor-Feldern gemeinsame Signalleitungen zum Ansteuern und Detektieren bereitgestellt.It is clearly possible according to the invention the manufacturing outlay for a biosensor array significantly reduce that at least one of the at least one first signal line and at least one of the at least one second Signal line coupled to at least two of the biosensor fields is. In other words, are for a respective plurality of signal lines common to biosensor fields provided for control and detection.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the invention result themselves from the dependent Claims.

Das Biosensor-Array kann eine Auswerteeinheit aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass sie für das mindestens eine ausgewählte Biosensor-Feld basierend auf dem ersten und/oder dem zweiten Detektionssignal ermittelt, ob an dem mindestens einen ausgewählten Biosensor-Feld Sensorereignisse erfolgt sind und/oder in welcher Quantität an dem mindestens einen ausgewählten Biosensor-Feld Sensorereignisse erfolgt sind.The biosensor array can be an evaluation unit have, which is set up such that it for the at least a selected one Biosensor field based on the first and / or the second detection signal determines whether sensor events occur on the at least one selected biosensor field and / or in what quantity at the at least one selected biosensor field Sensor events have occurred.

Mindestens eines der Biosensor-Felder kann als elektrochemisches Biosensor-Feld eingerichtet sein. Insbesondere kann zumindest eines der Biosensor-Felder ein Redox-Recycling-Biosensor-Feld sein. Bei einem Redox-Recycling-Biosensor-Feld werden zu erfassende Partikel vorzugsweise mit einem Label versehen, das nach einem erfolgten Hybridisierungsereignis mit auf dem Sensor-Feld immobilisierten Fängermolekülen dazu verwendet wird, eine in die Anordnung einzubringende, bei den verwendeten Potentialen elektrochemisch inaktive Substanz in zwei Teilmoleküle zu spalten, von denen mindestens eines elektrochemisch aktiv ist. Dies führt zu einer Veränderung der elektrischen Eigenschaften der jeweiligen Sensor-Position des Biosensor-Arrays.At least one of the biosensor fields can be set up as an electrochemical biosensor field. In particular At least one of the biosensor fields can be a redox recycling biosensor field. At a redox recycling biosensor field Particles to be detected are preferably provided with a label which after a hybridization event has taken place on the sensor field immobilized capture molecules is used, one to be introduced into the arrangement, in the used To split potentials of electrochemically inactive substance into two sub-molecules, at least one of which is electrochemically active. This leads to a change the electrical properties of the respective sensor position of the Biosensor array.

Das Biosensor-Feld kann eine erste und eine zweite Elektrode aufweisen, wobei die erste Elektrode mit dem ersten Anschluss und wobei die zweite Elektrode mit dem zweiten Anschluss des Biosensor-Feldes gekoppelt ist. Die erste und die zweite Elektrode ist vorzugsweise eine Interdigitalelektrode. Mit anderen Worten kann die erste und/oder die zweite Elektrode wie die in 1 gezeigte erste oder zweite Interdigitalelektrode 102, 103 ausgestaltet und betreibbar sein.The biosensor field can have a first and a second electrode, the first electrode de with the first connection and wherein the second electrode is coupled to the second connection of the biosensor field. The first and the second electrode are preferably an interdigital electrode. In other words, the first and / or the second electrode can be like that in FIG 1 shown first or second interdigital electrode 102 . 103 be designed and operated.

Die Biosensor-Felder können zu einer Mehrzahl von Biosensor-Gruppen gruppiert sein, derart, dass jede Biosensor-Gruppe wahlweise separat von den anderen Biosensor-Gruppen oder gemeinsam mit zumindest einem Teil der anderen Biosensor-Gruppen betreibbar ist. Anschaulich ist eine Kompartimentierung des Biosensor-Arrays möglich. Ist beispielsweise für eine bestimmte Anwendung ein Teilbereich der Biosensor-Felder ausreichend und werden die anderen Biosensor-Felder für diese Anwendung nicht benötigt, so können die Biosensor-Felder des Teilbereichs zu einer Gruppe gruppiert werden und diese Gruppe separat von den übrigen Biosensor-Feldern betrieben werden.The biosensor fields can too a plurality of biosensor groups be grouped in such a way that each biosensor group is optionally separate from the other biosensor groups or together with at least one Part of the other biosensor groups is operable. A compartmentalization of the biosensor array is clear possible. is for example for a certain application a sub-area of the biosensor fields is sufficient and the other biosensor fields are not required for this application, so can the biosensor fields of the sub-area grouped into a group and this group is operated separately from the other biosensor fields become.

Das Substrat kann ein Keramik-Substrat, ein Halbleiter-Substrat (insbesondere ein Silizium-Substrat, d.h. ein Silizium-Wafer oder ein Silizium-Chip), ein Glas-Substrat oder ein Plastik-Substrat sein.The substrate can be a ceramic substrate, a semiconductor substrate (in particular a silicon substrate, i.e. a silicon wafer or a silicon chip), a glass substrate or a plastic substrate his.

Das erste und das zweite elektrische Ansteuersignal sind vorzugsweise elektrische Gleichspannungssignale mit unterschiedlichen Vorzeichen bezogen auf ein Referenzpotential, welches Referenzpotential an zumindest einem Anschluss eines nicht ausgewählten Biosensor-Feldes anliegen kann, und das erste und/oder das zweite elektrische Detektionssignal ist vorzugsweise ein elektrischer Strom.The first and the second electrical Control signals are preferably electrical direct voltage signals with different signs related to a reference potential, which reference potential is present at at least one connection of an unselected biosensor field can, and the first and / or the second electrical detection signal is preferably an electric current.

Es ist alternativ vorgesehen, dass die ersten und zweiten elektrischen Ansteuersignale zueinander gegenphasige Spannungssignale sind. Bedingung für das Auftreten von Redox-Recycling-Prozessen an einem ausgewählten Sensorfeld ist lediglich, dass die Potentialdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Ansteuersignal einen gewissen Schwellwert überschreitet.It is alternatively provided that the first and second electrical control signals are in phase opposition to one another Are voltage signals. Condition for the occurrence of redox recycling processes on a selected one Sensor field is only that the potential difference between the first and the second electrical control signal a certain Threshold exceeded.

In der Regel wird an einen Anschluss oder an beide Anschlüsse eines nicht ausgewählten Biosensor-Felds ein elektrisches Referenzpotential (z.B. das Massepotential) angelegt. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest ein nicht ausgewähltes Biosensor-Feld "floatet", d.h. dass die Anschlüsse dieses Biosensor-Felds nicht auf ein definiertes elektrisches Potential gebracht werden.Usually it is connected to a connector or to both connections one not selected Biosensor field an electrical reference potential (e.g. the ground potential) created. However, it is also possible that at least one not selected Biosensor field "floats", i.e. that the connectors this Biosensor field does not reach a defined electrical potential to be brought.

Die Amplituden und Vorzeichen des ersten und des zweiten elektrischen Ansteuersignals sind vorzugsweise derart gewählt, dass infolge eines an einem Biosensor-Feld erfolgten Sensorereignisses im Wesentlichen nur dann ein signifikantes erstes und/oder zweites Detektionssignal generiert wird, wenn der erste Anschluss des Biosensor-Felds mit der ersten Ansteuereinheit und simultan der zweite Anschluss des Biosensor-Felds mit der zweiten Ansteuereinheit gekoppelt ist. Mit anderen Worten sind die Werte der ersten und zweiten elektrischen Ansteuersignale vorzugsweise derart gewählt, dass ein nicht auszuwählendes Biosensor-Feld, an dessen ersten Anschluss das erste Ansteuersignal angelegt ist und an dessen zweiten Anschluss das zweite Ansteuersignal nicht angelegt ist, nicht fähig ist, Redox-Recycling-Prozesse durchzuführen. Ferner sind die Werte der ersten und zweiten elektrischen Ansteuersignale vorzugsweise derart gewählt, dass ein nicht auszuwählendes Biosensor-Feld, an dessen ersten Anschluss das erste Ansteuersignal nicht angelegt ist und an dessen zweiten Anschluss das zweite Ansteuersignal angelegt ist, nicht fähig ist, Redox-Recycling-Prozesse durchzuführen. Nur diejenigen Biosensor-Felder sind ausgewählt, an deren ersten Anschluss das erste Ansteuersignal und an deren zweiten Anschluss das zweite Ansteuersignal anliegt.The amplitudes and signs of the first and second electrical drive signals are preferred chosen so that as a result of a sensor event in a biosensor field in the Only then a significant first and / or second Detection signal is generated when the first connection of the biosensor field with the first control unit and simultaneously the second connection of the biosensor field is coupled to the second control unit. In other words, the values of the first and second are electrical Control signals are preferably selected such that a non-selectable one Biosensor field, at the first connection of which the first control signal is applied and at the second connection of the second control signal is not designed, not capable is to carry out redox recycling processes. Furthermore, the values of the first and second electrical control signals preferably chosen so that an unselectable Biosensor field, at the first connection of which the first control signal is not applied and at the second connection the second control signal is not capable is to carry out redox recycling processes. Only those biosensor fields are selected at its first connection the first control signal and at its second Connection of the second control signal is present.

Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Biosensor-Arrays als aktiver Sensor-Chip, in dem integrierte Schaltkreise mit beliebigen Funktionen enthalten sein können. In dem Substrat des Biosensor-Arrays kann ein Analog-Digital-Wandler-Schaltkreis integriert sein, der derart eingerichtet ist, dass er ein analoges elektrisches Signal in ein digitales Signal umwandelt und der Auswerteeinheit bereitstellt. Ferner kann eine elektrische Versorgungseinheit in dem Substrat integriert sein, die derart eingerichtet ist, dass sie der ersten und/oder der zweiten Ansteuereinheit und/oder der Auswahleinheit elektrische Spannungssignale und/oder elektrische Stromsignale bereitstellen kann. Darüber hinaus kann in dem Substrat ein Digital-Analog-Wandler-Schaltkreis integriert sein, der derart eingerichtet ist, dass er ein digitales Signal der Versorgungseinheit in ein analoges Signal umwandeln und der Ansteuereinheit und/oder der Auswahleinheit bereitstellen kann. Auch kann eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle zum Anschließen einer externen Vorrichtung auf dem Biosensor-Array vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise als digitale I/O-Schnittstelle eingerichtet sein. Ferner kann in dem Substrat eine Verstärkereinheit integriert sein, eingerichtet zum Verstärken des ersten und/oder des zweiten elektrischen Detektionssignals. Aufgrund einer Verstärkung "On-Chip" ist vermieden, dass ein störanfälliges, analoges Signal entlang einer langen Signalleitung verläuft und daher Störungen ausgesetzt ist. Dadurch ist das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert.An embodiment is advantageous of the biosensor array according to the invention as an active sensor chip, in which integrated circuits with any Functions may be included. An analog-to-digital converter circuit can be located in the substrate of the biosensor array be integrated, which is set up such that it is an analog converts electrical signal into a digital signal and the evaluation unit provides. Furthermore, an electrical supply unit in be integrated into the substrate, which is set up in such a way that the first and / or the second control unit and / or the Selection unit electrical voltage signals and / or electrical Can provide current signals. In addition, in the substrate a digital-to-analog converter circuit be integrated, which is set up in such a way that it is a digital one Convert the signal of the supply unit into an analog signal and the control unit and / or the selection unit can provide. An input / output interface for connecting a external device can be provided on the biosensor array. This can be set up, for example, as a digital I / O interface. Furthermore, an amplifier unit can be integrated in the substrate, set up for reinforcement of the first and / or the second electrical detection signal. Due to an amplification "on-chip" it is avoided that a prone to failure, analog signal runs along a long signal line and hence interference is exposed. This improves the signal-to-noise ratio.

Vorzugsweise ist die mindestens eine erste Signalleitung einerseits und die mindestens eine zweite Signalleitung andererseits zumindest teilweise in zwei unterschiedlichen Leiterebenen (z.B. Metallisierungsebenen) in und/oder auf und/oder unter dem Substrat ausgebildet. Die Verwendung zweier unterschiedlicher Leitungsebenen ermöglicht eine elektrisch isolierte Leitungskreuzung zwischen ersten und zweiten Signalleitungen. Die zwei Leitungsebenen (insbesondere Metallebenen) können so realisiert sein, wie es von Prozessen der Mikroelektronik bekannt ist. Dort sind häufig die Metallebenen oberhalb des Bulk-Materials (des Substrats) in Intermetall-Dielelektrika eingebettet. Alternativ ist jedoch auch möglich, dass eine der Leitungsebenen in der gleichen Ebene (und vorzugsweise aus dem gleichen Material) realisiert ist wie die Transducer-Elemente selbst (z.B. Goldmaterial von Interdigitalelektroden). Mit anderen Worten können die Biosensor-Felder in genau einer der Leitungsebenen ausgebildet sein.The at least one first signal line, on the one hand, and the at least one second signal line, on the other hand, are preferably formed at least partially in two different conductor levels (for example metallization levels) in and / or on and / or below the substrate. The use of two different line levels enables an electrically insulated line crossing between the first and second signal lines. The two line levels (in particular metal levels) can be implemented in the same way as in processes in microelectronics is known. There, the metal levels above the bulk material (the substrate) are often embedded in intermetallic dielectrics. Alternatively, however, it is also possible for one of the line levels to be implemented in the same level (and preferably made of the same material) as the transducer elements themselves (for example gold material from interdigital electrodes). In other words, the biosensor fields can be formed in exactly one of the line levels.

Ferner können in einem ersten Leitungsabschnitt, in dem die mindestens eine erste Signalleitung und die mindestens eine zweite Signalleitung von einer gegenseitigen Kreuzung frei sind, die mindestens eine erste Signalleitung und die mindestens eine zweite Signalleitung in derselben Ebene verlaufend ausgebildet sein. Ferner können in einem zweiten Leitungsabschnitt, in dem die mindestens eine erste Signalleitung und die mindestens eine zweite Signalleitung sich gegenseitig kreuzen, die mindestens eine erste Signalleitung und die mindestens eine zweite Signalleitung in unterschiedlichen Ebenen verlaufend ausgebildet sein.Furthermore, in a first line section, in which the at least one first signal line and the at least a second signal line free of mutual intersection are, the at least one first signal line and the at least one second signal line running in the same plane. Can also in a second line section, in which the at least one first Signal line and the at least one second signal line itself cross each other, the at least a first signal line and the at least one second signal line running on different levels be trained.

Mit anderen Worten muss eine zweite Leiterebene nicht notwendigerweise vergraben bezüglich einer ersten Leiterebene vorgesehen sein. Es ist auch möglich, beide Ebenen teilweise in derselben Ebene wie die Transducer zu realisieren, und aus dem gleichen Material wie die Transducer herzustellen. Dann ist nur in Kreuzungsbereichen zwischen ersten und zweiten Signalleitungen eine Überbrückung des Kreuzungsbereichs erforderlich, um eine elektrische Isolierung zwischen Ansteuerleitungen und Detektionsleitungen zu gewährleisten. Zwischen den im Überbrückungsbereich in unterschiedlichen Ebenen verlaufenden Leitungsabschnitten ist vorzugsweise ein elektrisch isolierendes Material zwischen den Leitungen zu verwenden.In other words, a second Manager level not necessarily buried with respect to a first manager level be provided. It is also possible, both levels partly in the same level as the transducers realize, and to manufacture from the same material as the transducers. Then there is only in intersection areas between first and second signal lines a bridging of the Junction area required to provide electrical insulation between To ensure control lines and detection lines. Between those in the bridging area is in different levels of line sections preferably an electrically insulating material between the lines to use.

Vorzugsweise ist der erste Leitungsabschnitt der mindestens einen ersten Signalleitung und/oder der mindestens einen zweiten Signalleitung mit dem zweiten Leitungsabschnitt der mindestens einen ersten Signalleitung und/oder der mindestens einen zweiten Signalleitung mittels mindestens einem im Wesentlichen vertikal zu dem Substrat verlaufend angeordneten elektrischen Kontaktierungselement gekoppelt. Insbesondere sind Vias möglich, um Leitungsabschnitte einer ersten Signalleitung (und/oder einer zweiten Signalleitung), die in unterschiedlichen Ebenen verlaufen, jeweils miteinander zu koppeln.The first line section is preferably the at least one first signal line and / or the at least one second signal line with the second line section of the at least a first signal line and / or the at least one second Signal line by means of at least one essentially vertical to the substrate arranged electrical contacting element coupled. In particular, vias are possible to line sections a first signal line (and / or a second signal line), that run in different levels, each with each other couple.

Die mindestens eine erste Signalleitung und/oder die mindestens eine zweite Signalleitung kann auf einer Unterseite des Substrats oder unterhalb des Substrats verlaufend ausgebildet sein.The at least one first signal line and / or the at least one second signal line can be on an underside of the substrate or extending beneath the substrate his.

Mit anderen Worten kann eine Leitungsebene zum Beispiel auch an der Unterseite eines Substrats (z.B. Leiterplatte) realisiert sein. Hierfür sind Durchkontaktierungen erforderlich. Ferner kann unterhalb des Substrats eine dielektrische Schicht ausgebildet werden, in welche elektrisch leitfähige Strukturen eingebettet werden, um Signalleitungen auszubilden.In other words, a management level for example on the underside of a substrate (e.g. printed circuit board) be realized. Therefor plated-through holes are required. Furthermore, below the A dielectric layer are formed in the substrate electrically conductive Structures are embedded to form signal lines.

Die Biosensor-Felder der erfindungsgemäßen Biosensor-Arrays können in einer im Wesentlichen rechteckigen, vorzugsweise quadratischen, hexagonalen oder dreieckigen Matrix angeordnet sein. Bei einer matrixförmigen rechteckigen Anordnung der Biosensor-Felder mit gleicher Zeilen- und Spaltenzahl (quadratische Matrix) ist ein besonders günstiges Verhältnis der Anzahl von erforderlichen Signalleitungen (bzw. Pads) zu der Anzahl von Biosensor-Feldern ermöglicht.The biosensor fields of the biosensor arrays according to the invention can in a substantially rectangular, preferably square, hexagonal or triangular matrix. With a matrix-shaped rectangular Arrangement of the biosensor fields with the same number of rows and columns (square matrix) is a particularly favorable ratio of Number of required signal lines (or pads) to the number of biosensor fields.

Die Ansteuereinheit kann eine für alle Biosensor-Felder gemeinsame erste Versorgungseinheit und/oder die zweite Ansteuereinheit kann eine für alle Biosensor-Felder gemeinsame zweite Versorgungseinheit aufweisen, wobei die erste Versorgungseinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an das zumindest eine ausgewählte Biosensor-Feld das erste elektrische Ansteuersignal anlegbar ist, und/oder wobei die zweite Versorgungseinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an das zumindest eine ausgewählte Biosensor-Feld das zweite elektrische Ansteuersignal anlegbar ist.The control unit can be used for all biosensor fields common first supply unit and / or the second control unit can one for all biosensor fields have a common second supply unit, wherein the first supply unit is set up in such a way that with it to the at least one selected biosensor field the first electrical control signal can be applied, and / or wherein the second Supply unit is set up so that with it to the at least one selected Biosensor field, the second electrical control signal can be applied.

Mit anderen Worten kann beispielsweise eine einzige gemeinsame Spannungsquelle als erste Versorgungseinheit bzw. eine einzige gemeinsame Spannungsquelle als zweite Versorgungseinheit vorgesehen sein, die unter Verwendung der Funktionalität der Auswahleinheit mit jeweils einem Biosensor-Feld oder einem Teil der Biosensor-Felder (beispielsweise einer Spalte oder Zeile von Biosensor-Feldern) gekoppelt wird, um diesem Biosensor-Feld bzw. diesen Biosensor-Feldern das entsprechende elektrische Ansteuersignal bereitzustellen. Die Verwendung einer einzigen gemeinsamen ersten Versorgungseinheit bzw. einer einzigen gemeinsamen zweiten Versorgungseinheit verringert die Herstellungskosten des Biosensor-Arrays.In other words, for example only common voltage source as the first supply unit or a single common voltage source as a second supply unit be provided using the functionality of the selection unit each with a biosensor field or part of the biosensor fields (e.g. a column or row of biosensor fields) to this biosensor field or these biosensor fields provide appropriate electrical control signal. The usage a single common first supply unit or one single common second supply unit reduces manufacturing costs of the biosensor array.

Die erste und die zweite Ansteuereinheit können derart eingerichtet sein, dass an zumindest einen Teil der nicht ausgewählten Biosensor-Felder ein elektrisches Referenzsignal anlegbar ist, dessen Wert im Wesentlichen der Mittelwert aus dem ersten und dem zweiten Ansteuersignal ist. An einem ausgewählten Biosensor-Feld können nur dann Redox-Recycling- Vorgänge stattfinden, wenn an dessen ersten Anschluss das erste Ansteuersignal und an dessen zweiten Anschluss das zweite Ansteuersignal mit vorzugsweise entgegengesetztem Vorzeichen angelegt wird, da das Auftreten von Redox-Recycling-Prozessen eine ausreichend große Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen erfordert. Indem als Referenzpotential für die nicht auszuwählenden Biosensor-Felder der arithmetische Mittelwert aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Ansteuersignal verwendet wird (oder eine Spannung nahe dem arithmetischen Mittelwert), ist sichergestellt, dass an nicht ausgewählten Biosensor-Feldern unerwünschte Redox-Recycling-Prozesse vermieden sind. Mit anderen Worten wird an einen Anschluss oder an beide Anschlüsse eines nicht ausgewählten Biosensor-Felds häufig ein elektrisches Referenzpotential (z.B. das Massepotential) angelegt. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest ein nicht ausgewähltes Biosensor-Feld "floatet", d.h. dass die Anschlüsse dieses Biosensor-Felds nicht auf ein definiertes elektrisches Potential gebracht sind.The first and the second control unit can be set up in such a way that an electrical reference signal can be applied to at least some of the non-selected biosensor fields, the value of which is essentially the mean value of the first and the second control signal. Redox recycling processes can only take place on a selected biosensor field if the first control signal is applied to its first connection and the second control signal is preferably applied to the second connection with the opposite sign, since the occurrence of redox recycling processes is sufficient large potential difference between the connections required. By using the arithmetic mean of the first and second electrical control signals (or a voltage close to the arithmetic mean) as a reference potential for the biosensor fields that are not to be selected, it is ensured that undesired redox recycling processes are avoided in unselected biosensor fields are. In other words, to one port or an electrical reference potential (for example the ground potential) is frequently applied to both connections of an unselected biosensor field. However, it is also possible that at least one non-selected biosensor field "floats", that is to say that the connections of this biosensor field are not brought to a defined electrical potential.

Die erste Ansteuereinheit kann für jeweils eine erste Gruppe von Biosensor-Feldern eine der jeweiligen Gruppe zugehörige erste Versorgungseinheit aufweisen, welche erste Versorgungseinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an die Biosensor-Felder der zugehörigen ersten Gruppe das erste elektrische Ansteuersignal anlegbar ist, und/oder die zweite Ansteuereinheit kann für jeweils eine zweite Gruppe von Biosensor-Feldern eine der jeweiligen Gruppe zugehörige zweite Versorgungseinheit aufweisen, welche zweite Versorgungseinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an die Biosensor-Felder der zugehörigen zweiten Gruppe das zweite elektrische Ansteuersignal anlegbar ist.The first control unit can be used for one first group of biosensor fields one belonging to the respective group Have supply unit, which first supply unit such is set up that with it to the biosensor fields of the associated first Group the first electrical control signal can be applied, and / or the second control unit can for a second group of biosensor fields, a second one belonging to the respective group Have supply unit, which second supply unit such is set up that with it to the biosensor fields of the associated second Group the second electrical control signal can be applied.

Beispielsweise kann bei einer matrixförmigen Anordnung der Biosensor-Felder für jede Spalte von Sensor-Feldern eine gemeinsame Spannungsquelle als den entlang einer Spalte angeordneten Biosensor-Feldern zugehörige Versorgungseinheit vorgesehen sein. Ferner kann für jede Zeile von Sensor- Feldern eine andere gemeinsame Spannungsquelle als den entlang der Zeile angeordneten Biosensor-Feldern zugehörige zweite Versorgungseinheit vorgesehen sein.For example, in a matrix arrangement the biosensor fields for each column of sensor fields as a common voltage source the supply unit associated with the biosensor fields arranged along a column be provided. Furthermore, for each row of sensor fields another common voltage source than that along the line arranged second biosensor fields associated second supply unit be provided.

Die Ansteuereinheiten bzw. die Auswahleinheit können insbesondere derart eingerichtet sein, dass jeweils eine der Versorgungseinheiten der zugehörigen Gruppe von Biosensor-Feldern ein elektrisches Ansteuersignal bereitstellt, wohingegen die anderen Versorgungseinheiten den zugehörigen Biosensor-Feldern ein Referenzpotential, beispielsweise das elektrische Massepotential, bereitstellen.The control units or the selection unit can in particular be set up such that one of the supply units in each case the associated Group of biosensor fields provides an electrical drive signal, whereas the others Supply units the associated Biosensor fields a reference potential, for example the electrical Ground potential, provide.

Die erste Detektionseinheit kann eine für alle Biosensor-Felder gemeinsame erste Messeinheit (beispielsweise ein Amperemeter) aufweisen, welche erste Messeinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an genau einem ausgewählten Biosensor-Feld das elektrische erste Detektionssignal erfassbar ist. Alternativ oder ergänzend kann die zweite Detektionseinheit eine für alle Biosensor-Felder gemeinsame zweite Messeinheit (beispielsweise ein Amperemeter) aufweisen, welche zweite Messeinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an genau einem ausgewählten Biosensor-Feld das elektrische zweite Detektionssignal erfassbar ist.The first detection unit can one for all biosensor fields have a common first measuring unit (for example an ammeter), which first measuring unit is set up in such a way that with it exactly one selected Biosensor field, the electrical first detection signal can be detected is. Alternatively or in addition the second detection unit can be a common one for all biosensor fields have second measuring unit (for example an ammeter), which second measuring unit is set up in such a way that it is accurate a selected biosensor field the electrical second detection signal can be detected.

Die erste Detektionseinheit kann für jeweils eine dritte Gruppe von Biosensor-Feldern eine der jeweiligen dritten Gruppe zugehörige erste Messeinheit aufweisen, wobei jede der ersten Messeinheiten derart eingerichtet ist, dass mit ihr an genau einem ausgewählten Biosensor-Feld der zugehörigen dritten Gruppe das elektrische erste Detektionssignal erfassbar ist.The first detection unit can for one each third group of biosensor fields one of the respective third Group associated have first measuring unit, each of the first measuring units being such is set up with it at exactly one selected biosensor field the associated third group, the electrical first detection signal can be detected is.

Ferner kann die zweite Detektionseinheit für jeweils eine vierte Gruppe von Biosensor-Feldern eine der jeweiligen vierten Gruppe zugehörige zweite Messeinheit aufweisen, wobei jede der zweiten Messeinheiten derart eingerichtet ist, dass mit ihr an genau einem ausgewählten Biosensor-Feld der zugehörigen vierten Gruppe das elektrische zweite Detektionssignal erfassbar ist.Furthermore, the second detection unit for each a fourth group of biosensor fields one of the fourth Group associated have second measuring unit, each of the second measuring units is set up in such a way that it is at exactly one selected biosensor field the associated fourth group, the electrical second detection signal can be detected is.

Ferner kann das erfindungsgemäße Biosensor-Array eine Potentiostat-Einrichtung aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass mit ihr zumindest einem Teil der Biosensor-Felder ein konstantes elektrisches Potential vorgebbar ist.Furthermore, the biosensor array according to the invention have a potentiostat device that is set up in this way is that with it at least part of the biosensor fields constant electrical potential can be predetermined.

Insbesondere kann die Potentiostat-Einrichtung eine Referenzelektrode, eine Gegenelektrode und einen Operationsverstärker aufweisen, wobei ein erster Eingang des Operationsverstärkers mit der Referenzelektrode, ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers mit einem Referenzpotential (beispielsweise dem elektrischen Massepotential) und ein Ausgang des Operationsverstärkers mit der Gegenelektrode gekoppelt ist.In particular, the potentiostat device have a reference electrode, a counter electrode and an operational amplifier, a first input of the operational amplifier with the reference electrode, a second input of the operational amplifier with a reference potential (for example the electrical ground potential) and an output of the operational amplifier is coupled to the counter electrode.

Ferner kann für jede Zeile von Biosensor-Feldern eine jeweils eigene erste Gleichspannungsquelle und kann für jede Spalte von Biosensor-Feldern eine jeweils eigene zweite Gleichspannungsquelle bereitgestellt sein. Darüber hinaus kann für jede Zeile von Biosensor-Feldern eine jeweils eigene erste Stromerfasseinheit und kann für jede Spalte von Biosensor-Feldern eine jeweils eigene zweite Stromerfasseinheit bereitgestellt sein. Dann können simultan für alle Biosensor-Felder gemeinsam die Sensorereignisse erfasst werden, indem in allen Zeilen und Spalten Summenströme erfasst werden. Unter Verwendung einer geeigneten Korrelationsrechnung kann aus korrelierten Zeilen- und Spaltenströmen auf die einzelnen Sensorsignale der einzelnen Biosensor-Felder rückgerechnet werden. Dies funktioniert besonders gut, wenn in einem bestimmten Betriebszustand nur sehr wenige oder gar nur ein einziges Biosensor-Feld ein Sensorsignal aufweist. In letzterem Fall ist im Wesentlichen nur in einer Zeilenleitung und in einer Spaltenleitung ein elektrischer Strom erfassbar, so dass auf ein Sensorereignis in dem Biosensor-Feld in dem Kreuzungsbereich der Zeilenleitung mit der Spaltenleitung geschlossen werden kann.Furthermore, for each row of biosensor fields each has its own first DC voltage source and can be used for each column biosensor fields each have their own second DC voltage source be provided. About that can also for each row of biosensor fields has its own first current detection unit and can for each column of biosensor fields has its own second current detection unit be provided. Then can simultaneously for all biosensor fields collect the sensor events, by recording total flows in all rows and columns. Under use A suitable correlation calculation can be made from correlated row and column streams the individual sensor signals of the individual biosensor fields are calculated back become. This works especially well when in a particular Operating state very few or even a single biosensor field has a sensor signal. In the latter case it is essentially only in a row line and in a column line an electrical one Current detectable, so that a sensor event in the biosensor field in the intersection of the row line with the column line can be closed.

Im Weiteren wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Biosensor-Arrays beschrieben. Ausgestaltungen des Biosensor-Arrays gelten auch für das Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Biosensor-Arrays.Furthermore, the method according to the invention for operating the biosensor array according to the invention described. Refinements of the biosensor array also apply to the method for operating the biosensor array according to the invention.

Vorzugsweise wird für das mindestens eine ausgewählte Biosensor-Feld basierend auf dem ersten und/oder dem zweiten Detektionssignal ermittelt, ob an dem mindestens einen ausgewählten Biosensor-Feld Sensorereignisse erfolgt sind und/oder in welcher Quantität an dem mindestens einen ausgewählten Biosensor-Feld Sensorereignisse erfolgt sind.For the at least one selected biosensor field, it is preferably determined based on the first and / or the second detection signal whether sensor events have taken place on the at least one selected biosensor field and / or in what quantity sensor events take place on the at least one selected biosensor field are.

Sind beispielsweise die Biosensor-Felder als Redox-Recycling-Biosensor-Felder ausgestaltet, und ist als erstes Ansteuersignal eine erste Gleichspannung und als zweites Ansteuersignal eine zweite Gleichspannung mit bezüglich der ersten Gleichspannung inversem Vorzeichen gewählt, so kann ein an einem ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Feld erfolgtes Hybridisierungsereignis dadurch nachgewiesen werden, dass Redox-Recycling-Prozesse an dem ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Feld aufgrund der zwischen den Elektroden dieses Biosensor-Feldes angelegten ausreichend starken Spannung generiert werden. Dies wird mittels Erfassens eines elektrischen Stroms auf einer der Signalleitungen oder auf beiden Signalleitungen erfasst, wobei der Wert und die Zeitabhängigkeit des Stroms Information darüber liefert, ob an dem ausgewählten Biosensor-Feld ein Sensorereignis erfolgt ist bzw. in welcher Menge dort Sensorereignisse erfolgt sind. Dadurch kann ermittelt werden, ob in einem zu untersuchenden Analyten zu erfassende Partikel enthalten sind, und ggf. in welcher Konzentration die zu erfassenden Partikel in dem Analyten enthalten sind.Examples are the biosensor fields as redox recycling biosensor fields configured, and is a first DC voltage as a first control signal and as a second control signal a second DC voltage with respect to the If the first DC voltage is selected with an inverse sign, it can be applied to a selected redox recycling biosensor field hybridization event that has occurred can be demonstrated by the fact that Redox recycling processes at the selected redox recycling biosensor field due to the applied between the electrodes of this biosensor field sufficiently strong voltage is generated. This is done using Detecting an electrical current on one of the signal lines or recorded on both signal lines, the value and the time dependency of the stream information about it returns whether on the selected Biosensor field a sensor event has occurred or in what quantity sensor events have occurred there. This can be used to determine whether particles contained in an analyte to be examined contain are, and possibly in what concentration the particles to be detected in which analytes are contained.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Weiteren näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the figures and are explained in more detail below.

Es zeigen:Show it:

1 eine Interdigitalelektroden-Anordnung gemäß dem Stand der Technik, 1 an interdigital electrode arrangement according to the prior art,

2 ein Sensor-Array gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 2 a sensor array according to a first embodiment of the invention,

3A bis 3C Querschnitts-Ansichten eines Redox-Recycling-Biosensor-Felds des in 2 gezeigten Biosensor-Arrays in unterschiedlichen Betriebszuständen, 3A to 3C Cross-sectional views of a redox recycling biosensor field in the 2 shown biosensor arrays in different operating states,

4 ein Biosensor-Array gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 4 a biosensor array according to a second embodiment of the invention,

5 ein Biosensor-Array gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 5 a biosensor array according to a third embodiment of the invention,

6 ein Biosensor-Array gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 6 a biosensor array according to a fourth embodiment of the invention,

7 ein Biosensor-Array gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung, 7 a biosensor array according to a fifth embodiment of the invention,

8 ein Biosensor-Array gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 8th a biosensor array according to a sixth embodiment of the invention,

9 ein Biosensor-Array gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, 9 a biosensor array according to a seventh embodiment of the invention,

10 ein Biosensor-Array gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 10 a biosensor array according to an eighth embodiment of the invention.

11 eine schematische Draufsicht eines Kreuzungsbereichs von drei Signalleitungen gemäß dem in 10 gezeigten Biosensor-Array. 11 is a schematic plan view of an intersection of three signal lines according to the in 10 shown biosensor array.

In unterschiedlichen Ausführungsbeispielen sind gleiche Komponenten mit gleichen Bezugsziffern versehen.Are in different embodiments Identical components with the same reference numbers.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 2 ein Redox-Recycling-Biosensor-Array 200 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following will refer to 2 a redox recycling biosensor array 200 described according to a first embodiment of the invention.

Das Redox-Recycling-Biosensor-Array 200 weist ein Silizium-Substrat 201 und vier matrixförmig auf dem Silizium-Substrat 201 angeordnete Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202 auf, von denen jedes einen ersten Anschluss 203 und einen zweiten Anschluss 204 aufweist. Ferner sind zwei erste Signalleitungen 205 und zwei zweite Signalleitungen 206 vorgesehen, wobei die ersten Signalleitungen 205 von den zweiten Signalleitungen 206 elektrisch isoliert sind. Jeweils der erste Anschluss 203 eines jeden Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202 ist mit genau einer der mindestens einen ersten Signalleitung 205 gekoppelt und der zweite Anschluss 204 eines jeden Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202 ist mit genau einer der mindestens einen zweiten Signalleitung 206 gekoppelt. Wie in 2 gezeigt, ist jede der ersten Signalleitungen 205 mit zwei der Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202 gekoppelt, und es ist jede zweite Signalleitung 206 mit ebenfalls zwei der Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202 gekoppelt. Ferner ist eine erste Ansteuereinheit 207 zum Bereitstellen eines ersten elektrischen Ansteuersignals und eine zweite Ansteuereinheit 208 zum Bereitstellen eines zweiten elektrischen Ansteuersignals vorgesehen. Darüber hinaus ist eine mit der ersten Ansteuereinheit 207 gekoppelte erste Detektionseinheit 209 und eine mit der zweiten Ansteuereinheit 208 gekoppelte zweite Detektionseinheit 210 bereitgestellt, die derart eingerichtet sind, dass sie ein aus dem ersten und dem zweiten Ansteuersignal resultierendes erstes und zweites elektrisches Detektionssignal eines ausgewählten Biosensor-Felds erfassen. Ferner ist eine Auswahleinheit 211 bereitgestellt, die derart eingerichtet ist, dass sie die erste Ansteuereinheit 207 mit der ersten Signalleitung 205 eines auszuwählenden Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a und die zweite Ansteuereinheit 208 mit der zweiten Signalleitung 206 des auszuwählenden Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a koppelt, womit das Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a ausgewählt wird. Mittels der Auswahleinheit 211, die in 2 schematisch durch eine erste Schalteinrichtung 211a und eine zweite Schalteinrichtung 211b symbolisiert ist, wird gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel jeweils genau eines der Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202 ausgewählt. Hierfür wird mittels der Auswahleinheit 211 das auszuwählende Biosensor-Feld, gemäß dem in 2 gezeigten Szenario das Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a, mit der ersten Ansteuereinheit 207 und mit der zweiten Ansteuereinheit 208 derart gekoppelt, dass an das ausgewählte Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a mittels der ersten Ansteuereinheit 207 ein erstes elektrisches Ansteuersignal angelegt wird, und dass an das ausgewählte Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a mittels der zweiten Ansteuereinheit ein zweites Ansteuersignal angelegt wird. Die erste Schalteinrichtung 211a weist für jede erste Signalleitung 205 einen zugehörigen Schalter auf, der zwischen zwei Stellungen geschaltet werden kann, wobei gemäß einer ersten Schalterstellung die zugehörige erste Signalleitung mit der ersten Ansteuereinheit 209 gekoppelt ist, und wobei gemäß einer zweiten Schalterstellung die jeweilige erste Signalleitung 205 auf elektrischem Massepotential 212 liegt. Analog weist die zweite Schalteinrichtung 211b für jede zweite Zeilenleitung 206 einen Schalter auf, der in einer von zwei möglichen Schalterstellungen vorliegen kann. Gemäß einer ersten Schalterstellung ist die zugehörige zweite Signalleitung 206 mit der zweiten Ansteuereinheit 208 gekoppelt, gemäß einer zweiten Schalterstellung liegt die jeweilige zweite Signalleitung 206 auf elektrischem Massepotential 212. Gemäß dem in 2 gezeigten Szenario ist nur das gemäß 2 linke untere Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202 ausgewählt, da gemäß den Schalterstellungen von 2 nur dieses Sensor-Feld an dem ersten Anschluss 203 mit der ersten Ansteuereinheit 207 und an dem zweiten Anschluss 204 mit der zweiten Ansteuereinheit 208 gekoppelt ist. Mittels der ersten Ansteuereinheit 207 wird an den ersten Anschluss 203 des ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a eine positive elektrische Spannung angelegt, und mittels der zweiten Ansteuereinheit 208 wird an den zweiten Anschluss 204 des ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a eine negative elektrische Spannung angelegt. Daher ist die Potentialdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen 203, 204 bei dem ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a größer als bei den drei nicht ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202. Bei letzteren ist jeweils einer der Anschlüsse 203, 204 auf elektrischem Massepotential 212, und der andere Anschluss 204, 203 ist entweder auf dem von der ersten Ansteuereinheit 207 bereitgestellten positiven elektrischen Potential oder auf dem von der zweiten Ansteuereinheit 208 bereitgestellten negativen elektrischen Potential. Daher reicht nur bei dem ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a die Potentialdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen 203, 204 aus, um im Falle eines Hybridisierungsereignisses an dem ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a elektrochemische Redox-Recycling-Prozesse in ausreichendem Maße zu generieren.The redox recycling biosensor array 200 has a silicon substrate 201 and four in matrix form on the silicon substrate 201 arranged redox recycling biosensor fields 202 on, each of which has a first connection 203 and a second connector 204 having. There are also two first signal lines 205 and two second signal lines 206 provided, the first signal lines 205 from the second signal lines 206 are electrically isolated. The first connection in each case 203 of every redox recycling biosensor field 202 is with exactly one of the at least one first signal line 205 coupled and the second connector 204 of every redox recycling biosensor field 202 is with exactly one of the at least one second signal line 206 coupled. As in 2 is shown, each of the first signal lines 205 with two of the redox recycling biosensor fields 202 coupled, and it's every other signal line 206 also with two of the redox recycling biosensor fields 202 coupled. There is also a first control unit 207 for providing a first electrical control signal and a second control unit 208 provided for providing a second electrical control signal. In addition, one with the first control unit 207 coupled first detection unit 209 and one with the second control unit 208 coupled second detection unit 210 are provided, which are set up in such a way that they detect a first and second electrical detection signal of a selected biosensor field resulting from the first and the second control signal. There is also a selection unit 211 provided, which is set up in such a way that it is the first control unit 207 with the first signal line 205 of a redox recycling biosensor field to be selected 202a and the second control unit 208 with the second signal line 206 of the redox recycling biosensor field to be selected 202a couples with which the redox recycling biosensor field 202a is selected. By means of the selection unit 211 , in the 2 schematically by a first switching device 211 and a second switching device 211b is symbolized, according to the exemplary embodiment described, exactly one of the redox recycling biosensor fields 202 selected. To do this, use the selection unit 211 the biosensor field to be selected, according to the in 2 scenario shown the redox recycling biosensor field 202a , with the first control unit 207 and with the second control unit 208 coupled in such a way that to the selected redox recycling biosensor field 202a by means of the first control unit 207 a first electrical control signal is applied, and that to the selected redox recycling biosensor field 202a a second control signal is applied by means of the second control unit. The first switching device 211 points for every first signal line 205 an associated switch on, the schal between two positions can be tet, the corresponding first signal line with the first control unit according to a first switch position 209 is coupled, and wherein according to a second switch position the respective first signal line 205 at electrical ground potential 212 lies. Analogously, the second switching device 211b for every second row line 206 a switch that can be in one of two possible switch positions. The associated second signal line is in accordance with a first switch position 206 with the second control unit 208 coupled, according to a second switch position, the respective second signal line is located 206 at electrical ground potential 212 , According to the in 2 shown scenario is only according to 2 bottom left redox recycling biosensor field 202 selected because according to the switch positions of 2 only this sensor field on the first connection 203 with the first control unit 207 and on the second connector 204 with the second control unit 208 is coupled. By means of the first control unit 207 will be connected to the first 203 of the selected redox recycling biosensor field 202a a positive electrical voltage is applied, and by means of the second control unit 208 is connected to the second connector 204 of the selected redox recycling biosensor field 202a a negative electrical voltage is applied. Therefore, the potential difference between the two connections 203 . 204 in the selected redox recycling biosensor field 202a larger than for the three non-selected redox recycling biosensor fields 202 , In the latter case, one of the connections is in each case 203 . 204 at electrical ground potential 212 , and the other connector 204 . 203 is either on that of the first control unit 207 provided positive electrical potential or on that of the second control unit 208 provided negative electrical potential. Therefore, only the selected redox recycling biosensor field is sufficient 202a the potential difference between the two connections 203 . 204 in the event of a hybridization event at the selected redox recycling biosensor field 202a Generate electrochemical redox recycling processes to a sufficient extent.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 3A bis 3C die Ausgestaltung eines der Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202, 202a am Beispiel des ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a beschrieben.The following will refer to 3A to 3C the design of one of the redox recycling biosensor fields 202 . 202a using the example of the selected redox recycling biosensor field 202a described.

In 3A ist das ausgewählte Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a mit einer ersten Elektrode 300 und einer zweiten Elektrode 301 gezeigt, die in dem Silizium-Substrat 201 integriert sind. Auf der ersten Elektrode 300 ist ein Haltebereich 302 aus Goldmaterial aufgebracht. Der Haltebereich 302 dient zum Immobilisieren von DNA-Sondenmolekülen 303 als Fängermoleküle auf der ersten Elektrode 300. Auf der zweiten Elektrode 301 ist ein solcher Haltebereich nicht vorgesehen.In 3A is the selected redox recycling biosensor field 202a with a first electrode 300 and a second electrode 301 shown that in the silicon substrate 201 are integrated. On the first electrode 300 is a stopping area 302 applied from gold material. The holding area 302 is used to immobilize DNA probe molecules 303 as capture molecules on the first electrode 300 , On the second electrode 301 such a holding area is not provided.

Sollen mittels des Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a DNA-Stränge 304 mit einer Basensequenz, die komplementär ist zu der Sequenz der immobilisierten DNA-Sondenmoleküle 303, erfasst werden, so wird das Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a mit einer zu untersuchenden Lösung, nämlich einem Elektrolyt 305, in Kontakt gebracht, derart, dass in der zu untersuchenden Lösung 305 möglicherweise enthaltene DNA-Stränge 304 mit einer zu der Sequenz der DNA-Sondenmoleküle 303 komplementären Sequenz mit den DNA-Sondenmolekülen 303 hybridisieren können.Should be using the redox recycling biosensor field 202a DNA strands 304 with a base sequence that is complementary to the sequence of the immobilized DNA probe molecules 303 , are recorded, so the redox recycling biosensor field 202a with a solution to be examined, namely an electrolyte 305 , brought into contact in such a way that in the solution to be examined 305 DNA strands possibly contained 304 with one to the sequence of the DNA probe molecules 303 complementary sequence with the DNA probe molecules 303 can hybridize.

In 3B ist ein Szenario gezeigt, bei dem in der zu untersuchenden Lösung 305 zu erfassende DNA-Stränge 304 enthalten sind, von denen einer mit einem DNA-Sondenmolekül 303 hybridisiert ist. Die DNA-Stränge 304 in der zu untersuchenden Lösung sind mit einem Enzym-Label 306 markiert, mit dem es möglich ist, im Weiteren beschriebene Moleküle in elektrochemisch aktivierte Teilmoleküle zu spalten. Üblicherweise ist eine erheblich größere Anzahl von DNA-Sondenmolekülen 303 bereitgestellt, als zu erfassende DNA-Stränge 304 in der zu untersuchenden Lösung 305 enthalten sind.In 3B is shown a scenario in which in the solution to be examined 305 DNA strands to be detected 304 are included, one with a DNA probe molecule 303 is hybridized. The DNA strands 304 are in the solution to be examined with an enzyme label 306 marked, with which it is possible to split molecules described below into electrochemically activated partial molecules. Usually a significantly larger number of DNA probe molecules 303 provided as DNA strands to be detected 304 in the solution to be examined 305 are included.

Nachdem die in der zu untersuchenden Lösung 305 enthaltene DNA-Stränge 304 samt dem Enzym-Label 306 mit den immobilisierten DNA-Sondenmolekülen 303 hybridisiert sind, erfolgt vorzugsweise eine spezielle Spülung des Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a. Bei dem Spülen können mit Fängermolekülen nicht hybridisierte DNA-Moleküle entfernt werden. Der zum Spülen verwendeten Spüllösung wird eine elektrochemisch inaktive Substanz beigegeben, die Moleküle enthält, die mittels des Enzyms 306 gespalten werden können in zwei Teilmoleküle 308, von denen mindestens eines elektrochemisch aktiv ist und üblicherweise eine elektrische Ladung aufweist.After that in the solution to be examined 305 contained DNA strands 304 including the enzyme label 306 with the immobilized DNA probe molecules 303 are hybridized, a special flushing of the redox recycling biosensor field is preferably carried out 202a , During the rinsing, DNA molecules that are not hybridized with capture molecules can be removed. An electrochemically inactive substance is added to the rinsing solution used for rinsing, which contains molecules by means of the enzyme 306 can be split into two sub-molecules 308 , of which at least one is electrochemically active and usually has an electrical charge.

Die gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel negativ geladenen Teilmoleküle 308 werden, wie in 3C gezeigt, zu der positiv geladenen Elektrode 300 gezogen, was mittels eines Pfeils 309 angedeutet ist. Die negativ geladenen Teilmoleküle 308 werden an der ersten Elektrode 300, an die über dem ersten Anschluss 203 mittels der ersten Ansteuereinheit 207 ein positives elektrisches Potential angelegt ist, oxidiert, und werden als oxidierte Teilmoleküle 310 an die negativ geladene zweite Elektrode 301 gezogen, an die über dem zweiten Anschluss 204 mittels der zweiten Ansteuereinheit 208 ein negatives elektrisches Potential angelegt ist. Dort werden sie wiederum reduziert. Die reduzierten Teilmoleküle 311 wandern wiederum zu der positiv geladenen ersten Elektrode 300. Auf diese Weise wird ein elektrischer Kreisstrom generiert, der proportional ist zu der Anzahl der jeweils mittels der Enzyme 306 erzeugten Ladungsträger.The partial molecules negatively charged according to the described embodiment 308 be like in 3C shown to the positively charged electrode 300 drawn what by means of an arrow 309 is indicated. The negatively charged sub-molecules 308 are on the first electrode 300 to the one above the first port 203 by means of the first control unit 207 a positive electrical potential is applied, oxidized, and are called oxidized sub-molecules 310 to the negatively charged second electrode 301 pulled to the above the second connector 204 by means of the second control unit 208 a negative electrical potential is applied. There they are reduced again. The reduced sub-molecules 311 in turn migrate to the positively charged first electrode 300 , In this way, an electrical circuit current is generated which is proportional to the number of each by means of the enzymes 306 generated charge carriers.

Für die Funktionalität des ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a ist essentiell, dass eine der Elektroden 300 ausreichend stark positiv gegenüber einer der anderen Elektrode 301 geladen ist, so dass die Reduktions- und Oxidationsprozesse ablaufen können. Aus diesem Grund sind die nicht ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202 aus 2 gemäß dem gezeigten Betriebszustand nicht in der Lage, von den Detektionseinheiten 211, 209 detektierbare ausreichend starke Ströme zu generieren, selbst wenn an ihnen ein Sensorereignis erfolgt ist.For the functionality of the selected redox recycling biosensor field 202a is essential that one of the electrodes 300 sufficiently strong positive towards one of the other electrodes 301 is loaded so that the reduction and oxidation processes can take place. For this reason, the redox recycling biosensor fields are not selected 202 out 2 not able according to the operating state shown, by the detection units 211 . 209 generate detectable, sufficiently strong currents, even if a sensor event has occurred on them.

Ein Beispiel für ein für das Redox-Recycling geeignetes chemisches System ist die Verwendung einer Salzlösung als Pufferlösung, einer alkalischen Phosphatase als Labelmolekül 306 und von Para-Aminophenolphosphat als elektrochemisch inaktive Substanz 307. Die mittels des Labels generierte, zu oxidierende Subspezies kann Para-Aminophenol sein, die mittels des Labels generierte, zu reduzierende Subspezies kann Chinonimin sein.An example of a chemical system suitable for redox recycling is the use of a salt solution as a buffer solution, an alkaline phosphatase as a label molecule 306 and of para-aminophenol phosphate as an electrochemically inactive substance 307 , The subspecies to be oxidized generated by means of the label can be para-aminophenol, the subspecies generated by means of the label to be reduced can be quinonimine.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 4 ein Biosensor-Array 400 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following will refer to 4 a biosensor array 400 described according to a second embodiment of the invention.

Bei dem Biosensor-Array 400 ist eine Vielzahl von Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202 matrixförmig auf einem Silizium-Substrat 201 angeordnet. Das Biosensor-Array 400 weist n Zeilen und m Spalten von matrixförmig angeordneten Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202 auf. Ferner sind, wie in 4 gezeigt, m erste Signalleitungen 205 und n zweite Signalleitungen 206 vorgesehen, das heißt n + m Signalleitungen. Im Kreuzungsbereich jeweils einer ersten Signalleitung 205 mit jeweils einer zweiten Signalleitung 206 ist jeweils ein als Interdigitalelektroden-Anordnung ausgestaltetes Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202 angeordnet. Dieses enthält zwei fingerförmig ineinandergreifende Interdigitalelektroden 401, 402, die ähnlich ausgestaltet sind wie die in 1 gezeigten Interdigitalelektroden 102, 103.With the biosensor array 400 is a variety of redox recycling biosensor fields 202 matrix-shaped on a silicon substrate 201 arranged. The biosensor array 400 has n rows and m columns of redox recycling biosensor fields arranged in a matrix 202 on. Furthermore, as in 4 shown, m first signal lines 205 and n second signal lines 206 provided, that is, n + m signal lines. A first signal line in the intersection area 205 each with a second signal line 206 is a redox recycling biosensor field designed as an interdigital electrode arrangement 202 arranged. This contains two interdigital electrodes that interlock with one another in a finger shape 401 . 402 that are similar to those in 1 shown interdigital electrodes 102 . 103 ,

Die erste Ansteuereinheit 207 weist eine erste Gleichspannungsquelle Vg 403 und einen weiteren Anschluss auf, an dem ein elektrisches Massepotential 212 bereitgestellt ist. Die erste Schalteinrichtung 211a weist m erste Schalter 404 auf, von denen jeder mit einer der ersten Signalleitungen 205 gekoppelt ist. Eine Spalte von Redox-Recycling-Biosensor-Feldern wird ausgewählt, indem die Redox-Recycling-Biosensor-Felder der Spalte mit der ersten Gleichspannungsquelle Vg 403 gekoppelt werden. Alle anderen Spalten von den Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202 sind aufgrund entsprechend gewählter Schalterstellungen der ersten Schalter 404 mit dem elektrischen Massepotential 212 gekoppelt, wie in 4 gezeigt. Gemäß dem in 4 gezeigten Szenario sind nur die Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202 in der zweiten Spalte von links mit der ersten Gleichspannungsquelle Vg 403 gekoppelt.The first control unit 207 has a first DC voltage source Vg 403 and a further connection to which an electrical ground potential 212 is provided. The first switching device 211 has m first switch 404 on, each with one of the first signal lines 205 is coupled. A column of redox recycling biosensor fields is selected by the redox recycling biosensor fields of the column with the first DC voltage source Vg 403 be coupled. All other columns from the redox recycling biosensor fields 202 are the first switches due to the appropriately selected switch positions 404 with the electrical ground potential 212 coupled as in 4 shown. According to the in 4 The scenario shown is only the redox recycling biosensor fields 202 in the second column from the left with the first DC voltage source Vg 403 coupled.

Eine Zeile von Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202 wird ausgewählt, indem die auszuwählende Zeile, gemäß dem in 4 gezeigten Szenario die zweite Zeile von oben, mit einer zweiten Gleichspannungsquelle Vc 405 der zweiten Ansteuereinheit 208 gekoppelt wird. Dies erfolgt mittels geeigneter Wahl der Schalterstellungen von zweiten Schaltern 406 der zweiten Schalteinrichtung 211b. Ferner enthält die zweite Ansteuereinheit einen Anschluss, der das elektrische Massepotential 212 bereitstellt.A row of redox recycling biosensor fields 202 is selected by the line to be selected, according to the in 4 shown scenario, the second line from above, with a second DC voltage source Vc 405 of the second control unit 208 is coupled. This is done by means of a suitable choice of the switch positions of second switches 406 the second switching device 211b , Furthermore, the second control unit contains a connection that has the electrical ground potential 212 provides.

Die erste Detektionseinheit ist als eine erste Stromerfasseinheit Ig 407 zum Erfassen eines elektrischen Stroms einer ausgewählten Spaltenleitung 205 realisiert, und die zweite Detektionseinheit ist als eine zweite Stromerfasseinheit Ic 408 realisiert, mittels der ein auf einer ausgewählten Zeile fließender elektrischer Strom erfasst werden kann.The first detection unit is a first current detection unit Ig 407 for detecting an electrical current of a selected column line 205 realized, and the second detection unit is implemented as a second current detection unit Ic 408, by means of which an electric current flowing on a selected line can be detected.

Ferner weist das Biosensor-Array 400 eine Potentiostat-Einrichtung auf. Dies ist aufgebaut aus einer Referenzelektrode 409 auf dem Substrat 201, einer Gegenelektrode 410 auf dem Substrat 201 und einem Operationsverstärker 411, der außerhalb des Chips ("Off-Chip") angeordnet ist. Ein nicht invertierender Eingang 411a des Operationsverstärkers 411 ist auf einem elektrischen Massepotential 212. Ein invertierender Eingang 411b des Operationsverstärkers 411 ist mit der Gegenelektrode 410 gekoppelt. Gemeinsam bilden diese Komponenten eine Potentiostat-Schaltung. Diese kann vorteilhaft genutzt werden, um einem Analyten, der in das Biosensor-Array 400 eingebracht ist, ein stabiles elektrochemisches Potential niederohmig zuzuweisen. Diese Konfiguration mit einer Potentiostat-Einrichtung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Biosensor-Felder als Redox-Recycling-Biosensor-Felder eingerichtet sind.Furthermore, the biosensor array 400 a potentiostat device. This is made up of a reference electrode 409 on the substrate 201 , a counter electrode 410 on the substrate 201 and an operational amplifier 411 , which is arranged outside the chip ("off-chip"). A non-inverting input 411a of the operational amplifier 411 is at an electrical ground potential 212 , An inverting input 411b of the operational amplifier 411 is with the counter electrode 410 coupled. Together, these components form a potentiostat circuit. This can be used to advantage to an analyte that is in the biosensor array 400 is introduced to assign a stable electrochemical potential with low resistance. This configuration with a potentiostat device is particularly advantageous if the biosensor fields are set up as redox recycling biosensor fields.

Bei dem Biosensor-Array 400 sind die ersten Ansteuerleitungen 205 und die zweiten Ansteuerleitungen 206 in unterschiedlichen Ebenen ausgebildet, so dass elektrisch isolierte Leitungskreuzungen ermöglicht sind. Alle m Spalten können wahlweise mit der ersten Gleichspannungsquelle Vg 403 oder mit elektrischem Massepotential 212 gekoppelt werden. Alle n Zeilen können wahlweise mit der zweiten Gleichspannungsquelle Vc 405 oder mit dem elektrischem Massepotential 212 gekoppelt werden. Mittels der Stromerfassinstrumente Ig 407 und Ic 408 können die elektrischen Ströme, die durch die assoziierten Gleichspannungsquellen 403, 405 fließen, gemessen werden. In der angegebenen Konfiguration können also Generator- und Kollektorstrom charakterisiert werden. Da diese Ströme näherungsweise vom Betrag her gleich groß sind, kann optional auch nur einer der Ströme gemessen werden. Das Erfassen eines Stroms ist ausreichend und stellt eine Realisierung mit einem minimalen Aufwand dar. Das Erfassen beider Ströme ermöglicht ein redundantes Erfassen eines Sensorereignisses und daher eine erhöhte Nachweisempfindlichkeit und Fehlerrobustheit.With the biosensor array 400 are the first control lines 205 and the second drive lines 206 formed in different levels so that electrically insulated cable crossings are possible. All m columns can optionally with the first DC voltage source Vg 403 or with electrical ground potential 212 be coupled. Every n rows can optionally with the second DC voltage source Vc 405 or with the electrical ground potential 212 be coupled. Using the current detection instruments Ig 407 and IC 408 can the electrical currents through the associated DC voltage sources 403 . 405 flow, be measured. In the configuration given, generator and collector current can therefore be characterized. Since these currents are approximately of the same magnitude, only one of the currents can optionally be measured. The detection of a current is sufficient and represents a realization with minimal effort. The detection of both currents enables a redundant detection of a sensor event and therefore an increased detection sensitivity and error robustness.

Für den Auslesebetrieb wird an genau eine Spalte die positive Spannung Vg und an genau eine Zeile die negative Spannung Vc angelegt. An allen anderen Zeilen und Spalten liegt das elektrische Massepotential 212. Wie in 4 mit "+" und "–" Zeichen skizziert, liegt nur an dem Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a, der in dem Kreuzungsbereich der ausgewählten Zeile 206 und der ausgewählten Spalte 205 liegt, ein hinreichend großes Potentialgefälle an, um sowohl die Vorgänge der Oxidation als auch der Reduktion zu erlauben. An allen anderen Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202 ist die Spannung an mindestens einer der Anschlüsse 203, 204 betragsmäßig kleiner als der Schwellwert, welcher überschritten werden muss, um beide gewünschte elektrochemische Vorgänge in Gang zu setzen. Gegebenenfalls kann hier an einer der Elektroden 401 oder 402 bei Anlegen der Spannungen ein einmaliger kurzer Stromstoss auftreten, der jedoch rasch abklingt, und nicht wie bei dem ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a ein kontinuierlich ansteigender Strom ist. An den meisten der Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202 der Matrix liegt an beiden Anschlüssen 203, 204 das elektrische Massepotential 212.For readout operation, the positive voltage Vg is applied to exactly one column and the negative voltage Vc to exactly one row. The electrical is on all other rows and columns ground potential 212 , As in 4 Sketched with "+" and "-" signs is only due to the redox recycling biosensor field 202a in the crossing area of the selected line 206 and the selected column 205 there is a sufficiently large potential gradient to allow both the processes of oxidation and reduction. On all other redox recycling biosensor fields 202 is the voltage on at least one of the connections 203 . 204 in terms of amount, it is smaller than the threshold value which must be exceeded in order to initiate both desired electrochemical processes. If necessary, you can use one of the electrodes 401 or 402 when the voltages are applied, there is a one-time short current surge, which, however, subsides quickly and not as in the selected redox recycling biosensor field 202a is a continuously increasing current. On most of the redox recycling biosensor fields 202 the matrix is on both connections 203 . 204 the electrical ground potential 212 ,

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 5 ein Biosensor-Array 500 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following will refer to 5 a biosensor array 500 described according to a third embodiment of the invention.

Generator- und Kollektorstrom, d.h. Ig und Ic, sind bei Redox-Recycling-Biosensor-Feldern betragsmäßig häufig sehr ähnlich, haben jedoch unterschiedliches Vorzeichen. Somit genügt es im Prinzip, nur einen der beiden Ströme zu messen und auszuwerten. Ein auf dieser Tatsache beruhendes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Biosensor-Arrays ist in 5 gezeigt.Generator and collector current, ie Ig and Ic, are often very similar in terms of amount in redox recycling biosensor fields, but have different signs. In principle, it is therefore sufficient to measure and evaluate only one of the two currents. An embodiment of the biosensor array according to the invention based on this fact is shown in 5 shown.

Bei dem Biosensor-Array 500 wird an alle Spaltenleitungen 205 mittels der ersten Gleichspannungsquelle Vg 403 die Spannung Vg angelegt. Ferner wird an alle bis auf eine der Zeilenleitungen 206 die Spannung Vg der ersten Gleichspannungsquelle Vg 403 gelegt. Nur an der gemäß 5 zweiten Zeile von oben ist aufgrund der Schalterstellungen der zweiten Schalter 406 eine Kopplung zwischen der zugehörigen zweiten Signalleitung 206 und der zweiten Gleichspannungsquelle Vc 405 hergestellt. Somit liegt an allen Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202 außer den Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202 in der ausgewählten zweiten Zeile 501 die Potentialdifferenz Null. Für alle Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202 der ausgewählten Zeile 501 ist die Anforderung an die angelegten Spannungen für das Auftreten von Oxidations- und Reduktions-Prozessen erfüllt. Das heißt, dass alle Redox-Recycling-Biosensor-Felder der ausgewählten Zeile 501 elektrischen Strom liefern können, sofern an ihnen Sensorereignisse stattfinden. Da jedoch nur der elektrische Strom der gemäß 2 zweiten Spalte von Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202 aufgrund der Schalterstellungen der ersten Schalter 404 gemessen wird, wird gemäß dem in 5 gezeigten Szenario nur der elektrische Strom des ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a erfasst. Auf diese Weise kann selektiv mittels Einstellens geeigneter Schalterstellungen 404, 406 jedes der Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202 innerhalb der Matrix separat ausgewählt werden.With the biosensor array 500 is going to all column lines 205 by means of the first DC voltage source Vg 403 the voltage Vg is applied. Furthermore, everyone except one of the row lines 206 the voltage Vg of the first DC voltage source Vg 403 placed. Only at the according 5 second line from the top is the second switch due to the switch positions 406 a coupling between the associated second signal line 206 and the second DC voltage source Vc 405 manufactured. This is due to all redox recycling biosensor fields 202 except for the redox recycling biosensor fields 202 in the selected second line 501 the potential difference zero. For all redox recycling biosensor fields 202 the selected line 501 the requirement for the applied voltages for the occurrence of oxidation and reduction processes is fulfilled. That means that all ORP recycling biosensor fields of the selected row 501 can supply electrical current if sensor events take place on them. However, since only the electric current complies with the 2 second column of redox recycling biosensor fields 202 due to the switch positions of the first switches 404 is measured according to the in 5 shown scenario, only the electrical current of the selected redox recycling biosensor field 202a detected. In this way, selective switch positions can be selected 404 . 406 each of the redox recycling biosensor fields 202 can be selected separately within the matrix.

Alternativ können die Funktionen von Zeilen und Spalten vertauscht werden, ebenso die Rollen von Vg und Vc, das heißt dass dann anstatt des Werts Ig der Wert Ic erfasst wird.Alternatively, the functions of lines and Columns are interchanged, as are the roles of Vg and Vc, the is called then the value Ic is recorded instead of the value Ig.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 6 ein Biosensor-Array 600 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following will refer to 6 a biosensor array 600 described according to a fourth embodiment of the invention.

Bei dem Biosensor-Array 600 ist für jede erste Signalleitung 205, das heißt für jede Spalte von Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202, eine separate erste Gleichspannungsquelle 601 Vy,i mit i = 1, 2, ..., m sowie eine erste Stromerfasseinrichtung 603 Iy,i mit i = 1, 2, ..., m vorgesehen. Ferner ist für jede zweite Signalleitung 206, das heißt für jede Zeile von Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202, jeweils eine separate zweite Gleichspannungsquelle 602 Vx,j mit j = 1, 2, ..., n und eine separate zweite Stromerfasseinrichtung 604 Ix,j mit j = 1, 2, ..., n vorgesehen. Anschaulich ist jede Spalte und jede Zeile mit einer separaten Spannungsquelle und mit einem separaten Strommessinstrument versehen. Je nach Zuweisung von Spannungen an die gezeigten Spannungsquellen kann mit dieser Konfiguration der Betrieb der Sensor-Anordnung aus 4 bzw. aus 5 erreicht werden. Ein Vorteil bei dem Biosensor-Array 600 besteht darin, dass zeilen- oder spaltenweises paralleles Auslesen möglich ist. Anschaulich ist bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel die Auswahleinheit in der Steuerung der Gleichspannungsquellen 601 bzw. 602 integriert, da jede von den Spannungsquellen wahlweise zu- bzw. abgeschaltet werden kann.With the biosensor array 600 is for every first signal line 205 , that is to say for each column of redox recycling biosensor fields 202 , a separate first DC voltage source 601 Vy, i with i = 1, 2, ..., m and a first current detection device 603 Iy, i provided with i = 1, 2, ..., m. Furthermore, for every second signal line 206 , that is to say for each row of redox recycling biosensor fields 202 , each a separate second DC voltage source 602 Vx, j with j = 1, 2, ..., n and a separate second current detection device 604 Ix, j with j = 1, 2, ..., n provided. Each column and each row is clearly provided with a separate voltage source and with a separate current measuring instrument. Depending on the assignment of voltages to the voltage sources shown, this configuration can be used to operate the sensor arrangement 4 or off 5 can be achieved. An advantage with the biosensor array 600 is that parallel or row-by-column reading is possible. The in 6 Embodiment shown, the selection unit in the control of the DC voltage sources 601 respectively. 602 integrated because each of the voltage sources can be switched on or off.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 7 ein Biosensor-Array 700 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following will refer to 7 a biosensor array 700 described according to a fifth embodiment of the invention.

Bei dem Biosensor-Array 700 ist jede Spalte von Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202, das heißt jede erste Signalleitung 205, mit einer separaten ersten Gleichspannungsquelle 601 und mit einer separaten ersten Stromerfasseinrichtung 603 gekoppelt. Dagegen ist für die unterschiedlichen Zeilen von Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202 jeweils eine gemeinsame dritte Gleichspannungsquelle Vg 701 und vierte Gleichspannungsquelle Vc 702 bereitgestellt, wobei mittels der zweiten Schalter 406 genau eine Zeile von Redox-Recycling-Biosensor-Feldern mit der vierten Gleichspannungsquelle Vc 702 gekoppelt wird, wohingegen alle anderen Zeilen mit der dritten Gleichspannungsquelle Vg 701 gekoppelt sind. Gemäß dem in 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist nur die ausgewählte Zeile 501 mit der vierten Gleichspannungsquelle Vc 702 gekoppelt. Gemäß dem gezeigten Szenario liefern alle ersten Gleichspannungsquellen 601 das elektrische Potential Vg, so dass nur an den Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202 der ausgewählten Zeile 501 eine ausreichend große Potentialdifferenz anliegt, dass Redox-Recycling-Prozesse in hinreichendem Maße auftreten können. Diese Sensorsignale werden zeilenweise ausgelesen, indem jede der ersten Stromerfasseinrichtungen 603 den elektrischen Strom von genau einem zugeordneten Redox-Recycling-Biosensor-Feld der ausgewählten Zeile 501 detektiert.With the biosensor array 700 is every column of redox recycling biosensor fields 202 , that means every first signal line 205 , with a separate first DC voltage source 601 and with a separate first current detection device 603 coupled. In contrast, for the different lines of redox recycling biosensor fields 202 a common third DC voltage source Vg 701 and fourth DC voltage source Vc 702 provided, by means of the second switch 406 exactly one row of redox recycling biosensor fields with the fourth DC voltage source Vc 702 is coupled, whereas all other lines with the third DC voltage source Vg 701 are coupled. According to the in 7 The embodiment shown is only the selected line 501 with the fourth DC voltage source Vc 702 coupled. According to the scenario shown, all first DC voltage sources deliver 601 the electrical potential Vg, so that only at the redox recycling biosensor fields 202 the selected line 501 there is a sufficiently large potential difference that Redox recycling processes can occur to a sufficient extent. These sensor signals are read out line by line by each of the first current detection devices 603 the electrical current from exactly one assigned redox recycling biosensor field of the selected line 501 detected.

Gemäß einem ähnlichen Prinzip kann auch jeweils spaltenweise ausgelesen werden.According to a similar principle, each can can be read column by column.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 8 ein Biosensor-Array 800 gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following will refer to 8th a biosensor array 800 described according to a sixth embodiment of the invention.

Das Biosensor-Array 800 weist einen ersten Schaltungsblock 801 und einen zweiten Schaltungsblock 802 auf, sowie eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 803, die mit den beiden Schaltungsblöcken 801, 802 gekoppelt ist. An der Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 803 kann ein Sensorsignal bereitgestellt sein, beispielsweise ein elektrisches Ansteuersignal oder ein elektrisches Detektionssignal.The biosensor array 800 has a first circuit block 801 and a second circuit block 802 on, as well as an input / output interface 803 that with the two circuit blocks 801 . 802 is coupled. At the input / output interface 803 For example, a sensor signal can be provided, for example an electrical control signal or an electrical detection signal.

Das Biosensor-Array 800 stellt einen sogenannten "aktiven" Chip dar. Darunter wird ein Halbleiter-Substrat verstanden, in dem monolithisch Schaltkreise integriert sind, die unterschiedliche Funktionen aufweisen können. Insbesondere sind die Komponenten Spannungsquellen 403 bzw. 601, Stromerfasseinheiten 407 bzw. 603, Operationsverstärker 411 und Teile der Auswahleinheit 211 in dem ersten Schaltungsblock 801 integriert, und es sind andere Komponenten wie die zweiten Spannungsquellen 405 bzw. 602, Stromerfasseinrichtungen 408 bzw. 604, andere Teile der Auswahleinheit 211, etc. in dem zweiten Schaltungsblock 802 integriert. Ferner sind weitere Komponenten für die Signalvorverarbeitung und die Signalweiterverarbeitung in den Schaltungsblöcken 801, 802 "On-Chip" realisiert. Darüber hinaus weist der Chip des Biosensor-Arrays 800 eine definierte, gemäß den Bedürfnissen der jeweiligen Anwendung konfigurierte (z.B. digitale) Schnittstelle 803 (I/O) auf.The biosensor array 800 represents a so-called "active" chip. This is understood to mean a semiconductor substrate in which monolithic circuits are integrated which can have different functions. In particular, the components are voltage sources 403 respectively. 601 , Current detection units 407 respectively. 603 , Operational amplifier 411 and parts of the selection unit 211 in the first circuit block 801 integrated, and there are other components like the second voltage sources 405 respectively. 602 , Current detection devices 408 respectively. 604 , other parts of the selection unit 211 , etc. in the second circuit block 802 integrated. Furthermore, there are further components for signal preprocessing and signal processing in the circuit blocks 801 . 802 Realized on-chip. In addition, the chip of the biosensor array points 800 a defined (e.g. digital) interface configured according to the needs of the respective application 803 (I / O) on.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Architektur auf aktiven Chips kann beispielsweise von Vorteil sein, wenn eine große Anzahl relativ kleinflächiger Interdigitalstrukturen verwendet wird, deren Fläche es nicht mehr erlaubt, unterhalb eines jeden Sensors eine aktive Schaltung zum Steuern des jeweiligen Sensors zu realisieren. Ferner ergeben sich besondere Vorteile, wenn die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der "On-Chip" realisierten Schaltungen sehr groß ist. Letzteres gilt insbesondere dann, wenn die Fläche eines Sensor-Elements maßgeblichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit (beispielsweise das Rauschen) hat.The use of the architecture according to the invention on active chips can be advantageous, for example, if a size Number of relatively small areas Interdigital structures are used, the area of which no longer allows an active control circuit below each sensor of the respective sensor. There are also special ones Advantages when the performance requirements the circuits implemented on-chip is very large. The latter applies in particular when the area of a sensor element is decisive Impact on performance (e.g. the noise).

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 9 ein Biosensor-Array 900 gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following will refer to 9 a biosensor array 900 described according to a seventh embodiment of the invention.

Das Biosensor-Array 900 ist eine Anordnung von Redox-Recycling-Biosensor-Feldern 202, die als Dreiecks-Matrix mit drei Verdrahtungsrichtungen vorgesehen sind. Ferner ist eine gemeinsame erste Gleichspannungsquelle 403 Vg als erste Ansteuereinheit und eine gemeinsame erste Stromerfasseinrichtung 407 Ig als erste Detektionseinheit vorgesehen. Darüber hinaus ist eine zweite Gleichspannungsquelle 405 Vc und eine damit gekoppelte zweite Stromerfasseinheit 408 Ic als zweite Detektionseinheit vorgesehen. Die Auswahleinheit 211 ist mittels einer Vielzahl von Schaltern 901 mit steuerbaren Schalterstellungen symbolisiert. Die Schalterstellungen sind mittels der Auswahleinheit 211 steuerbar. Ferner sind in 9 erste Leitungen 902, zweite Leitungen 903 und dritte Leitungen 904 derart verlaufend angeordnet, dass in (voneinander elektrisch isolierten) Kreuzungsbereichen der Leitungen 902 bis 904 sich diese in 60°-Winkeln überkreuzen. Insbesondere ist in 9 ein ausgewähltes Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a gezeigt, das infolge der in 9 gezeigten Schalterstellungen der Schalter 901 ausgewählt ist. Ein erster Schalter 901a ist in einer derartigen Schalterstellung, dass der erste Anschluss 203 des ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Feldes 202a mit der ersten Gleichspannungsquelle 403 Vg und mit der ersten Stromerfasseinrichtung 407 Ig gekoppelt ist. Ferner ist ein zweiter Schalter 901b in einer derartigen Schalterstellung, dass der zweite Anschluss 204 des ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a mit der zweiten Gleichspannungsquelle Vc 405 und mit der zweiten Stromerfasseinheit 408 Ic gekoppelt ist. Die Schalterstellungen aller anderen Schalter 901 sind in einer derartigen Stellung, dass die an diesen Schalter 901 angrenzenden ersten, zweiten bzw. dritten Signalleitungen 902 bis 904 auf elektrischem Massepotential 212 sind. Mit anderen Worten ist gemäß dem in 9 gezeigten Szenario das ausgewählte Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a das einzige der Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202, das sowohl mit der Gleichspannungsquelle 403 Vg, als auch mit der Gleichspannungsquelle 405 Vc gekoppelt ist. Gemäß dem in 9 gezeigten Szenario fungiert die an das ausgewählte Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a angeschlossene erste Leitung 902 als zweite Signalleitung 206, wohingegen die an das ausgewählte Redox-Recycling-Biosensor-Feld 202a angeschlossene zweite Leitung 903 als erste Signalleitung 205 fungiert. Jeder der Schalter 901 weist drei Schalterstellungen auf, so dass die jeweils zugehörigen Leitungen 902 bis 904 wahlweise mit dem elektrischen Massepotential 212, der Gleichspannungsquelle Vg 403 oder der Gleichspannungsquelle Vc 405 gekoppelt werden können. Dadurch ist eine unabhängige Messung auf jeder Position des Sensor-Arrays 900 möglich. Die Konfiguration von 9 entspricht der Konfiguration von 4, jedoch in einer Architektur mit einer Dreiecksmatrix.The biosensor array 900 is an arrangement of redox recycling biosensor fields 202 , which are provided as a triangular matrix with three wiring directions. Furthermore, there is a common first DC voltage source 403 Vg as the first control unit and a common first current detection device 407 Ig provided as the first detection unit. It also has a second DC voltage source 405 Vc and a second current detection unit coupled to it 408 Ic provided as a second detection unit. The selection unit 211 is by means of a variety of switches 901 symbolized with controllable switch positions. The switch positions are by means of the selection unit 211 controllable. Furthermore, in 9 first lines 902 , second lines 903 and third lines 904 arranged in such a way that in (electrically isolated from each other) crossing areas of the lines 902 to 904 they intersect at 60 ° angles. In particular, in 9 a selected redox recycling biosensor field 202a shown that as a result of the in 9 shown switch positions of the switches 901 is selected. A first switch 901 is in such a switch position that the first connection 203 of the selected redox recycling biosensor field 202a with the first DC voltage source 403 Vg and with the first current detection device 407 Ig is coupled. There is also a second switch 901b in such a switch position that the second connection 204 of the selected redox recycling biosensor field 202a with the second DC voltage source Vc 405 and with the second current detection unit 408 Ic is coupled. The switch positions of all other switches 901 are in such a position that the on this switch 901 adjacent first, second and third signal lines 902 to 904 at electrical ground potential 212 are. In other words, according to the in 9 shown scenario the selected redox recycling biosensor field 202a the only one of the redox recycling biosensor fields 202 that both with the DC voltage source 403 Vg, as well as with the DC voltage source 405 Vc is coupled. According to the in 9 The scenario shown acts on the selected redox recycling biosensor field 202a connected first line 902 as a second signal line 206 , whereas the selected redox recycling biosensor field 202a connected second line 903 as the first signal line 205 acts. Each of the switches 901 has three switch positions, so that the associated lines 902 to 904 optionally with the electrical ground potential 212 , the DC voltage source Vg 403 or the DC voltage source Vc 405 can be coupled. This makes an independent measurement at every position of the sensor array 900 possible. The configuration of 9 corresponds to the configuration of 4 , but in an architecture with a triangular matrix.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 10 ein Biosensor-Array 1000 gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.The following will refer to 10 a biosensor array 1000 described according to an eighth embodiment of the invention.

Das Biosensor-Array 1000 entspricht der Konfiguration von 5, ist jedoch in einer Architektur mit einer Dreiecks-Matrix-förmigen Anordnung der Redox-Recycling-Biosensor-Felder 202 ausgeführt. Gemäß dem in 10 dargestellten Szenario ist der erste Schalter 901a in einer derartigen Schalterstellung, dass die zugehörige zweite Leitung 903 mit der Stromerfasseinheit 407 Ig gekoppelt ist. Ferner ist der zweite Schalter 901b in einer derartigen Stellung, dass die zugehörige erste Leitung 902 als einzige mit der zweiten Gleichspannungsquelle Vc 405 gekoppelt ist. Alle anderen Schalter der Schalter 901 sind in einer solchen Stellung, dass die zugehörigen Leitungen 902 bis 904 mit der ersten Spannungsquelle 403 Vg gekoppelt sind. Dadurch wird zwischen die Anschlüsse 203, 204 des ausgewählten Redox-Recycling-Biosensor-Felds 202a die Potentialdifferenz Vg – Vc angelegt, und es wird der auf der ersten Signalleitung 205 fließende Strom mittels der ersten Stromerfasseinheit 407 erfasst.The biosensor array 1000 corresponds to the configuration of 5 , however, is in an architecture with a triangular matrix arrangement of the redox recycling biosensor fields 202 executed. According to the in 10 The scenario shown is the first switch 901 in such a switch position that the associated second line 903 with the current detection unit 407 Ig is coupled. Furthermore, the second switch 901b in such a position that the associated first line 902 as the only one with the second DC voltage source Vc 405 is coupled. All other switches of the switches 901 are in such a position that the associated lines 902 to 904 with the first voltage source 403 Vg are coupled. This will get between the connectors 203 . 204 of the selected redox recycling biosensor field 202a the potential difference Vg - Vc is applied, and it becomes that on the first signal line 205 flowing current by means of the first current detection unit 407 detected.

Im Weiteren wird bezugnehmend auf 11 beschrieben, wie ein Kreuzungsbereich 1001 zwischen einer der ersten Leitungen 902, einer der zweiten Leitungen 903 und einer der dritten Leitungen 904 unter Verwendung von nur zwei Verdrahtungsebenen realisiert sein kann.The following will refer to 11 described how an intersection area 1001 between one of the first lines 902 , one of the second lines 903 and one of the third lines 904 can be realized using only two wiring levels.

In 11 ist eine erste Metallisierungsebene 1100 und ist eine zweite Metallisierungsebene 1101 in Draufsicht gezeigt. Die erste Metallisierungsebene 1100 ist in einer Richtung senkrecht zu der Papierebene von 11 gegenüber der zweiten Metallisierungsebene 1101 verschoben, das heißt, die Papierebene von 11 ist parallel zu der Oberfläche des Biosensor-Arrays 900. In dem Kreuzungsbereich 1101 treffen sich eine der ersten Leitungen 902, die vollständig in der ersten Metallisierungsebene 1100 vorgesehen ist, eine der zweiten Signalleitungen 903, die vollständig in der zweiten Metallisierungsebene 1101 vorgesehen ist, und eine der dritten Leitungen 904, die, wie in 11 gezeigt, zum Teil in der ersten Metallisierungsebene 1100 und zu einem anderen Teil in der zweiten Metallisierungsebene 1101 vorgesehen ist. Um in dem Kreuzungsbereich 1001 eine elektrische Isolation der Signalleitungen 902 bis 904 voneinander zu ermöglichen, ist die dritte Leitung 904 in 11 in einen ersten Abschnitt 904a, in einem zweiten Abschnitt 904b und in einen dritten Abschnitt 904c aufgeteilt. Der erste Abschnitt 904a und der dritte Abschnitt 904c verlaufen in der zweiten Metallisierungsebene 1101, wohingegen der zweite Abschnitt 904b in der ersten Metallisierungsebene 1100 verläuft. Mittels vertikaler Kontaktierungselemente 1102, die senkrecht zu der Papierebene von 11 verlaufend angeordnet sind, ist der erste Abschnitt 904a mit dem zweiten Abschnitt 904b bzw. der zweite Abschnitt 904b mit dem dritten Abschnitt 904c der dritten Leitung 904 gekoppelt. Dadurch ist es unter Verwendung von nur zwei Metallisierungsebenen ermöglicht, dass drei Leitungen 902 bis 904 einander überkreuzen, ohne dass die elektrische Isolation unterbrochen wird.In 11 is a first level of metallization 1100 and is a second level of metallization 1101 shown in top view. The first level of metallization 1100 is in a direction perpendicular to the paper plane of 11 opposite the second level of metallization 1101 shifted, that is, the paper plane of 11 is parallel to the surface of the biosensor array 900 , In the intersection area 1101 meet one of the first lines 902 that are completely in the first level of metallization 1100 is provided, one of the second signal lines 903 that are completely in the second metallization level 1101 is provided, and one of the third lines 904 who, as in 11 shown, partly in the first metallization level 1100 and to another part in the second metallization level 1101 is provided. To in the intersection area 1001 electrical insulation of the signal lines 902 to 904 The third line is to enable each other 904 in 11 in a first section 904 , in a second section 904b and into a third section 904c divided up. The first paragraph 904 and the third section 904c run in the second metallization level 1101 , whereas the second section 904b in the first level of metallization 1100 runs. Using vertical contacting elements 1102 that are perpendicular to the paper plane of 11 are arranged in a trending manner is the first section 904 with the second section 904b or the second section 904b with the third section 904c the third line 904 coupled. This allows three lines using only two metallization levels 902 to 904 cross each other without breaking the electrical insulation.

In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass eine matrixförmige Anordnung mit drei (oder mehr) Verdrahtungsrichtungen nicht notwendigerweise mit drei (oder mehr) unabhängigen Verdrahtungsebenen realisiert sein muss. Zwei Verdrahtungsebenen sind in jedem Fall hinreichend, wie in 11 schematisch gezeigt.In this context, it should be noted that a matrix-like arrangement with three (or more) wiring directions does not necessarily have to be implemented with three (or more) independent wiring levels. In any case, two wiring levels are sufficient, as in 11 shown schematically.

In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:The following are in this document Publications quotes:

  • [1] R. Hintsche et al, "Microelectrode arrays and application to biosensing devices", Biosensors & Bioelectronics, p. 697–705, 1994[1] R. Hintsche et al, "Microelectrode arrays and application to biosensing devices ", Biosensors & Bioelectronics, p. 697-705, 1994
  • [2] R. Hintsche et al., "Microbiosensors using electrodes made in Si-technology" in "Frontiers in Biosensorics I", F. Scheller et al. ed., Birkhäuser, Basel, Switzerland, 1997[2] R. Hintsche et al., "Microbiosensors using electrodes made in Si-technology "in" Frontiers in Biosensorics I ", F. Scheller et al. ed., Birkhäuser, Basel, Switzerland, 1997
  • [3] M. Paeschke et al, "Highly sensitive electrochemical microsensors using submicrometer electrode arrays", Sensors and Actuators B, p. 394–397, 1995[3] M. Paeschke et al, "Highly sensitive electrochemical microsensors using submicrometer electrode arrays ", sensors and Actuators B, p. 394-397, 1995
  • [4] WO 00/62048[4] WO 00/62048
  • [5] R. Thewes et al., "Sensor Arrays for Fully Electronic DNA Detection on CMOS", Proc. Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC), p. 350, 2002[5] R. Thewes et al., "Sensor Arrays for Fully Electronic DNA Detection on CMOS ", Proc. Int. Solid-State Circuits Conf. (ISSCC), p. 350, 2002

100100
Redox-Recycling-BiosensorRedox recycling biosensor
101101
Substratsubstratum
102102
erste Interdigitalelektrodefirst Interdigital electrode
103103
zweite Interdigitalelektrodesecond Interdigital electrode
104104
Referenzelektrodereference electrode
105105
Gegenelektrodecounter electrode
106106
Differenzverstärkerdifferential amplifier
106a106a
nicht-invertierender Eingangnon-inverting entrance
106b106b
invertierender Einganginverting entrance
106c106c
Ausgangoutput
107107
Massepotentialground potential
108108
erste Gleichspannungsquellefirst DC voltage source
109109
zweite Gleichspannungsquellesecond DC voltage source
110110
erstes Amperemeterfirst ammeter
111111
zweites Amperemetersecond ammeter
200200
Redox-Recycling-Biosensor-ArrayRedox recycling biosensor array
201201
Silizium-SubstratSilicon substrate
202202
Redox-Recycling-Biosensor-FelderRedox recycling biosensor zones
202a202a
ausgewähltes Redox-Recycling-Biosensor-Felderselected redox recycling biosensor fields
203203
erster Anschlussfirst connection
204204
zweiter Anschlusssecond connection
205205
erste Signalleitungfirst signal line
206206
zweite Signalleitungsecond signal line
207207
erste Ansteuereinheitfirst control unit
208208
zweite Ansteuereinheitsecond control unit
209209
erste Detektionseinheitfirst detection unit
210210
zweite Detektionseinheitsecond detection unit
211211
Auswahleinheitselector
211a211
erste Schalteinrichtungfirst switching device
211b211b
zweite Schalteinrichtungsecond switching device
212212
Massepotentialground potential
300300
erste Elektrodefirst electrode
301301
zweite Elektrodesecond electrode
302302
Haltebereichholding area
303303
DNA-SondenmoleküleDNA probe molecules
304304
DNA-SträngeDNA strands
305305
Elektrolytelectrolyte
306306
Enzym-LabelEnzyme Label
307307
Molekülemolecules
308308
Teilmolekülepart molecules
309309
Pfeilarrow
310310
oxidierte Teilmoleküleoxidized part molecules
311311
reduzierte Teilmolekülereduced part molecules
400400
Biosensor-ArrayBiosensor array
401401
erste Interdigitalelektrodefirst Interdigital electrode
402402
zweite Interdigitalelektrodesecond Interdigital electrode
403403
erste Gleichspannungsquellefirst DC voltage source
404404
erste Schalterfirst switch
405405
zweite Gleichspannungsquellesecond DC voltage source
406406
zweite Schaltersecond switch
407407
erste Stromerfasseinheitfirst Current detecting unit
408408
zweite Stromerfasseinheitsecond Current detecting unit
409409
Referenzelektrodereference electrode
410410
Gegenelektrodecounter electrode
411411
Operationsverstärkeroperational amplifiers
411a411a
nicht-invertierender Eingangnon-inverting entrance
411b411b
invertierender Einganginverting entrance
411c411c
Ausgangoutput
500500
Biosensor-ArrayBiosensor array
501501
ausgewählte Zeileselected row
600600
Biosensor-ArrayBiosensor array
601601
erste Gleichspannungsquellenfirst DC voltage sources
602602
zweite Gleichspannungsquellensecond DC voltage sources
603603
erste Stromerfasseinrichtungenfirst Current detecting devices
604604
zweite Stromerfasseinrichtungensecond Current detecting devices
700700
Biosensor-ArrayBiosensor array
701701
dritte Gleichspannungsquellethird DC voltage source
702702
vierte Gleichspannungsquellefourth DC voltage source
800800
Sensor-ArraySensor array
801801
erster Schaltungsblockfirst circuit block
802802
zweiter Schaltungsblocksecond circuit block
803803
Eingabe-/Ausgabe-SchnittstelleInput / output interface
900900
Biosensor-ArrayBiosensor array
901901
Schalterswitch
901a901
erster Schalterfirst switch
901b901b
zweiter Schaltersecond switch
902902
erste Leitungenfirst cables
903903
zweite Leitungensecond cables
904904
dritte Leitungenthird cables
904a904
erster Abschnittfirst section
904b904b
zweiter Abschnittsecond section
904c904c
dritter Abschnittthird section
10001000
Biosensor-ArrayBiosensor array
10011001
Kreuzungsbereichcrossing area
11001100
erste Metallisierungsebenefirst metallization
11011101
zweite Metallisierungsebenesecond metallization
11021102
Kontaktierungselementecontacting

Claims (25)

Biosensor-Array – mit einem Substrat; – mit einer Mehrzahl von auf dem Substrat angeordneten Biosensor-Feldern, von denen jedes einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist; – mit mindestens einer ersten Signalleitung und mit mindestens einer zweiten Signalleitung, wobei – die mindestens eine erste Signalleitung von der mindestens einen zweiten Signalleitung elektrisch isoliert ist; – jeweils der erste Anschluss eines jeden Biosensor-Felds mit genau einer der mindestens einen ersten Signalleitung gekoppelt ist und der zweite Anschluss eines jeden Biosensor-Felds mit genau einer der mindestens einen zweiten Signalleitung gekoppelt ist; – zumindest eine der mindestens einen ersten Signalleitung und zumindest eine der mindestens einen zweiten Signalleitung mit zumindest zwei der Biosensor-Felder gekoppelt ist; – mit einer ersten Ansteuereinheit zum Bereitstellen eines ersten elektrischen Ansteuersignals und mit einer zweiten Ansteuereinheit zum Bereitstellen eines zweiten elektrischen Ansteuersignals, – mit einer mit der ersten Ansteuereinheit gekoppelten ersten Detektionseinheit und/oder mit einer mit der zweiten Ansteuereinheit gekoppelten zweiten Detektionseinheit, die derart eingerichtet ist oder sind, dass sie ein aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Ansteuersignal resultierendes erstes und/oder zweites elektrisches Detektionssignal eines ausgewählten Biosensor-Felds erfasst oder erfassen; – mit einer Auswahleinheit, die derart eingerichtet ist, dass sie die erste Ansteuereinheit mit der ersten Signalleitung eines auszuwählenden Biosensor-Felds und die zweite Ansteuereinheit mit der zweiten Signalleitung des auszuwählenden Biosensor-Felds koppelt, womit das Biosensor-Feld ausgewählt wird.Biosensor array - With a substrate; - With a plurality of biosensor fields arranged on the substrate, each of which has a first connector and a second connector having; - With at least one first signal line and at least one second Signal line, whereby - the at least one first signal line from the at least one second Signal line is electrically isolated; - the first connection in each case of each biosensor field coupled with exactly one of the at least one first signal line and the second connection of each biosensor field with exactly one of the at least one second signal line is coupled; - at least one of the at least one first signal line and at least one the at least one second signal line with at least two of the Biosensor fields is coupled; - With a first control unit for providing a first electrical control signal and with a second control unit for providing a second electrical control signal, - with one with the first Control unit coupled first detection unit and / or with a second detection unit coupled to the second control unit, which is or are set up in such a way that they are one from the first and the second electrical control signal resulting first and / or second electrical detection signal of a selected biosensor field captured or captured; - With a selection unit which is set up in such a way that it first control unit with the first signal line to be selected Biosensor field and the second control unit with the second signal line the one to be selected Biosensor field couples, with which the biosensor field is selected. Biosensor-Array nach Anspruch 1, mit einer Auswerteeinheit, die derart eingerichtet ist, dass sie für das mindestens eine ausgewählte Biosensor-Feld basierend auf dem ersten und/oder dem zweiten Detektionssignal ermittelt, ob an dem mindestens einen ausgewählten Biosensor-Feld Sensorereignisse erfolgt sind und/oder in welcher Quantität an dem mindestens einen ausgewählten Biosensor-Feld Sensorereignisse erfolgt sind.Biosensor array according to claim 1, with an evaluation unit, which is set up in such a way that it is based on the at least one selected biosensor field determined on the first and / or the second detection signal, whether sensor events on the at least one selected biosensor field and / or in what quantity at the at least one selected biosensor field Sensor events have occurred. Biosensor-Array nach Anspruch 1 oder 2, bei dem mindestens eines der Biosensor-Felder ein elektrochemisches Biosensor-Feld ist.Biosensor array according to claim 1 or 2, wherein at least one the biosensor field is an electrochemical biosensor field. Biosensor-Array nach Anspruch 3, bei dem zumindest eines der Biosensor-Felder ein Redox-Recycling-Biosensor-Feld ist.Biosensor array according to claim 3, wherein at least one of the Biosensor fields a redox recycling biosensor field is. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Biosensor-Feld eine erste und eine zweite Elektrode aufweist, wobei die erste Elektrode mit dem ersten Anschluss und wobei die zweite Elektrode mit dem zweiten Anschluss des Biosensor-Felds gekoppelt ist.Biosensor array according to one of claims 1 to 4, wherein the biosensor field has a first and a second electrode, the first electrode with the first connection and the second electrode with the second connection of the biosensor field is coupled. Biosensor-Array nach Anspruch 5, bei dem die erste und die zweite Elektrode Interdigitalelektroden sind.The biosensor array of claim 5, wherein the first and second Electrode are interdigital electrodes. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Biosensor-Felder zu einer Mehrzahl von Biosensor-Gruppen gruppiert sind derart, dass jede Biosensor-Gruppe wahlweise separat von den anderen Biosensor-Gruppen oder gemeinsam mit zumindest einem Teil der anderen Biosensor-Gruppen betreibbar ist.Biosensor array according to one of claims 1 to 6, wherein the biosensor fields to a plurality of biosensor groups are grouped in such a way that each biosensor group is optionally separate from the other biosensor groups or together with at least one Part of the other biosensor groups is operable. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Substrat – ein Keramik-Substrat; – ein Halbleiter-Substrat; – ein Glas-Substrat; oder – ein Plastik-Substrat ist.Biosensor array according to one of claims 1 to 7, wherein the substrate - a ceramic substrate; - a semiconductor substrate; - a glass substrate; or - on Plastic substrate is. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das erste und das zweite elektrische Ansteuersignal elektrische Gleichspannungssignale mit unterschiedlichem Vorzeichen sind und bei dem das erste und/oder zweite elektrische Detektionssignal ein elektrischer Strom ist.Biosensor array according to one of claims 1 to 8, wherein the first and the second electrical control signal with electrical DC signals are of different sign and in which the first and / or second electrical detection signal is an electrical current. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Werte des ersten und des zweiten elektrischen Ansteuersignals derart eingestellt sind, dass infolge eines an einem Biosensor-Feld erfolgten Sensorereignisses im Wesentlichen nur dann ein signifikantes erstes und/oder zweites Detektionssignal generiert wird, wenn der erste Anschluss des Biosensor-Felds mit der ersten Ansteuereinheit und der zweite Anschluss des Biosensor-Felds mit der zweiten Ansteuereinheit gekoppelt ist.Biosensor array according to one of claims 1 to 9, wherein the values of the first and the second electrical control signal are set in this way are that as a result of a sensor event occurring on a biosensor field essentially only then a significant first and / or second Detection signal is generated when the first connection of the biosensor field with the first control unit and the second connection of the biosensor field is coupled to the second control unit. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei dem in dem Substrat – ein Analog-Digital-Wandler-Schaltkreis integriert ist, der derart eingerichtet ist, dass er ein analoges elektrisches Signal in ein digitales Signal umwandeln und der Auswerteeinheit bereitstellen kann; und/oder – eine elektrische Versorgungseinheit integriert ist, die derart eingerichtet ist, dass sie der ersten und/oder der zweiten Ansteuereinheit und/oder der Auswahleinheit elektrische Spannungssignale und/oder elektrische Stromsignale bereitstellen kann; und/oder – ein Digital-Analog-Wandler-Schaltkreis integriert ist, der derart eingerichtet ist, dass er ein digitales Signal der Versorgungseinheit in ein analoges Signal umwandeln und der Ansteuereinheit und/oder der Auswahleinheit bereitstellen kann; und/oder – eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle integriert ist; und/oder – eine Verstärkereinheit, eingerichtet zum Verstärken des ersten und/oder des zweiten elektrischen Detektionssignals, integriert ist.Biosensor array according to one of claims 2 to 10, in which in the substratum - on Analog-digital converter circuit is integrated, which is set up in this way is that it converts an analog electrical signal into a digital signal convert and provide the evaluation unit; and or - an electric one Integrated supply unit, which is set up in such a way that the first and / or the second control unit and / or the selection unit electrical voltage signals and / or electrical Can provide current signals; and or - A digital-to-analog converter circuit is integrated, which is set up in such a way that it is a digital one Convert the signal of the supply unit into an analog signal and can provide the control unit and / or the selection unit; and or - one Input / output interface is integrated; and or - an amplifier unit, set up to reinforce the first and / or the second electrical detection signal, integrated is. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die mindestens eine erste Signalleitung und die mindestens eine zweite Signalleitung zumindest teilweise in zwei unterschiedlichen Leitungsebenen in und/oder auf und/oder unter dem Substrat ausgebildet sind.Biosensor array according to one of claims 1 to 11, wherein the at least a first signal line and the at least one second signal line at least partly in two different management levels in and / or on and / or are formed under the substrate. Biosensor-Array nach Anspruch 12, bei dem die Biosensor-Felder in genau einer der Leitungsebenen ausgebildet sind.The biosensor array of claim 12, wherein the biosensor fields are trained in exactly one of the management levels. Biosensor-Array nach Anspruch 12 oder 13, bei dem in einem ersten Leitungsabschnitt, in dem die mindestens eine erste Signalleitung und die mindestens eine zweite Signalleitung von einer gegenseitigen Kreuzung frei sind, die mindestens eine erste Signalleitung und die mindestens eine zweite Signalleitung in derselben Ebene verlaufend ausgebildet sind, und bei dem in einem zweiten Leitungsabschnitt, in dem die mindestens eine erste Signalleitung und die mindestens eine zweite Signalleitung sich gegenseitig kreuzen, die mindestens eine erste Signalleitung und die mindestens eine zweite Signalleitung in unterschiedlichen Ebenen verlaufend ausgebildet sind.Biosensor array according to claim 12 or 13, wherein in a first Line section in which the at least one first signal line and the at least one second signal line from one another Crossing are free, the at least a first signal line and the at least one second signal line running in the same plane are formed, and in which in a second line section, in which the at least one first signal line and the at least a second signal line cross each other, at least a first signal line and the at least one second signal line are trained in different levels. Biosensor-Array nach Anspruch 14, bei dem der erste Leitungsabschnitt der mindestens einen ersten Signalleitung und/oder der mindestens einen zweiten Signalleitung mit dem zweiten Leitungsabschnitt der mindestens einen ersten Signalleitung und/oder der mindestens einen zweiten Signalleitung mittels mindestens einem im Wesentlichen vertikal zu dem Substrat verlaufend angeordneten elektrischen Kontaktierungselement gekoppelt sind.The biosensor array of claim 14, wherein the first line section the at least one first signal line and / or the at least one a second signal line with the second line section of the at least a first signal line and / or the at least one second Signal line by means of at least one essentially vertical to the substrate arranged electrical contacting element are coupled. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die mindestens eine erste Signalleitung und/oder die mindestens eine zweite Signalleitung auf einer Unterseite des Substrats oder unterhalb des Substrats verlaufend ausgebildet ist.Biosensor array according to one of claims 12 to 15, wherein the at least one first signal line and / or the at least one second signal line on an underside of the substrate or below of the substrate is designed to run. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem die erste Ansteuereinheit eine für alle Biosensor-Felder gemeinsame erste Versorgungseinheit und/oder die zweite Ansteuereinheit eine für alle Biosensor-Felder gemeinsame zweite Versorgungseinheit aufweist, wobei die erste Versorgungseinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an das zumindest eine ausgewählte Biosensor-Feld das erste elektrische Ansteuersignal anlegbar ist, und/oder wobei die zweite Versorgungseinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an das zumindest eine ausgewählte Biosensor-Feld das zweite elektrische Ansteuersignal anlegbar ist.Biosensor array according to one of claims 1 to 16, wherein the first Control unit one for all biosensor fields common first supply unit and / or the second control unit one for all Biosensor fields has a common second supply unit, wherein the first supply unit is set up in such a way that with it to the at least one selected biosensor field the first electrical Control signal can be applied, and / or wherein the second supply unit is set up in such a way that it connects to the at least one selected biosensor field the second electrical control signal can be applied. Biosensor-Array nach Anspruch 17, bei dem die erste und zweite Ansteuereinheit derart eingerichtet sind, dass an zumindest einen Teil der nicht ausgewählten Biosensor-Felder ein elektrisches Referenzsignal anlegbar ist, dessen Wert im Wesentlichen der Mittelwert aus dem ersten und aus dem zweiten Ansteuersignal ist.The biosensor array according to claim 17, in which the first and second control units are set up in such a way that an electric Re is connected to at least some of the non-selected biosensor fields Reference signal can be applied, the value of which is essentially the average of the first and second control signal. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die erste Ansteuereinheit für jeweils eine erste Gruppe von Biosensor-Feldern eine der jeweiligen Gruppe zugehörige erste Versorgungseinheit aufweist, welche erste Versorgungseinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an die Biosensor-Felder der zugehörigen ersten Gruppe das erste elektrische Ansteuersignal anlegbar ist, und/oder bei dem die zweite Ansteuereinheit für jeweils eine zweite Gruppe von Biosensor-Feldern eine der jeweiligen Gruppe zugehörige zweite Versorgungseinheit aufweist, welche zweite Versorgungseinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an die Biosensor-Felder der zugehörigen zweiten Gruppe das zweite elektrische Ansteuersignal anlegbar ist.A biosensor array according to any one of claims 1 to 18, in which the first Control unit for a first group of biosensor fields each one of the respective Group associated has first supply unit, which first supply unit is set up in such a way that it connects to the biosensor fields associated the first electrical control signal can be applied to the first group, and / or in which the second control unit for each second group of biosensor fields, a second one belonging to the respective group Has supply unit, which second supply unit such is set up that with it to the biosensor fields of the associated second Group the second electrical control signal can be applied. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem die erste Detektionseinheit eine für alle Biosensor-Felder gemeinsame erste Messeinheit aufweist, welche erste Messeinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an genau einem ausgewählten Biosensor-Feld das elektrische erste Detektionssignal erfassbar ist und/oder bei dem die zweite Detektionseinheit eine für alle Biosensor-Felder gemeinsame zweite Messeinheit aufweist, welche zweite Messeinheit derart eingerichtet ist, dass mit ihr an genau einem ausgewählten Biosensor-Feld das elektrische zweite Detektionssignal erfassbar ist.A biosensor array according to any one of claims 1 to 19, in which the first Detection unit one for all Biosensor zones common first measuring unit, which first measuring unit is set up in such a way that it is at exactly one selected biosensor field the electrical first detection signal is detectable and / or at which the second detection unit has in common for all biosensor fields has second measuring unit, which second measuring unit is set up in this way is that with it the electrical at exactly one selected biosensor field second detection signal is detectable. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 20, bei dem die erste Detektionseinheit für jeweils eine dritte Gruppe von Biosensor-Feldern eine der jeweiligen dritten Gruppe zugehörige erste Messeinheit aufweist, wobei jede der ersten Messeinheiten derart eingerichtet ist, dass mit ihr an genau einem ausgewählten Biosensor-Feld der zugehörigen dritten Gruppe das elektrische erste Detektionssignal erfassbar ist und/oder bei dem die zweite Detektionseinheit für jeweils eine vierte Gruppe von Biosensor-Feldern eine der jeweiligen vierten Gruppe zugehörige zweite Messeinheit aufweist, wobei jede der zweiten Messeinheiten derart eingerichtet ist, dass mit ihr an genau einem ausgewählten Biosensor-Feld der zugehörigen vierten Gruppe das elektrische zweite Detektionssignal erfassbar ist.Biosensor array according to one of claims 1 to 20, wherein the first Detection unit for a third group of biosensor fields each one of the respective belonging to the third group has first measuring unit, each of the first measuring units being such is set up with it at exactly one selected biosensor field the associated third group, the electrical first detection signal can be detected and / or in which the second detection unit for each a fourth group of biosensor fields one of the fourth Group associated has second measuring unit, each of the second measuring units is set up in such a way that it is used in exactly one selected biosensor field associated fourth group, the electrical second detection signal can be detected is. Biosensor-Array nach einem der Ansprüche 1 bis 21, mit einer Potentiostat-Einrichtung, die derart eingerichtet ist, dass mit ihr einem in zumindest einen Teil der Biosensor-Felder eingebrachten Elektrolyten ein konstantes elektrisches Potential vorgebbar ist.Biosensor array according to one of Claims 1 to 21, with a potentiostat device, which is set up in such a way that it can be used in at least part of the biosensor fields introduced electrolytes a constant electrical Potential can be specified. Biosensor-Array nach Anspruch 22, bei dem die Potentiostat-Einrichtung eine Referenzelektrode, eine Gegenelektrode und einen Operationsverstärker aufweist, wobei ein erster Eingang des Operationsverstärkers mit der Referenzelektrode, ein zweiter Eingang des Operationsverstärkers mit einem Referenzpotential und ein Ausgang des Operationsverstärkers mit der Gegenelektrode gekoppelt ist.The biosensor array of claim 22, wherein the potentiostat device has a reference electrode, a counter electrode and an operational amplifier, a first input of the operational amplifier with the reference electrode, a second input of the operational amplifier with a reference potential and an output of the operational amplifier with the counter electrode is coupled. Verfahren zum Betreiben eines Biosensor-Arrays – mit einem Biosensor-Array – mit einem Substrat; – mit einer Mehrzahl von auf dem Substrat angeordneten Biosensor-Feldern, von denen jedes einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist; – mit mindestens einer ersten Signalleitung und mit mindestens einer zweiten Signalleitung, wobei – die mindestens eine erste Signalleitung von der mindestens einen zweiten Signalleitung elektrisch isoliert ist; – jeweils der erste Anschluss eines jeden Biosensor-Felds mit genau einer der mindestens einen ersten Signalleitung gekoppelt ist und der zweite Anschluss eines jeden Biosensor-Felds mit genau einer der mindestens einen zweiten Signalleitung gekoppelt ist; – zumindest eine der mindestens einen ersten Signalleitung und zumindest eine der mindestens einen zweiten Signalleitung mit zumindest zwei der Biosensor-Felder gekoppelt ist; – mit einer ersten Ansteuereinheit zum Bereitstellen eines ersten elektrischen Ansteuersignals und mit einer zweiten Ansteuereinheit zum Bereitstellen eines zweiten elektrischen Ansteuersignals, – mit einer mit der ersten Ansteuereinheit gekoppelten ersten Detektionseinheit und/oder mit einer mit der zweiten Ansteuereinheit gekoppelten zweiten Detektionseinheit, die derart eingerichtet ist oder sind, dass sie ein aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Ansteuersignal resultierendes erstes und/oder zweites elektrisches Detektionssignal eines ausgewählten Biosensor-Felds erfasst oder erfassen; – mit einer Auswahleinheit, die derart eingerichtet ist, dass sie die erste Ansteuereinheit mit der ersten Signalleitung eines auszuwählenden Biosensor-Felds und die zweite Ansteuereinheit mit der zweiten Signalleitung des auszuwählenden Biosensor-Felds koppelt, womit das Biosensor-Feld ausgewählt wird; – wobei gemäß dem Verfahren – die erste Ansteuereinheit mit der ersten Signalleitung eines auszuwählenden Biosensor-Felds und die zweite Ansteuereinheit mit der zweiten Signalleitung des auszuwählenden Biosensor-Felds gekoppelt wird, womit das Biosensor-Feld ausgewählt wird; – der ersten Signalleitung des ausgewählten Biosensor-Felds ein erstes elektrisches Ansteuersignal und der zweiten Signalleitung des ausgewählten Biosensor-Felds ein zweites elektrisches Ansteuersignal bereitgestellt wird; – ein aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Ansteuersignal resultierendes erstes Detektionssignal an der ersten Signalleitung des ausgewählten Biosensor-Felds und/oder ein aus dem ersten und dem zweiten elektrischen Ansteuersignal resultierendes zweites Detektionssignal an der zweiten Signalleitung des ausgewählten Biosensor- Felds erfasst wird oder werden.Method for operating a biosensor array - with a biosensor array - with a substrate; With a plurality of biosensor fields arranged on the substrate, each of which has a first connection and a second connection; With at least one first signal line and with at least one second signal line, the at least one first signal line being electrically insulated from the at least one second signal line; - The first connection of each biosensor field is coupled to exactly one of the at least one first signal line and the second connection of each biosensor field is coupled to exactly one of the at least one second signal line; - At least one of the at least one first signal line and at least one of the at least one second signal line is coupled to at least two of the biosensor fields; With a first control unit for providing a first electrical control signal and with a second control unit for providing a second electrical control signal, with a first detection unit coupled to the first control unit and / or with a second detection unit coupled with the second control unit, which is set up in this way or are that they detect or detect a first and / or second electrical detection signal of a selected biosensor field resulting from the first and the second electrical control signal; With a selection unit that is set up in such a way that it couples the first control unit to the first signal line of a biosensor field to be selected and the second control unit to the second signal line of the biosensor field to be selected, whereby the biosensor field is selected; - According to the method - the first control unit is coupled to the first signal line of a biosensor field to be selected and the second control unit is coupled to the second signal line of the biosensor field to be selected, whereby the biosensor field is selected; The first signal line of the selected biosensor field is provided with a first electrical control signal and the second signal line of the selected biosensor field with a second electrical control signal; A first detection signal resulting from the first and the second electrical control signal on the first signal line of the selected Bi o-sensor field and / or a second detection signal resulting from the first and the second electrical control signal is or are detected on the second signal line of the selected biosensor field. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem für das mindestens eine ausgewählte Biosensor-Feld basierend auf dem ersten und/oder dem zweiten Detektionssignal ermittelt wird, ob an dem mindestens einen ausgewählten Biosensor-Feld Sensorereignisse erfolgt sind und/oder in welcher Quantität an dem mindestens einen ausgewählten Biosensor-Feld Sensorereignisse erfolgt sind.25. The method of claim 24, wherein for the at least one selected biosensor field determined based on the first and / or the second detection signal whether there are sensor events on the at least one selected biosensor field and / or in what quantity at the at least one selected biosensor field Sensor events have occurred.
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