WO2018095712A1 - Dreidimensionaler tomograf - Google Patents

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WO2018095712A1
WO2018095712A1 PCT/EP2017/078190 EP2017078190W WO2018095712A1 WO 2018095712 A1 WO2018095712 A1 WO 2018095712A1 EP 2017078190 W EP2017078190 W EP 2017078190W WO 2018095712 A1 WO2018095712 A1 WO 2018095712A1
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dimensional
electrodes
tomograph
rolled
dimensional tomograph
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Oliver G. Schmidt
Mariana Medina Sanchez
Sonja Maria WEIZ
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Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V.
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    • A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/053—Measuring electrical impedance or conductance of a portion of the body
    • A61B5/0536—Impedance imaging, e.g. by tomography
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0209—Special features of electrodes classified in A61B5/24, A61B5/25, A61B5/283, A61B5/291, A61B5/296, A61B5/053
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    • A61B2562/12—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements
    • A61B2562/125—Manufacturing methods specially adapted for producing sensors for in-vivo measurements characterised by the manufacture of electrodes

Definitions

  • the invention relates to the fields of microelectronics, materials science and medicine and relates to a three-dimensional tomograph as it can be used to study and manipulate objects on a millimeter scale or less, for example, to study and manipulate biological cells, molecules or ions.
  • tomography combines various imaging techniques that can determine the internal spatial structure of an object and display it in the form of sectional images.
  • Tomographic methods can either accommodate a single slice or larger volumes, which can then be represented as a series of parallel slice images, for example. Even methods that take individual layers can be used to capture three-dimensional data sets by scanning the object in a series of parallel cross-sectional images.
  • Tomographic procedures are particularly important in medical imaging (Wikipedia keyword tomography).
  • Electric Impedance Tomography is a relatively new, non-invasive imaging technique based on measurements of electrical conductivities in the human body. This method is the
  • Impedance tomographs are macro-scale e.g. commercially available for pulmonary examinations of patients.
  • a microfluidic device in which the impedance is measured in a microchannel by a microfluid by means of electrodes.
  • a multi-channel electrode which has a multiplicity of electrode channels, in which at least one channel has an impedance of at least 200 kOhm for receiving the electrical signals from cells and at least one channel has an impedance of less than 200 kOhm for the electrical stimulation of cells.
  • the roll-up technology is known.
  • layers are applied to a substrate, which subsequently undergo controlled Roll off the substrate by itself.
  • the self-winding mechanism is triggered, for example, by applying the layers in a stressed state and then mechanically relaxing them, for example by peeling the layers from the substrate.
  • microtubes from stimuli-sensitive materials by roll-up technology are known from publications (V. Magdanz et al., Adv., Mater., 2016, 28, 4084-4089, D. Karnaushenko et al., Adv , 27, 6797-6805).
  • External stimuli such as temperature or solution composition are used to reversibly roll up a thin layer of the sensitive material.
  • DEP dielectrophoresis
  • a disadvantage of the solutions of the prior art is that a further miniaturization of the previous miniaturized tomography over the known methods is not possible because the compact impedance decreases with decreasing electrode size and superimposed on the signal to be measured. Therefore, the reduction of the electrode size is possible only up to certain dimensions in order to be able to obtain reproducible and reliable signals of the desired measured values.
  • the object of the present invention is to provide a three-dimensional tomograph that realizes reproducible and secure signals in millimeter dimensions or smaller dimensions without significant superimposition of signals.
  • the object is achieved by the invention specified in the claims.
  • Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • the three-dimensional tomograph comprises at least one three-dimensional microcomponent of a rolled or unfolded layer stack of at least one carrier layer and electrodes for impedance measurement at least thereon, wherein the electrodes for the impedance measurement essentially on the inner or outer surface of the microcomponent one or more times in at least are arranged completely enclosing a plane, and in the interior of the micro device and / or around the micro device around the measurement object is located.
  • the three-dimensional microdevice element is in a helical, tubular, elliptical, hyperbolic, toroidal, wavy, polygonal form, wherein advantageously the three-dimensional microdevice element is in the form of a rolled-up microtube, and has at least one turn, more advantageously up to 10 complete turns of the layer stack ,
  • the electrodes for the impedance measurement are arranged at a uniform distance from each other completely over the inner circumference of the rolled-up or unfolded microcomponent in the middle region of the microcomponent.
  • the electrodes for the impedance measurement are distributed in two or more regions over one or more levels of the micro device, but always arranged at least completely surrounding in one plane.
  • the electrodes for the impedance measurement are arranged completely over the inner and / or outer circumference in the middle region of a microcomponent at a uniform distance from one another.
  • the carrier layer consists of one or more layers of metal, metal compounds, organic metal complexes, ceramics, semiconducting materials, biogenic materials, polymers and / or inorganic materials such as TiO x , SiO x , or Al x O y .
  • the electrodes for the impedance measurement of at least partially electrically conductive material such as copper, gold, titanium, platinum, conductive polymers, semiconductors or oxides or transparent, electrically conductive layers such as graphene, molybdenum (IV) sulfide , Indium-tin oxide (ITO), poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) or poly-3,4-ethylenedioxythiophene: polystyrene sulfonate (PEDOTPSS).
  • electrically conductive material such as copper, gold, titanium, platinum, conductive polymers, semiconductors or oxides or transparent, electrically conductive layers
  • ITO Indium-tin oxide
  • PEDOT poly-3,4-ethylenedioxythiophene
  • PEDOTPSS polystyrene sulfonate
  • the rolled-up or unfolded microcomponents can be rolled up or unfolded and unrolled or unfolded before and / or after the measurement of the impedance on an object.
  • microcomponent It is also advantageous if further components such as sensors, actuators, signal amplifiers or filters are present on or on the microcomponent.
  • the measured signal is transmitted by means of electrically conductive contacts and connections or wirelessly.
  • the carrier and / or electrode layer is structured and / or the roughness of the surface is modified.
  • a three-dimensional tomograph which consists essentially of a three-dimensional micro-component of a rolled-up or unfolded layer stack which is provided with electrodes for the impedance measurement.
  • a three-dimensional micro device is to be understood in the context of this invention, a device in which at least one dimension is less than 10 mm, advantageously less than 1 mm and more preferably between 100 nm and 500 ⁇ .
  • the three-dimensional microcomponents may be in a helical, tubular, elliptical, hyperbolic, torodial, wavy, polygonal shape, advantageously as microtubes.
  • the microtube is rolled up according to the invention, that is, the preparation of the electrodes and their contacting on the at least one carrier layer is carried out in the planar state and then the microtube, for example by triggering a voltage or a modification, rolled up independently.
  • the three-dimensional microcomponent can also be unfolded.
  • the production of the electrodes and their contacting on the at least one carrier layer also take place from the planar state.
  • the unfolding can be triggered for example by triggering a voltage or a modification and the unfolding be done independently.
  • a special feature of the solution according to the invention is also that, by reversing the tension or modification, the microcomponent and in particular the microtubule can unroll or unfold again and these processes of reeling or unfolding and unrolling or unfolding can also be repeated several times in succession.
  • the samples to be examined can for example also be positioned in the planar state and then rolled up or unfolded and / or easily removable after being rolled up or unfolded.
  • the electrodes for the impedance measurement are preferably arranged only once in a plane completely enclosing the inner and / or outer surface of the microcomponent.
  • plane is to be understood to mean a dimension in a three-dimensional space.
  • the arrangement of the electrodes for the impedance measurement can be arranged in the case of a microtube between several turns, advantageously also at a uniform distance from each other around the circumference of the microtube.
  • the electrodes for the impedance measurement are advantageously also arranged uniformly spaced from one another completely over the inner and / or outer circumference of the rolled-up or unfolded microcomponent in the middle region of the microcomponent.
  • electrodes for the impedance measurement are arranged around the inner and / or outer circumference of the rolled-up or unfolded microcomponent, wherein the arrangement of the electrodes is arranged substantially only once around the inner or outer circumference of the microcomponent. Covering or missing parts of electrodes around the circumference of the microcomponent of more than one quarter of the circumference are not permitted.
  • the electrodes for the impedance measurement in two or more areas over one or more levels of the micro device can be arranged distributed, but always at least completely enclosing in one plane.
  • one or more electrode arrangements may be arranged completely in at least one plane, for example over the height or the circumference and / or across the width of the microcomponent .
  • multiple electrode arrangements in at least one plane for example around the circumference over the length of the microcomponent, are also possible and advantageous.
  • further components such as sensors, actuators, signal amplifiers and / or filters, may be present on or at the microcomponent.
  • measured objects are to be understood as meaning all objects in and around the three-dimensional tomographs according to the invention which are examined at least by means of impedance measurement.
  • further components and / or electrodes on and / or on the carrier layer other examinations of the measuring objects can also be carried out.
  • further electrodes for manipulation and / or movement, such as rotation, of the measurement objects can be present.
  • the carrier layer present according to the invention can be constructed from one or more layers, wherein the carrier layer or layers is present over the whole area or only partially over the circumference of the micro device.
  • Materials for the carrier layer can be present, for example, of metal, metal compounds, organic metal complexes, ceramics, semiconducting materials, biogenic materials, polymers and / or of inorganic materials, such as TiO x , SiO x , or Al x O y .
  • the carrier layer can also be composed of several individual layers.
  • the electrodes for the impedance measurement and also the electrical contacts may consist of individual and / or multiple layers of at least partially electrically conductive material, such as copper, gold, titanium, platinum, conductive polymers, semiconductors or oxides or even transparent, electrically conductive layers such as graphene , Molybdenum (IV) sulfide, indium tin oxide (ITO), poly-3,4-ethylenedioxythiophene (PEDOT) or poly-3,4-ethylenedioxythiophene: polystyrene sulfonate (PEDOTPSS), and for example by CVD, PVD, sputtering, electron beam evaporation , but also spin-coating, spraying, printing technologies (ink printing, flexography, engraving, microcontact printing, etc.), doctoring, casting can be applied.
  • electrically conductive material such as copper, gold, titanium, platinum, conductive polymers, semiconductors or oxides or even transparent, electrically conductive layers
  • graphene Molybdenum (IV)
  • a planar layer stack After producing a planar layer stack, these are rolled up or unfolded into the three-dimensional component according to the invention.
  • the rolling or unfolding of layer stacks can be realized with the known roll-up technology.
  • the layer stack rolls or folds itself, for example, by controlled detachment from the substrate.
  • the self-winding or unfolding mechanism is triggered, for example, by applying the layers in a tensioned state and then mechanically relaxing, or by applying a sacrificial layer and then at least partially removing it.
  • the rolled-up or unfolded microcomponents can be rolled up or unfolded and unrolled or unfolded before and / or after the measurement of the impedance on an object.
  • the measurement objects to be examined can be rolled directly into the three-dimensional microcomponent or enclosed in the folding and thus be positioned comparatively stationary and be easily removed after measurement by rolling or unfolding again from the measuring range.
  • a reproducible and reliable signal measurement can be realized, whereby an accurate and non-superimposed signal measurement, which leads to reproducible and reliable results, is made possible, in particular by the realization of the electrodes as precisely as possible around the circumference of the microcomponent.
  • the measurement objects can also be stimulated and / or manipulated or the measurement objects in motion, such as rotation, are added.
  • the stimulation is possible optically, electrically and / or mechanically.
  • the electrodes for impedance measurement can also be used for the electrical stimulation of cells for tissue engineering. It is also possible to integrate further electrodes for, for example, the dielectrophoresis in and on the microcomponent so that the measurement objects in the microcomponent can be manipulated, ie, moved. This further enables the measurement of the impedance at different positions of the measurement object, so that a three-dimensional tomography can be performed.
  • the tomograph according to the invention can be produced from stimuli-sensitive materials which can be adapted precisely to the object to be measured and, for example, mechanically stimulated.
  • the small size of the three-dimensional tomograph according to the invention which allows, for example, the measurement of millimeter-sized or smaller objects to be measured.
  • the three-dimensional tomograph according to the invention is in tubular form, as it simulates the in vivo environment of cells in an in vitro environment, realizes a continuous media supply and thus a continuous flow and thus more lifelike Measurements are possible.
  • the measured signal can also be transmitted wirelessly. This is particularly advantageous if the measurement object in hard to reach places is located.
  • the transmission can also take place via electrically conductive contacts and connections, which already have to be integrated with the production of the layer stack.
  • the three-dimensional arrangement of the electrodes for the impedance measurement also causes an increase in the electrode sensitivity by the coaxial-close structure, which suppresses external noise. It also leads to a local amplification of the electric field of the micro device, so that the detection limit is lowered and the measurable concentration range is increased.
  • the three-dimensional tomograph according to the invention can also be integrated into microfluid systems.
  • the three-dimensional tomograph according to the invention can furthermore also have structured carrier and / or electrode layers which can realize further functions and / or the roughness of the surfaces of the layers can be modified. This is particularly advantageous when the object to be measured is biological cells, since certain cell types adhere better to rough surfaces and cell division is favored. Holes in the structure can also improve the transport of nutrients to the cells or act as a filter.
  • a sacrificial layer As a microcomponent with an integrated electrode array, a sacrificial layer, a carrier layer, an electrically conductive layer and an electrically insulating layer are applied to a quartz glass substrate having a size of 13 mm ⁇ 26 mm by sequential lithography and coating steps Layer applied.
  • the sacrificial layer consists of germanium, has a size of 150 m ⁇ 600 ⁇ m, a layer thickness of 20 nm and is deposited at a rate of 1 A s in the middle of the substrate.
  • the carrier layer consists of a double layer of titanium dioxide, has a size of 250 ⁇ x 180 ⁇ and a total thickness of 60 nm. In this case, 20 nm at a rate of 3.5 ⁇ s and 40 nm at a rate of 0.3 ⁇ s deposited over the sacrificial layer.
  • the electrode layer is patterned into 12 electrodes by means of lithography.
  • the electrodes have a width of 5 ⁇ and are arranged at a distance from the shorter edge of the carrier layer of 5 ⁇ in the middle with each other. Starting from the end of the electrodes lead contacts to the edge of the substrate, which serve the subsequent contact.
  • the electrode layer consists of a 5 nm thick layer of chromium and a 10 nm thick layer of gold, which are deposited at a rate of 1 A / s each.
  • the electrically insulating layer is deposited, which consists of 5 nm of silicon dioxide which is deposited on the electrodes and electrically conductive contacts at a rate of 0.3 A / s.
  • the layer stack of support layer and electrodes is rolled up with the electrically insulating layer to form a microtube.
  • the sacrificial layer is dissolved in an approximately one-percent aqueous solution of hydrogen peroxide and the microtube with a diameter of about 30 ⁇ rolls on its own.
  • the 12 electrodes are now positioned at regular intervals on the circumference on the inner surface of the microtube.
  • microtube is then dried supercritically under carbon dioxide at 40 ° C.
  • the microtube is bonded to a printed circuit board and electrically connected to a potentiostat.
  • the microtube is also connected by means of microfluidic technologies and devices to a reservoir in which cell medium with biological cells as a measurement object is present.
  • the test objects are conducted into the interior of the microtube and examined there by impedance measurement.
  • impedance measurement For the measurement, an alternating current is applied to one pair of electrodes and the resulting voltage is measured at the other electrodes.
  • the feeding electrodes are varied in turn until all combinations have been measured. From the thus determined transfer impedances, sectional images of the interior of the microtube are obtained with the measurement objects.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Mikroelektronik, der Werkstofftechnik und der Medizin und betrifft einen dreidimensionalen Tomografen, wie er zur Untersuchung und Manipulation von Objekten im Millimeter-Maßstab oder geringer zum Einsatz kommen kann, beispielsweise zur Untersuchung und Manipulation von biologischen Zellen, Molekülen oder Ionen. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines dreidimensionalen Tomografen, der in Millimeterabmessungen oder geringeren Abmessungen ohne signifikante Überlagerungen von Signalen reproduzierbare und gesicherte Signale realisiert. Die Aufgabe wird gelöst durch einen dreidimensionalen Tomograf, mindestens bestehend aus einem dreidimensionalen Mikrobauelement aus einem aufgerollten oder aufgefalteten Schichtstapel aus mindestens einer Trägerschicht und mindestens darauf befindlichen Elektroden für die Impedanzmessung, wobei die Elektroden für die Impedanzmessung im Wesentlichen auf der inneren oder äußeren Oberfläche des Mikrobauelementes ein oder mehrmals in mindestens einer Ebene vollständig umschließend angeordnet sind, und sich im Inneren des Mikrobauelementes und/oder um das Mikrobauelement herum das Messobjekt befindet.

Description

Dreidimensionaler Tomograf
Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Mikroelektronik, der Werkstofftechnik und der Medizin und betrifft einen dreidimensionalen Tomografen, wie er zur Untersuchung und Manipulation von Objekten im Millimeter-Maßstab oder geringer zum Einsatz kommen kann, beispielsweise zur Untersuchung und Manipulation von biologischen Zellen, Molekülen oder Ionen.
Unter dem Begriff Tomografie werden verschiedene bildgebende Verfahren zusammengefasst, welche die innere räumliche Struktur eines Objektes ermitteln und in Form von Schnittbildern darstellen können. Tomografische Methoden können entweder eine einzelne Schicht aufnehmen oder größere Volumina, die dann beispielsweise als Serie paralleler Schnittbilder dargestellt werden können. Auch Methoden, die jeweils einzelne Schichten aufnehmen, können für die Aufnahme dreidimensionaler Datensätze eingesetzt werden, indem das Objekt in einer Serie paralleler Querschnittbilder abgetastet wird. Tomografische Verfahren sind besonders in der medizinischen Bildgebung von großer Bedeutung (Wikipedia Stichwort Tomografie).
Die Elektrische Impedanz-Tomografie (EIT) ist ein vergleichsweise neues, nichtinvasives bildgebendes Verfahren, das auf Messungen elektrischer Leitfähigkeiten im menschlichen Körper basiert. Diesem Verfahren liegt die
l Beobachtung zugrunde, dass sich elektrische Leitfähigkeiten biologischer Gewebe je nach Beschaffenheit (absolute EIT) und/oder funktionellem Zustand (funktionelle oder relative EIT) stark unterscheiden. Neben den Ansätzen der absoluten und funktionellen EIT, bei denen zumeist Wechselströme einer einzigen Frequenz genutzt werden, kann man auch Wechselströme verschiedener Wellenlängen einspeisen, um beispielsweise Fragestellungen zur Lokalisierung pathologischer Veränderungen innerhalb eines Gewebetyps zu adressieren (EIT-Spektroskopie) (Wikipedia Stichwort EIT).
Impedanztomografen sind im Makro-Maßstab z.B. für pulmonale Untersuchungen von Patienten kommerziell erhältlich.
Erste Veröffentlichungen zu miniaturisierten Systemen sind ebenfalls bekannt (T.A. York et al. Meas. Sei. Technol. 2006, 17, 21 19-2129; S. Dharia et al, Lab Chip 2009, 9, 3370-3377; T. Sun et al, Biosens. Bioelectron. 2010, 25, 1 109-1 1 15).
Weiter bekannt ist ein Verfahren zum Messen der Verteilung von elektrischer Impedanz eines Multi-Phasen-Fluids, bei dem eine elektrisch konduktive zylindrische Ringelektrode im Mikromaßstab vorhanden ist, in deren Inneren ein Fluid vorhanden ist und über um die Achse der Ringelektrode räumlich verteilt Kontakte auf der Innen- und Außenwandung der Ringelektrode die Impedanz gemessen wird (EP 1347706 A1 ).
Nach der US 20080105565 A1 ist eine Mikrofluidanordnung bekannt, bei der in einem Mikrokanal von einem Mikrofluid mittels Elektroden die Impedanz gemessen wird.
Gemäß der CA 2410743 C ist eine Mehrkanalelektrode bekannt, die eine Vielzahl von Elektrodenkanälen aufweist, bei dem mindestens ein Kanal eine Impedanz von mindestens 200 kOhm zur Aufnahme der elektrischen Signale von Zellen hat und mindestens ein Kanal eine Impedanz von weniger als 200 kOhm aufweist für die elektrische Stimulation von Zellen.
Zum Aufrollen von Schichtstapeln ist die Roll-up-Technologie bekannt. Dabei werden Schichten auf ein Substrat aufgebracht, die sich nachfolgend beim kontrollierten Ablösen vom Substrat von selbst aufrollen. Der Mechanismus des selbstständigen Aufrollens wird beispielsweise durch Aufbringen der Schichten in einem Verspannungszustand und nachfolgendes mechanisches Entspannen, beispielsweise durch Ablösen der Schichten vom Substrat, ausgelöst.
Das selbstständige Aufrollen von verspannten Dünnschichtkondensatoren, wenn diese von einem Substrat abgelöst werden, ist gemäß EP 2 023 357 B1 bekannt.
Die Bildung von Mikroröhren aus stimuli-sensitiven Materialien durch Roll-up- Technologie ist aus Veröffentlichungen bekannt (V. Magdanz et al., Adv. Mater 2016, 28, 4084-4089; D. Karnaushenko et al., Adv. Mater. 2015, 27, 6797-6805). Dabei werden externe Anregungen, wie Temperatur oder Lösungszusammensetzung genutzt, um eine Dünnschicht aus dem sensitiven Material reversibel aufzurollen.
Veröffentlichungen zur Dielektrophorese (DEP), unter der die Bewegung eines Partikels in einer Suspension aufgrund eines nicht-homogenen elektrischen Felds verstanden wird, sind ebenfalls vorhanden (H. A. Pohl, J. Appl. Phys. 1951 , 22, 869- 871 ; H. A. Pohl, J. Appl. Phys. 1958, 29, 1 182-1 188). Ebenso ist die Nutzung von DEP zur Manipulation und Rotation von Mikropartikeln und Zellen bekannt (H. A. Pohl, J. S. Crane, Biophys. J. 1971 , 1 1 , 71 1 -727).
Nachteilig bei den Lösungen des Standes der Technik ist, dass eine weitere Miniaturisierung der bisherigen miniaturisierten Tomografen über die bekannten Verfahren nicht möglich ist, da die Kompaktimpedanz mit abnehmender Elektrodengröße abnimmt und das zu messende Signal überlagert. Daher ist die Verringerung der Elektrodengröße nur bis zu bestimmten Abmessungen möglich, um noch reproduzierbare und gesicherte Signale der gewünschten Messwerte erhalten zu können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Angabe eines dreidimensionalen Tomografen, der in Millimeterabmessungen oder geringeren Abmessungen ohne signifikante Überlagerungen von Signalen reproduzierbare und gesicherte Signale realisiert. Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße dreidimensionale Tomograf besteht mindestens aus einem dreidimensionalen Mikrobauelement aus einem aufgerollten oder aufgefalteten Schichtstapel aus mindestens einer Trägerschicht und mindestens darauf befindlichen Elektroden für die Impedanzmessung, wobei die Elektroden für die Impedanzmessung im Wesentlichen auf der inneren oder äußeren Oberfläche des Mikrobauelementes ein oder mehrmals in mindestens einer Ebene vollständig umschließend angeordnet sind, und sich im Inneren des Mikrobauelementes und/oder um das Mikrobauelement herum das Messobjekt befindet.
Vorteilhafterweise liegt das dreidimensionale Mikrobauelement in einer helikalen, röhrenförmigen, elliptischen, hyperbolischen, toroidalen, wellenförmigen, polygonalen Form vor, wobei noch vorteilhafterweise das dreidimensionale Mikrobauelement in Form eines aufgerollten Mikroröhrchens vorliegt, und mindestens eine Windung, noch vorteilhafterweise bis 10 vollständige Windungen des Schichtstapels aufweist.
Weiterhin vorteilhafterweise sind die Elektroden für die Impedanzmessung im gleichmäßigen Abstand voneinander vollständig über den inneren Umfang des aufgerollten oder aufgefalteten Mikrobauelements im mittleren Bereich des Mikrobauelements angeordnet.
Ebenfalls vorteilhafterweise sind die Elektroden für die Impedanzmessung in zwei oder mehr Bereichen über eine oder mehr Ebenen des Mikrobauelementes verteilt, jedoch immer mindestens vollständig in einer Ebene umschließend angeordnet.
Und auch vorteilhafterweise sind die Elektroden für die Impedanzmessung vollständig über den inneren und/oder äußeren Umfang im mittleren Bereich eines Mikrobauelementes im gleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Trägerschicht aus einer oder mehreren Schichten aus Metall, Metallverbindungen, organischen Metallkomplexen, Keramik, halbleitenden Materialien, biogene Materialien, Polymeren und/oder aus anorganischen Materialien, wie TiOx, SiOx, oder AlxOy, besteht.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die Elektroden für die Impedanzmessung aus mindestens teilweise elektrisch leitfähigem Material, wie Kupfer, Gold, Titan, Platin, leitfähigen Polymeren, Halbleitern oder Oxiden oder auch aus transparenten, elektrisch leitfähigen Schichten wie Graphen, Molybdän(IV)-sulfid, Indiumzinnoxid (ITO), Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) oder Poly-3,4- ethylendioxythiophen:Polystyrolsulfonat (PEDOTPSS) bestehen.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die aufgerollten oder aufgefalteten Mikrobauelemente vor und/oder nach der Messung der Impedanz an einem Objekt aufroll- oder auffaltbar und entroll- oder entfaltbar sind.
Und auch vorteilhaft ist es, wenn weitere Elektroden zur Manipulation und/oder Bewegung, wie Rotation, der Messobjekte vorhanden sind.
Von Vorteil ist es auch, wenn weitere Bauteile wie Sensoren, Aktoren, Signalverstärker oder Filter auf oder an dem Mikrobauelement vorhanden sind.
Und auch von Vorteil ist es, wenn das gemessene Signal mittels elektrisch leitfähiger Kontakte und Verbindungen oder drahtlos übertragen wird.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die Träger- und/oder Elektrodenschicht strukturiert und/oder die Rauigkeit der Oberfläche modifiziert ist.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmals möglich, einen dreidimensionalen Tomografen anzugeben, der in Millimeterabmessungen oder geringeren Abmessungen ohne signifikante Überlagerungen von Signalen reproduzierbare und gesicherte Signale realisiert.
Erreicht wird dies durch einen dreidimensionalen Tomografen, der im Wesentlichen aus einem dreidimensionalen Mikrobauelement aus einem aufgerollten oder aufgefalteten Schichtstapel besteht, welches mit Elektroden für die Impedanzmessung versehen ist.
Als dreidimensionales Mikrobauelement soll im Rahmen dieser Erfindung ein Bauelement verstanden werden, bei dem mindestens eine Abmessung kleiner 10 mm beträgt, vorteilhafterweise kleiner 1 mm und noch vorteilhafterweise zwischen 100 nm und 500 μηη .
Die dreidimensionalen Mikrobauelemente können in einer helikalen, röhrenförmigen, elliptischen, hyperbolischen, torodialen, wellenförmigen, polygonalen Form vorliegen, vorteilhafterweise als Mikroröhrchen.
Das Mikroröhrchen ist dabei erfindungsgemäß aufgerollt, das heißt, die Herstellung der Elektroden und ihre Kontaktierung auf der mindestens einen Trägerschicht ist im planaren Zustand erfolgt und anschließend hat sich das Mikroröhrchen, beispielsweise durch Auslösen einer Spannung oder einer Modifizierung, selbständig aufgerollt.
Im Falle einer anderen geometrischen Form kann das dreidimensionale Mikrobauteil auch aufgefaltet sein. Dabei erfolgen die Herstellung der Elektroden und ihre Kontaktierung auf der mindestens einen Trägerschicht ebenfalls aus dem planaren Zustand. Auch hier kann die Auffaltung beispielsweise durch Auslösen einer Spannung oder einer Modifizierung ausgelöst und die Auffaltung selbstständig erfolgen.
Eine Besonderheit der erfindungsgemäßen Lösung besteht auch darin, dass durch Umkehrung der Spannung oder Modifikation das Mikrobauelement und insbesondere das Mikroröhrchen sich auch wieder entrollen oder entfalten kann und diese Vorgänge des Aufrollens oder Auffaltens und Entrollens oder Entfaltens auch mehrfach hintereinander wiederholbar sind.
Dies ist für die erfindungsgemäße Lösung vorteilhaft, da die zu untersuchenden Proben beispielsweise auch im planaren Zustand positioniert und dann mit aufgerollt oder aufgefaltet werden können und/oder nach dem Aufrollen oder Auffalten leicht entfernbar sind. Für die erfindungsgemäße Lösung ist es grundsätzlich ausreichend, wenn das Mikrobauelement sich nur mit einer vollständigen Windung aufrollt oder sich zu einem Mikrobauelement auffaltet, dessen Seiten die aufgefaltete Schichtstruktur nur einmal aufweist. Es ist aber auch möglich, dass sich ein Mikroröhrchen mit mehr Windungen aufrollt, vorteilhafterweise bis zu 10 vollständigen Windungen.
Erfindungsgemäß ist beim Aufrollen oder Auffalten jedoch zu beachten, dass die Elektroden für die Impedanzmessung möglichst nur einmal in einer Ebene vollständig umschließend auf der inneren und/oder äußeren Oberfläche des Mikrobauelementes angeordnet sind.
Unter Ebene soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Abmessung in einem dreidimensionalen Raum verstanden werden.
Die Anordnung der Elektroden für die Impedanzmessung kann im Falle eines Mikroröhrchens zwischen mehreren Windungen angeordnet sein, vorteilhafterweise auch in einem gleichmäßigen Abstand voneinander um den Umfang des Mikroröhrchens.
Auch bei anderen geometrischen Formen des dreidimensionalen Mikrobauelementes sind die Elektroden für die Impedanzmessung vorteilhafterweise im gleichmäßigen Abstand voneinander vollständig über den inneren und/oder äußeren Umfang des aufgerollten oder aufgefalteten Mikrobauelements im mittleren Bereich des Mikrobauelements angeordnet.
Erfindungsgemäß ist von besonderer Bedeutung, dass Elektroden für die Impedanzmessung um den inneren und/oder äußeren Umfang des aufgerollten oder aufgefalteten Mikrobauelements angeordnet sind, wobei die Anordnung der Elektroden im Wesentlichen nur einmal um den inneren oder äußeren Umfang des Mikrobauelementes angeordnet ist. Überdeckungen oder Fehlstellen von Elektroden um den Umfang des Mikrobauelementes von mehr als einem Viertel des Umfangs sind nicht zulässig.
Besonders vorteilhaft ist bei dem erfindungsgemäßen dreidimensionalen Tomograf, dass die Elektroden für die Impedanzmessung in zwei oder mehr Bereichen über eine oder mehr Ebenen des Mikrobauelementes verteilt angeordnet sein können, jedoch immer mindestens vollständig in einer Ebene umschließend.
Über mindestens eine Abmessung des Mikrobauelementes, beispielsweise die Länge, welche vorteilhafterweise zwischen 100 nm bis 100 mm betragen kann, können eine oder mehrere Elektrodenanordnungen in mindestens einer Ebene vollständig, beispielsweise über die Höhe oder den Umfang und/oder über die Breite des Mikrobauelementes angeordnet sein. Für komplexere Untersuchungen sind auch mehrere Elektrodenanordnungen in mindestens einer Ebene, beispielsweise um den Umfang über die Länge des Mikrobauelementes möglich und vorteilhaft. Ebenso können auf oder an dem Mikrobauelement weitere Bauteile, wie Sensoren, Aktoren, Signalverstärker und/oder Filter, vorhanden sein.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es auch möglich, die Impedanzmessung an Messobjekten durchzuführen, die sich im Mikrobauelement befinden und/oder auch um das Mikrobauelement herum.
Unter Messobjekten sollen im Rahmen dieser Erfindung alle Objekte in und um den erfindungsgemäßen dreidimensionalen Tomografen verstanden werden, die mindestens mittel Impedanzmessung untersucht werden. Bei Vorhandensein von weiteren Bauteilen und/oder Elektroden auf und/oder an der Trägerschicht können auch andere Untersuchungen an den Messobjekten durchgeführt werden. Insbesondere können weitere Elektroden zur Manipulation und/oder Bewegung, wie Rotation, der Messobjekte vorhanden sein.
Die erfindungsgemäß vorhandene Trägerschicht kann aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut sein, wobei die Trägerschicht oder -schichten vollflächig oder auch nur teilweise über dem Umfang des Mikrobauelements vorhanden ist. Materialien für die Trägerschicht können beispielsweise aus Metall, Metallverbindungen, organischen Metallkomplexen, Keramik, halbleitenden Materialien, biogene Materialien, Polymeren und/oder aus anorganischen Materialien, wie TiOx, SiOx, oder AlxOy, vorhanden sein. Die Trägerschicht kann auch aus mehreren einzelnen Schichten aufgebaut sein.
Im Falle des Vorhandenseins von elektrisch leitenden Materialien als Trägerschicht oder -schichten ist es erforderlich, mindestens im Bereich der Elektroden für die Impedanzmessung und den elektrischen Kontakten elektrisch isolierende Zwischenschichten anzuordnen.
Die Elektroden für die Impedanzmessung und auch die elektrischen Kontakte können aus einzelnen und/oder mehreren Schichten aus mindestens teilweise elektrisch leitfähigem Material, wie Kupfer, Gold, Titan, Platin, leitfähigen Polymeren, Halbleitern oder Oxiden oder auch aus transparenten, elektrisch leitfähigen Schichten wie Graphen, Molybdän(IV)-sulfid, Indiumzinnoxid (ITO), Poly-3,4- ethylendioxythiophen (PEDOT) oder Poly-3,4-ethylendioxythiophen:Polystyrol- sulfonat (PEDOTPSS) bestehen, und beispielsweise mittels CVD, PVD, Sputtern, Elektronenstrahlverdampfung, aber auch Spin-Coating, Sprühen, Drucktechnologien (Tintendruck, Flexographie, Gravur, Mikrokontaktdrucken usw.), Rakeln, Gießen aufgebracht werden.
Nach dem Herstellen eines planaren Schichtstapels werden diese zu dem erfindungsgemäßen dreidimensionalen Bauelement aufgerollt oder aufgefaltet. Das Aufrollen oder Auffalten von Schichtstapeln kann mit der bekannten Roll-up- Technologie realisiert werden. Dabei rollt oder faltet sich der Schichtstapel beispielsweise durch kontrolliertes Ablösen vom Substrat von selbst auf. Der Mechanismus des selbstständigen Aufrollens oder Auffaltens wird beispielsweise durch Aufbringen der Schichten in einem Verspannungszustand und nachfolgendes mechanisches Entspannen, oder durch Aufbringen einer Opferschicht und deren nachfolgendes mindestens teilweises Entfernen ausgelöst.
Von besonderem Vorteil für die vorliegende Erfindung ist, dass die aufgerollten oder aufgefalteten Mikrobauelemente vor und/oder nach der Messung der Impedanz an einem Objekt aufroll- oder auffaltbar und entroll- oder entfaltbar sind.
Dadurch können beispielsweise die zu untersuchenden Messobjekte direkt in das dreidimensionale Mikrobauelement eingerollt oder bei der Faltung eingeschlossen werden und somit vergleichsweise ortsfest positioniert werden und nach der Messung durch Aufrollen oder Auffalten wieder leicht vom Messbereich entfernt werden. Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist eine reproduzierbare und gesicherte Signalmessung realisierbar, wobei insbesondere durch die Realisierung der Elektroden möglichst genau um den Umfang des Mikrobauelements eine genaue und nichtüberlagerte Signalmessung ermöglicht ist, die zu reproduzierbaren und gesicherten Ergebnissen führt.
Aber nicht nur eine reproduzierbare und gesicherte Signalmessung ist mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich, zusätzlich können die Messobjekte auch stimuliert und/oder manipuliert werden oder die Messobjekte auch in Bewegung, wie Rotation, versetzt werden. Die Stimulation ist optisch, elektrisch und/oder mechanisch möglich.
Beispielsweise können die Elektroden für die Impedanzmessung auch für die elektrische Stimulation von Zellen zum Gewebe-Engineering eingesetzt werden. Es können in und an dem Mikrobauelement auch weitere Elektroden für beispielsweise die Dielektrophorese integriert sein, so dass die Messobjekte in dem Mikrobauelement manipuliert, also bewegt werden können. Dies ermöglicht weiter die Messung der Impedanz an verschiedenen Positionen des Messobjektes, so dass eine dreidimensionale Tomografie durchgeführt werden kann.
Ebenfalls ist vorteilhaft, dass der erfindungsgemäße Tomograf aus stimuli-sensitiven Materialien hergestellt werden kann, die sich genau an das zu messende Objekt anpassen können und beispielsweise auch mechanisch zu stimulieren.
Weiterhin vorteilhaft ist die geringe Größe des erfindungsgemäßen dreidimensionalen Tomografen, der beispielsweise auch die Messung an millimetergroßen oder auch kleineren Messobjekten ermöglicht.
Im Falle der Untersuchung von Zellen ist es besonders vorteilhaft, dass der erfindungsgemäße dreidimensionale Tomograf in Röhrenform vorliegt, da dadurch in einer in vitro-Umgebung die in vivo-Umgebung von Zellen simuliert wird, eine kontinuierliche Medienversorgung und damit ein kontinuierlicher Fluss realisiert und so lebensechtere Messungen möglich sind.
Ebenfalls ist es vorteilhaft, dass bei dem erfindungsgemäßen dreidimensionalen Tomografen das gemessene Signal auch drahtlos übertragen werden kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Messobjekt an schwer zugänglichen Orten befindlich ist. Die Übertragung kann aber auch über elektrisch leitfähige Kontakte und Verbindungen erfolgen, die bei der Herstellung des Schichtstapels bereits mit integriert werden müssen.
Die dreidimensionale Anordnung der Elektroden für die Impedanzmessung bewirkt auch eine Erhöhung der Elektrodensensitivität durch den koaxialen-nahen Aufbau, der externe Störungen unterdrückt. Es führt auch zu einer lokalen Verstärkung des elektrischen Feldes des Mikrobauelements, sodass die Nachweisgrenze erniedrigt und der messbare Konzentrationsbereich erhöht wird.
Durch die Bauelementform kann der erfindungsgemäße dreidimensionale Tomograf auch in Mikrofluidsysteme integriert werden.
Der erfindungsgemäße dreidimensionale Tomograf kann weiter auch strukturierte Träger- und/oder Elektrodenschichten aufweisen, die weitere Funktionen realisieren können und/oder die Rauigkeit der Oberflächen der Schichten können modifiziert sein. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es sich bei dem Messobjekt um biologische Zellen handelt, da bestimmte Zelltypen an rauen Oberflächen besser adhärieren und die Zellteilung begünstigt wird. Löcher in der Struktur können außerdem eine Verbesserung des Transports von Nährstoffen zu den Zellen bewirken oder auch als Filter fungieren.
Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Beispiel 1
Zur Herstellung eines dreidimensionalen Tomografen bestehend aus einem Mikroröhrchen als Mikrobauelement mit einem integrierten Elektrodenarray werden auf ein Quarzglas-Substrat mit einer Größe von 13 mm x 26 mm durch sequentielle Lithografie- und Beschichtungsschritte eine Opferschicht, eine Trägerschicht, eine elektrisch leitfähige Schicht und eine elektrisch isolierende Schicht aufgetragen.
Die Opferschicht besteht aus Germanium, hat eine Größe von 150 m x 600 μιτι, eine Schichtdicke von 20 nm und wird mit einer Rate von 1 A s in der Mitte des Substrates abgeschieden. Die Trägerschicht besteht aus einer Doppelschicht Titandioxid, hat eine Größe von 250 μηη x 180 μηη und eine Gesamtdicke von 60 nm. Dabei werden 20 nm mit einer Rate von 3.5 Ä s und 40 nm mit einer Rate von 0.3 Ä s über der Opferschicht abgeschieden.
Die Elektrodenschicht wird zu 12 Elektroden mittels Lithografie strukturiert. Die Elektroden haben eine Breite von 5 μιτι und sind im Abstand vom kürzeren Rand der Trägerschicht von 5 μιτι in der Mitte untereinander angeordnet. Ausgehend vom Ende der Elektroden führen Kontakte an den Rand des Substrats, die der späteren Kontaktierung dienen. Die Elektrodenschicht besteht aus einer 5 nm dicken Schicht Chrom und einer 10 nm dicken Schicht Gold, die mit einer Rate von je 1 A/s abgeschieden werden.
Nachfolgend wird die elektrisch isolierende Schicht abgeschieden, die aus 5 nm Siliziumdioxid besteht, das mit einer Rate von 0.3 Ä/s auf den Elektroden und elektrisch leitfähigen Kontakten abgeschieden wird. Auf jeder Elektrode wird ein Bereich mit einer Größe von 5 μιτι x 30 μιτι nicht beschichtet. Dieser Bereich ist während der Messung im direkten Kontakt mit dem Messobjekt.
Anschließend wird der Schichtstapel aus Trägerschicht und Elektroden mit der elektrisch isolierenden Schicht zu einem Mikroröhrchen aufgerollt. Dazu wird die Opferschicht in einer ca. einprozentigen wässrigen Lösung von Wasserstoffperoxid aufgelöst und das Mikroröhrchen mit einem Durchmesser von ca. 30 μιτι rollt sich selbstständig auf. Die 12 Elektroden sind nun in regelmäßigen Abständen auf dem Kreisumfang auf der inneren Mantelfläche des Mikroröhrchens positioniert.
Anschließend wird das Mikroröhrchen unter Kohlenstoffdioxid bei 40 °C überkritisch getrocknet.
Das Mikroröhrchen wird auf eine gedruckte Leiterplatte gebondet und mit einem Potentiostaten elektrisch leitend verbunden. Das Mikroröhrchen wird auch mittels Mikrofluidtechnologien und -bauelementen mit einem Reservoir verbunden, in dem Zellmedium mit biologischen Zellen als Messobjekt vorhanden ist. Über Rohrleitungen werden die Messobjekte in das Innere des Mikroröhrchens geleitet und dort mit Impedanzmessung untersucht. Für die Messung wird ein Wechselstronn an einem Elektrodenpaar angelegt und die resultierende Spannung an den anderen Elektroden gemessen. Die einspeisenden Elektroden werden reihum variiert, bis alle Kombinationen gemessen wurden. Aus den so ermittelten Transferimpedanzen werden Schnittbilder des Inneren des Mikroröhrchens mit den Messobjekten erhalten.

Claims

Patentansprüche
1 . Dreidimensionaler Tomograf, mindestens bestehend aus einem dreidimensionalen Mikrobauelement aus einem aufgerollten oder aufgefalteten Schichtstapel aus mindestens einer Trägerschicht und mindestens darauf befindlichen Elektroden für die Impedanzmessung, wobei die Elektroden für die Impedanzmessung im Wesentlichen auf der inneren oder äußeren Oberfläche des Mikrobauelementes ein oder mehrmals in mindestens einer Ebene vollständig umschließend angeordnet sind, und sich im Inneren des Mikrobauelementes und/oder um das Mikrobauelement herum das Messobjekt befindet.
2. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , bei dem das dreidimensionale Mikrobauelement in einer helikalen, röhrenförmigen, elliptischen, hyperbolischen, toroidalen, wellenförmigen, polygonalen Form vorliegt.
3. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 2, bei dem das dreidimensionale Mikrobauelement in Form eines aufgerollten Mikroröhrchens vorliegt, und mindestens eine Windung des Schichtstapels aufweist.
4. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 3, bei dem das aufgerollte Mikroröhrchen aus einer bis 10 vollständigen Windungen des Schichtstapels besteht.
5. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , bei dem die Elektroden für die Impedanzmessung im gleichmäßigen Abstand voneinander vollständig über den inneren Umfang des aufgerollten oder aufgefalteten Mikrobauelements im mittleren Bereich des Mikrobauelements angeordnet sind.
6. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , bei dem die Elektroden für die Impedanzmessung in zwei oder mehr Bereichen über eine oder mehr Ebenen des Mikrobauelementes verteilt, jedoch immer mindestens vollständig in einer Ebene umschließend angeordnet sind.
7. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , bei dem die Elektroden für die Impedanzmessung vollständig über den inneren und/oder äußeren Umfang im
l mittleren Bereich eines Mikrobauelementes im gleichmäßigen Abstand voneinander angeordnet sind.
8. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , bei dem die Trägerschicht aus einer oder mehreren Schichten aus Metall, Metallverbindungen, organischen Metallkomplexen, Keramik, halbleitenden Materialien, biogene Materialien, Polymeren und/oder aus anorganischen Materialien, wie TiOx, SiOx, oder AlxOy, besteht.
9. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , bei dem die Elektroden für die Impedanzmessung aus mindestens teilweise elektrisch leitfähigem Material, wie Kupfer, Gold, Titan, Platin, leitfähigen Polymeren, Halbleitern oder Oxiden oder auch aus transparenten, elektrisch leitfähigen Schichten wie Graphen, Molybdän(IV)-sulfid, Indiumzinnoxid (ITO), Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT) oder Poly-3,4- ethylendioxythiophen:Polystyrolsulfonat (PEDOTPSS) bestehen.
10. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , bei dem die aufgerollten oder aufgefalteten Mikrobauelemente vor und/oder nach der Messung der Impedanz an einem Objekt aufroll- oder auffaltbar und entroll- oder entfaltbar sind.
1 1 . Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , in dem weitere Elektroden zur Manipulation und/oder Bewegung, wie Rotation, der Messobjekte vorhanden sind.
12. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , in dem weitere Bauteile wie Sensoren, Aktoren, Signalverstärker oder Filter auf oder an dem Mikrobauelement vorhanden sind.
13. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , bei dem das gemessene Signal mittels elektrisch leitfähiger Kontakte und Verbindungen oder drahtlos übertragen wird.
14. Dreidimensionaler Tomograf nach Anspruch 1 , bei dem die Träger- und/oder Elektrodenschicht strukturiert und/oder die Rauigkeit der Oberfläche modifiziert ist.
2
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Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990012314A1 (de) * 1989-04-04 1990-10-18 Gerald Urban Mikro-mehrelektrodenanordnung
EP1347706A1 (de) 2000-12-30 2003-10-01 The University Of Leeds Elektrische impedanztomografie
US20080105565A1 (en) 2006-11-03 2008-05-08 Davalos Rafael V Insulator-Based DEP with Impedance Measurements for Analyte Detection
WO2009114689A1 (en) * 2008-03-12 2009-09-17 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Flexible and scalable sensor arrays for recording and modulating physiologic activity
US20110083961A1 (en) * 2006-01-18 2011-04-14 Perkinelmer Cellular Technologies Germany Gmbh Microfluidic system and corresponding operating method
EP2023357B1 (de) 2007-08-07 2011-05-25 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators und Kondensator
US20120232630A1 (en) * 2011-03-07 2012-09-13 Eugene Dariush Daneshvar Articulating interfaces for biological tissues
CA2410743C (en) 2001-10-31 2013-04-16 London Health Sciences Centre Research Inc. Multichannel electrode and methods of using same
US20160003759A1 (en) * 2013-08-13 2016-01-07 Tech4Imaging Llc Modular Stretchable and Flexible Capacitance Sensors for Use with Electrical Capacitance Volume Tomography & Capacitance Sensing Applications
CN103926276B (zh) * 2014-03-25 2016-01-20 天津大学 一种在线油液磨粒监测装置及检测方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004062052B4 (de) * 2004-12-23 2011-12-01 Dräger Safety AG & Co. KGaA Elektrochemischer Sensor
US10820825B2 (en) * 2008-10-22 2020-11-03 Cornell University Method and device for evaluation of local tissue's biological or biomechanical character
US20140275915A1 (en) * 2013-03-13 2014-09-18 Medtronic, Inc. Implantable medical device including a molded planar transformer
DE102014213390A1 (de) * 2014-07-09 2016-01-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit Mikro- oder Nanostrukturen
DE102014222535B3 (de) * 2014-11-05 2016-03-17 Leibniz-Institut Für Festkörper- Und Werkstoffforschung Dresden E.V. Verfahren zur Herstellung eines ultrakompakten Mikrokondensators und damit hergestellter Kondensator

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990012314A1 (de) * 1989-04-04 1990-10-18 Gerald Urban Mikro-mehrelektrodenanordnung
EP1347706A1 (de) 2000-12-30 2003-10-01 The University Of Leeds Elektrische impedanztomografie
CA2410743C (en) 2001-10-31 2013-04-16 London Health Sciences Centre Research Inc. Multichannel electrode and methods of using same
US20110083961A1 (en) * 2006-01-18 2011-04-14 Perkinelmer Cellular Technologies Germany Gmbh Microfluidic system and corresponding operating method
US20080105565A1 (en) 2006-11-03 2008-05-08 Davalos Rafael V Insulator-Based DEP with Impedance Measurements for Analyte Detection
EP2023357B1 (de) 2007-08-07 2011-05-25 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Verfahren zur Herstellung eines Kondensators und Kondensator
WO2009114689A1 (en) * 2008-03-12 2009-09-17 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Flexible and scalable sensor arrays for recording and modulating physiologic activity
US20120232630A1 (en) * 2011-03-07 2012-09-13 Eugene Dariush Daneshvar Articulating interfaces for biological tissues
US20160003759A1 (en) * 2013-08-13 2016-01-07 Tech4Imaging Llc Modular Stretchable and Flexible Capacitance Sensors for Use with Electrical Capacitance Volume Tomography & Capacitance Sensing Applications
CN103926276B (zh) * 2014-03-25 2016-01-20 天津大学 一种在线油液磨粒监测装置及检测方法

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. KARNAUSHENKO ET AL., ADV. MATER., vol. 27, 2015, pages 6797 - 6805
H. A. POHL, J. APPL. PHYS., vol. 22, 1951, pages 869 - 871
H. A. POHL, J. APPL. PHYS., vol. 29, 1958, pages 1182 - 1188
H. A. POHL; J. S. CRANE, BIOPHYS. J., vol. 11, 1971, pages 711 - 727
S. DHARIA ET AL., LAB CHIP, vol. 9, 2009, pages 3370 - 3377
T. SUN ET AL., BIOSENS. BIOELECTRON., vol. 25, 2010, pages 1109 - 1115
T.A. YORK ET AL., MEAS. SCI. TECHNOL., vol. 17, 2006, pages 2119 - 2129
V. MAGDANZ ET AL., ADV. MATER, vol. 28, 2016, pages 4084 - 4089

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