WO2010112273A1 - Vorrichtung und verfahren zur aufnahme eines sensors - Google Patents

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WO2010112273A1
WO2010112273A1 PCT/EP2010/052324 EP2010052324W WO2010112273A1 WO 2010112273 A1 WO2010112273 A1 WO 2010112273A1 EP 2010052324 W EP2010052324 W EP 2010052324W WO 2010112273 A1 WO2010112273 A1 WO 2010112273A1
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sensor
biosensor
chip
coupling
folding mechanism
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PCT/EP2010/052324
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Heike Barlag
Jürgen Götz
Jochen Ostermaier
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
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    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1822—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements

Definitions

  • the invention relates to a device for receiving a
  • Sensor in particular a biosensor, for the measurement of enzyme inhibitors, and a method for coupling the sensor to the device.
  • Biosensors that detect different organic substances are known in a variety of configurations. Depending on the preparation biosensor element, for example, a simple and rapid quantification of different components of a sample with great accuracy is possible.
  • the biosensor To supply a biosensor different electrical, fluidic, thermal contacts or couplings are necessary, and the use of certain reagents requires a corresponding fluidic stream, which channels exactly, ie. H. must be sealed.
  • the biosensor To operate a sensor receptacle for measuring, for example, enzyme inhibitors with a biosensor, the biosensor is to be supplied with corresponding functions between materials. For example, it is to be electrically contacted, fluidically connected to the sensor receptacle, thermally coupled, and otherwise sealed.
  • the invention is based on the object of specifying a sensor receptacle and a method with which a sensor, in particular a biosensor, for its operation, can be coupled to the device in a fluidic and thermal manner.
  • the coupling and associated sealing should be as simple as possible. The solution of this task is done by the corresponding feature combination of the main claims.
  • the invention is based on the use of a folding mechanism for sensors, wherein for contacting or coupling a sensor, in particular a biosensor, this is positioned in the form of a chip on a base plate in the open state and in the closed state after actuation of the folding mechanism in a single step, thermally and fluidically contacted and sealed, wherein means for thermal coupling are passed through means for fluidic coupling, so that the sensor can be thermally and fluidly coupled from a single side and means for fluidic coupling and fluids contained therein are tempered tempe-.
  • the device for receiving a sensor, in particular a biosensor, in the form of a chip has corresponding means, which are advantageously designed for electrical contacting in the form of electrical styli.
  • Taststarte be pressed on electrical contact points of a printed circuit board of the biosensor usually spring assisted.
  • the thermal coupling is done in an advantageous manner by a Peltier element, which is supplemented on both sides, once by a heating block and once by a temperature block. It is essential that the biosensor in the sensor receptacle is in contact with the Peltier element or at least by an air gap at a distance.
  • a means for fluidic coupling is designed such that two spaced, parallel bores are introduced on the circuit board of the chip, in the closed state of the folding device hollow needles for supplying a flow cell with fluid are introduced.
  • the sealing of the flow cell present in the biosensor goes through a plate which acts on the lid of the folding mechanism.
  • a temperature sensor is positioned directly below the biosensor.
  • the temperature is set by means of the spacer element with heating block and temperature block.
  • the folding mechanism can advantageously be designed as a rocking mechanism or be coupled to such.
  • Rocking movements are carried out in particular by a lever which is rotatably arranged on the underside of the base plate of the folding mechanism and which is movable with the opening or closing of the lid as a rocker.
  • the invention also discloses a method for receiving a biosensor in a sensor receptacle with thermal and fluid coupling, as well as the sealing of the fluidic system, the flow cell.
  • a folding mechanism which opens a sensor receptacle by moving or by pivoting a lid, allows positioning of a biosensor in the form of a chip and closing the lid by opposing panning the chip positioned in the sensor receptacle. In this positioning, the said contacting, coupling and sealing operations occur simultaneously in a single step.
  • the chip is an integral part of the biosensor with an external Connected electronics, coupled to a thermal regulation system, connected to a fluidic system for supplying fluids, and the contained flow cell is sealed off to the outside.
  • the folding mechanism is at least partially designed as a rocking mechanism.
  • the sensor operation is influenced very advantageous if the hollow needles are coupled to the heating block for preheating flowing fluid.
  • the tempering block has approximately the size of the flow cell on the sensor or biosensor.
  • Figure IA shows a folding mechanism in side view with base plate and lid with handle, the lever 11, the lever with a wiping function, and the temperature block 15 are visible.
  • FIG. 1B shows the representation of FIG. 1A turned downwards from FIG. 1A, the cover 2 being shown in the top view with the hinge 3,
  • Figure IC shows a representation corresponding to FIG.
  • FIG. 1D shows the top view of the base plate without cover, wherein the chip 17 is visible in a receptacle
  • Figures IE to IG show sectional views corresponding to the in FIG. IA indicated by arrows viewing directions, wherein in FIG. IE is a section in the region of the rocker mechanism associated lever is shown in FIG. IF and IG are each a section in the region of the plane of the chip 17 is visible,
  • FIG. 2 shows the detail A corresponding to the figure. IE, wherein the bolt 10 and the bolt 11 is the lever associated with the rocker mechanism,
  • Figure. 3 shows the circuit board 22 of the chip 17 contacted with feeler pins 6, 7,
  • FIG. 4 shows the essential constellation of a biosensor in the form of a chip 17 accommodated in a claimed sensor receptacle in the closed state of the sensor receptacle, comprising printed circuit board 22, chip cover plate 23 and sealing mat 24, the chip being electrically contacted according to FIG. 3, by means of the hollow needles (8). is fluidically coupled, is sealed by the top resting and pressed plate 5 on the chip cover plate 23 with respect to the flow cell in the chip and thermally designed both temperature-variable and in terms of temperature controllable,
  • FIG. 5 shows the detail D from the figure. IA, wherein a in a groove of a locking bolt (18) introduced bar 9 is shown and one end of the lever (11), which counts to a rocking mechanism.
  • the chip as a central element of the biosensor initially consists of a carrier material, in particular a printed circuit board, on which electrodes, conductor tracks and contact points, usually on the top and on the bottom, are present, for coupling the biosensor 27 to a biosensor external electronics.
  • the biosensor has two holes, in particular in the circuit board or in the chip 17, via which the biosensor can be fluidly coupled to the sensor receptacle.
  • a sealing mat 24 which contains the flow cell, and a chip cover plate 23 for the biosensor, which closes the flow cell from above.
  • the sealing mat 24 with the flow cell seals the chip and cover plate during compression of the biosensor assembly when closing the sensor receptacle.
  • the passages of the chip 17 can be closed with a material which can be pierced with the hollow needles 8 for protection against contamination on the underside.
  • a material which can be pierced with the hollow needles 8 for protection against contamination on the underside.
  • the invention consists of a folding mechanism with which you can open and close the sensor receptacle. This becomes clear in the sectional side view of the folding mechanism according to FIG. 1A.
  • This folding mechanism consists of a base plate 1 and a lid 2 with handle. These two parts are connected to each other via a hinge 3, wherein the lid is connected to the base plate and the movement is a rotary or pivoting movement.
  • the base plate 1 has a recess 4. So that the chip can be inserted without errors, a trough is provided in the base plate, which positions the chip. In this case, the chip is held in all directions by the side walls of the trough in position, that is, spaced accordingly.
  • a sprung plate 5 presses on the chip top plate 23 of the chip 17 and thus seals the flow cell 25 from.
  • the flow cell is positioned approximately between the ends of the hollow needles 8 in the region of the chip 17, that is to say the printed circuit board 22 and the sealing mat 24, which is embodied, for example, as a rubber mat.
  • the chip is connected at the contact points above and below by spring-loaded styli 6, 7 to external electronics.
  • the fluidic coupling to a fluid delivery system is through hollow tubules 8 partially coupled to tubing, which are pushed through the closure of the passages at the bottom of the chip.
  • the movement of the hollow needles 8 is controlled by the closure of the sensor receptacle.
  • a bar 9 which is fixed to the lid, on a bolt 10 which is performed by the base plate.
  • the bolts 10 press on a lever 11 which is suspended from the base plate.
  • the lever 11 generates at its other end an opposite movement, with which the hollow needles 8 are pressed into the bores of the biosensor.
  • the hollow needles and the chip are sealed by a sealing ring 12.
  • the structure for controlling the temperature or regulation of the biosensor includes springs which provide for a return of the folding mechanism in the original position.
  • the thermal coupling is carried out by the same mechanism.
  • the hollow needles are fixed in a heating block 13 when they have reached their end point in the introduction into the holes of the chip. This can be signaled by a corresponding stop. Because of the needles in the Heating block are fixed, this design has the advantage that the liquids are already heated when filling the flow cell or cooled during cooling.
  • the heating or cooling takes place via a Peltier element 14, which is fastened to the heating block 13.
  • a temperature block 15 is mounted for supplying or removing heat. This contains a guide for positionally accurate filling of the needles in the passages on the chip.
  • the heating block and the temperature block are made of aluminum because of their thermal conductivity, although components made of copper or other materials with similarly high thermal conductivity are also possible.
  • the Peltier element is regulated by a temperature sensor 16, shown in FIG. 4.
  • the temperature sensor which is located in or on the heating block 13, serves for precise temperature control in correspondence with the temperature sensor 16 located below the chip 17.
  • the bar 9 which is mounted in the lid, engages locking bolts 18 in the base plate 1 a.
  • the device is closed against the pressure of the springs.
  • the folding mechanism can be operated manually or be simplified by technical measures such as the use of a motor.
  • a spring may be provided in the region of the hinge to prevent the lid 2 from falling during insertion or removal of the chip and to assist the folding movement.
  • the limitation of the recess in the form of a depression can be made adjustable in order to be able to install chips with different sizes or diameters.
  • the spring-assisted plate 5 for sealing the flow cell 25 can be made of transparent material in order to enable optical detection, for example in order to be able to detect air bubbles or other problems in the fluid system. This also applies to the measurement of a color spectrum.
  • a corresponding opening 20 should be provided in the lid 2 of the folding device.
  • the movement of the hollow needles can also be controlled by a motor. If heating of the liquids by the heating block is not desired already during the inflow through the hollow needles, this can be prevented by the provision of an insulating layer between the heating block and the needles.
  • the locking bolts 18 can also be driven by the motors.
  • FIGS. 1A-1G a folding mechanism is shown in the form of various, partially sectioned views.
  • the multi-sectioned figure IA shows in the
  • the chip is pressed on and all the functions listed are made between the chip and the sensor holder.
  • the lever 11 is still visible, which works as a rocker arm by appropriate design measures and whereby the rotational movement of the lid 2 is actuated.
  • the sections along the planes CC, DD and EE concern in sequence the representations of the figures IG, IF and IE.
  • FIG. 1G the cutting plane is placed in the chip 17.
  • the cutting plane is also in the region of the chip 17, wherein here in the detail B, the corresponding contact is shown.
  • IE is the
  • FIGS. IB and IC respectively correspond to the representation of Figure IA, wherein a folding is made by 90 ° down to Figure IB or by 90 ° up to Figure IC.
  • the lid 2 with a transparent opening 20 which is filled with transparent material, visible.
  • This view also shows the hinge 3 on the left edge.
  • Figure ID corresponds to the plan view according to Figure IB, but without the lid 2.
  • the base plate 1 is visible, showing a recess 4 for positioning a chip 17, wherein the recess 4 may be represented by a trough, the boundaries 19 are variably adjustable ,
  • FIG. 2 shows the detail A corresponding to FIG. 1C.
  • the relation between lever 11, which is perpendicular to the plane of the page, and pin 10 is shown.
  • FIG. 3 shows in detail on the basis of styli 6, 7 how the chip 17 or its printed circuit board 22 is provided with corresponding conductor tracks or contact points.
  • the styli 6, 7 are designed so that they touch contact points, but do not penetrate into a circuit board.
  • FIG. 5 shows the detail D according to FIG. 1A. The counting of the rocker lever 11 is indicated.
  • the detent pin 18 is shown, which receives and adapts the bar 9 with a V-shaped, spring-supported detent into a groove formed in the detent pin.
  • FIG. 4 shows the central components in the form of the chip 17 with the surrounding essential components for the representation of a biosensor, which is accommodated in a sensor receptacle.
  • the chip 17 consisting of a printed circuit board 22, which is provided with top and bottom side contacting or electrical conductor elements.
  • a sealing mat 24 Arranged above is a sealing mat 24, which in combination with the printed circuit board 22 between the ends of two hollow needles or between the ends of two passages in the circuit board, the
  • Pick up hollow needles represent a flow cell.
  • a chip cover plate 23 is placed above the sealing mat 24 and pressed.
  • a plate 5 for pressing the entire chip lies above the chip cover plate.
  • the chip 17 is placed downwards on an arrangement of piercing element 14 with heating block 13 and temperature block 15.
  • a temperature sensor 16 is used to control the chip temperature.
  • the hollow needles 8 are, at least partially, fitted via hose connections to the corresponding supply line to the passages, in particular bores, in the circuit board 22 of the chip 17.

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Abstract

Vorrichtung zur Aufnahme eines Biosensors mit Mittel zur elektrischen, fluidischen und thermischen Ankopplung des Biosensors, wobei ein Klappmechanismus (26) umfasst ist, durch den im geschlossenen Zustand des Klappmechanismus der Biosensor gleichzeitig elektrisch, sowie fluidisch und thermisch angekoppelt ist. Verfahren zur Ankopplung eines Biosensors an eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Biosensors, welches gekennzeichnet ist durch folgende Schritte : im geöffneten Zustand wird ein Biosensor in Form eines Chips in eine Aussparung (4) einer Grundplatte (1) eingelegt und durch Schließen eines Klappmechanismus wird ein geschlossener Zustand hergestellt, in dem gleichzeitig externe Elektronik und eine fluidische Ankopplung über Hohlnadeln, zur Zufuhr von Fluiden zur Flusszelle, und eine thermische Ankopplung an eine Temperierelement hergestellt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Aufnahme eines Sensors
Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung zur Aufnahme eines
Sensors, insbesondere eines Biosensors, zur Messung von Enzyminhibitoren, sowie ein Verfahren zur Ankopplung des Sensors an die Vorrichtung.
Biosensoren, die unterschiedliche organische Stoffe erfassen, sind in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt. Je nach Präparation Biosensorelements ist beispielsweise eine einfache und schnelle Quantifizierung von unterschiedlichen Bestandteilen einer Probe mit großer Genauigkeit möglich.
Zur Versorgung eines Biosensors sind unterschiedliche elektrische, fluidische, thermische Kontaktierungen oder Ankopplungen notwendig, und die Verwendung von bestimmten Reagenzien erfordert einen entsprechenden fluidischen Strom, der exakt kanalisiert, d. h. abgedichtet sein muss. Zum Betrieb einer Sensoraufnahme zur Messung von beispielsweise Enzyminhibitoren mit einem Biosensor ist der Biosensor mit entsprechenden Funktionen zw. Materialien zu versorgen. Beispielsweise ist er elektrisch zu kontaktieren, fluidisch an das Sensoraufnahme anzubinden, thermisch anzukoppeln, und sonstig abzudichten.
Bei bisherigen Sensoraufnahmen für Biosensoren zur Messung von beispielsweise Enzyminhibitoren wurden die Kontaktierun- gen, die fluidischen und thermischen Ankopplungen und das Abdichten der Flusszelle einzeln erledigt. Diese Vorgehensweise ist arbeits- und zeitintensiv.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Sensoraufnah- me und ein Verfahren anzugeben, womit ein Sensor, insbesondere ein Biosensor, zu dessen Betrieb dieser an die Vorrichtung fluidisch und thermisch anzukoppeln ist. Die Ankopplung und zugehörige Abdichtung soll möglichst einfach erfolgen. Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die entsprechende Merkmalskombination der Hauptansprüche.
Die Erfindung basiert auf dem Einsatz eines Klappmechanismus für Sensoren, wobei zur Kontaktierung oder Ankoppelung eines Sensors, insbesondere eines Biosensors, dieser in Form eines Chips an einer Grundplatte im geöffneten Zustand positioniert wird und im geschlossenem Zustand nach der Betätigung des Klappmechanismus in einem einzigen Schritt, thermisch und fluidisch kontaktiert und abgedichtet ist, wobei Mittel zur thermischen Ankopplung durch Mittel zur fluidischen Ankopp- lung hindurchgeführt sind, so dass der Sensor thermisch und fluidisch von einer einzigen Seite ankoppelbar ist und Mittel zur fluidischen Ankopplung und darin enthaltene Fluide tempe- rierbar sind.
Die Vorrichtung zur Aufnahme eines Sensors, insbesondere eines Biosensors, in Form eines Chips weist dazu entsprechende Mittel auf, die für die elektrische Kontaktierung in Form von elektrischen Taststiften vorteilhaft gestaltet sind. Die
Taststifte werden an elektrischen Kontaktpunkten einer Leiterplatte des Biosensors in der Regel federunterstützt angedrückt .
Die thermische Ankopplung geschieht in vorteilhafter Weise durch ein Peltierelement, welches beidseitig ergänzt ist, einmal durch einen Heizblock und einmal durch einen Temperaturblock. Wesentlich ist, dass der Biosensor in der Sensoraufnahme mit dem Peltierelement in Kontakt steht oder zumin- dest durch einen Luftspalt auf Abstand ist.
Weiterhin ist ein Mittel zur fluidischen Ankopplung derart ausgeführt, dass zwei beabstandete, parallele Bohrungen an der Leiterplatte des Chips eingebracht sind, in die in ge- schlossenem Zustand der Klappvorrichtung Hohlnadeln zur Versorgung einer Flusszelle mit Fluid eingeführt sind.
Die Abdichtung der im Biosensor vorhandenen Flusszelle ge- schieht durch eine Platte, welche auf den Deckel des Klappmechanismus wirkt.
Für eine genaue Temperatureinstellung am Biosensor wird ein Temperatursensor direkt unterhalb des Biosensors positioniert. Die Temperatureinstellung geschieht mit Hilfe des PeI- tierelements mit Heizblock und Temperaturblock.
Der Klappmechanismus kann in vorteilhafter Weise als Wippme- chanismus ausgeführt sein oder mit einem solchen gekoppelt sein. Wippbewegungen werden insbesondere durch einen Hebel ausgeführt, der an der Unterseite der Grundplatte des Klappmechanismus drehbar angeordnet ist und der mit der Öffnung oder Schließung des Deckels als Wippe bewegbar ist.
Es ist besonders vorteilhaft, die im Biosensor unterseitig vorhandenen Durchgänge entweder durch ein dichtendes Material oder durch eine Folie vor Verschmutzung zu schützen, wobei bei der Sensoraufnahme dieses Material oder die Folie durch entsprechend einzuführende Hohlnadeln zur Versorgung der Flusszelle mit Fluid durchstochen werden muss.
Die Erfindung offenbart auch ein Verfahren zur Aufnahme eines Biosensors in einer Sensoraufnahme mit thermischer und flui- dische Ankopplung, sowie der Abdichtung des fluidischen Systems, der Flusszelle.
Für die gleichzeitige Anwendung sämtlicher, sowohl elektrischer als auch thermischer, fluidischer und dichtungsbezoge- ner Kontaktierung wird ein Klappmechanismus verwendet, der eine Sensoraufnahme durch Bewegen bzw. durch Schwenken eines Deckels öffnet, eine Positionierung eines Biosensors in Form eines Chips ermöglicht und durch Schließen des Deckels durch entgegengesetztes Schwenken den Chip in der Sensoraufnahme positioniert. Bei dieser Positionierung geschehen die genannten Kontaktierungs-, Ankopplungs- und Abdichtvorgänge in einem einzigen Schritt gleichzeitig. Somit ist der Chip als wesentlicher Bestandteil des Biosensors mit einer externen Elektronik verbunden, an ein thermisches Regulierungssystem angekoppelt, an ein fluidisches System zur Zuführung von Fluiden angebunden, und die enthaltene Flusszelle ist insgesamt nach außen hin abgedichtet. Um diese Vorteile zu erzielen, ist der Klappmechanismus zumindest teilweise als Wippmechanismus ausgebildet.
Es ist besonders einfach zu realisieren, im geschlossenen Zustand den Biosensor über die Chipdeckplatte (23) des Biosen- sors in der Sensoraufnahme anzudrücken und abzudichten.
Der Sensorbetrieb wird sehr vorteilhaft beeinflusst, falls die Hohlnadeln zur Vorwärmung von durchfließendem Fluid an den Heizblock angekoppelt sind.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Temperierblock in etwa die Größe der Flusszelle auf dem Sensor oder Biosensor aufweist.
Im Folgenden werden anhand von schematischen, die Erfindung nicht einschränkenden Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben .
Figur IA zeigt einen Klappmechanismus in Seitenansicht mit Grundplatte und Deckel mit Griff, wobei die Hebel 11, der Hebel mit Wippfunktion, und der Temperaturblock 15 sichtbar sind.
Figur IB zeigt die aus der Figur IA nach unten gedrehte Darstellung der Figur IA, wobei der Deckel 2 in der Aufsicht mit dem Scharnier 3 dargestellt ist,
Figur IC zeigt eine Darstellung entsprechend Figur.
IA um 90° nach oben gedreht, wobei die Rundplatte 1 von unten sichtbar ist, Figur ID zeigt die Aufsicht der Grundplatte ohne Deckel, wobei der Chip 17 in einer Aufnahme sichtbar ist,
Figuren IE bis IG zeigen Schnittdarstellungen entsprechend der in Figur. IA durch Pfeile angedeuteten Blickrichtungen, wobei in Figur. IE ein Schnitt im Bereich des zum Wippmechanismus gehörenden Hebels dargestellt ist, in Figur. IF und IG jeweils ein Schnitt im Bereich der Ebene des Chips 17 sichtbar ist,
Figur. 2 zeigt die Einzelheit A entsprechend der Figur. IE, wobei der Bolzen 10 und der Bolzen 11 der zum Wippmechanismus gehörende Hebel darstellt,
Figur. 3 zeigt die mit Taststiften 6,7 kontaktierte Leiterplatte 22 des Chips 17,
Figur. 4 zeigt die wesentliche Konstellation eines in geschlossenem Zustand der Sensoraufnahme in einem beanspruchten Sensoraufnahme aufgenommenen Biosensors in Form eines Chips 17, bestehend aus Leiterplatte 22, Chipdeckplatte 23 und Dichtmatte 24, wobei der Chip entsprechend Figur 3 elektrisch kontaktiert ist, mittels der Hohlnadeln (8) fluidisch angekoppelt ist, durch die von oben aufliegende und angedrückte Platte 5 über die Chipdeckplatte 23 hinsichtlich der Flusszelle im Chip abgedichtet ist und thermisch sowohl temperaturvariabel als auch hinsichtlich der Temperatur regelbar ausgeführt ist,
Figur. 5 zeigt die Einzelheit D aus der Figur. IA, wobei eine in einer Nut eines Rastbolzens (18) eingebrachte Leiste 9 dargestellt ist sowie ein Ende des Hebels (11), der zu einem Wippmechanismus zählt.
Ein Biosensor 27, der in eine Sensoraufnahme 0 einzusetzen ist, besteht zunächst aus einem Chip, der durch elektrische Kontaktierung, fluidische und thermische Ankopplung und durch Abdichtung des Fluidsystems eines Biosensor ausgebildet wird. Der Chip als zentrales Element des Biosensors besteht zunächst aus einem Trägerwerkstoff, insbesondere einer Leiterplatte, auf welchem Elektroden, Leiterbahnen und Kontaktpunkte, in der Regel auf der Ober- und auf der Unterseite, vor- handen sind, zur Ankopplung des Biosensors 27 an eine Biosensor externe Elektronik. Zudem besitzt der Biosensor zwei Löcher, insbesondere in der Leiterplatte bzw. in dem Chip 17, über welche der Biosensor fluidisch an die Sensoraufnahme angekoppelt werden kann. Über den Elektroden befindet sich eine Dichtmatte 24, die die Flusszelle enthält sowie eine Chipdeckplatte 23 für den Biosensor, welche die Flusszelle von oben her verschließt. Die Dichtmatte 24 mit der Flusszelle dichtet Chip und Deckplatte beim Zusammenpressen des Biosensoraufbaus beim Schließen der Sensoraufnahme ab.
Die Durchgänge des Chips 17 können zum Schutz vor Verunreinigungen auf der Unterseite mit einem Material verschlossen werden, welches sich mit den Hohlnadeln 8 durchstechen lässt. Alternativ ist auch denkbar eine Folie oberflächlich zu ver- wenden.
Die Erfindung besteht aus einem Klappmechanismus, mit dem man die Sensoraufnahme öffnen und verschließen kann. Dies wird in der geschnittenen Seitenansicht des Klappmechanismus entspre- chend Figur IA deutlich. Dieser Klappmechanismus besteht aus einer Grundplatte 1 und einem Deckel 2 mit Griff. Diese zwei Teile sind miteinander über ein Scharnier 3 verbunden, wobei der Deckel mit der Grundplatte verbunden ist und die Bewegung eine Dreh- oder Schwenkbewegung ist. Um den Chip 17 bequem einlegen und entnehmen zu können, besitzt die Grundplatte 1 eine Aussparung 4. Damit der Chip fehlerfrei eingelegt werden kann, ist in der Grundplatte eine Mulde vorgesehen, die den Chip positioniert. Dabei wird der Chip in allen Richtungen von den Seitenwänden der Mulde in Position gehalten, das heißt, entsprechend beabstandet. Beim Schließen der Anordnung drückt eine gefederte Platte 5 auf die Chipdeckplatte 23 des Chips 17 und dichtet somit die Flusszelle 25 ab. Die Fluss- zelle ist in etwa zwischen den Enden der Hohlnadeln 8 im Bereich des Chips 17, das heißt der Leiterplatte 22 und der, beispielsweise als Gummimatte ausgeführten, Dichtmatte 24 positioniert. Gleichzeitig wird der Chip an den Kontaktpunkten oben und unten durch gefederte Taststifte 6, 7 an externe Elektronik angebunden. Die fluidische Ankopplung an ein Zufuhrsystem für Fluide erfolgt durch teilweise an Schläuche gekopppelte Hohlnadeln 8, die durch den Verschluss der Durchgänge an der Unterseite des Chips gestoßen werden.
Die Bewegung der Hohlnadeln 8 wird durch die Schließung der Sensoraufnahme gesteuert. Dazu drückt eine Leiste 9, die am Deckel befestigt ist, auf einen Bolzen 10, der durch die Grundplatte durchgeführt ist. Die Bolzen 10 drücken auf einen Hebel 11, der an der Grundplatte aufgehängt ist. Der Hebel 11 erzeugt an seinem anderen Ende eine gegenläufige Bewegung, mit der die Hohlnadeln 8 in die Bohrungen des Biosensors gedrückt werden. Die Hohlnadeln und der Chip werden durch einen Dichtring 12 abgedichtet.
Der Aufbau zur Temperatursteuerung oder Regelung des Biosensors beinhaltet Federn, die für eine Rückstellung des Klappmechanismus in die ursprüngliche Position sorgen.
Die thermische Ankopplung erfolgt durch den gleichen Mecha- nismus. Die Hohlnadeln werden in einem Heizblock 13 fixiert, wenn diese ihren Endpunkt bei der Einführung in die Bohrungen des Chips erreicht haben. Dies kann durch einen entsprechenden Anschlag signalisiert werden. Dadurch, dass die Nadeln im Heizblock fixiert sind, hat dieser Aufbau den Vorteil, dass die Flüssigkeiten beim Füllen der Flusszelle bereits erwärmt oder beim Kühlen gekühlt sind. Die Beheizung oder Kühlung erfolgt über ein Peltierelement 14, welches am Heizblock 13 be- festigt ist. Auf der gegenüberliegenden Seite des Peltierele- mentes 14 ist ein Temperaturblock 15 angebracht zum Zu- oder Abführen von Wärme. Dieser enthält eine Führung zur positionsgenauen Einfüllung der Nadeln in die Durchgänge am Chip. Heizblock und Temperaturblock sind aufgrund der Wärmeleitfä- higkeit aus Aluminium gefertigt, wobei auch Bauteile aus Kupfer oder andere Materialien mit ähnlich hoher Wärmeleitfähigkeit in Frage kommen. Geregelt wird das Peltierelement durch einen Temperatursensor 16, dargestellt in Figur 4. Der Temperatursensor, der sich in oder am Heizblock 13 befindet, dient zur genauen Temperierung korrespondierend mit dem unter dem Chip 17 befindlichen Temperatursensor 16.
Beim Schließen der Vorrichtung rastet die Leiste 9, die im Deckel befestigt ist, an Rastbolzen 18 in der Grundplatte 1 ein. Dadurch wird die Vorrichtung gegen den Druck der Federn geschlossen. Der Klappmechanismus kann von Hand bedient werden oder auch durch technische Maßnahmen vereinfacht werden wie durch den Einsatz eines Motors. Zur Unterstützung der Bewegung des Klappmechanismus kann eine Feder im Bereich des Scharniers vorgesehen werden, um zu verhindern, dass der Deckel 2 beim Einlegen oder Entnehmen des Chips zufällt sowie zur Unterstützung der Klappbewegung. Die Begrenzung der Aussparung in Form einer Mulde kann einstellbar ausgeführt sein, um Chips mit unterschiedlichen Größen bzw. Durchmessern ein- bauen zu können.
Die federunterstützte Platte 5 zum Abdichten der Flusszelle 25 kann aus durchsichtigem Material gefertigt werden, um eine optische Detektion zu ermöglichen, beispielsweise um Luftbla- sen oder sonstige Probleme im Fluidsystem erkennen zu können. Dies gilt auch für die Messung eines Farbspektrums. Dazu sollte eine entsprechende Öffnung 20 im Deckel 2 der Klappvorrichtung vorgesehen werden. Die Bewegung der Hohlnadeln kann durch einen Motor ebenfalls gesteuert werden. Falls eine Erwärmung der Flüssigkeiten durch den Heizblock bereits während des Zuflusses durch die Hohlnadeln nicht erwünscht ist, kann dies durch das Anbringen einer Isolationsschicht zwi- sehen Heizblock und den Nadeln verhindert werden. Die Rastbolzen 18 können auch durch die Motoren angetrieben werden. Bei Aufnahmen von Biosensoren zur Messung von Enzyminhibitoren wurden bisher die Kontaktierung, die fluidische und thermische Ankopplung und das Abdichten der Flusszelle einzeln erledigt. Durch die einfach zu bedienende Aufnahme werden elektrische Kontaktierung, fluidische und thermische Ankopplung und Abdichten der Flusszelle in einem Schritt ermöglicht. Außerdem werden Fehler vermieden, insbesondere Verwechslungsfehler vermieden. Dadurch erhält man ein Sensorauf- nähme , welches schnell betriebsbereit ist und einfach zu bedienen ist.
In den Figuren 1A-1G ist in Form verschiedener, teilweise geschnittener Ansichten ein Klappmechanismus dargestellt. Die mit mehreren Schnittlinien versehene Figur IA zeigt in der
Seitenansicht eine Grundplatte 1 und einen Deckel 2, der auf der rechten Seite einen Eingriff aufweist. Dadurch wird zunächst die Klappvorrichtung, die mittels eines Scharniers 3 einseitig miteinander drehbar oder schwenkbar verbunden ist, ausgeführt. Auf der gegenüberliegenden, im Bild rechten Seite der Figur IA befindet sich, entsprechend der Einzelheit D, die in Figur 5 dargestellte Untereinheit. Diese besteht aus einer Verriegelung, enthalten im Rastbolzen 18, welche durch Einrasten der Leiste 9 zustande kommt. Im geschlossenen Zu- stand der Klappvorrichtung ist diese Einrastung vollzogen.
Gleichzeitig ist der Chip angedrückt und sämtliche, aufgelisteten Funktionen sind zwischen Chip und Sensoraufnahme hergestellt. In Figur IA ist weiterhin der Hebel 11 sichtbar, der durch entsprechende konstruktive Maßnahmen als Wipphebel funktioniert und wodurch die Drehbewegung des Deckels 2 betätigt wird. Die Schnitte entlang der Ebenen C-C, D-D und E-E betreffen der Reihe nach die Darstellungen der Figuren IG, IF und IE. In Figur IG ist die Schnittebene im Chip 17 platziert. In der Figur IF liegt die Schnittebene ebenfalls im Bereich des Chips 17, wobei hier in der Einzelheit B die entsprechende Kontaktierung dargestellt ist. In der Figur IE liegt der
Schnitt im Endbereich des Hebels 11, wobei die Bolzen 10 genauer dargestellt sind.
Die Figuren IB und IC entsprechen jeweils der Darstellung nach Figur IA, wobei eine Klappung um 90° nach unten zur Figur IB oder um 90° nach oben zur Figur IC vorgenommen ist. In Figur IB ist der Deckel 2 mit einer durchsichtigen Öffnung 20, die mit durchsichtigem Material ausgefüllt ist, sichtbar. Diese Aufsicht zeigt auch am linken Rand das Scharnier 3. Ähnliches gilt für die Figur IC, die die Unteransicht der entsprechenden Anordnung darstellt.
Figur ID entspricht der Aufsicht entsprechend Figur IB, jedoch ohne den Deckel 2. Somit ist die Grundplatte 1 sichtbar, die eine Aussparung 4 zur Positionierung eines Chips 17 zeigt, wobei die Aussparung 4 durch eine Mulde dargestellt sein kann, deren Begrenzungen 19 variabel einstellbar sind.
Die Einzelheiten aus den Figuren IE, IF, IG und IA, bezeich- net mit den Buchstaben A, B, C, D, sind in den folgenden Figuren 2, 3, 4 und 5 der Reihe nach dargestellt.
Figur 2 zeigt die Einzelheit A entsprechend Figur IE. Dargestellt ist die Relation zwischen Hebel 11, der senkrecht zur Blattebene steht, und Bolzen 10.
Die Figur 3 zeigt im Einzelnen anhand von Taststiften 6, 7, wie der Chip 17 bzw. dessen Leiterplatte 22 mit entsprechenden Leiterbahnen oder Kontaktpunkten versehen, kontaktiert wird. Die Taststifte 6, 7 sind derart konstruiert, dass sie auf Kontaktpunkten aufsetzen, jedoch nicht in eine Leiterplatte eindringen. Figur 5 zeigt die Einzelheit D entsprechend der Figur IA. Der zur Wippeinrichtung zählende Hebel 11 ist angedeutet. Weiterhin ist der Rastbolzen 18 dargestellt, welcher mit einer V- förmigen, federunterstützten Arretierung in eine im Rastbol- zen ausgeformte Nut die Leiste 9 aufnimmt und adaptiert.
Figur 4 zeigt die zentralen Bauelemente in Form des Chips 17 mit den umgebenden wesentlichen Bauteilen zur Darstellung eines Biosensors, der in einer Sensoraufnahme aufgenommen ist. Dargestellt ist der Chip 17, bestehend aus einer Leiterplatte 22, die mit ober- und unterseitigen Kontaktierungs- oder elektrischen Leiterelementen versehen ist. Darüber angeordnet ist eine Dichtmatte 24, die in Kombination mit der Leiterplatte 22 zwischen den Enden zweier Hohlnadeln bzw. zwischen den Enden zweier Durchgänge in der Leiterplatte, die die
Hohlnadeln aufnehmen, eine Flusszelle darstellen. Eine Chipdeckplatte 23 ist oberhalb der Dichtmatte 24 aufgelegt und angedrückt. Im geschlossenen Zustand der Sensoraufnahme liegt über der Chipdeckplatte eine Platte 5 zum Andrücken des ge- samten Chips.
Der Chip 17 ist nach unten hin auf einer Anordnung von PeI- tierelement 14 mit Heizblock 13 und Temperaturblock 15 aufgesetzt. Ein Temperatursensor 16 dient der Regelung der Chip- temperatur.
Die Hohlnadeln 8 sind, zumindest teilweise, über Schlauchverbindungen zur entsprechenden Zuleitung an die Durchgänge, insbesondere Bohrungen, in der Leiterplatte 22 des Chips 17 eingepasst.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Aufnahme eines Sensors aufweisend - Mittel zur fluidischen und Mittel zur thermischen Ankopp- lung des Sensors,
- einen Klappmechanismus (26) mit einem darin positionierten Sensor, wobei im geschlossenen Zustand des Klappmechanismus der Sensor gleichzeitig fluidisch und thermisch angekoppelt ist,
- ein Temperierelement, zum abwechselnden Aufheizen oder Kühlen des Sensors,
- wobei die Mittel zur fluidischen Ankopplung durch die Mittel zur thermischen Ankopplung hindurchgeführt sind, so dass der Sensor thermisch und fluidisch von einer einzigen Seite ankoppelbar ist, und
- wobei die Mittel zur fluidischen Ankopplung und darin enthaltene Fluide temperierbar sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur elektrischen Ankopplung im geschlossenen Zustand des Klappmechanismus durch elektrische Taststifte (6,7) zwischen Vorrichtung und Sensor vorhanden sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur fluidischen Ankoppplung mindestens zwei Durchgänge, insbesondere zwei beabstandete parallele Bohrungen, in dem Sensor sind, zur Einführung von Hohlnadeln (8) von außen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenem Zustand des Klappmechanismus die Vorrichtung verriegelt ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch dass Mittel zur fluidischen Ankoppplung zwischen Vorrichtung und Sensor eine am Sensor vorhandene Flusszelle (25) abgedichtet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass, zur Abdichtung der Flusszelle mindestens eine, insbesondere Feder unterstützte, Platte (5) vorhanden ist, zum Andrücken eines Deckels (2) des Klappmechanismus (26).
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur thermischen Ankopplung des Sensors durch eine Positionierung des Sensors im Bereich eines Temperierelements mit einem Temperierblock (13) auf der dem Sensor zugewandten Seite und mit einem Temperaturausgleichsblock (15) auf der Gegenseite, dargestellt ist,.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor direkt oder indirekt durch den Deckel (2) des
Klappmechanismus gegen den Termperierblock (13) und gegen Dichtmaterial um die Hohlnadeln gedrückt wird, zur Darstellung der fluidischen Abdichtung.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement durch ein Peltierelement (14) mit einem Temperierblock (13) auf der dem Sensor zugewandten Seite und mit einem Temperaturausgleichsblock (15) auf der Gegenseite dargestellt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierblock zumindest partiell durch einen Luftspalt von umgebendem Material der Vorrichtung beabstandet ist, womit ein Temperaturübergang optimierbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Biosensor ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperierblock in etwa die Größe der Flusszelle auf dem Sensor oder Biosensor aufweist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (16) vorhanden ist, zur Messung der Sensortemperatur.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet dass der Klappmechanismus (26) einen
Wippmechanismus aufweist, zur Unterstützung der Ankopplung.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Klappmechanismus zur Sensorauf- nähme aus einer Grundplatte (1) besteht und einem Deckel (2), wobei beide Teile drehbar miteinander verbunden sind und ein geöffneter sowie ein geschlossener Zustand der Vorrichtung jeweils durch Schwenken des Deckels einstellbar ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine am Deckel (2) befestigte Leiste (9) und ein Bolzen (10) auf einen Hebel (11) wirken, der an einer Grundplatte (1) befestigt ist und an seinen äußeren Enden jeweils gegenläufige Wippbewegungen aufweist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (1) eine Aussparung (4) zur Positionierung des Chips (17) aufweist, wobei im geschlossenen Zustand der Chip (17) über die Chipdeckplatte (23) in der Aussparung angedrückt ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckel (2) ein Rastbolzen (18) integriert ist, der mit der Leiste (9) zusammenwirkt, so dass zumindest im geschlossenen Zustand den Deckel (2) fixiert ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 - 18, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Abdichtung der Flusszelle durch mindestens eine Platte (5) , die insbesondere Feder unter- stützt ist, dargestellt sind.
20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Durchgänge im Chip (17) mittels eines Dichtmaterials oder einer Folie gegen Verunreinigung geschützt sind, wobei das Dichtmaterial oder die Folie von Hohlnadeln (8) durchstoßbar ist.
21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klappmechanismus, der Wippmechanismus und/oder die Einrast Funktion am Deckel Motor unterstützt sind.
22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsbegrenzung (19) der Aussparung (4) in der Grundplatte (1) vorhanden ist, zur Anpassung auf verschiedene Chipdurchmesser.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur optischen Detektion in Fluiden die Abdichtung der Flusszelle mit transparentem Material geschieht und der Deckel (2) mindestens einen korrespondierenden optisch transparenten Durchgang (20) aufweist.
24. Biosensor zum Einsatz an der Vorrichtung zur Aufnahme eines Biosensors, der zur Ankopplung an die Vorrichtung Mittel aufweist zur Abdichtung zwischen der Vorrichtung und dem Biosensor und zur thermischen Ankopplung.
25. Verfahren zur Ankopplung eines Biosensors an eine Vorrichtung zur Aufnahme eines Sensors, welches gekennzeichnet ist durch folgende Schritte : im geöffneten Zustand wird der Biosensor in Form eines Chips in eine Aussparung (4) einer Grundplatte (1) eingelegt und durch Schließen eines Klappmechanismus wird ein geschlossener Zustand hergestellt, in dem gleichzeitig eine fluidische Ankopplung über Hohlnadeln zur Zufuhr von Fluiden zu ei- ner Flusszelle des Sensors und eine thermische Ankopplung an ein Temperierelement hergestellt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor im geschlossenen Zustand des Klappmechanismus über elektrische Taststifte zwischen Vorrichtung und Sensor kontaktiert wird.
27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, bei dem ein in die Vorrichtung zur Aufnahme eingelegter Chip eines Biosensors mit einer internen Flusszelle von oben mittels einer Deckplatte (5) verschlossen wird, sodass die Flusszelle abgedichtet ist, eine elektrische Kontaktierung durch gefederte Tast- stifte (6, 7) erzeugt wird, eine fluidische Ankopplung des
Biosensors durch Hohlnadeln (8) geschieht, die in den Chip in Aussparungen eingeführt sind, und eine thermische Ankopplung des Biosensors an ein Temperierelement erfolgt.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27 bei dem eine Regelung der Temperatur des Chips durch einen Temperatursensor (16) geschieht, der im Bereich der Heizung unterhalb des Chips (17) angeordnet ist.
29. Verwendung einer Vorrichtung zur Aufnahme eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 - 23 bzw. eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 25 - 28 zur Messung von Enzyminhibitoren.
30. Verwendung einer Vorrichtung zur Aufnahme eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 - 23 bzw. eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 25 - 28 zur Überwachung von Wasser, wie Trinkwasser, Oberflächenwasser, Abwasser, Brauchwasser.
31. Verwendung einer Vorrichtung zur Aufnahme eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 - 23 bzw. eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 25 - 28, zur Überwachung von Prozesswasser, wie in Herstellungsprozessen der Nahrungs- und Genuss- mittel-Industrie und bei pharmazeutischen Erzeugnissen.
32. Verwendung einer Vorrichtung zur Aufnahme eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 - 23 bzw. eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 25 - 28, zur Qualitätsuntersuchung von Nahrungs- und Genussmitteln und pharmazeutischen Erzeugnis- sen .
33. Verwendung einer Vorrichtung zur Aufnahme eines Biosensors nach einem der Ansprüche 1 - 23 bzw. eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 25 - 28, zur Bestimmung von Proteinen, Bakterien, DNA-Sequenzen, Haptenen und endokrinen Substanzen .
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