WO2009153189A1 - Cartridge with integrated saw sensor - Google Patents

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WO2009153189A1
WO2009153189A1 PCT/EP2009/057075 EP2009057075W WO2009153189A1 WO 2009153189 A1 WO2009153189 A1 WO 2009153189A1 EP 2009057075 W EP2009057075 W EP 2009057075W WO 2009153189 A1 WO2009153189 A1 WO 2009153189A1
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sensor
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flow cell
analyte
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Markus Perpeet
Michael Koch
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Biosensor Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a manageable unit (“cartridge”) comprising a sensor chip for determining an analyte in a fluid, in particular a SAW sensor with a plurality of sensor elements, and a flow cell for guiding the fluid via the sensor surface of the sensor chip that is sensitive to the analyte as well as an analysis system containing such a cartridge.
  • a manageable unit comprising a sensor chip for determining an analyte in a fluid, in particular a SAW sensor with a plurality of sensor elements, and a flow cell for guiding the fluid via the sensor surface of the sensor chip that is sensitive to the analyte as well as an analysis system containing such a cartridge.
  • a sensor unit for use in such systems in particular for use in SAW gas sensor arrays, is known from DE 102 22 068 B4, this is relatively complex and can hardly guarantee easy handling. This sensor unit is unsuitable for production as a "mass-produced article”.
  • the object of the present invention is now to provide a unit of sensor chip and fluidic cell, which are easy and safe to handle and can also be used in a mobile system.
  • it is the object of designing such a unit as a cost-effective and possibly recyclable mass-produced "disposable article" in the form of a regeneratable cartridge.And it is an object of the invention to propose a mobile system for using the cartridge.
  • a particularly important basic idea of the invention resides in the cover part, which is placed directly and sealingly on the sensitive sensor surface, that is to say provided with receptor molecules, and forms the flow cell together with the sensor chip.
  • the cover part does not completely cover the sensor chip, so that the conductor tracks for contacting the sensor surface lead out of the thus formed flow cell, virtually under the edge of the cover part.
  • an easily manageable and self-contained unit in the manner of a cartridge can be realized, which integrates all the components required for analysis.
  • such a cartridge can be incorporated into an overall system with simple steps, so that an analysis can be carried out at any time without any detailed knowledge and experience, even by untrained personnel.
  • the flow cell thus has a cover part to be placed on the sensitive sensor surface, the edge of the cover part sealingly engaging the sensor surface by means of a seal, means being provided for clamping the cover part against the seal and wherein the sensor chip has conductor tracks for contacting the sensor surface, which lead out of the flow cell.
  • a particular advantage of the unit according to the invention is that it can be manufactured as a cost-effective mass product, especially for single use, and it may be particularly advantageous for economic and ecological reasons to provide for recycling.
  • the cartridges according to the invention can thus be used as consumables in mobile systems which can identify and quantify illegal drugs, explosives and possibly also other toxic and hazardous substances by electronic-biochemical means.
  • the lid part is formed as a one-piece flat lid plate, in the surface of which a recess is introduced on one side.
  • the recess which overhangs the sensor chip in the assembled state forms a hollow volume open toward the sensor chip and thus the flow cell.
  • the lid plate in particular as a molded part of a flexible material, such as EPDM or silicone rubber.
  • the edge of the lid plate forms a sealing ring.
  • the sensor chip has a plurality of independent surface elements for the SAW measurement. These are then each assigned the corresponding receptors.
  • the depth of the channel is less than 0.5 mm, in the installed state, in particular about 0.2 mm, with a width between about 0.1 mm and 2 mm, in particular 0.4 mm.
  • the sealing edge is formed by a thin sealing bead and this projects beyond a lowered, in particular extending outside of the sealing bead bearing surface.
  • the sealing bead is pressed together until the contact surface rests flush against the sensor surface.
  • the bearing surface is advantageously at a level which lies above the base surface of the meander-shaped recess by the amount of the intended channel height.
  • the means for clamping have two flat adjoining housing parts which are adapted to the geometry of sensor chip and cover plate and between which the sensor chip and the cover plate are clamped.
  • fastening means in particular by snap closures, firmly but detachably.
  • fastening means are provided which can only be opened with special tools available to the specialist personnel without causing any visible damage.
  • a hollow volume which is open toward the sensor chip spans over the latter, the so-called flow cell.
  • the sensor surfaces and the flow cell thus form a closed channel through which the liquid to be analyzed flows.
  • the flow cell is firmly integrated into the surrounding housing.
  • the housing fixes sensor chip and fluidic cell in the required arrangement for the overall function.
  • the surrounding housing releases the sensor chip with its contacts in the required areas. Channels are integrated in the housing which direct the fluid to and from the flow cell.
  • the flow cell is accurately inserted into a recess provided in the cartridge cover. The tightness against both the sensor chip and against the cartridge cover is accomplished mechanically by the contact pressure realized in the assembly. Adhesives or other adhesion promoters are not used.
  • FIG. 2 a cartridge
  • Figure 3 a section through the cartridge in height of the sensor chip.
  • a mobile system (not shown) advantageously has a dispensing module for easy administration of the analyte, and for rapid and uncomplicated analyzes, wipers are particularly suitable for this, which in particular absorb samples of body fluids such as perspiration.
  • the fluidic module is for conducting the fluid loaded with analyte with corresponding Provided channels.
  • 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.
  • housing parts 2 and 4 are provided as injection-molded parts made of solid plastic, which are adapted to the geometry of sensor chip 1 and cover plate 3.
  • the size of the housing parts, in particular of the housing part 2 is measured on a good handling. Overall, the dimensioning of the housing parts is on the order of less than 3 cm.
  • the first housing part 2 has a recess 5 for receiving the cover plate 3 forming the flow cell in conjunction with the sensor chip, wherein the second housing part 4 has a recess 6 for receiving the sensor chip 1.
  • the depth of the recesses 5 and 6 are each dimensioned so that the flat covering of the housing parts 2 and 3 causes the seal between the cover part and the sensor surface.
  • channels 7 are provided, which open in the assembled state in the flow cell and via which the fluid to the sensor chip back and is led away again.
  • the connection of the cartridge is done via two flange-like cap pieces 8, which are placed by means of sealing rings 9 on nozzle 10 of the housing part 4.
  • the two housing parts 2 and 4 lie against one another via bearing surfaces, wherein the bearing surface 11 of the first housing part 2 is larger and serves as an abutment of the conductor tracks 12 protruding under the seal.
  • the interconnects form a comb-like conductor structure, which rests on the support surface 11 of the housing part 2 and is freely accessible for electrical contact. This can be provided with corresponding mating contacts in the mobile system interact.
  • 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 2 and 4 are connected by means of peg-like snap fasteners 13.
  • FIG. 3 a horizontal section through the cartridge in height of the sensor chip 14 is first shown in FIG. Evident is the outer comb-like structure of the contact points 15 of the conductor tracks, which continue in the interior of the flow cell as SAW surface elements 16.
  • the cover plate 17 is placed from EPDM, in which a meandering channel structure 18 is introduced. It can be seen that the meanders are designed so that all surface elements 16 fluid is supplied.
  • the lid plate 17 also has two openings 19, through which the fluid is added and discharged again.
  • FIG. 3b A cross section through the flow cell formed by sensor chip 14 and cover plate 17 is shown in FIG. 3b.
  • the cover plate 17 initially has the recess 19 forming the flow cell with an edge 20.
  • the edge 20 is increased as a sealing bead 21 against a support surface 22.
  • the sealing bead 21 compresses and the sensor chip 14 lies flat against the bearing surface 22.

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Abstract

Manually handled unit comprising a sensor chip (1) for detecting an analyte in a fluid, in particular comprising a SAW sensor with a plurality of sensor elements, and a flow cell for routing the fluid over the sensor chip (1) surface sensitive to the analyte, wherein the flow cell comprises a cover section (3) placed on the sensitive sensor surface, wherein the edge of the cover section (3) abuts against the sensor surface in sealing fashion by way of a gasket, wherein means for clamping the cover part (3) against the gasket are present and wherein the sensor chip (1) comprises conducting paths for contacting the sensor surface, said conducting paths leading out of the flow cell.

Description

08.06.2009 BD 08100WO B 08.06.2009 BD 08100WO B
Kartusche mit integriertem SAW SensorCartridge with integrated SAW sensor
Die Erfindung betrifft eine handhabbare Einheit („Kartusche") aufweisend einen Sensorchip zur Bestimmung eines Analyten in einem Fluid, insbesondere einen SAW Sensor mit mehreren Sensorelementen, und eine Flusszelle zur Führung des Fluids über die für den Analyten sensible Sensoroberfläche des Sensorchip. Die Erfindung betrifft ebenso ein Analysesystem, das eine solche Kartusche enthält.The invention relates to a manageable unit ("cartridge") comprising a sensor chip for determining an analyte in a fluid, in particular a SAW sensor with a plurality of sensor elements, and a flow cell for guiding the fluid via the sensor surface of the sensor chip that is sensitive to the analyte as well as an analysis system containing such a cartridge.
Heutzutage sind schon verhältnismäßig kompakte Systeme in der Art von Laborgeräten 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 schon 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. Diese Fähigkeiten sind meist nur bei entsprechend geschultem Personal zu finden. 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.Today relatively compact systems in the nature of laboratory equipment are already known, with which biomolecules in low concentration can be detected comfortably and without the use of markers. These are based in particular on sensor chips which use the physical principle of the "surface acoustic wave", or SAW for short, with which SAW sensors can detect even the smallest mass changes on the sensor surface, which is occupied by receptor molecules sensitive to the analyte. However, the operation of these systems and, in particular, the analysis of analyte molecules dissolved in liquid using the receptor molecules requires a considerable amount of technical experience and (bio) chemical and physical knowledge, which is usually only available to suitably trained personnel. For fast deployment in particular for field use and for operation by inexperienced in handling personnel known systems are not suitable.
Eine Sensoreinheit zum Einsatz in solchen Systemen, insbesondere für den Einsatz in SAW Gas Sensorarrays, ist aus der DE 102 22 068 B4 bekannt, wobei diese verhältnismäßig komplex ist und eine einfache Handhabung kaum gewährleisten kann. Für die Produktion als „Massenartikel" ist diese Sensoreinheit untauglich.A sensor unit for use in such systems, in particular for use in SAW gas sensor arrays, is known from DE 102 22 068 B4, this is relatively complex and can hardly guarantee easy handling. This sensor unit is unsuitable for production as a "mass-produced article".
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr darin, eine Einheit aus Sensorchip und Fluidikzelle zu schaffen, die sich einfach und sicher handhaben und die sich auch in einem mobilen System einsetzen lässt. Insbesondere ist es die Aufgabe, eine solche Einheit als kostengünstigen und eventuell recyclebaren massenhaft zu fertigenden „Wegwerfartikel" in der Art einer regenerierbaren Kartusche zu konzipieren. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein mobiles System zum Einsatz der Kartusche vorzuschlagen.The object of the present invention is now to provide a unit of sensor chip and fluidic cell, which are easy and safe to handle and can also be used in a mobile system. In particular, it is the object of designing such a unit as a cost-effective and possibly recyclable mass-produced "disposable article" in the form of a regeneratable cartridge.And it is an object of the invention to propose a mobile system for using the cartridge.
Diese Aufgaben werden durch die handhabbare Einheit mit den Merkmalen des Anspruch 1 und das System nach Anspruch 12 erfüllt. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.These objects are achieved by the manageable unit having the features of claim 1 and the system of claim 12. Advantageous embodiments are mentioned in the respective subclaims.
Ein besonders wesentlicher Grundgedanke der Erfindung liegt in dem Deckelteil, das unmittelbar und dichtend auf die sensible also mit Rezeptormolekülen versehene Sensoroberfläche aufgesetzt ist und zusammen mit dem Sensorchip die Flusszelle bildet. Dabei deckt das Deckelteil den Sensorchip nicht komplett ab, so dass die Leiterbahnen zur Kontaktierung der Sensoroberfläche quasi unter dem Rand des Deckelteils aus der so gebildeten Flusszelle herausführen. Auf diese Art lässt sich eine leicht handhabbare und in sich abgeschlossene Einheit in Art einer Kartusche realisieren, die alle zur Analyse erforderlichen Komponenten integriert. Zur Durchführung von Analysen lässt sich eine solche Kartusche mit einfachen Handgriffen in ein Gesamtsystem einbringen, so dass jederzeit ohne jegliche Detailkenntnis und Erfahrung also auch von ungeschultem Personal eine Analyse durchgeführt werden kann.A particularly important basic idea of the invention resides in the cover part, which is placed directly and sealingly on the sensitive sensor surface, that is to say provided with receptor molecules, and forms the flow cell together with the sensor chip. In this case, the cover part does not completely cover the sensor chip, so that the conductor tracks for contacting the sensor surface lead out of the thus formed flow cell, virtually under the edge of the cover part. In this way, an easily manageable and self-contained unit in the manner of a cartridge can be realized, which integrates all the components required for analysis. For carrying out analyzes, such a cartridge can be incorporated into an overall system with simple steps, so that an analysis can be carried out at any time without any detailed knowledge and experience, even by untrained personnel.
Erfindungsgemäß weist die Flusszelle also ein auf die sensible Sensoroberfläche aufzusetzendes Deckelteil auf, 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.According to the invention, the flow cell thus has a cover part to be placed on the sensitive sensor surface, the edge of the cover part sealingly engaging the sensor surface by means of a seal, means being provided for clamping the cover part against the seal and wherein the sensor chip has conductor tracks for contacting the sensor surface, which lead out of the flow cell.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Einheit ist, dass diese als kostengünstiges Massenprodukt, insbesondere auch zur einmaligen Benutzung, gefertigt werden kann, wobei es aus Ökonomischen und ökologischen Gründen besonders vorteilhaft sein kann, eine Wiederverwertung vorzusehen. Die erfindungsgemäßen Kartuschen können damit als Verbrauchsmaterial in mobilen Systemen eingesetzt werden, die auf elektronisch-biochemischem Weg illegale Drogen, Sprengstoffe und eventuell auch andere Gift- und Gefahrstoffe identifizieren und quantifizieren können.A particular advantage of the unit according to the invention is that it can be manufactured as a cost-effective mass product, especially for single use, and it may be particularly advantageous for economic and ecological reasons to provide for recycling. The cartridges according to the invention can thus be used as consumables in mobile systems which can identify and quantify illegal drugs, explosives and possibly also other toxic and hazardous substances by electronic-biochemical means.
In einer besonders vorteilhaften, wie einfach zu fertigen und zu handhabenden Ausführungsform ist das Deckelteil als einteiliges flaches Deckelplättchen ausgebildet, in dessen Oberfläche einseitig eine Ausnehmung eingebracht ist. Dabei bildet die im zusammengesetzten Zustand den Sensorchip überwölbende Ausnehmung ein zum Sensorchip hin offenes Hohlvolumen und damit die Flusszelle. Um eine Abdichtung zwischen dem Rand des Deckelplättchens und der Oberfläche des Sensorchip zu gewährleisten ist es vorteilhaft, das Deckelplättchen insbesondere als Spritzteil aus einem flexiblen Material, wie beispielsweise aus EPDM oder Silikonkautschuk, zu fertigen. Dabei bildet der Rand des Deckelplättchens einen Dichtring.In a particularly advantageous, as easy to manufacture and handle embodiment, the lid part is formed as a one-piece flat lid plate, in the surface of which a recess is introduced on one side. In this case, the recess which overhangs the sensor chip in the assembled state forms a hollow volume open toward the sensor chip and thus the flow cell. In order to ensure a seal between the edge of the lid plate and the surface of the sensor chip, it is advantageous to manufacture the lid plate in particular as a molded part of a flexible material, such as EPDM or silicone rubber. The edge of the lid plate forms a sealing ring.
Um in einem Fluid mehrere unterschiedliche Analyten nachweisen zu können, ist es vorteilhaft, wenn der Sensorchip mehrere unabhängige Oberflächen- Elemente für die SAW Messung aufweist. Diese sind dann jeweils mit den entsprechenden Rezeptoren belegt. Im Falle solcher mehrkanaliger Sensorchips ist es vorteilhaft, deren aktive Oberfläche mit einem insbesondere flexiblen Deckelplättchen abzudecken, dessen Ausnehmung eine mäanderförmige Kanalstruktur ausbildet, die sich über die Oberfläche erstreckt. Auf diese Weise kann eine gute Fließdynamik erreicht werden, die eine effektive Benetzung innerhalb kurzer Zeit gewährleistet. Mit dieser mäanderförmigen Geometrie wird das Fluid sequentiell über die einzelnen Sensorelemente geleitet. Diese Kanalstruktur bewirkt zudem eine deutliche Reduzierung störender Luftblasen im Flüssigkeitsstrom. Dabei ist es im Hinblick auf die Minimierung mitgeführter Luftblasen besonders vorteilhaft, wenn die Tiefe des Kanals weniger als 0,5 mm, im eingebauten Zustand insbesondere etwa 0,2 mm, beträgt bei einer Breite zwischen etwa 0,1 mm und 2 mm, insbesondere 0,4 mm.In order to be able to detect a plurality of different analytes in a fluid, it is advantageous if the sensor chip has a plurality of independent surface elements for the SAW measurement. These are then each assigned the corresponding receptors. In the case of such multi-channel sensor chips, it is advantageous to cover their active surface with a particularly flexible cover plate whose recess forms a meander-shaped channel structure which extends over the surface. In this way, a good flow dynamics can be achieved, which ensures effective wetting within a short time. With this meandering geometry, the fluid is passed sequentially over the individual sensor elements. This channel structure also causes a significant reduction of disturbing air bubbles in the Liquid flow. It is particularly advantageous with regard to the minimization entrained air bubbles, if the depth of the channel is less than 0.5 mm, in the installed state, in particular about 0.2 mm, with a width between about 0.1 mm and 2 mm, in particular 0.4 mm.
Im Falle der Deckelplättchen aus flexiblem Material ist es besonders vorteilhaft, wenn der dichtende Rand von einem dünnen Dichtwulst gebildet ist und dieser eine abgesenkte, insbesondere außerhalb des Dichtwulstes verlaufende Auflagefläche überragt. Beim Aufdrücken des Deckelplättchens auf den Sensorchip wird der Dichtwulst soweit zusammen gedrückt, bis die Auflagefläche bündig an der Sensoroberfläche anliegt. So kann eine definierte Höhe der Kanalstruktur auch nach dem Aufpressen des Deckelplättchens auf den Chip sichergestellt werden. Insofern befindet sich die Auflagefläche vorteilhafterweise auf einem Niveau, das um den Betrag der vorgesehene Kanalhöhe über der Grundfläche der mäanderförmigen Aussparung liegt.In the case of the cover plate made of flexible material, it is particularly advantageous if the sealing edge is formed by a thin sealing bead and this projects beyond a lowered, in particular extending outside of the sealing bead bearing surface. When the cover plate is pressed onto the sensor chip, the sealing bead is pressed together until the contact surface rests flush against the sensor surface. Thus, a defined height of the channel structure can be ensured even after pressing the lid plate on the chip. In this respect, the bearing surface is advantageously at a level which lies above the base surface of the meander-shaped recess by the amount of the intended channel height.
Um das passgenaue Anpressen der Dichtung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Mittel zum Verspannen zwei flächig aneinanderliegende Gehäuseteile aufweisen, die der Geometrie von Sensorchip und Deckelplättchen angepasst sind und zwischen denen der Sensorchip und das Deckelplättchen eingeklemmt sind.In order to ensure the accurate pressing of the seal, it is advantageous if the means for clamping have two flat adjoining housing parts which are adapted to the geometry of sensor chip and cover plate and between which the sensor chip and the cover plate are clamped.
Für die spätere Regenerierung des Sensorchip und die Mögliche Wiederverwendung ist es vorteilhaft, wenn diese beiden Gehäuseteile durch Befestigungsmittel, insbesondere durch Schnappverschlüsse, fest aber lösbar miteinander verbunden sind. Im Hinblick auf die Originalität der für die Analyse präparierten Kartuschen ist es von Vorteil, wenn Befestigungsmittel vorgesehen werden, die sich nur mit besonderem, dem Fachpersonal zur Verfügung stehenden Werkzeug öffnen lassen, ohne dass es zu sichtbaren Beschädigungen kommt.For the later regeneration of the sensor chip and the possible reuse it is advantageous if these two housing parts are connected by fastening means, in particular by snap closures, firmly but detachably. In view of the originality of the cartridges prepared for the analysis, it is advantageous if fastening means are provided which can only be opened with special tools available to the specialist personnel without causing any visible damage.
Um ein Flüssigkeitsvolumen geschlossen und definiert über die Oberflächen der Einzelsensoren führen zu können, spannt sich über diese ein zum Sensorchip hin offenes Hohlvolumen, die sogenannte Flusszelle. Die Sensoroberflächen und die Flusszelle bilden so einen geschlossenen Kanal, durch den die zu analysierende Flüssigkeit strömt. Wie der Sensorchip ist auch die Flusszelle fest in das umgebende Gehäuse integriert. Das Gehäuse fixiert Sensorchip und Fluidikzelle in der für die Gesamtfunktion erforderlichen Anordnung. Um den Sensorchip elektrisch kontaktieren zu können, gibt das umgebende Gehäuse den Sensorchip mit seinen Kontakten an den erforderlichen Bereichen frei. In das Gehäuse sind Kanäle integriert, die das Fluid zur Flusszelle hin und von dieser weg leiten. Die Flusszelle wird passgenau in eine im Kartuschendeckel speziell dafür vorgesehene Aussparung eingesetzt. Die Dichtigkeit sowohl gegen den Sensorchip wie auch gegen den Kartuschendeckel wird mechanisch durch den im Zusammenbau realisierten Anpressdruck bewerkstelligt. Klebstoffe oder andere Haftvermittler werden nicht verwendet.In order to be able to guide a liquid volume closed and defined over the surfaces of the individual sensors, a hollow volume which is open toward the sensor chip spans over the latter, the so-called flow cell. The sensor surfaces and the flow cell thus form a closed channel through which the liquid to be analyzed flows. Like the sensor chip, the flow cell is firmly integrated into the surrounding housing. The housing fixes sensor chip and fluidic cell in the required arrangement for the overall function. In order to be able to contact the sensor chip electrically, the surrounding housing releases the sensor chip with its contacts in the required areas. Channels are integrated in the housing which direct the fluid to and from the flow cell. The flow cell is accurately inserted into a recess provided in the cartridge cover. The tightness against both the sensor chip and against the cartridge cover is accomplished mechanically by the contact pressure realized in the assembly. Adhesives or other adhesion promoters are not used.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren 1 bis 3 näher erklärt. Es zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to Figures 1 to 3. Show it
Figur 1 einen Schnitt durch eine Kartusche,1 shows a section through a cartridge,
Figur 2: eine Kartusche undFigure 2: a cartridge and
Figur 3: einen Schnitt durch die Kartusche in Höhe des Sensorchip.Figure 3: a section through the cartridge in height of the sensor chip.
In Figur 1 ist ein Schnitt durch eine komplette handhabbare Einheit („Kartusche") gezeigt, wie sie in einem insbesondere mobilen System zum Einsatz kommen kann. Die Grundlage das System bildet ein SAW basierter Mehrkanal- Sensorchip 1 , dessen Oberfläche mit biochemischen Rezeptormolekülen versehen ist. 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 ein als Transportmittel dienendes Fluid eingebracht wird. Das Fluidikmodul ist zur Leitung des mit Analyt belasteten Fluids 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.1 shows a section through a complete manageable unit ("cartridge") which can be used in a particularly mobile system, based on a SAW-based multi-channel sensor chip 1 whose surface is provided with biochemical receptor molecules Such a mobile system (not shown) advantageously has a dispensing module for easy administration of the analyte, and for rapid and uncomplicated analyzes, wipers are particularly suitable for this, which in particular absorb samples of body fluids such as perspiration. where the analyte is introduced into a fluid serving as a means of transport The fluidic module is for conducting the fluid loaded with analyte with corresponding Provided channels. 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.
Zum Verspannen sind zwei flächig aneinanderliegende Gehäuseteile 2 und 4 als Spritzgussteile aus massivem Kunststoff vorgesehen, die der Geometrie von Sensorchip 1 und Deckelplättchen 3 angepasst sind. Die Größe der Gehäuseteile, insbesondere des Gehäuseteils 2, bemisst sich an einer guten Handhabung. Insgesamt liegt die Dimensionierung der Gehäuseteile in der Größenordnung von weniger als 3 cm. Das erste Gehäuseteil 2 hat eine Ausnehmung 5 zur Aufnahme des in Verbindung mit dem Sensorchip die Flusszelle ausbildenden Deckelplättchens 3, wobei das zweite Gehäuseteil 4 eine Ausnehmung 6 zur Aufnahme des Sensorchip 1 aufweist. Die Tiefe der Ausnehmungen 5 und 6 sind jeweils so bemessen, dass das plane Aufeinandersetzen der Gehäuseteile 2 und 3 die Abdichtung zwischen dem Deckelteil und der Sensoroberfläche bewirkt. Im zweiten Gehäuseteil 4 sind Kanäle 7 vorgesehen, die im zusammengesetzten Zustand in der Flusszelle münden und über die das Fluid zum Sensorchip hin- und wieder weggeleitet wird. Der Anschluss der Kartusche geschieht über zwei flanschartige Überwurfstücke 8, die mittels Dichtringen 9 auf Stutzen 10 des Gehäuseteils 4 aufgesetzt sind. Insgesamt realisiert das Gehäuse mit den beiden Gehäuseteilen eine strukturelle, eine funktionale und ein schützende Funktionen.For bracing two flat juxtaposed housing parts 2 and 4 are provided as injection-molded parts made of solid plastic, which are adapted to the geometry of sensor chip 1 and cover plate 3. The size of the housing parts, in particular of the housing part 2, is measured on a good handling. Overall, the dimensioning of the housing parts is on the order of less than 3 cm. The first housing part 2 has a recess 5 for receiving the cover plate 3 forming the flow cell in conjunction with the sensor chip, wherein the second housing part 4 has a recess 6 for receiving the sensor chip 1. The depth of the recesses 5 and 6 are each dimensioned so that the flat covering of the housing parts 2 and 3 causes the seal between the cover part and the sensor surface. In the second housing part 4 channels 7 are provided, which open in the assembled state in the flow cell and via which the fluid to the sensor chip back and is led away again. The connection of the cartridge is done via two flange-like cap pieces 8, which are placed by means of sealing rings 9 on nozzle 10 of the housing part 4. Overall, the housing with the two housing parts realized a structural, a functional and a protective functions.
In Figur 2 ist zu erkennen, dass die beiden Gehäuseteile 2 und 4 über Auflageflächen aneinander liegen, wobei die Auflagefläche 11 des ersten Gehäuseteiles 2 größer ist und als Gegenlager der unter die Dichtung hervorragenden Leiterbahnen 12 dient. Dabei bilden die Leiterbahnen eine kammartige Leiterstruktur aus, die auf der Auflagefläche 11 des Gehäuseteiles 2 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 2 und 4 vermittels zapfenartiger Schnappverschlüsse 13 verbunden.In FIG. 2, it can be seen that the two housing parts 2 and 4 lie against one another via bearing surfaces, wherein the bearing surface 11 of the first housing part 2 is larger and serves as an abutment of the conductor tracks 12 protruding under the seal. The interconnects form a comb-like conductor structure, which rests on the support surface 11 of the housing part 2 and is freely accessible for electrical contact. This can be provided with corresponding mating contacts in the mobile system interact. 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 2 and 4 are connected by means of peg-like snap fasteners 13.
In Figur 3 ist zunächst in Figur 3a ein waagrechter Schnitt durch die Kartusche in Höhe des Sensorchip 14 gezeigt. Zu erkennen ist die außen liegende kammartige Struktur der Kontaktstellen 15 der Leiterbahnen, die sich im Inneren der Flusszelle als SAW Oberflächenelemente 16 fortsetzen. Auf den Sensorchip 14 ist das Deckelplättchen 17 aus EPDM aufgelegt, in das eine mäanderförmige Kanalstruktur 18 eingebracht ist. Es ist zu erkennen, dass die Mäander so ausgelegt sind, dass allen Oberflächenelementen 16 Fluid zugeführt wird. Das Deckelplättchen 17 weist auch zwei Öffnungen 19 auf, über die das Fluid zu- und wieder abgeführt wird.In FIG. 3, a horizontal section through the cartridge in height of the sensor chip 14 is first shown in FIG. Evident is the outer comb-like structure of the contact points 15 of the conductor tracks, which continue in the interior of the flow cell as SAW surface elements 16. On the sensor chip 14, the cover plate 17 is placed from EPDM, in which a meandering channel structure 18 is introduced. It can be seen that the meanders are designed so that all surface elements 16 fluid is supplied. The lid plate 17 also has two openings 19, through which the fluid is added and discharged again.
Ein Querschnitt durch die von Sensorchip 14 und Deckelplättchen 17 gebildete Flusszelle ist in Figur 3b gezeigt. In der Vergrößerung ist verdeutlicht, dass das Deckelplättchen 17 zunächst die die Flusszelle bildende Ausnehmung 19 mit einem Rand 20 aufweist. Der Rand 20 ist jedoch als Dichtwulst 21 gegenüber eine Auflagefläche 22 erhöht. Im zusammengebauten Zustand wird auf den Sensorchip 14 soviel Druck ausgeübt, dass sich der Dichtwulst 21 zusammendrückt und der Sensorchip 14 flächig an der Auflagefläche 22 anliegt. A cross section through the flow cell formed by sensor chip 14 and cover plate 17 is shown in FIG. 3b. In the enlargement, it is clarified that the cover plate 17 initially has the recess 19 forming the flow cell with an edge 20. However, the edge 20 is increased as a sealing bead 21 against a support surface 22. In the assembled state, so much pressure is exerted on the sensor chip 14 that the sealing bead 21 compresses and the sensor chip 14 lies flat against the bearing surface 22.

Claims

08.06.2009Ansprüche 08.06.2009Ansprüche
1. Handhabbare Einheit aufweisend einen Sensorchip zur Bestimmung eines Analyten in einem Fluid, insbesondere einen SAW Sensor mit mehreren Sensorelementen, und eine Flusszelle zur Führung des Fluids über die für den Analyten sensible Sensoroberfläche 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.1. A handleable unit comprising a sensor chip for determining an analyte in a fluid, in particular a SAW sensor with a plurality of sensor elements, and a flow cell for guiding the fluid via the sensor surface of the sensor chip that is sensitive to the analyte, characterized in that the flow cell has a cover part, which is placed on the sensitive sensor surface, wherein the edge of the cover part by means of a sealing sealingly applied to the sensor surface, 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 ,
2. Einheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil ein flaches Deckelplättchen mit einer einseitigen Ausnehmung ist.2. Unit according to claim 1, characterized in that the cover part is a flat lid plate with a one-sided recess.
3. Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelplättchen aus einem flexiblen Material, insbesondere aus EPDM oder Silikonkautschuk, hergestellt ist, wobei der Rand des Deckelplättchens die Dichtung bildet.3. Unit according to claim 2, characterized in that the cover plate made of a flexible material, in particular of EPDM or silicone rubber, is produced, wherein the edge of the lid plate forms the seal.
4. Einheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung eine mäanderförmige Kanalstruktur in der Oberfläche des Deckelplättchens bildet, wobei die Tiefe des Kanals insbesondere weniger als 0,5 mm, im eingebauten Zustand insbesondere 0,2 mm, beträgt. 4. Unit according to claim 2 or 3, characterized in that the recess forms a meandering channel structure in the surface of the cover plate, wherein the depth of the channel in particular less than 0.5 mm, in the installed state in particular 0.2 mm.
5. Einheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dichtende Rand des Deckelplättchens einen Dichtwulst und eine gegenüber dem Dichtwulst abgesenkte Auflagefläche aufweist, wobei das Verspannen den Dichtwulst zusammen drückt, bis die Auflagefläche an der Sensoroberfläche anliegt.5. Unit according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing edge of the lid plate has a sealing bead and a bearing against the sealing bead lowered bearing surface, wherein the clamping forces the sealing bead together until the bearing surface bears against the sensor surface.
6. Einheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verspannen zwei flächig aneinanderliegende Gehäuseteile aufweisen, zwischen denen der Sensorchip und das Deckelplättchen eingeklemmt sind.6. Unit according to one of the preceding claims, characterized in that the means for clamping comprise two flat juxtaposed housing parts, between which the sensor chip and the lid plate are clamped.
7. Einheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseteile durch Befestigungsmittel, insbesondere durch Schnappverschlüsse, fest aber lösbar miteinander verbunden sind.7. Unit according to claim 6, characterized in that the housing parts are fixedly but detachably connected to each other by fastening means, in particular by snap closures.
8. Einheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil eine Ausnehmung zur Aufnahme des Deckelplättchens und dass das zweite Gehäuseteil eine Ausnehmung zur Aufnahme des Sensorchip aufweist, wobei die Tiefe der Ausnehmungen so bemessen ist, dass die Befestigung der Gehäuseteile die Abdichtung zwischen dem Deckelteil und der Sensoroberfläche bewirkt.8. Unit according to claim 6 or 7, characterized in that the first housing part has a recess for receiving the cover plate and that the second housing part has a recess for receiving the sensor chip, wherein the depth of the recesses is dimensioned such that the attachment of the housing parts Seal between the lid part and the sensor surface causes.
9. Einheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Gehäuseteil Kanäle eingebracht sind, die im zusammengesetzten Zustand in der Flusszelle münden und die der Beschickung mit dem zu analysierenden Fluid dienen.9. Unit according to one of the preceding claims, characterized in that in the second housing part channels are introduced, which open in the assembled state in the flow cell and which serve to charge the fluid to be analyzed.
10. Einheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gehäuseteile über Auflageflächen aneinander liegen, wobei die Auflagefläche des ersten Gehäuseteiles größer ist und als gegenlager der Leiterbahnen dient. 10. Unit according to one of the preceding claims, characterized in that the two housing parts abut each other via bearing surfaces, wherein the bearing surface of the first housing part is larger and serves as an abutment of the conductor tracks.
11. Einheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen eine kammartige Leiterstruktur bilden, die auf der Auflagefläche des ersten Gehäuseteiles aufliegt und für eine Kontaktierung frei zugänglich ist.11. Unit according to claim 10, characterized in that the conductor tracks form a comb-like conductor structure which rests on the bearing surface of the first housing part and is freely accessible for contacting.
12. Mobiles System zum Einsatz einer Einheit nach einem der vorherigen Ansprüche, eine gekennzeichnet durch ein Aufgabemodul zur einfachen Aufgabe des Analyten, insbesondere mittels eines Wischaufnehmers, ein Fluidikmodul zum Einbringen des Analyten in das Fluid und zum12. A mobile system for using a unit according to one of the preceding claims, characterized by a task module for easy task of the analyte, in particular by means of a wiper, a fluidic module for introducing the analyte into the fluid and to
Transport des mit Analyten belasteten Fluids in die Kanäle des zweitenTransport of the analyte loaded fluid into the channels of the second
Gehäuseteils und eine Ansteuer und Analyseeinheit zur automatischen Durchführung derHousing part and a drive and analysis unit for automatically performing the
Messung mittels des Sensorchip und zur Auswertung und Ausgabe derMeasurement by means of the sensor chip and for evaluation and output of the
Messergebnisse. Measurement results.
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