DE10318898A1 - Vorrichtung zur Aufnahme planarer Strukturen, insbesondere von Biosensoren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme planarer Strukturen, insbesondere von Biosensoren mit Kontaktier- und Abdichtfunktion in Gestalt einer Schnellwechselhalterung. Diese besteht aus einem Grundkörper 1, einem an dem Grundkörper 1 fixier- und lösbaren Verschlussteil 10 sowie einem zwischen dem Grundkörper 1 und dem lösbaren Verschlussteil 10 angeordneten Stecker 2 und der ebenfalls zwischen dem Grundkörper 1 und dem lösbaren Verschlussteil 10 angeordneten Anpressscheibe 3, Druckfeder 5, Dichtung 6, Dichtkappe 8 sowie den O-Ringen 4, 7 und 9, wobei das lösbare Verschlussteil 10 die Dichtkappe 8 über die Dichtung 6 gegen die Anpressscheibe 3 drückt und die Dichtung 6 dadurch so verformt wird, dass eine in die Dichtung 6 eingeführte und über den Stecker 2 kontaktierte planare Struktur 11 gehalten und eine Messwertableitung zuverlässig gegen einen Analyten abgedichtet ist. DOLLAR A Die Vorrichtung ist einfach handhabbar und kostengünstig herstellbar. Sie ermöglicht ein problemloses Auswechseln der planaren Struktur und schützt diese durch eine Schutzkappe auch vor dem Austrocknen und vor mechanischen Belastungen - Fig. 1.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine besonders einfache und tragbare Vorrichtung zur Aufnahme planarer Strukturen, insbesondere Biosensoren.
• Eine wesentliche Vorraussetzung für den industriellen Einsatz planarer Strukturen, insbesondere von Sensoren, speziell von Biosensoren, in wässrigen Lösungen ist deren einfache Handhabbarkeit, die auch unter produktionsnahen Bedingungen gegeben sein sollte.
• Im Unterschied zu den meisten chemischen und physikalischen Sensoren sind Biosensoren wegen der hohen Sensibilität ihrer biologischen Rezeptoren nicht nur sehr empfindlich. Auf Grund des natürlichen Alterungsprozesses des verwendeten biologischen Materials sind sie in bestimmten Zeitabständen zu kalibrieren. Führt auch eine Mehrzahl aufeinanderfolgender Kalibriervorgänge nicht zu einer erfolgreichen Kalibrierung, liegt ein irreversibler Fehler am Biosensor vor und er muss ausgewechselt werden. Biosensoren werden daher als kurzlebige Verbrauchsmaterialien angesehen. Sie sollen daher preiswert herzustellen und auf einfache Art und Weise ersetz- und austauschbar sein.
• Bekannt ist, dass Biosensoren meistens mittels plan arbeitender Technologien, wie zum Beispiel der Dünnschichttechnologie oder der Dickschichttechnologie, in größeren Stückzahlen hergestellt werden. Biosensoren liegen daher in der Regel in Form einer planaren Struktur vor und werden meistens über Kontaktflächen, sogenannten Pads, elektrisch leitend verbunden. Für den Einsatz von Biosensoren im Labor, zum Beispiels in Laboranalysen, sind zur Anordnung der Biosensoren vielfältigste Lösungen bekannt.
• Bekannt ist der weit verbreitete Wunsch, Sensoren nach jedem oder nach mehrmaligem Gebrauch in Analysevorrichtungen wegwerfen zu können und so deren Austausch zu realisieren. Im Stand der Technik sind dazu eine Reihe von Sensorausbildungen in Gestalt wegwerfbarer Kassettenanordnungen beschrieben. Beispielhaft hierfür seien genannt US 4,994,167, US 4,966,670, US 4,871,439, WO 90 02938 A, EP 0 450 473 und EP 0 579 997.
• Diese technischen Lösungen sind meist kompliziert und schwierig herzustellen, sie sind teuer und haben keine besonders gute Abdichtung.
• Auch ein Eingießen der Sensoren bzw. das Anspritzen eines Dichtkörpers ist aus Kostengründen problematisch, zumal die Sensoren meist als Einwegsensoren ausgebildet sind und eine Wiederverwertung von vornherein nicht vorgesehen ist.
• Die weit verbreiteten Messzellen oder Messkammern mit darin angeordneten Sensoren sehen eine zum Messmedium abdichtende Kontaktierung der Pads durch Abdichtung der aktiven Fläche z. B. mittels O-Ringen vor. Eine Abdichtung erfolgt über das Anpressen der Kammer an den Sensorträger mittels Klemm- oder Schraubverbindungen. In jedem Fall ist dabei eine gesonderte Probenzuführung in den abgedichteten Bereich erforderlich. Dies erfordert eine manuelle Probenzuführung beziehungsweise eine automatische Probennahme, verbunden mit einer entsprechenden Mechanik (Pumpen, Kanäle, Schläuche etc). Ein unmittelbares Einbringen der Messkammer in das Messmedium ist hierbei nicht möglich.
• Um ein Auswechseln der Sensoren zu ermöglichen, bestehen die den Biosensor enthaltenden Messzellen gemäß DE 42 27 338 A1 und DE 41 15 792 A1 aus einem Unterteil und aus einem Oberteil, wobei die Biosensoren im Kopfteil bzw. im Unterteil angeordnet sind. Bei der Lösung gemäß DE 42 27 338 A1 muss zum Wechseln der Biosensoren das Kopfteil abgenommen und anschließend mittels der vorhandenen Führungsstifte wieder auf dem Unterteil befestigt werden. Bei der Lösung gemäß DE 41 15 792 A1 ist es zum Wechseln der Biosensoren bzw. der Membran erforderlich, das Biosensorsystem aus der vorhandenen Justierung zu ziehen und das Unterteil hochzuklappen.
• Bei den genannten Messzellen und auch bei den Messkammern gemäß DE 39 40 113 C2, DE 197 49 216 C1 und DE 69 119 750 T2 erfordert der Austausch der Biosensoren bzw. der Membranen einen verhältnismäßig hohen manuellen und zeitlichen Aufwand.
• Mit der Aufgabe, eine Durchflussmesszelle für Biosensoren bereitzustellen, bei der es möglich ist, den Biosensor auf einfache Weise und in kürzester Zeit auszuwechseln ohne dass Dichtungsprobleme entstehen, wird in der DE 19 53 7 506 C2 eine Messzelle vorgeschlagen, die einen drehbaren und durch ein Gummilager federnd gelagerten, exzentrischen Andruckhebel für den Biosensor aufweist. Dieser soll es ermöglichen, mittels eines einzigen Handgriffes den Biosensor flüssigkeitsdicht in die Durchflussmesszelle einzubringen.
• Diese technische Lösung erweist sich zwar als einfach handhabbar, sie ist jedoch ebenfalls zu aufwendig. Als sehr kompliziert und problematisch ist dabei das Abdichten der planaren Strukturen in deren Kantenbereich.
• Auch diese Lösung stellt eine Durchflusszelle dar. Dies bedeutet, dass die zu vermessende Probe über spezielle Öffnungen aktiv zum Sensor geleitet werden muss. Ein direktes Eintauchen des Sensors in die Probe kann mit dieser Anordnung nicht realisiert werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstig herstellbare Vorrichtung zur Aufnahme planarer Strukturen, insbesondere Biosensoren bereitzustellen, die für eine Messwerterfassung ohne automatisierte Probenahme (z. B. direkte Messung in der Probe) geeignet ist und ein einfaches und schnelles Wechseln der planaren Strukturen bei zuverlässiger Abdichtung des Analyten gegen die Messwertableitung ermöglicht.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Halterung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Halterung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 7.
• Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine einfach handhabbare und kostengünstig herstellbare Schnellwechselhalterung für die Integration von planaren Strukturen, insbesondere von Biosensoren, in technische Prozesse bereitgestellt. Sie ermöglicht nicht nur ein problemloses Auswechseln der planaren Struktur, sondern schützt diese mittels einer mit einem flüssigen Medium füllbaren Schutzkappe auch vor dem Austrocknen und mechanischen Belastungen. Die planare Struktur kann mittels herkömmlicher Stecker kontaktiert und eine Messwertableitung zuverlässig gegen einen Analyten abgedichtet werden.
• Die erfindungsgemäße konstruktive Gestaltung der Schnellwechselvorrichtung erlaubt es, diese bei Erhalt ihrer Funktion vollständig in das zu messende Medium einzutauchen.
• Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:
• Fig. 1 die Explosionsdarstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
• Fig. 2 eine planare Struktur in Draufsicht.
• Bei der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um eine Schnellwechselvorrichtung bei der als lösbares Verschlussteil 10 ein zweistufiger Bajonettverschluss verwendet und ein Biosensor als planare Struktur 11 wird.
• In den Grundkörper 1, der die elektrisch leitenden Verbindungen aufnimmt, ist im vorliegenden Beispiel ein kommerziell erhältlicher Stecker 1 mit Federkontakten eingeklebt. Zur Fixierung des Verschlussteiles 10 und der übrigen Einzelteile der Schnellwechselvorrichtung sind jeweils zwei Verschlussstifte 1.1, 3.1 und 8.1 am Grundkörper 1, an der Anpressscheibe 3 als Verdrehungsschutz beziehungsweise an der Dichtkappe 8 angebracht.
• Mittels des Verschlussteiles 10 wird die Dichtkappe 8 über die Dichtung 6 gegen die Anpressscheibe 3 und den Stecker 2 gedrückt. Durch die auf diese Weise ausgeübte Anpresskraft wird die den Biosensor aufgenommene Dichtung 6 so verformt, dass diese Biosensor zur Anpressscheibe 3 und zur Dichtkappe 8abdichtet und damit die Verbindung des Kontaktbereiches 13 des in Fig. 2 dargestellten Biosensors mit dem Stecker 2 gegen das Eindringen des Analyten und von Feuchtigkeit überhaupt abdichtet. Durch leichtes Drehen des Verschlussteiles 10 kann dieses mittels des Bajonettwerschlusses und der Verschlussstifte 1.1, 3.1 sowie 8.1 am Grundkörper 1 fixiert werden. Durch die Verwendung eines zweistufigen Bajonettverschlusses im Verschlussteil 10 ist es möglich, die Anpresskraft zu reduzieren. In der reduzierten Stellung des Bajonettverschlusses kann der Biosensor bei zusammengesetzter Halterung problemlos und in Sekundenschnelle entnommen und zum Beispiel durch einen neuen ausgetauscht werden. Die Druckfeder 5 gewährleistet dabei die Rückstellung der Dichtkappe 8. Die Abdichtung der einzelnen Teile der Schnellwechselvorrichtung untereinander erfolgt mittels der O-Ringe 4,7 und 9. Die in Fig. 1 dargestellte Schutzkappe 12 gewährleistet nicht nur eine feuchte Lagerung des Biosensors sondern schützt dessen sensitiven Bereich vor mechanischer Belastung. Nach vollständigem Lösen des Bajonettverschlusses können alle Teile der Schnellwechselvorrichtung gereinigt oder ausgetauscht werden.
• Als Material für die Halterung können sowohl mechanisch stabile Kunststoffe (Halbwerkzeuge) als auch Edelstahl genutzt werden. Die O-Ringe 4,7 und 9 sind kommerziell erhältliche O-Ringe, wobei die genutzten Materialien möglichst chemikalienresistent sind. Für die Dichtung 6 können alle weichen Dichtungsmaterialien Härte < 40 Shore A (wie z. B. Silicone) genutzt werden.
• Zur Durchführung von Messungen kann die Vorrichtung ohne vorhergehende Probenahme nach dem Abnehmen der Schutzkappe 12 unmittelbar in das betreffende Medium, beispielsweise zur Bestimmung des Glucosegehaltes in ein Kartoffeltauchbad, getaucht werden. BEZUGSZEICHENAUFSTELLUNG 1 Grundkörper
  1.1 Verschlussstifte
  2 Stecker
  3 Anpressscheibe
  3.1 Stifte Anpressscheibe, (Verdrehschutz)
  4 O-Ring
  5 Druckfeder
  6 Dichtung
  7 O-Ring
  8 Dichtkörper
  8.1 Stifte Dichtkörper für Bajonettverschluss
  9 O-Ring
  10 Verschlussteil (mit Bajonettverschluss)
  11 planare Struktur (Sensor)
  12 Schutzkappe
  13 Kontaktbereich
  14 sensitiver Bereich
  15 planer Träger
  

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Aufnahme planerer Strukturen, insbesondere Biosensoren mit Kontaktier- und Abdichtfunktion, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Schnellwechselhalterung ist, bestehend aus

- einem Grundkörper (1),

- einem an dem Grundkörper (1) fixier- und lösbarem Verschlussteil (10),

- einem zwischen dem Grundkörper (1) und dem lösbaren Verschlussteil (10) angeordneten Stecker (2) sowie den ebenfalls zwischen dem Grundkörper (1) und dem lösbaren Verschlussteil (10) angeordneten Anpressscheibe (3), Druckfeder (5), Dichtung (6), Dichtkappe (8) sowie O-Ringen (4, 7 und 9)
wobei das lösbare Verschlussteil (10) die Dichtkappe (8) über die Dichtung (6) gegen die Anpressscheibe (3) drückt und die Dichtung (6) dadurch so verformt wird, dass eine in die Dichtung (6) eingeführte und über den Stecker (2) kontaktierte planare Struktur (11) gehalten und eine Messwertableitung zuverlässig gegen einen Analyten abgedichtet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) einen axial angeordneten Hohlraum aufweist, dessen Querschnitt dem Querschnitt der planaren Struktur (11) angepasst ist und die Dichtung (6) schon durch geringen Anpressdruck eine zuverlässige Halterung und Abdichtung der planaren Struktur (11) gewährleistet und deren Verkanten verhindert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das lösbare Verschlussteil (10) eine mehrstufige Einschnappvorrichtung oder ein zweistufiger Bajonettverschluss ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1), die Anpressscheibe (3) und die Dichtkappe (8) geeignete Mittel zur Aufnahme und Führung des lösbaren Verschlussteiles (10), wie Verschlussstifte (1.1, 3.1 und 8.1) aufweist, wenn das lösbare Verschlussteil (10) ein zweistufiger Bajonettverschluss ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch Lösen des Verschlussteiles (10) die planare Struktur (11) und Einzelteile der Schnellwechselvorrichtung problemlos austauschbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Verschlussteil (10) eine mit einem flüssigen Medium füllbare und die planare Struktur (11) abdeckende Schutzkappe (12) anordenbar, vorzugsweise aufsteck- oder aufschraubbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung 6 vorzugsweise aus einem Material mit einer Härte < 40 Shore A besteht.