EP2291647A1 - Multichannel saw-sensor chip - Google Patents

Multichannel saw-sensor chip

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Publication number
EP2291647A1
EP2291647A1 EP09769114A EP09769114A EP2291647A1 EP 2291647 A1 EP2291647 A1 EP 2291647A1 EP 09769114 A EP09769114 A EP 09769114A EP 09769114 A EP09769114 A EP 09769114A EP 2291647 A1 EP2291647 A1 EP 2291647A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
sensor chip
sensor elements
chip according
elements
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09769114A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Markus Perpeet
Ulrich Schlecht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saw Instruments GmbH
Original Assignee
Saw Instruments GmbH
Biosensor GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saw Instruments GmbH, Biosensor GmbH filed Critical Saw Instruments GmbH
Publication of EP2291647A1 publication Critical patent/EP2291647A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02Analysing fluids
    • G01N29/022Fluid sensors based on microsensors, e.g. quartz crystal-microbalance [QCM], surface acoustic wave [SAW] devices, tuning forks, cantilevers, flexural plate wave [FPW] devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/222Constructional or flow details for analysing fluids
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    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
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    • G01N2291/0255(Bio)chemical reactions, e.g. on biosensors
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    • G01N2291/10Number of transducers
    • G01N2291/104Number of transducers two or more emitters, one receiver
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    • G01N2291/10Number of transducers
    • G01N2291/106Number of transducers one or more transducer arrays

Definitions

  • the invention relates to a sensor chip for the specific determination of analytes in a liquid comprising a plurality of sensor elements based on the SAW principle, which are applied as layer structures on the surface of a substrate, wherein the surface of the sensor elements is coated with a sensitive substrate ("coating") in that the surface of the sensor chip bears sealingly against a half-open cover part during operation, the cover part and the sensor chip forming a flow cell to be flushed by the liquid, conductor structures leading out of the flow cell for contacting the sensor elements.
  • the invention also relates to a method for driving and reading such a sensor chip and a handleable unit with such a sensor chip.
  • Such a sensor for installation in a laboratory device is sold, for example, under the name "K5" by the Applicant.
  • This sensor chip has five separately controllable sensor elements in a parallel arrangement, so that it is possible to perform the same measurement on the liquid loaded with analyte in one pass
  • the contacting of the sensor chip in the device is relatively complicated, since four connections are provided per sensor element, with ground connections for the shielding layer still being added, an increase in the number of individual sensors is not useful because of the small benefit that results from even better coverage of the measurement.
  • the application of the coating takes place in the built-in "operating state" in which the sensor chip is covered by the cover part and forms a flow cell together with the cover part
  • a first flushing receptors eg anft-thrombin aptamers immobilized by carbodiimite chemistry
  • the operating effort for the measurement is relatively high, so that the measurements are essentially reserved for laboratory use. Miniaturization with regard to fast measurements with manageable units is not possible.
  • the object of the present invention is now to provide a sensor chip, which nevertheless can be handled easily and safely with an increased number of individual sensors, which allows simultaneous measurements of different analytes in the liquid and which, above all, can be used conveniently in a mobile system ,
  • One of the fundamental principles of the invention is to equip the sensor chip with a plurality of, namely with more than six simultaneously operating sensor elements, each of which enables SAW measurements, wherein each individual sensor element responds specifically to a specific substance. For other substances, the respective sensor element remains "blind.”
  • at least two of the sensor elements, but in particular all sensor elements are each occupied by a substrate sensitive to another analyte.This sensitivity is realized by special receptor molecules on the sensitive regions of the sensor elements Such a sensor chip is therefore immediately ready for operation and can be distributed in bulk as an easily handled component for manageable systems. and measuring electronics excitable and readable.
  • a sensor chip With such a sensor chip, several different ingredients of a liquid sample can be detected and evaluated for their concentration in a single test procedure. In addition, it is possible to test a fluid sample differentiated to a single or multiple substances from a spectrum of different potentially possible substances.
  • the SAW-based sensor chip supplies as test result a signal which can be clearly assigned to the substances and can be evaluated electronically.
  • Sensor chips of the type according to the invention can be integrated into special modules ("cartridges”) and serve as consumables in connection with the manageable devices.
  • These systems can identify and quantify, in particular, illegal drugs, explosives, toxins and / or hazardous substances by electronic-biochemical means.
  • the sensor elements have rectangular and in particular similar sensor strips, which are applied to each other in isolation in a parallel arrangement on a corresponding carrier. It has proven to be advantageous to provide the sensor chip with more than ten, in particular with twelve sensor elements in the form of parallel arranged sensor strips.
  • the carrier can be formed by a monocrystalline piezoelectric.
  • the sensor strips each have two conductor structures on each end face.
  • the sensor strips are advantageously made of a metal layer, in particular a gold or aluminum layer, with less than 500 nm thickness. This is applied in a structured manner to the carrier and covered by a common guide layer which guides the mechanical waves, for example by a layer of SiO 2.
  • the thickness of the guide layer is of the order of a few micrometers, with the cover part sealing against this guide layer.
  • a large number of contacts are necessary, which, as explained, mean a particularly complex layout for the sensor chip and a complex contacting.
  • the contacting according to the invention assumes that the number of contacts is reduced by merging different contact pads.
  • individual contact pads are shared by a plurality of individual sensors. This idea contributes to a significant reduction in the size of the sensor chip.
  • the differentiated reading of the signals requires a special "intelligent" control, which also includes an essential idea of the invention.
  • N sensor elements In order to be able to control two parallel sensor elements via a common contact pad, it is advantageous if the number of N sensor elements is assigned in each case on each end face (N-1) + 2 contact means. This number is due to the fact that N sensor elements lie side by side in series, of which those N - 1, each having two neighbors, are to be contacted via a common contact pad.
  • the outer 2 sensor elements each need an additional contact pad, which is assigned to them alone.
  • the N - 1 contact means each contact two adjacent individual sensors, wherein the remaining two contact means each contact the two individual sensors located on the edge. About such an arrangement of contact pads, the individual sensors can be sequentially controlled separately and read.
  • the N-1 contact means in alternating sequence each serve as a phase connection and adjacent as a ground terminal, wherein each of the phase terminals and each of the ground terminals each contact two adjacent individual sensors.
  • the phase connections arranged on one side of the sensor chip serve for the input of exciter signals and those on the opposite side of the sensor chip arranged phase terminals for tapping the resulting measurement signals.
  • the single sensor can thus indicate the presence of a single substance to which it reacts specifically. From the intensity of the measurement signal, it is also possible to make a statement about the amount of substance present, that is, about the concentration.
  • the sensor chip in its entirety, with its multiple individual sensor elements, thus forms a detector with which a large number of different substances can be simultaneously identified during a single test procedure and also quantified in terms of their concentration.
  • Sensor chips of the type described can be integrated in special cartridges. In particular, they can be designed as consumables and can be used in devices that can identify and quantify illicit drugs, explosives and other toxic and hazardous substances electronically and biochemically. It is advantageous in terms of consumables to make such cartridges cost. As the most expensive component of such a cartridge, a cost-reduced sensor chip can significantly reduce the overall cost.
  • the cartridge which forms a suitable manageable unit together with the sensor chip according to the invention.
  • This advantageously forms, in conjunction with the sensor chip, a flow cell for guiding a liquid, wherein in the flow cell the liquid loaded with analyte is guided over the sensitive sensor surfaces.
  • the flow cell has a cover part which bears sealingly against the surface of the sensor chip and encloses the sensitive sensor surfaces.
  • the edge of the cover part applies by means of a seal sealingly against the sensor surface, wherein means for clamping the cover part against the seal are present and wherein the sensor chip has conductor tracks for contacting the sensor surface, which lead out of the flow cell.
  • Figure 1 is a plan view of a 12-channel sensor chip
  • Figure 2 a cartridge.
  • FIG. 1 shows a 12-channel sensor chip which has a first side 1 for the signal input and a second side 2 for the signal output.
  • the sensor chip has 12 sensor elements which are designed as rectangular and similar sensor strips 3.
  • the sensor strips 3 are applied in a parallel arrangement and by a joint 4 against each other isolated on a carrier, not shown, of monocrystalline piezoelectric.
  • a carrier not shown, of monocrystalline piezoelectric.
  • four ground connections 6 arranged at the corners are provided for the entire sensor chip, which are shown hatched and contact the shielding layer respectively the shielding strip.
  • On the shielding strips selectively binding haptens are applied, wherein after drying of the respective hapten a firm hapten binding is present on the surface of the shielding strip.
  • Each of the 13 contact pads 5 contacts two adjacent sensor strips 3 and bridges the respective joints 4.
  • Two outer contact means 5a respectively contact the two sensor strips 3 located at the edge.
  • the number of contacts on a sensor chip can be significantly reduced.
  • the earth of all sensor elements is summarized centrally and contacted only a few electrical connections, namely the ground terminals 6.
  • the contact pads 5 realize in alternating sequence each have a phase connection P and a ground terminal M.
  • the phase connection P1 contacts the sensor strips A and B in this case.
  • the process steps are represented on the basis of the sensor strips A, B and C.
  • the two adjacent sensor strips A and B are excited simultaneously via the common phase connection P1.
  • both P3 and P4 can be used for readout.
  • a readout of the measurement signal generated by the first sensor element A takes place via the opposite phase connection P3, which is assigned to the first sensor element A and to the sensor element adjacent to the second sensor element B.
  • the measurement signal generated by the second sensor element B can be read out via the opposite phase connection P4, which is assigned to the second sensor element B and to the sensor element C adjacent to the side opposite the first sensor element.
  • an electronic or software-based control is required to realize the illustrated concept for differentiated signal acquisition, which makes the staggered excitation and readout process.
  • a complete manageable unit (“cartridge”) is shown in Figure 2, as it may be used in a particular mobile system, based on the SAW based multi-channel sensor chip, whose surface is provided with biochemical receptor molecules. From the sensor chip here only the contact strip 10 can be seen.
  • Such a (not shown) mobile system advantageously has a task module for easy task of the analyte. For fast and uncomplicated analyzes, it is particularly useful to have wipers which in particular absorb samples of body fluids such as sweat.
  • a fluidic module should be present, where the analyte is introduced into a serving as a transport fluid.
  • the fluidic module is provided with corresponding channels for the administration of the analyte-loaded fluid.
  • a drive and analysis unit for automatically performing the measurement is available.
  • This has in particular a microcomputer, which controls the sensor chip with signal frequencies and evaluates the measurement results.
  • the two housing parts 11 and 12 of the cartridge which lie on support surfaces against each other, wherein the support surface 13 of the first housing part 11 is larger and serves as an abutment of the outstanding under the seal strip conductors 10.
  • the interconnects form a comb-like conductor structure, which rests on the support surface 13 of the housing part 11 and is freely accessible for electrical contact. This can interact with appropriately provided in the mobile system mating contacts.
  • the geometry of the housing parts is dimensioned so that the housing can be positively inserted into a corresponding receptacle in the mobile system.
  • the two housing parts 11 and 12 are connected by means of pin-like snap fasteners 14.
  • connections 15 which form an inlet and a drain, the flow cell formed by the sensor chip and by the cover part, not shown, is supplied with the liquid to be examined.

Abstract

Sensor chip for specific determination of analytes in a liquid, said sensor chip having a plurality of sensor elements based on the SAW principle, said sensor elements are applied as layer structures onto the surface of a substrate, wherein the surface of each sensor element is coated with a sensitive substrate ("Coating"), which has receptors specifically binding one analyte, wherein during operation, the surface of the sensor chip rests against and seals the half-open covering part, wherein the covering part and the sensor chip form a flow cell to be flushed by the liquid, wherein conductor structures are created for contacting of the sensor elements from the flow cell, wherein more than six sensor elements are present which can each be triggered and read out separately via a trigger- and measuring electronics, wherein at least two of the sensor elements, in particular all sensor elements, are each populated with a differently sensitive substrate, wherein the sensitive substrate is applied to the surface before the attachment of the cover part.

Description

Mehrkanal SAW-Sensorchip Multi-channel SAW sensor chip
Die Erfindung betrifft einen Sensorchip zur spezifischen Bestimmung von Analyten in einer Flüssigkeit aufweisend mehrere auf dem SAW Prinzip basierende Sensorelemente, die als Schichtstrukturen auf die Oberfläche eines Substrats aufgebracht sind, wobei die Oberfläche der Sensorelemente jeweils mit einem sensiblen Substrat („Coating") belegt ist, das einen Analyten spezifisch bindende Rezeptoren aufweist, wobei im Betrieb die Oberfläche des Sensorchip dichtend gegen ein halboffenes Deckelteil anliegt, wobei das Deckelteil und der Sensorchip eine von der Flüssigkeit zu durchspülende Flusszelle ausbilden, wobei Leiterstrukturen zur Kontaktierung der Sensorelemente aus der Flusszelle herausgeführt sind. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Ansteuerung und Auslese eines solchen Sensorchips und eine Handhabbare Einheit mit einem solchen Sensorchip.The invention relates to a sensor chip for the specific determination of analytes in a liquid comprising a plurality of sensor elements based on the SAW principle, which are applied as layer structures on the surface of a substrate, wherein the surface of the sensor elements is coated with a sensitive substrate ("coating") in that the surface of the sensor chip bears sealingly against a half-open cover part during operation, the cover part and the sensor chip forming a flow cell to be flushed by the liquid, conductor structures leading out of the flow cell for contacting the sensor elements. The invention also relates to a method for driving and reading such a sensor chip and a handleable unit with such a sensor chip.
Heutzutage sind verhältnismäßig kompakte Systeme als Laborgeräte bekannt, mit denen sich Biomoleküle in geringer Konzentration komfortabel und ohne die Verwendung von Markern nachweisen lassen. Diese bauen insbesondere auf Sensorchips auf, die sich dem physikalischen Prinzip der „surface acoustic wave", kurz SAW, bedienen. Mit solchen SAW Sensoren können kleinste Masseänderungen auf der Sensoroberfläche, die mit auf den nachzuweisenden Analyten sensiblen Rezeptormolekülen belegt ist, detektiert werden. Allerdings erfordert die Bedienung dieser Systeme und insbesondere die Analyse der in Flüssigkeit gelösten Analyt-Moleküle mit Hilfe der Rezeptor-Moleküle ein erhebliches Maß an technischer Erfahrung und (bio)chemischen sowie physikalischen Kenntnissen. Für den schnellen Einsatz insbesondere auch für den Feldeinsatz und für die Bedienung durch in der Handhabung unerfahrenes Personal sind die bekannten Systeme nicht geeignet.Nowadays relatively compact systems are known as laboratory devices, with which biomolecules in low concentration can be conveniently detected without the use of markers. These are based in particular on sensor chips that use the physical principle of "surface acoustic wave", or SAW for short, with which SAW sensors can detect the smallest mass changes on the sensor surface occupied by receptor molecules sensitive to the analyte to be detected requires the operation of these systems and in particular the analysis of the analyte molecules dissolved in liquid using the receptor molecules a considerable amount of technical experience and (bio) chemical and physical knowledge the field use and for operation by inexperienced in handling staff, the known systems are not suitable.
Ein solcher Sensor zum Einbau in ein Laborgerät wird beispielsweise unter der Bezeichnung „K5" von der Anmelderin vertrieben. Dieser Sensorchip weist fünf getrennt ansteuerbare Sensorelemente in paralleler Anordnung auf, so dass es möglich ist, dieselbe Messung an der mit Analyt belasteten Flüssigkeit in einem Durchgang mehrmals vorzunehmen, um den Messfehler zu minimieren und somit zu einem gesicherten Messergebnis zu gelangen. Die Kontaktierung des Sensorchips im Gerät ist verhältnismäßig aufwendig, da pro Sensorelement vier Anschlüsse vorgesehen sind, wobei noch Masseanschlüsse für die Abschirmschicht hinzu kommen. Eine Erhöhung der Zahl der Einzelsensoren ist wegen des geringen Nutzens, der sich aus der noch besseren Absicherung der Messung ergibt, nicht sinnvoll.Such a sensor for installation in a laboratory device is sold, for example, under the name "K5" by the Applicant.This sensor chip has five separately controllable sensor elements in a parallel arrangement, so that it is possible to perform the same measurement on the liquid loaded with analyte in one pass The contacting of the sensor chip in the device is relatively complicated, since four connections are provided per sensor element, with ground connections for the shielding layer still being added, an increase in the number of individual sensors is not useful because of the small benefit that results from even better coverage of the measurement.
Zudem erfolgt bei den bekannten Sensorchips die Aufbringung des Coatings im eingebauten „Betriebszustand", in dem der Sensorchip von dem Deckelteil bedeckt ist und zusammen mit dem Deckelteil eine Flusszelle ausbildet. Vor einer Messung werden auf der Oberfläche der Einzelsensoren im Rahmen einer ersten Spülung Rezeptoren z.B. anft-thrombin Aptamere mittels Carbodiimit Chemie immobilisiert. Dann ist der Chip für die eigentliche Messung an der mit Analyt belasteten Flüssigkeit bereit. Auch wegen dieser vorbereitenden Schritte ist der Bedienaufwand für die Messung verhältnismäßig hoch, so dass die Messungen im wesentlichen dem Laborbetrieb vorbehalten bleiben. Eine Miniaturisierung im Hinblick auf schnelle Messungen mit handhabbaren Einheiten ist nicht möglich.In addition, in the known sensor chips the application of the coating takes place in the built-in "operating state" in which the sensor chip is covered by the cover part and forms a flow cell together with the cover part Before a measurement on the surface of the individual sensors in a first flushing receptors eg anft-thrombin aptamers immobilized by carbodiimite chemistry, ready for actual measurement on the analyte-loaded fluid, and because of these preparatory steps, the operating effort for the measurement is relatively high, so that the measurements are essentially reserved for laboratory use. Miniaturization with regard to fast measurements with manageable units is not possible.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr darin, einen Sensorchip zu schaffen, der sich bei erhöhter Zahl von Einzelsensoren dennoch einfach und sicher handhaben lässt, der gleichzeitige Messungen unterschiedlicher Analyte in der Flüssigkeit ermöglicht und der sich vor allem auch komfortabel in einem mobilen System einsetzen lässt. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Auslese eines solchen Sensorchip und eine handhabbare Einheit mit einem solchen Sensorchip zu schaffen. Diese Aufgaben werden durch den Sensorchip mit den Merkmalen des Anspruch 1 , das Verfahren nach Anspruch 11 und die Handhabbare Einheit nach Anspruch 12 erfüllt. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.The object of the present invention is now to provide a sensor chip, which nevertheless can be handled easily and safely with an increased number of individual sensors, which allows simultaneous measurements of different analytes in the liquid and which, above all, can be used conveniently in a mobile system , In addition, it is an object of the invention to provide a method for the readout of such a sensor chip and a manageable unit with such a sensor chip. These objects are achieved by the sensor chip having the features of claim 1, the method of claim 11 and the handleable unit of claim 12. Advantageous embodiments are mentioned in the respective subclaims.
Einer der wesentlichen Grundgedanken der Erfindung liegt darin, den Sensorchip mit mehreren, nämlich mit mehr als sechs gleichzeitig arbeitenden Sensorelementen, die jeweils SAW Messungen ermöglichen, auszustatten, wobei jedes einzelne Sensorelement spezifisch auf eine spezielle Substanz anspricht. Für andere Substanzen bleibt das jeweilige Sensorelement „blind". Dabei sind erfindungsgemäß mindestens zwei der Sensorelemente, insbesondere aber alle Sensorelemente, jeweils mit einem auf einen anderen Analyten sensiblen Substrat belegt. Realisiert wir diese Sensibilität durch spezielle Rezeptormoleküle auf den sensitiven Bereichen der Sensorelemente. Diese werden als sensibles Substrat erfindungsgemäß vor der Beaufschlagung mit dem Deckelteil auf die Oberfläche gebracht. Ein solcher Sensorchip ist also sofort betriebsbereit und kann als einfach zu handhabende Komponente für handhabbare Systeme massenhaft vertrieben werden. Die mehr als sechs Sensorelemente sind dabei jeweils getrennt über eine Ansteuer- und Messelektronik anregbar und auslesbar.One of the fundamental principles of the invention is to equip the sensor chip with a plurality of, namely with more than six simultaneously operating sensor elements, each of which enables SAW measurements, wherein each individual sensor element responds specifically to a specific substance. For other substances, the respective sensor element remains "blind." According to the invention, at least two of the sensor elements, but in particular all sensor elements, are each occupied by a substrate sensitive to another analyte.This sensitivity is realized by special receptor molecules on the sensitive regions of the sensor elements Such a sensor chip is therefore immediately ready for operation and can be distributed in bulk as an easily handled component for manageable systems. and measuring electronics excitable and readable.
Mit einem solchen Sensorchip können im Rahmen eines einzigen Testvorgangs mehrere verschiedene Inhaltsstoffe einer Flüssigkeitsprobe nachgewiesen und hinsichtlich ihrer Konzentration bewertet werden. Zudem ist es möglich, eine Flüssigkeitsprobe differenziert auf eine einzelne oder auf mehrere Substanzen aus einem Spektrum verschiedener potenziell möglicher Substanzen zu testen. Der SAW-basierte Sensorchip liefert dabei als Testergebnis ein den Substanzen eindeutig zuordenbares und elektronisch auswertbares Signal.With such a sensor chip, several different ingredients of a liquid sample can be detected and evaluated for their concentration in a single test procedure. In addition, it is possible to test a fluid sample differentiated to a single or multiple substances from a spectrum of different potentially possible substances. The SAW-based sensor chip supplies as test result a signal which can be clearly assigned to the substances and can be evaluated electronically.
Sensorchips der erfindungsgemäßen Art können in spezielle Module („Kartuschen") integriert werden und dienen im Zusammenhang mit den handhabbaren Geräten als Verbrauchsmaterial. Diese Systeme können auf elektronisch-biochemischem Weg insbesondere illegale Drogen, Sprengstoffe, Giftstoffe und/oder Gefahrstoffe identifizieren und quantifizieren. Im Hinblick auf eine einfache Handhabung und eine zuverlässige Funktion innerhalb insbesondere der handhabbaren Einheiten ist es besonders vorteilhaft, wenn die Sensorelemente rechteckige und insbesondere gleichartige Sensorstreifen aufweisen, die gegeneinander isoliert in paralleler Anordnung auf einem entsprechenden Träger aufgebracht sind. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Sensorchip mit mehr als zehn, insbesondere mit zwölf Sensorelementen in Form parallel angeordneter Sensorstreifen zu versehen.Sensor chips of the type according to the invention can be integrated into special modules ("cartridges") and serve as consumables in connection with the manageable devices. <br/> These systems can identify and quantify, in particular, illegal drugs, explosives, toxins and / or hazardous substances by electronic-biochemical means. With regard to easy handling and reliable operation within particular of manageable units, it is particularly advantageous if the sensor elements have rectangular and in particular similar sensor strips, which are applied to each other in isolation in a parallel arrangement on a corresponding carrier. It has proven to be advantageous to provide the sensor chip with more than ten, in particular with twelve sensor elements in the form of parallel arranged sensor strips.
Der Träger kann von einem monokristallinen Piezoelektrikum gebildet werden. Zur Kontaktierung weisen die Sensorstreifen an jeder Stirnseite jeweils zwei Leiterstrukturen auf. Die Sensorstreifen bestehen vorteilhafterweise aus einer Metallschicht, insbesondere einer Gold- oder Aluminiumschicht, mit weniger als 500 nm Dicke. Diese ist strukturiert auf den Träger aufgebracht und von einer gemeinsamen die mechanischen Wellen leitenden Führungsschicht, beispielsweise von einer Schicht aus SiO2, bedeckt. Die Dicke der Führungsschicht liegt in der Größenordnung weniger Mikrometer, wobei das Deckelteil gegen diese Führungsschicht abdichtet. Zudem ist es vorteilhaft, die Sensorstreifen vermittels der Führungsschicht jeweils mit einem die Störsignale abschirmenden Abschirmstreifen zu bedecken, der wiederum insbesondere von einer etwa 100 nm dicken Goldschicht gebildet ist. Diese Abschirmstreifen tragen dann das vor dem Einsatz aufgebrachte biologisch sensible Substrat.The carrier can be formed by a monocrystalline piezoelectric. For contacting, the sensor strips each have two conductor structures on each end face. The sensor strips are advantageously made of a metal layer, in particular a gold or aluminum layer, with less than 500 nm thickness. This is applied in a structured manner to the carrier and covered by a common guide layer which guides the mechanical waves, for example by a layer of SiO 2. The thickness of the guide layer is of the order of a few micrometers, with the cover part sealing against this guide layer. In addition, it is advantageous to cover the sensor strips by means of the guide layer in each case with a shielding the shielding shielding, which in turn is formed in particular by a about 100 nm thick gold layer. These shielding strips then carry the biologically sensitive substrate applied before use.
Um den Sensorchip mit der Vielzahl SAW-basierter Einzelsensoren, von denen jeder einzelne über typischerweise vier bis sechs elektrische Kontakte verfügt, anzusteuern, bedarf es entsprechend robuster Möglichkeiten der Kontaktierung. Diese sollte reversibel und ohne technischen Aufwand möglich sein. Auf Seiten des Sensorchip wird eine Robustheit der Kontakte insbesondere über die Kontaktfläche der Einzelkontakte („Kontaktpads") erreicht. Die Größe dieser Kontaktpads stellt jedoch in Verbindung mit der benötigten Anzahl einen entscheidenden limitierenden Faktor im Hinblick auf eine Miniaturisierung dar. Eine Größenreduzierung der Sensorchips ist hinsichtlich des Kostenaspektes immer wünschenswert, da die Kosten proportional mit der Chipgröße zunehmen. Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt daher in der besonderen Art der Kontaktierung der einzelnen Sensorelemente, insbesondere der Sensorstreifen. Da diese jeweils getrennt über die Ansteuer- und Messelektronik anregbar sein sollen, sind eine Vielzahl von Kontakten notwendig, die, wie dargelegt, ein besonders aufwendiges Layout für den Sensorchip und eine komplexe Kontaktierung bedeuten. Die erfindungsgemäße Kontaktierung geht davon aus, dass die Anzahl der Kontakte durch ein Zusammenlegen verschiedener Kontaktpads reduziert wird. Erfindungsgemäß werden einzelne Kontaktpads von mehreren Einzelsensoren gemeinsam genutzt. Dieser Gedanke trägt zu einer signifikanten Reduzierung der Größe des Sensorchips bei. Das differenzierte Auslesen der Signale erfordert eine spezielle „intelligente" Steuerung, die auch einen wesentlichen Erfindungsgedanken beinhaltet.In order to control the sensor chip with the large number of SAW-based individual sensors, each of which has typically four to six electrical contacts, correspondingly robust possibilities of contacting are required. This should be reversible and possible without technical effort. On the side of the sensor chip, a robustness of the contacts is achieved in particular via the contact surface of the individual contacts ("contact pads") .The size of these contact pads, however, in conjunction with the required number, represents a decisive limiting factor with regard to miniaturization. A size reduction of the sensor chips is always desirable in terms of cost, as the cost increases proportionally with the size of the chip. Another essential aspect of the invention is therefore the special way of contacting the individual sensor elements, in particular the sensor strips. Since these should each be excitable separately via the control and measurement electronics, a large number of contacts are necessary, which, as explained, mean a particularly complex layout for the sensor chip and a complex contacting. The contacting according to the invention assumes that the number of contacts is reduced by merging different contact pads. According to the invention, individual contact pads are shared by a plurality of individual sensors. This idea contributes to a significant reduction in the size of the sensor chip. The differentiated reading of the signals requires a special "intelligent" control, which also includes an essential idea of the invention.
Um zwei parallele Sensorelemente über ein gemeinsames Kontaktpad ansteuern zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Anzahl von N Sensorelementen jeweils an jeder Stirnseite (N - 1) + 2 Kontaktmittel zugeordnet sind. Diese Zahl kommt dadurch zustande, dass N Sensorelemente in Serie nebeneinander liegen, von denen diejenigen N - 1 , die jeweils zwei Nachbarn haben, über ein gemeinsames Kontaktpad zu kontaktieren sind. Die außen liegenden 2 Sensorelemente benötigen jeweils noch ein zusätzliches Kontaktpad, das ihnen allein zugeordnet ist. Somit kontaktieren die N - 1 Kontaktmittel jeweils zwei benachbarte Einzelsensoren, wobei die verbleibenden zwei Kontaktmittel jeweils die beiden am Rand liegenden Einzelsensoren kontaktieren. Über eine Solche Anordnung von Kontaktpads können die Einzelsensoren sequentiell getrennt angesteuert und ausgelesen werden.In order to be able to control two parallel sensor elements via a common contact pad, it is advantageous if the number of N sensor elements is assigned in each case on each end face (N-1) + 2 contact means. This number is due to the fact that N sensor elements lie side by side in series, of which those N - 1, each having two neighbors, are to be contacted via a common contact pad. The outer 2 sensor elements each need an additional contact pad, which is assigned to them alone. Thus, the N - 1 contact means each contact two adjacent individual sensors, wherein the remaining two contact means each contact the two individual sensors located on the edge. About such an arrangement of contact pads, the individual sensors can be sequentially controlled separately and read.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die N - 1 Kontaktmittel in wechselweiser Reihenfolge jeweils als Phasenanschluss und benachbart als Masseanschluss dienen, wobei jeder der Phasenanschlüsse und jeder der Masseanschlüsse jeweils zwei benachbarte Einzelsensoren kontaktiert. Bei der Ansteuerung und Auslese dienen die auf einer Seite des Sensorchips angeordneten Phasenanschlüsse zum Einspeisen von Erregersignalen und die auf der gegenüberliegenden Seite des Sensorchips angeordneten Phasenanschlüsse zum Abgriff der daraus resultierende Messsignale.It is advantageous if the N-1 contact means in alternating sequence each serve as a phase connection and adjacent as a ground terminal, wherein each of the phase terminals and each of the ground terminals each contact two adjacent individual sensors. During the control and readout, the phase connections arranged on one side of the sensor chip serve for the input of exciter signals and those on the opposite side of the sensor chip arranged phase terminals for tapping the resulting measurement signals.
Der Einzelsensor kann damit das Vorhandensein einer einzelnen Substanz, auf die er spezifisch reagiert, anzeigen. Aus der Intensität des Messsignals kann auch eine Aussage über die vorliegende Menge der Substanz, also über die Konzentration, getroffen werden. Der Sensorchip in seiner Gesamtheit bildet, mit seinen multiplen Einzelsensorelementen somit einen Detektor, mit dem während eines einzigen Testvorgangs eine Vielzahl verschiedener Substanzen gleichzeitig identifiziert und hinsichtlich ihrer Konzentration auch quantifiziert werden kann. Sensorchips der beschriebenen Art können in spezielle Kartuschen integriert werden. Insbesondere können sie als Verbrauchsmaterial konzipiert werden und in Geräten dienen, die auf elektronisch-biochemischem Weg illegale Drogen, Spreng- und auch andere Gift- und Gefahrstoffe identifizieren und quantifizieren können. Dabei ist es im Hinblick auf das Verbrauchsmaterial vorteilhaft, solche Kartuschen kostengünstig zu gestalten. Als teuerste Komponente einer solchen Kartusche kann ein kostenreduzierter Sensorchip erheblich zur Reduzierung der Gesamtkosten beitragen.The single sensor can thus indicate the presence of a single substance to which it reacts specifically. From the intensity of the measurement signal, it is also possible to make a statement about the amount of substance present, that is, about the concentration. The sensor chip in its entirety, with its multiple individual sensor elements, thus forms a detector with which a large number of different substances can be simultaneously identified during a single test procedure and also quantified in terms of their concentration. Sensor chips of the type described can be integrated in special cartridges. In particular, they can be designed as consumables and can be used in devices that can identify and quantify illicit drugs, explosives and other toxic and hazardous substances electronically and biochemically. It is advantageous in terms of consumables to make such cartridges cost. As the most expensive component of such a cartridge, a cost-reduced sensor chip can significantly reduce the overall cost.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt damit auch in der Kartusche, die zusammen mit dem erfindungsgemäßen Sensorchip eine geeignete handhabbare Einheit bildet. Diese bildet vorteilhafterweise in Verbindung mit dem Sensorchip eine Flusszelle zur Führung einer Flüssigkeit aus, wobei in der Flusszelle die mit Analyt belastete Flüssigkeit über die sensiblen Sensoroberflächen geführt wird. Erfindungsgemäß weist die Flusszelle ein Deckelteil auf, das dichtend an der Oberfläche des Sensorchips anliegt und die sensiblen Sensoroberflächen einfasst. Zur Abdichtung legt sich der Rand des Deckelteils vermittels einer Dichtung dichtend an die Sensoroberfläche an, wobei Mittel zum Verspannen des Deckelteils gegen die Dichtung vorhanden sind und wobei der Sensorchip Leiterbahnen zur Kontaktierung der Sensoroberfläche aufweist, die aus der Flusszelle herausführen.Another essential aspect of the invention thus lies in the cartridge, which forms a suitable manageable unit together with the sensor chip according to the invention. This advantageously forms, in conjunction with the sensor chip, a flow cell for guiding a liquid, wherein in the flow cell the liquid loaded with analyte is guided over the sensitive sensor surfaces. According to the invention, the flow cell has a cover part which bears sealingly against the surface of the sensor chip and encloses the sensitive sensor surfaces. For sealing, the edge of the cover part applies by means of a seal sealingly against the sensor surface, wherein means for clamping the cover part against the seal are present and wherein the sensor chip has conductor tracks for contacting the sensor surface, which lead out of the flow cell.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 näher erklärt. Es zeigen: Figur 1 eine Aufsicht auf einen 12 Kanal-Sensorchip undThe invention will be explained in more detail with reference to Figures 1 and 2. Show it: Figure 1 is a plan view of a 12-channel sensor chip and
Figur 2: eine Kartusche.Figure 2: a cartridge.
In Figur 1 ist ein 12 Kanal-Sensorchip gezeigt, der eine erste Seite 1 für den Signaleingang und eine zweite Seite 2 für den Signalausgang hat. Der Sensorchip weist 12 Sensorelemente auf, die als rechteckige und gleichartige Sensorstreifen 3 ausgebildet sind. Die Sensorstreifen 3 sind in paralleler Anordnung und durch eine Fuge 4 gegeneinander isoliert auf einem nicht gezeigten Träger aus monokristallinen Piezoelektrikum aufgebracht. An den Stirnseiten der Sensorstreifen 3 sind Leiterstrukturen zur Kontaktierung vorhanden, wobei jedem Sensorstreifen 3 an jeder Stirnseite zwei Leiterstrukturen zugeordnet sind.FIG. 1 shows a 12-channel sensor chip which has a first side 1 for the signal input and a second side 2 for the signal output. The sensor chip has 12 sensor elements which are designed as rectangular and similar sensor strips 3. The sensor strips 3 are applied in a parallel arrangement and by a joint 4 against each other isolated on a carrier, not shown, of monocrystalline piezoelectric. At the end faces of the sensor strips 3 conductor structures for contacting are present, each sensor strip 3 are assigned at each end face two conductor structures.
In diesem Fall sind der Anzahl von N = 12 Sensorstreifen 3 jeweils an jeder Stirnseite eine Zahl von (N - 1) + 2 = 13 Kontaktpads 5 zugeordnet. Zudem sind für die gesamten Sensorchip vier an den Ecken angeordnete Masseanschlüsse 6 vorgesehen, die schraffiert dargestellt sind und die Abschirmschicht respektive den Abschirmstreifen kontaktieren. Auf den Abschirmstreifen sind selektiv bindende Haptene aufgebracht, wobei nach Eintrocknen des jeweiligen Haptens eine feste Hapten Bindung an der Oberfläche des Abschirmstreifens vorliegt.In this case, a number of (N-1) + 2 = 13 contact pads 5 are assigned to the number of N = 12 sensor strips 3 at each end face, respectively. In addition, four ground connections 6 arranged at the corners are provided for the entire sensor chip, which are shown hatched and contact the shielding layer respectively the shielding strip. On the shielding strips selectively binding haptens are applied, wherein after drying of the respective hapten a firm hapten binding is present on the surface of the shielding strip.
Jedes der 13 Kontaktpads 5 kontaktiert jeweils zwei benachbarte Sensorstreifen 3 und überbrückt dabei die jeweiligen Fugen 4. Zwei äußere Kontaktmittel 5a kontaktieren jeweils die beiden am Rand liegenden Sensorstreifen 3. Mit der Zusammenfassung jeweils zweier Massenkontakte respektive zweier Phasenkontakte von je zwei benachbarten Sensorstreifen 3 zu je einem gemeinsamen Kontaktpad kann die Anzahl der Kontakte auf einem Sensorchip erheblich reduziert werden. Zusätzlich wird die Erde aller Sensorelemente zentral zusammengefasst und an nur einigen wenigen elektrischen Anschlüssen, nämlich den Masseanschlüssen 6 kontaktiert.Each of the 13 contact pads 5 contacts two adjacent sensor strips 3 and bridges the respective joints 4. Two outer contact means 5a respectively contact the two sensor strips 3 located at the edge. With the combination of two mass contacts respectively two phase contacts of two adjacent sensor strips 3 each a common contact pad, the number of contacts on a sensor chip can be significantly reduced. In addition, the earth of all sensor elements is summarized centrally and contacted only a few electrical connections, namely the ground terminals 6.
Die Kontaktpads 5 realisieren in wechselweiser Reihenfolge jeweils einen Phasenanschluss P und einen Masseanschluss M. Dabei sind die Phasenanschlüsse P auf der ersten Seite des Sensorchips zum Einspeisen der hochfrequenten Erregersignale und die versetzt angeordneten Phasenanschlüsse P auf der zweiten Seite des Sensorchips zum Abgriff der daraus resultierende Messsignale vorgesehen. Der Phasenanschluss P1 kontaktiert in diesem Falle die Sensorstreifen A und B.The contact pads 5 realize in alternating sequence each have a phase connection P and a ground terminal M. Here are the Phase terminals P on the first side of the sensor chip for feeding the high-frequency excitation signals and the staggered phase terminals P provided on the second side of the sensor chip for tapping the resulting measurement signals. The phase connection P1 contacts the sensor strips A and B in this case.
Wenn die Kontaktpads auf die erfindungsgemäße Art zusammengefasst sind, werden bei der Einspeisung eines HF-Signals in ein Phasen-Pad auf Eingangsseite immer zwei Sensorelemente gleichzeitig angeregt. Analog gilt für den Ausgang, dass auch hier immer zwei Sensorelemente gleichzeitig ausgelesen werden. Um Eindeutigkeit zu gewährleisten, also das Signal nur eines einzelnen Sensorelementes eindeutig erfassen zu können, ist es erforderlich, die Signaleinspeisung und die entsprechende Signalauslesung versetzt vorzunehmen.When the contact pads are combined in the manner according to the invention, two sensor elements are always excited simultaneously when an RF signal is fed into a phase pad on the input side. Analogously applies to the output, that also always two sensor elements are read out simultaneously. In order to ensure unambiguousness, that is to be able to clearly detect the signal of only a single sensor element, it is necessary to make the signal feed and the corresponding signal readout offset.
Die Darstellung der Verfahrensschritte geschieht anhand der Sensorstreifen A, B und C. Über den gemeinsamen Phasenanschluss P1 werden die beiden benachbarten Sensorstreifen A und B gleichzeitig angeregt. Auf Seiten des Ausgangs können sowohl P3 als auch P4 zur Auslese genutzt werden. Eine Auslese des vom ersten Sensorelement A erzeugten Messsignals geschieht über den gegenüberliegenden Phasenanschluss P3, der dem ersten Sensorelement A und dem auf der dem zweiten Sensorelement B gegenüberliegenden Seite benachbarten Sensorelement zugeordnet ist. Zeitversetzt kann das vom zweiten Sensorelement B erzeugte Messsignal über den gegenüberliegenden Phasenanschluss P4 ausgelesen werden, der dem zweiten Sensorelement B und dem auf der dem ersten Sensorelement gegenüberliegenden Seite benachbarten Sensorelement C zugeordnet ist. Dabei ist zur Realisierung des dargestellten Konzeptes zur differenzierten Signalerfassung eine elektronische respektive auf Software basierte Steuerung erforderlich, die den versetzten Anregungs- und Auslesungsvorgang leistet.The process steps are represented on the basis of the sensor strips A, B and C. The two adjacent sensor strips A and B are excited simultaneously via the common phase connection P1. On the output side both P3 and P4 can be used for readout. A readout of the measurement signal generated by the first sensor element A takes place via the opposite phase connection P3, which is assigned to the first sensor element A and to the sensor element adjacent to the second sensor element B. With a time delay, the measurement signal generated by the second sensor element B can be read out via the opposite phase connection P4, which is assigned to the second sensor element B and to the sensor element C adjacent to the side opposite the first sensor element. In this case, an electronic or software-based control is required to realize the illustrated concept for differentiated signal acquisition, which makes the staggered excitation and readout process.
In Figur 2 ist eine komplette handhabbare Einheit („Kartusche") gezeigt, wie sie in einem insbesondere mobilen System zum Einsatz kommen kann. Die Grundlage des Systems bildet der SAW basierter Mehrkanal-Sensorchip, dessen Oberfläche mit biochemischen Rezeptormolekülen versehen ist. Vom Sensorchip ist hier lediglich die Kontaktleiste 10 zu sehen. Ein solches (nicht dargestelltes) mobiles System weist vorteilhafterweise ein Aufgabemodul zur einfachen Aufgabe des Analyten auf. Für schnelle und unkomplizierte Analysen bieten sich dafür insbesondere Wischaufnehmer an, die insbesondere Proben von Körperflüssigkeiten, wie Schweiß, aufnehmen. Zudem sollte ein Fluidikmodul vorhanden sein, wo der Analyt in eine als Transportmittel dienende Flüssigkeit eingebracht wird. Das Fluidikmodul ist zur Leitung der mit Analyt belasteten Flüssigkeit mit entsprechenden Kanälen versehen. Außerdem ist eine Ansteuer- und Analyseeinheit zur automatischen Durchführung der Messung vorhanden. Diese weist insbesondere einen Mikrocomputer auf, der den Sensorchip mit Signalfrequenzen ansteuert und die Messergebnisse auswertet. Über Ausgabemittel, wie ein Display und/oder einen Drucker werden die Messergebnisse an den Nutzer ausgegeben.A complete manageable unit ("cartridge") is shown in Figure 2, as it may be used in a particular mobile system, based on the SAW based multi-channel sensor chip, whose surface is provided with biochemical receptor molecules. From the sensor chip here only the contact strip 10 can be seen. Such a (not shown) mobile system advantageously has a task module for easy task of the analyte. For fast and uncomplicated analyzes, it is particularly useful to have wipers which in particular absorb samples of body fluids such as sweat. In addition, a fluidic module should be present, where the analyte is introduced into a serving as a transport fluid. The fluidic module is provided with corresponding channels for the administration of the analyte-loaded fluid. In addition, a drive and analysis unit for automatically performing the measurement is available. This has in particular a microcomputer, which controls the sensor chip with signal frequencies and evaluates the measurement results. Via output means, such as a display and / or a printer, the measurement results are output to the user.
Zu erkennen sind die beiden Gehäuseteile 11 und 12 der Kartusche, die über Auflageflächen aneinander liegen, wobei die Auflagefläche 13 des ersten Gehäuseteiles 11 größer ist und als Gegenlager der unter die Dichtung hervorragenden Leiterbahnen 10 dient. Dabei bilden die Leiterbahnen eine kammartige Leiterstruktur aus, die auf der Auflagefläche 13 des Gehäuseteiles 11 aufliegt und für eine elektrische Kontaktierung frei zugänglich ist. Diese kann mit entsprechend im mobilen System vorgesehenen Gegenkontakten zusammenwirken. Insgesamt ist die Geometrie der Gehäuseteile so bemessen, dass sich das Gehäuse formschlüssig in eine entsprechende Aufnahme im mobilen System einsetzen lässt. Im vorliegenden Fall sind die beiden Gehäuseteile 11 und 12 vermittels zapfenartiger Schnappverschlüsse 14 verbunden.Evident are the two housing parts 11 and 12 of the cartridge, which lie on support surfaces against each other, wherein the support surface 13 of the first housing part 11 is larger and serves as an abutment of the outstanding under the seal strip conductors 10. The interconnects form a comb-like conductor structure, which rests on the support surface 13 of the housing part 11 and is freely accessible for electrical contact. This can interact with appropriately provided in the mobile system mating contacts. Overall, the geometry of the housing parts is dimensioned so that the housing can be positively inserted into a corresponding receptacle in the mobile system. In the present case, the two housing parts 11 and 12 are connected by means of pin-like snap fasteners 14.
Über Anschlüsse 15, die einen Zu- und einen Ablauf bilden, wird die vom Sensorchip und von dem nicht dargestellten Deckelteil ausgebildete Flusszelle mit der zu untersuchende Flüssigkeit versorgt. Via connections 15, which form an inlet and a drain, the flow cell formed by the sensor chip and by the cover part, not shown, is supplied with the liquid to be examined.

Claims

Ansprüche claims
1. Sensorchip zur spezifischen Bestimmung von Analyten in einer Flüssigkeit aufweisend mehrere auf dem SAW Prinzip basierende Sensorelemente, die als Schichtstrukturen auf die Oberfläche eines Substrats aufgebracht sind, wobei die Oberfläche der Sensorelemente jeweils mit einem sensiblen Substrat („Coating") belegt ist, das einen Analyten spezifisch bindende Rezeptoren aufweist, wobei im Betrieb die Oberfläche des Sensorchip dichtend gegen ein halboffenes Deckelteil anliegt, wobei das Deckelteil und der Sensorchip eine von der Flüssigkeit zu durchspülende Flusszelle ausbilden, wobei Leiterstrukturen (5) zur Kontaktierung der Sensorelemente aus der Flusszelle herausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als sechs Sensorelemente vorhanden sind, die jeweils getrennt über eine Ansteuer- und Messelektronik anregbar und auslesbar sind, wobei mindestens zwei der Sensorelemente, insbesondere alle Sensorelemente, jeweils mit einem unterschiedlich sensiblen Substrat belegt sind, wobei das sensible Substrat vor der Beaufschlagung mit dem Deckelteil auf die Oberfläche gebracht ist.1. Sensor chip for the specific determination of analytes in a liquid comprising a plurality of sensor elements based on the SAW principle, which are applied as layer structures on the surface of a substrate, wherein the surface of the sensor elements each with a sensitive substrate ("coating") is occupied an analyte-specific binding receptors, wherein in operation the surface of the sensor chip sealingly abuts against a half-open lid part, the cover part and the sensor chip form a flushed by the liquid flow cell, wherein conductor structures (5) are led out for contacting the sensor elements from the flow cell , characterized in that more than six sensor elements are present, which are each separately excitable and readable via a control and measurement electronics, wherein at least two of the sensor elements, in particular all sensor elements, each occupied with a different sensitive substrate sin d, wherein the sensitive substrate is brought to the surface before being subjected to the cover part.
2. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorelemente rechteckige und insbesondere gleichartige Sensorstreifen (3) aufweisen, die in paralleler Anordnung gegeneinander isoliert auf einem Träger, insbesondere einem monokristallinen Piezoelektrikum, aufgebracht sind, wobei die Leiterstrukturen (5) an den Stirnseiten der Sensorstreifen (3) kontaktieren und wobei jedem Sensorstreifen (3) an jeder Stirnseite zwei Leiterstrukturen (5) zugeordnet sind.2. Sensor chip according to claim 1, characterized in that the sensor elements have rectangular and in particular similar sensor strips (3) which are in a parallel arrangement against each other isolated on a support, in particular a monocrystalline piezoelectric, are applied, wherein the conductor structures (5) on the end faces contact the sensor strip (3) and wherein each sensor strip (3) are associated with two conductor structures (5) on each end face.
3. Sensorchip nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorstreifen (3) von einer weniger als 500 nm dicken Metallschicht, insbesondere aus Gold oder Aluminium gebildet werden, die strukturiert auf den Träger aufgebracht sind, wobei über allen Sensorstreifen eine gemeinsame Führungsschicht insbesondere aus SiO2 aufgebracht ist, deren Dicke in der Größenordnung weniger Mikrometer liegt, wobei das Deckelteil gegen die Führungsschicht abdichtet.3. Sensor chip according to claim 2, characterized in that the sensor strips (3) are formed by a less than 500 nm thick metal layer, in particular gold or aluminum, which are applied in a structured manner on the carrier, wherein over all sensor strips a common guide layer in particular SiO2 is applied, whose thickness is of the order of a few microns, wherein the cover member seals against the guide layer.
4. Sensorchip nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorstreifen vermittels der Führungsschicht jeweils mit einem Abschirmstreifen bedeckt ist, der insbesondere von einer etwa 100 nm dicken Goldschicht gebildet ist, wobei die Abschirmstreifen das biologische sensible Substrat tragen.4. Sensor chip according to claim 3, characterized in that the sensor strip is covered by means of the guide layer in each case with a Abschirmstreifen, which is in particular formed by a about 100 nm thick gold layer, wherein the Abschirmstreifen carry the biological sensitive substrate.
5. Sensorchip nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehr als zehn, insbesondere zwölf, Sensorelemente mit parallel angeordneten Sensorstreifen (3) vorhanden sind.5. Sensor chip according to one of the preceding claims, characterized in that more than ten, in particular twelve, sensor elements with parallel sensor strips (3) are present.
6. Sensorchip nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anzahl von N Sensorelementen jeweils an jeder Stirnseite eine Zahl von (N - 1) + 2 Kontaktmitteln (5) zugeordnet ist.6. Sensor chip according to one of the preceding claims, characterized in that the number of N sensor elements is assigned in each case at each end face a number of (N - 1) + 2 contact means (5).
7. Sensorchip nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die N - 1 Kontaktmittel jeweils zwei benachbarte Einzelsensoren (A1B) kontaktieren, wobei die verbleibenden zwei Kontaktmittel jeweils die beiden am Rand liegenden Einzelsensoren kontaktieren.7. Sensor chip according to claim 6, characterized in that the N-1 contact means each two adjacent individual sensors (A 1 B) contact, wherein the remaining two contact means each contact the two lying on the edge of individual sensors.
8. Sensorchip nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die N - 1 Kontaktmittel in wechselweiser Reihenfolge jeweils einen Phasenanschluss (P) und einen Masseanschluss (M) realisieren, wobei jeder der Phasenanschlüsse (P) und jeder der Masseanschlüsse (M) jeweils zwei benachbarte Einzelsensoren (A, B) kontaktiert, wobei die Phasenanschlüsse auf einer Seite (1) des Sensorchips zum Einspeisen von Erregersignalen und die Phasenanschlüsse auf einer Seite (2) des Sensorchips zum Abgriff der daraus resultierende Messsignale dienen. 8. Sensor chip according to claim 7, characterized in that the N-1 contact means in each case a phase connection (P) and a ground terminal (M) realize, each of the phase terminals (P) and each of the ground terminals (M) each two adjacent Single sensors (A, B) contacted, wherein the phase terminals on one side (1) of the sensor chip for supplying excitation signals and the phase terminals on one side (2) of the sensor chip for tapping the resulting measurement signals are used.
9. Sensorchip nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Stirnseite zumindest ein Kontaktmittel (6) vorgesehen ist, das als Masseanschluss den Abschirmstreifen verbunden ist.9. Sensor chip according to one of the preceding claims, characterized in that at least one contact means (6) is provided on each end face, which is connected as a ground terminal the shielding strip.
10. Sensorchip nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Abschirmstreifen selektiv bindende Haptene aufgebracht sind, wobei nach Eintrocknen des jeweiligen Haptens eine feste Hapten Bindung an der Oberfläche des Abschirmstreifens vorliegt.10. Sensor chip according to one of the preceding claims, characterized in that on the Abschirmstreifen selectively binding haptens are applied, wherein after drying of the respective hapten a fixed hapten binding is present on the surface of the Abschirmstreifens.
11. Verfahren zur Ansteuerung und Auslese eines Sensorchip nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass über den gemeinsamen Phasenanschluss zwei benachbarte11. A method for driving and reading a sensor chip according to one of the preceding claims 6 to 10, characterized in that on the common phase connection two adjacent
Sensorelemente angeregt werden, dass das vom ersten Sensorelement erzeugte Messsignal an dem gegenüberliegenden Phasenanschluss ausgelesen wird, der dem erstenSensor elements are excited, that the measurement signal generated by the first sensor element is read out at the opposite phase terminal, the first
Sensorelement und dem auf der dem zweiten Sensorelement gegenüberliegenden Seite benachbarten Sensorelement zugeordnet ist, dass zeitversetzt das vom zweiten Sensorelement erzeugte Messsignal über den gegenüberliegenden Phasenanschluss ausgelesen wird, der dem zweiten Sensorelement und dem auf der dem ersten Sensorelement gegenüberliegenden Seite benachbarten Sensorelement zugeordnet ist.Sensor element and the adjacent to the second sensor element adjacent side sensor element is assigned, that time-offset the measurement signal generated by the second sensor element is read out via the opposite phase connection, which is associated with the second sensor element and the sensor element adjacent to the opposite side of the first sensor element.
12. Handhabbare Einheit aufweisend einen Sensorchip nach einem der vorherigen Ansprüche und eine Flusszelle zur Führung eines Fluids über die für Analyten sensible Sensoroberflächen des Sensorchip, dadurch gekennzeichnet, dass die Flusszelle ein Deckelteil aufweist, das auf die sensible Sensoroberfläche aufgesetzt ist, wobei sich der Rand des Deckelteils vermittels einer Dichtung dichtend an die Sensoroberfläche anlegt, wobei Mittel zum Verspannen des Deckelteils gegen die Dichtung vorhanden sind und wobei der Sensorchip Leiterbahnen zur Kontaktierung der Sensoroberfläche aufweist, die aus der Flusszelle herausführen. 12. A handleable unit comprising a sensor chip according to one of the preceding claims and a flow cell for guiding a fluid over the analyte-sensitive sensor surfaces of the sensor chip, characterized in that the flow cell has a lid part which is placed on the sensitive sensor surface, wherein the edge the cover part by means of a seal sealingly applied to the sensor surface, wherein means for clamping the lid part against the seal are present and wherein the sensor chip has conductor tracks for contacting the sensor surface, which lead out of the flow cell.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2413128A1 (en) 2010-07-30 2012-02-01 SAW instruments GmbH Improved microfluidic sensor units to detect the presence of an analyte in a sample-fluid
FR3002638A1 (en) * 2013-02-25 2014-08-29 Bigot Jerome Le Gas-detector for detecting gas odors to e.g. detect drifts in manufacturing process, has obturation assembly placed relative to sensor, and channel entering slice of board, part of active surface and part of obturation assembly
CN108254437B (en) * 2018-03-01 2023-12-19 中国人民解放军陆军军医大学第三附属医院(野战外科研究所) Acoustic surface wave biosensor fixture and test system

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4312228A (en) * 1979-07-30 1982-01-26 Henry Wohltjen Methods of detection with surface acoustic wave and apparati therefor
US4596697A (en) * 1984-09-04 1986-06-24 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Chemical sensor matrix
US6321588B1 (en) * 1998-09-11 2001-11-27 Femtometrics, Inc. Chemical sensor array
DE60139983D1 (en) * 2000-03-20 2009-11-05 Draper Lab Charles S BENDING WAVE SENSOR
US7800595B2 (en) * 2003-12-18 2010-09-21 3M Innovative Properties Company Piezoelectric transducer
WO2006010206A1 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Mnt Innovations Pty Ltd Biological saw sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2009156265A1 *

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