WO2000010011A1 - Vorrichtung und verfahren zur grenzflächennahen mischung von proben in biosensorsystemen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur grenzflächennahen mischung von proben in biosensorsystemen Download PDF

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WO2000010011A1 PCT/EP1999/005812 EP9905812W WO0010011A1 WO 2000010011 A1 WO2000010011 A1 WO 2000010011A1 EP 9905812 W EP9905812 W EP 9905812W WO 0010011 A1 WO0010011 A1 WO 0010011A1
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mixing
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sensor
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Gunnar Brink
Jakob Tittel
Dieter Liepsch
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Biotul Ag
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G01N21/552—Attenuated total reflection
    • G01N21/553—Attenuated total reflection and using surface plasmons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/86—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with vibration of the receptacle or part of it
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54366—Apparatus specially adapted for solid-phase testing
    • G01N33/54373—Apparatus specially adapted for solid-phase testing involving physiochemical end-point determination, e.g. wave-guides, FETS, gratings

Definitions

  • the invention relates to devices and methods for the near-surface mixing of samples in biosensor systems, in particular sensor systems, which use surface binding reactions as a sensory reaction.
  • the invention relates to a device and a method for mixing substances in a biosensor, preferably in a surface plasmon resonance sensor.
  • a first method relates to a Xüvettensystem, in which a chamber or a pot is used, in which a side wall or the bottom forms the sensor surface.
  • a second method relates to a flow system in which the liquid is pumped past the measurement surface via flow channels.
  • a flow analysis analysis method is often used and the liquid is often in a Liquid loop guided over the measuring surface.
  • the preferred system is the cuvette system, but the invention is also used in a river system.
  • a third method uses an optical fiber. Sensor (as shown for example in DE-A-40 33 741), in which a glass fiber or another optical element is immersed in the liquid flow or in the standing liquid.
  • Optical biosensors are generally based on the fact that particles (molecules, bacteria, viruses, etc.) are bound to the optical measuring surface via a ligand-receptor interaction, which among other things changes the optical layer thickness of a thin film on the measuring surface . This change is verified using an optical method.
  • the optical signal is a measure of the binding strength or the concentration of the binding partner. Binding is determined near the surface by the concentration of binding molecules available. If molecules or larger particles from the liquid have already bound to the surface due to previous binding events, depleticization or a concentration gradient occurs locally in the immediate vicinity of the surface (up to 1 - 10 ⁇ m), which falsifies the further measurement. Especially when kinetic phenomena are to be measured, it is often not the reaction rates but the diffusion that are measured.
  • the surface signal is measured with a clock frequency vcn of about 1 to 10 Hz, it can be assumed that a space of several ⁇ m height above the measuring surface must be brought into a liquid flow connection with the rest of the volume as well as possible in order to obtain correct measured values.
  • the object of the invention is to provide improved measuring devices and measuring methods. This object is achieved with the features of the claims.
  • the invention is based on the basic idea of generating a liquid exchange or a thorough mixing of the liquid in the immediate vicinity of the surface (i.e. a few ⁇ m).
  • sound in particular ultrasound, is introduced into the liquid for thorough mixing.
  • the sound in particular the ultrasound, can be coupled into the liquid in various ways.
  • a quartz crystal or another piezoelectric element can be provided as the sound source.
  • the sound or ultrasonic waves are preferably transmitted directly to the sensor surface.
  • a sound-conducting connection between the sensor and the sound source is provided.
  • the sound is preferably coupled into the sensor via an optical element, such as a prism, or another optical element used for the measurement. These vibrations are transferred into the liquid via the optical element and ensure local mixing on the surface of the sensor.
  • the sound source can be arranged directly on the prism or directly on the sensor surface.
  • the vibrations in the liquid are preferably aligned parallel and / or perpendicular to the surface normal of the sensor surface.
  • Another possibility is to insert a stirring finger into the liquid, which is moved by a quartz crystal or another piezoelectric element.
  • transverse or longitudinal vibrations are induced in the liquid (or a combination thereof), which also ensure that the liquid is mixed directly on the sensor surface.
  • the system is preferably traversed by small liquid waves which ensure the mixing of the liquid.
  • the pipette tip which is used for pipetting, is preferably used to transmit the sound waves.
  • the ultrasonic signal act on the measuring liquid, end it and then carry out an optical measurement after a pause. After that, ultrasound is used again.
  • the time course of the measurements can be as follows: approx. 12 msec for taking the measurement, approx. 10 to 20 msec introduction of ultrasound and a pause of up to 100 msec. The sum of the mixing time, pause and measuring time results in a measuring frequency of 10 Hz, for example.
  • ERSATZBL ⁇ TT (RULE 26)
  • Various factors have to be taken into account when choosing the appropriate frequency and intensity of the ultrasound used.
  • a high intensity is required for thorough mixing; on the other hand, if the intensities are too high, microcavities are formed in the water, in which radicals can be formed on the one hand and which on the other hand can also mechanically tear polymer chains.
  • the higher the frequency of the sound the smaller the microcavities and the greater the formation of radicals. Both the radicals and the microcavities pose a danger to the polymer chains of the sensor according to the invention and to the biological molecules.
  • the microcavities have a diameter of approx. 170 ⁇ m, which can be easily observed with a simple optical microscope.
  • the set intensity is too high.
  • the coupled powers are in the range from 0.1 to 10 W, preferably 0.5 to 5 W, most preferably 1 to 2 W.
  • a combination of two methods is preferred. There are several options.
  • a conventional micro or macro flow system can be combined with a sound or ultrasound mixing. It is also possible to combine classic stirring with sound-induced mixing.
  • mixing by suction and ejection of liquid by means of a tip can be combined with ultrasonic mixing.
  • a stirring finger is used for mixing.
  • the tip of this can be made using a commercially available disposable plastic tip - fabric are formed. This tip can be used to:
  • One and the same tip thus serves as a transport vessel, as a stirring finger, as well as for sucking in and expelling liquid.
  • the tip can be moved in the x-y plane and / or in the z direction.
  • SAW surface acoustic waves
  • Acoustic surface waves can be applied to piezoelectric materials by applying alternating voltages e.g. comb-shaped, interdigitated electrodes are produced.
  • the acoustic surface waves lead to a deflection of the surface in the plane of the surface, as a result of which a movement is generated relative to the liquid above it, and a mixing close to the surface takes place.
  • FIG. 1 shows a first embodiment according to the invention, in which the sound waves are transmitted to the substrate via a piezo element or an actuator;
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention, in which a stirring finger is used for mixing
  • Fig. 3 shows a third embodiment of the invention, in which surface acoustic waves are used for mixing.
  • 1 has a substrate 1 with a sensor surface 2. This sensor surface is preferably a gold surface.
  • the sensor surface 2 is arranged such that it is located between the substrate 1 and a cuvette 3. This cuvette 3 is filled with the liquid to be filtered.
  • 1 also shows two mixing devices 4 which, according to the embodiment shown in FIG. 1, ensure horizontal and vertical mixing.
  • Corresponding mechanical coupling elements 5 can also be provided between the corresponding mixing devices and the substrate.
  • FIG. 1 shows these only as a preferred component of the measuring device according to the invention.
  • the measuring device of the second embodiment also contains a sensor surface 12 arranged on a substrate 11, which in turn is preferably a gold surface.
  • a stirring finger is immersed in the cuvette 13 filled with liquid.
  • 2 is a pipette tip 18 which is connected to a pump (not shown) via which liquid can be introduced into the liquid measuring cell or the cuvette.
  • Reference number 14 denotes a mixing device which can be, for example, a piezo element or another actuator. In addition to a piezo element or an actuator, a loudspeaker can also be provided as the second mixing device 16.
  • 2 again shows mechanical coupling elements 15 and 17, which, however, are only preferably present and can possibly be omitted.
  • FIG. 3 shows the third embodiment according to the invention with a piezoelectric substrate 21 and the sensor surface (preferably gold surface) 22 thereon.
  • comb-like electrodes 24 are provided, via which acoustic surface waves are generated by applying alternating voltages. These surface acoustic waves cause a movement relative to the liquid in the cuvette, which results in a near-surface mixing of the liquid.

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Abstract

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zum grenzflächennahen Mischen von Flüssigkeiten in einem Biosensor bereitgestellt. Dieses Durchmischen erfolgt mittels Einbringung von Schall bzw. Ultraschall oder akustischen Oberflächenwellen.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur grenzflächennahen Mischung von
Proben in Biosensorsystemen
Die Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zur grenzflächennahen Mischung von Proben in Bioεensorsystemen, insbesondere von Sensorsystemen, die Oberflächenbindungsreaktionen als sensorische Reaktion verwenden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchmischung von Substanzen in einem Biosensor, vorzugsweise in einem Oberflächenplasmonenresonanzsensor.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, eine Flüssigkeit in einem optischen Biosensor an der optischen Meßoberfläche anzukoppeln. Ein erstes Verfahren betrifft ein Xüvettensystem, in dem eine Kammer oder ein Topf verwendet wird, bei dem eine Seitenwand oder der Boden die Sensoroberfläche bildet . Ein zweites Verfahren betrifft ein Flußsysterr., bei dem über Flußkanäle die Flüssigkeit an der Meßoberfläche vorbeigepumpt wird. Dabei wird häufig ein Flow-I jεction-Analysis- Verfahren verwendet und die Flüssigkeit wird häufig in einer Flüssigkεitsschleife über die Meßoberfläche geführt. Das hiervon bevorzugte System ist das Küvetter.system, die Erfindung findet aber auch Anwendung bei einem Flußsystem. Ein drittes Verfahren verwendet einen faseroptischer. Sensor (wie beispielsweise in der DE-A-40 33 741 gezeigt) , bei dem eine Glasfaser oder ein anderes optisches Element in den Flüssigkeitsstrom oder in die stehende Flüssigkeit eingetaucht wird.
Optische Biosensoren beruhen in der Regel darauf, daß Partikel (Moleküle, Bakterien, Viren, usw.) über eine Ligand-Re- zeptor-Wechselwirkung an die optische Meßoberfläche gebunden werden, wodurch sich unter anderem die optische Schichtdicke eines dünnen Filmes auf der Meßoberfläche verändert. Diese Veränderung wird über ein optisches Verfahren nachgewiesen. Das optische Signal ist ein Maß für die Bindungsstärke oder die Konzentration der bindenden Partner. Die Bindung wird in der Nähe der Oberfläche durch die zur Verfügung stehende Konzentration an bindenden Molekülen bestimmt. Haben sich aufgrund vorangegangener Bindungsereigniεse Moleküle oder größere Partikel aus der Flüssigkeit bereits an die Oberfläche gebunden, tritt lokal in unmittelbarer Nähe der Oberfläche (bis 1 - 10 μm) eine Verarmung (depleticn) oder ein Konzentrationsgefälle auf, welches die weitere Messung verfälscht . Insbesondere wenn kinetische Phänomene gemessen werden sollen, werden also häufig nicht Reaktionsgeschwindigkeiten, sondern die Diffusion gemessen. Beim gewöhnlichen Mischen mit z.B. Rühren liegt in der Nähe der Oberfläche in der Regel ein laminarer Flüssigkeitsstrom vor und aufgrund von Newton-Reibung findet an der Sensoroberflache keine ausreichende Durchmischung mit übrigem Meßvoiumen statt. Bei Meßvorrichtungen mit Flußkammern kann dieses Problem dadurch gelöst werden, daß Flüssigkeitsströme mit unterschiedlicher Geschwindigkeit über die Oberfläche geführt werden und aus den erhaltenen Daten extrapoliert wird, weiche Bindungskinetiken aufträten, falls ein beliebiger Austausch d.h. optimale Durchmischung mit der Meßflüssigkeit erfolgen würde. In der Regel beträgt d e Diffusionsgeschwin igkeit im Volumen weniger als 1 μm/sec. Wenn das Oberflächensignal mit einer Taktfrequenz vcn etwa 1 bis 10 Hz gemessen wird, ist davon auszugehen, daß ein Raum von mehreren μm Höhe über der Meßoberfläche möglichst gut in eine Flüssigkeitsstromverbindung mit dem Rest des Volumens gebracht werden muß, um korrekte Meßwerte zu erhalten.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, verbesserte Meßvorrichtungen und Meßverfahren bereitzustellen. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst .
Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, einen Flüssigkeitsaustausch bzw. eine Durchmischung der Flüssigkeit in unmittelbarer Nähe der Oberfläche (d.h. wenige μm) zu erzeugen.
In einer ersten Ausführungsform wird dazu Schall, insbesondere Ultraschall zur Durchmischung in die Flüssigkeit eingebracht .
Der Schall, insbesondere der Ultraschall, kann dabei auf verschiedene Arten in die Flüssigkeit eingekoppelt werden. Als Schallquelle kann ein Schwingquarz oder ein anderes piezoelektrisches Element vorgesehen sein. Beispielsweise 'werden die Schall- bzw. Ultraschallwellen vorzugsweise direkt an die Sensoroberfläche übertragen. Dabei wird eine schall- leitende Verbindung zwischen dem Sensor und der Schallquelle bereitgestellt. Vorzugsweise wird über ein optisches Element, wie etwa ein Prisma, oder ein anderes zur Messung verwendetes optisches Element in dem Sensor der Schall eingekoppelt. Diese Schwingungen werden über das optische Element in die Flüssigkeit übertragen und sorgen dort an der Oberfläche des Sensors für eine lokale Durchmischung. Dabei kann die Schallquelle direkt an dem Prisma bzw. direkt an der Sensoroberfläche angeordnet werden. Vorzugsweise sind die Schwingungen in der Flüssigkeit parallel und/oder senkrecht zur Flächennormalen der Sensorfläche ausgerichtet.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, einen Rührfinger in die Flüssigkeit einzubringen, der durch einen Schwingquarz oder ein anderes piezoelektrisches Element bewegt wird. Auf beide Arten werden in der Flüssigkeit transversale oder lon- gitudinale Schwingungen induziert (bzw. eine Kombination daraus) , die für eine Durchmischung der Flüssigkeit auch unmittelbar an der Sensoroberfläche sorgen. Vorzugsweise wird das System von kleinen Flüssigkeitswellen durchlaufen, die für die Durchmischung der Flüssigkeit sorgen.
Bei der zweiten beschriebenen Möglichkeit wird bevorzugt die Pipettenspitze, die zum Pipettieren verwendet wird, zum Übertragen der Schallwellen eingesetzt.
Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß mechanooptische und akustooptische Effekte auftreten können, welche die Durchmischung und die Messung beeinflussen. Schall ist beispielsweise geeignet, Oberflächenplasmonen zu modifizieren. Deshalb wird bevorzugt, das Rühren mit Schall bzw. Ultraschall nur abwechselnd mit der optischen Messung durchzuführen. Dabei wird beispielsweise alle 0,1 sec folgende Meßfolge durchgeführt: Ultraschallsignal auf die Meßflüssigkeit einwirken lassen, dieses beenden und anschließend nach einer Pause eine optische Messung durchführen. Danach findet eine erneute Beschallung mit Ultraschall statt. Beispielsweise kann der Zeitverlauf der Messungen folgendermaßen sein: ca. 12 msec für die Aufnahme der Messung, ca. 10 bis 20 msec Einbringen von Ultraschall und eine Pause von bis zu 100 msec. Aus der Summe von Mischzeit, Pause und Meßzeit ergibt sich dadurch eine Meßfreσuenz von beisoielsweise 10 Hz.
ERSATZBLΛTT (REGEL 26) Bei der Wahl der geeigneten Frequenz und Intensität des angewandten Ultraschalls sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen. Einerseits ist eine hohe Intensität für eine gute Durchmischung erforderlich, andererseits werden bei zu hohen Intensitäten Mikrokavitäten im Wasser gebildet, in denen zum einen Radikale gebildet werden können und die zum anderen auch Polymerketten mechanisch zerreißen können. Je höher die Frequenz des Schalls ist, desto kleiner die Mikrokavitäten und desto stärker die Bildung von Radikalen. Sowohl die Radikale als auch die Mikrokavitäten stellen eine Gefahr für die Polymerketten des erfindungsgemäßen Sensors als auch für die biologischen Moleküle dar. Bevorzugt ist deshalb ein Frequenzbereich von 1 bis 300 kHz, vorzugsweise 30 kHz. Bei dieser Frequenz haben die Mikrokavitäten einen Durchmesser von ca. 170 μm, was mit einem einfachen optischen Mikroskop gut zu beobachten ist. Sobald Mikrokavitäten sichtbar sind, ist die eingestellte Intensität zu hoch. Die eingekoppelten Leistungen liegen im Bereich von 0,1 bis 10 W, vorzugsweise 0,5 bis 5 W, am meisten bevorzugt 1 bis 2 W.
Zusätzlich zu der Durchmischung mittels Ultraschall kann gleichzeitig eine makroskopische Vermischung dafür sorgen, daß Flüssigkeit aus dem Gesamtvolumen in die Verarmungszone an der Sensoroberfläche transportiert wird. Bevorzugt ist dabei eine Kombination zweier Verfahren. Dabei gibt es mehrere Möglichkeiten. Ein herkömmliches Mikro- oder Makroflußsystem kann mit einer Schall- bzw. Ultraschalidurchmischung kombiniert werden. Ferner ist es möglich, ein klassisches Rühren mit einer schallinduzierten Durchmischung zu kombinieren. Ferner kann eine Durchmischung durch Ansaugen und Ausstoßen von Flüssigkeit mittels einer Spitze mit einer Ultraschalidurchmischung kombiniert werden.
Wie bereits erwähnt, wird in einer Ausführungsform zum Durchmischen ein Rührfinger verwendet . Dieser kann in seiner Spitze durch eine handelsübliche Wegwerf pitze aus Kuns - stoff gebildet werden. Diese Spitze kann verwendet werden, um:
1. Flüssigkeit in die Flύssigkeitsmeßzelle zu transportieren,
2. die Flüssigkeit durch Aufsaugen und Ausstoßen von Flüssigkeit zu vermischen und
3. durch eine mit Piezoelementen verursachte Zitterbewegung eine Durchmischung im Mikrometerbereich zu erzeugen.
Ein und dieselbe Spitze dient dabei also als Transportgefäß, als Rührfinger, wie auch zum Ansaugen und Ausstoßen von Flüssigkeit. Die Spitze kann in der x-y-Ebene und/oder in der z-Richtung bewegt werden.
Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform verwendet akustische Oberflächenwellen (SAW) zum Durchmischen. Akustische Oberflächenwellen können bei piezoelektrischen Materialien durch Anlegen von Wechselspannungen über z.B. kammartig ausgeformte, ineinandergreifende Elektroden erzeugt werden. Die akustischen Oberflächenwεllen führen zu einer Auslenkung der Oberfläche in der Ebene der Oberfläche, wodurch eine Bewegung relativ zu der darüber befindlichen Flüssigkeit erzeugt wird und dadurch eine oberflächennahe Mischung erfolgt.
Die Erfindung wird nachstehend mit bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der die Schallwellen über ein Piezoelement oder einen Aktor auf das Substrat übertragen werden;
Fig. 2 eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der zum Durchmischen ein Rührfinger verwendet wird; und
Fig. 3 eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der akustische Oberflächenwellen zum Durchmischen verwendet werden . Die Meßvorrichtung nach Fig. 1 weist ein Substrat 1 mit einer Sensoroberfläche 2 auf. Diese Sensoroberfläche ist bevorzugt eine Goldoberfläche. Die Sensoroberfläche 2 ist so angeordnet, daß sie sich zwischen dem Substrat 1 und einer Küvette 3 befindet. Diese Küvette 3 ist mit der zu durchmi- sehenden Flüssigkeit gefüllt. Ferner sind in Fig. 1 zwei Mischeinrichtungen 4 gezeigt, die gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform für eine horizontale "und vertikale Durchmischung sorgen. Zwischen den entsprechenden Mischeinrichtungen und dem Substrat können noch entsprechende mechanische Koppelelemente 5 vorgesehen sein. Figur 1 zeigt diese jedoch nur als bevorzugten Bestandteil der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung .
Auch die Meßvorrichtung der zweiten Ausführungsform (siehe Fig. 2) enthält eine auf einem Substrat 11 angeordnete Sensoroberfläche 12, die wiederum bevorzugt eine Goldoberfläche ist. In die mit Flüssigkeit gefüllte Küvette 13 ist ein Rührfinger eingetaucht. Dieser Rührfinger nach Fig. 2 ist eine Pipettenspitze 18, die mit einer (nicht gezeigten) Pumpe verbunden ist, über die Flüssigkeit in die Flüssigkeitsmeßzelle bzw. die Küvette eingebracht werden kann. Durch Bezugszeichen 14 ist eine Mischeinrichtung gekennzeichnet, die beispielsweise ein Piezoelement oder ein anderer Aktor sein kann. Als zweite Mischeinrichtung 16 kann neben einem Piezoelement oder einem Aktor auch ein Lautsprecher vorgesehen sein. Auch Fig. 2 zeigt wieder mechanische Koppelelemente 15 und 17, die jedoch nur bevorzugt vorhanden sind und eventuell entfallen können. Fig. 3 zeigt die dritte erfindungsgemäße Ausführungsform mit einem piezoelektrischen Substrat 21 und der darauf befindlichen Sensoroberfläche (bevorzugt Goldoberfläche) 22. Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 sind kammartige Elektroden 24 vorgesehen, über die durch Anlegen von WechselSpannungen akustische Oberflächenwellen erzeugt werden. Diese akustischen Oberflächenwellen rufen eine Bewegung relativ zu der sich in der Küvette befindlichen Flüssigkeit hervor, wodurch eine oberflächennahe Mischung der Flüssigkeit erfolgt.
BEZUGSZEICHENBLATT
Re. Fig. 1:
1 Substrat
2 Sensoroberfläche (Goldoberfläche)
3 Küvette mit Flüssigkeit gefüllt
4 Piezo oder Aktor
5 mechanisches Koppelelement (kann evtl. entfallen) Re. Fig. 2:
11 Substrat
12 Sensoroberfläche (Goldoberfläche)
13 Küvette mit Flüssigkeit gefüllt
14 Piezo oder Aktor
15 mechanisches Koppelelement (kann evtl. entfallen)
16 Piezo, Aktor oder Lautsprecher
17 mechanisches Koppelelement (kann evtl. entfallen)
18 Pipettenspitze mit Pumpe versehen (Pumpe nicht eingezeichnet)
Re. Fig. 3:
21 piezoelektrisches Substrat
22 Sensoroberfiäche (Goldoberfläche)
23 Küvette mit Flüssigkeit gefüllt
24 Elektroden

Claims

P a t e n a n s p r ü c h e
1. Sensorvorrichtung, die Oberflächenbindungsreaktionen an einer Sensoroberfläche als sensorische Reaktionen verwendet, mit einer Einrichtung (4, 18, 24) zum grenzflächennahen Mischen einer zu untersuchenden Flüssigkeit .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mischeinrichtung eine Schalleinrichtung (4, 18) zum Einbringen von Schallwellen aufweist, die die Flüssigkeit im grenzflächennahen Bereich der Sensoroberfläche (2, 12) durchmischt .
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Schalleinrichtung eine Ultraschalleinrichtung ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3 , wobei die Schalleinrichtung derart mit der Sensoroberfläche gekoppelt ist, daß Schallwellen parallel und/oder senkrecht zur Flächennormalen der Sensoroberfläche in die Flüssigkeit eingebracht werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Schallwellen über ein optisches Element eines Sensors, vorzugsweise eines Oberflächenplasmonenresonanzsensors eingebracht werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das optische Element ein Prisma ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Schallwellen über eine Spitze (18) eingebracht werden.
8.- Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spitze ein Pipettenspitze ist.
ERSATZBL-ATT (REGEL 26)
9. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die Schallwellen über einen Lautsprecher (16) eingebracht werden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Einrichtung in der Nähe der Sensoroberfläche (2, 12) angeordnet ist .
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Schalleinrichtung ein Schwingquarz ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Schalleinrichtung ein piezoelektrisches Element ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei die Frequenz des Schalls in einem Bereich von 1 bis 300 kHz liegt .
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Frequenz des Schalls 30 kHz beträgt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei die von der Schalleinrichtung eingebrachten Leistungen im Bereich von 0,1 bis 10 W liegen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mischeinrichtung eine Einrichtung (24) zum Erzeugen akustischer Oberflächenwellen aufweist .
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Einrichtung kammartig ineinandergreifende Elektroden aufweist .
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Einrichtung in der Nähe der Sensoroberfläche (22) angeordnet ist.
IS. Meßverfahren in einem Sensorsystem, das Oberflächenbindungsreaktionen als sensorische Reaktionen verwendet, mi t- r\ τn fπlαsnden Schritten: (a) Durchmischen der zu untersuchenden Flüssigkeit;
(b) Durchführen der Messung; wobei zwischen den Schritten (a) und (b) eine vorbestimmte Pause liegt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei in Schritt (a) das Durchmischen mittels Schall oder Ultraschall erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei in Schritt (a) das Durchmischen mittels akustischen Oberflächenwellen erfolgt .
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei in Schritt (a) die Durchmischung zusätzlich durch Rühren erfolgt .
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei in Schritt (a) das Durchmischen zusätzlich durch Ansaugen und Ausstoßen von Flüssigkeit mittels einer Spitze erfolgt.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei in Schritt (a) das Durchmischen mit einem Mikro- oder Makroflußsystem kombiniert ist .
PCT/EP1999/005812 1998-08-10 1999-08-10 Vorrichtung und verfahren zur grenzflächennahen mischung von proben in biosensorsystemen WO2000010011A1 (de)

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DE19836110A DE19836110C2 (de) 1998-08-10 1998-08-10 Sensorvorrichtung mit einer Mischeinrichtung
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DE (1) DE19836110C2 (de)
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