【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于检测样本中的一个或多个分析物的传感器设备，以便推导出关于样本中的一个或多个分析物的存在和/或浓度的定性的和/或定量的结论。
技术介绍
1、用于检测和分析样本中的分析物的高度灵敏的方法在于，应用小型化的弹性元件即所谓的悬臂(cantilever)的通过分析物诱导的微观变形，以便测量样本中的分析物的存在。特定地通过分析物引起的变形通过如下方式实现，悬臂在一侧设有受体层，所述受体层具有如下结合分子：所述结合分子特定地结合到待检查的特定的分析物上，从而引起悬臂的在一侧改变的表面应力。在此，悬臂的变形尤其通过施加在悬臂上的电转换器或变换器转换成电检测的大小，以便定量地测量分析物的存在。这种弹性元件例如在de 10 2020107 918 a1中描述。
2、wo 2007/088018 a1提出一种用于在生物传感器中使用的、例如用于dna分析的弹性元件。
3、例如，在rasmussen,p.a.,hansen,o.,&boisen,a.(2005)“cantilever surfacestress sensors with single-crystalline silicon piezoresistors”applied physicsletters,86(20),203502.https://doi.org/10.1063/1.1900299中描述了通过不同的表面应力引起的悬臂变形。
技术实现思路
1、基于已知的现有技术，本专利技术的目的
2、所述目的通过根据本专利技术的用于检测样本中的分析物的传感器设备来实现。有利的改进方案由本专利技术得出。
3、对应地提出一种用于将分析物的化学和/或生化信息转换成样本中的电信号的传感器。传感器包括测试悬臂，所述测试悬臂具有基底和可变形部分，其中至少在可变形部分上施加有用于选择性地接收分析物的受体层，其中测试悬臂具有测试转换器层，所述测试转换器层在基底上包括无源测试变换器并且在可变形部分上包括有源测试变换器，并且其中在测试转换器层与受体层之间设置有测试功能层。此外，传感器包括参考悬臂，所述参考悬臂具有基底和可变形部分，其中在可变形部分上施加有用于选择性地不接收分析物的参考层，其中参考悬臂具有参考转换器层，所述参考转换器层在基底上包括无源参考变换器并且在可变形部分上包括有源参考变换器，并且其中在参考转换器层与参考层之间设置有参考功能层。在此，有源参考变换器和无源参考变换器以及有源测试变换器和无源测试变换器构成和配置用于输出对应于样本中的一个或多个分析物的存在和/或浓度和/或量的电信号。
4、测试悬臂的基底和/或参考悬臂的基底可以构成为刚性基底。刚性基底在此理解为，不发生或基本上不发生相应的悬臂即测试悬臂和/或参考悬臂相对于相应的悬臂的可变形部分的变形。刚性基底在此例如与衬底连接、通过衬底支持或从衬底中加工出来。相反，测试悬臂和/或参考悬臂的可变形部分不由衬底支持，而是更确切地说伸出衬底的边缘并且对应地自由地构成。
5、测试悬臂和/或参考悬臂的可变形部分例如可以可偏转地构成。在此，相应的悬臂的偏转例如可以围绕在基底与可偏转的区域之间的过渡区域中成形的弯曲边缘实现。弯曲边缘在此例如是衬底的如下边缘：悬臂沿着所述边缘被划分成基底和可变形部分。
6、但是，相应的悬臂在其可变形部分中的变形不限于凸出的或凹陷的变形，悬臂本身也可以变形，例如拱起或形成波状或扭曲。
7、样本在此表示从较大量的物质，例如从储库中提取的有限量的物质，其中样本的组成代表储库中物质的组成并且与此对应地可以从样本的物质存在和物质组成中推断出储库中的对应的存在。
8、例如，样本可以是唾液样本，或者血液样本，或者淋巴液，或者尿液，或者汗液，或者组织间液，或者拭子、尤其咽拭子或鼻拭子或鼻窦拭子，或者所提取的组织。样本尤其包括任意类型的生物样本，即尤其还有动物样本。
9、样本也可以是非生物样本，例如化学物质的样本。
10、分析物在此是如下物质，其在样本中的存在应被定性地和/或定量地证明或应借助传感器检测。分析物尤其可以直接在样本中存在，或者在样本中溶解，或者粘附于样本或样本的一部分，尤其样本颗粒。分析物也可以与样本进行化学的、生物的和/或物理的相互作用，使得分析物仅可以间接地经由对应的相互作用被检测。
11、尤其地，一个样本形式可以转化成另一样本形式，使得能够以简单的且可靠的方式和方法来检测分析物或其存在。例如，可以将拭子溶解在液体中，使得溶解在液体中的拭子那么是实际的样本，针对分析物对所述样本进行检查。
12、样本中的分析物也可以被化学预处理，其方式例如为——只要分析物是病毒——分解病毒包膜，以便获得核衣壳抗原。此外，也可以通过这种预处理对分析物进行“标记”，以便放大测量信号。为此，共轭抗体例如可以结合到分析物的抗原上，以便在悬臂系统上产生尽可能大的变形。
13、那么，样本包含关于分析物的化学信息和/或生化信息。化学信息例如可以包括分析物的类型、分析物的浓度、分析物的存在、分析物的重量、分析物的反应性、分析物的密度等。生化信息包括与化学信息相同的特性，然而所述物质例如可以通过生物过程产生。尤其地，如果分析物对生物循环、例如新陈代谢或免疫系统有特别影响，则谈及生化信息。
14、测试悬臂和参考悬臂分别包括测试转换器层和参考转换器层，无源测试变换器和有源测试变换器以及有源参考变换器和无源参考变换器嵌入到所述测试转换器层和参考转换器层中。测试转换器层和参考转换器层主要配置用于，电接触无源测试变换器和/或有源测试变换器以及无源参考变换器和/或有源参考变换器。转换器层也可以由多个不同的层和材料构成。此外，测试转换器层和参考转换器层可以包括其他功能，所述其他功能随后详细讨论。
15、优选地，在测试悬臂的基底上的测试转换器层内设置有无源测试变换器，并且在测试悬臂的可变形部分上设置有有源测试变换器，而在参考悬臂的基底上的参考转换器层内设置有无源参考变换器，并且在参考悬臂的可变形部分上设置有有源参考变换器，其中有源参考变换器和无源参考变换器以及有源测试变换器和无源测试变换器构成和配置用于，输出对应于样本中的分析物的存在和/或浓度和/或量的电信号。
16、将化学和/或生化信息转换成电信号。这可以意味着，电信号可以由分析物的化学组成改变或建立。这例如可以涉及电路的导电性。例如，当电路导电时可以存在第一生化信息，而当电路不导电或具有减小的导电性时可以存在第二生化信息。
17、但是，除了所述信息例如关于导电性的信息的直接可达性，也可行的是，经由物理的和或化学的过程和/或相互作用推断出生化信息。
18、为了所述目的，所提出的传感器包括参考悬臂和测试悬臂。在此，悬臂是弹性元件，其具有基底和可变形部分。基底与此对应地是悬臂的尤其地点固定地设置在衬底上的不可运动的部分。悬臂的可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于将样本(9)中的至少一种分析物(90)的化学和/或生化信息转换成电信号的传感器(1)，包括：
2.根据权利要求1所述的传感器(1)，其特征在于，所述有源和无源参考变换器(320、300)以及所述有源和无源测试变换器(220、200)构成和配置用于输出对应于样本(9)中的分析物(90)的存在和/或浓度和/或量的电信号。
3.根据权利要求1或2所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)覆盖所述有源测试变换器(220)和/或所述无源测试变换器(200)，并且/或者所述参考功能层(390)覆盖所述有源参考变换器(320)和/或所述无源参考变换器(300)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)构成用于容纳所述受体层(24)的平坦表面和/或所述参考功能层(390)构成用于容纳所述参考层(34)的平坦表面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)和所述参考功能层(390)包括相同的材料或者由相同的材料制成。
6.根
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)和/或所述参考功能层(390)包括具有高绝缘电阻的电绝缘材料或者是具有高绝缘电阻的电绝缘材料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)和/或所述参考功能层(390)包括多孔材料，所述多孔材料能够实现用于所选取的物质和/或分析物的部分可穿透性。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试转换器层(240)包括用于接触所述无源测试变换器(200)和/或所述有源测试变换器(220)的电极，并且/或者所述参考转换器层(340)包括用于接触所述无源参考变换器(300)和/或所述有源参考变换器(320)的电极，并且所述电极由所述测试功能层(290)和/或所述参考功能层(390)覆盖。
10.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，在所述测试悬臂(2)的下表面和/或所述参考悬臂(3)的下表面上设置有钝化层，所述钝化层配置用于使分析物在所述测试悬臂(2)和/或所述参考悬臂(3)的下侧上的粘附最小化。
11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，在所述测试悬臂(290)的和/或所述参考悬臂(390)的下侧上设置有受体层(24)和/或参考层(34)，用于选择性接收所述分析物，其中优选地，上层的通过将分析物结合到所述受体层(24)和/或参考层(34)上而改变的表面应力与下层的表面应力的改变相反。
12.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)的和/或所述参考功能层(280)的材料特性，尤其是其厚度和/或弹性模量，构成为，使得在所述测试变换器(220)和/或参考变换器(320)中由所述测试悬臂(2)的可变形部分(22)的和/或所述参考悬臂(3)的可变形部分(32)的变形诱导的变形最大化。
13.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)和/或所述参考功能层(390)在几何构造方面结构化成，使得在所述测试变换器(220)和/或参考变换器(320)中由所述测试悬臂(2)的可变形部分(22)的和/或所述参考悬臂(3)的可变形部分(32)的变形诱导的变形最大化。
14.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，通过将所述测试变换器(200、300)和/或所述参考变换器(220、320)在所述悬臂的水平面中结构化，所述变换器的灵敏度通过最大化所述变换器的位置处的变形或长度变化得到优化。
15.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试变换器(200、300)和/或所述参考变换器(220、320)在几何构造方面结构化成，使得所述变换器的灵敏度通过最大化所述变换器的位置处的变形或长度变化得到优化，其中所述测试变换器(200、300)的空间上的长边和/或所述参考变换器(220、320)的空间上的长边平行于所述测试悬臂(2)的可变形部分(22)的和/或所述参考悬臂(3)的可变形部分(32)的变形的主分量定向。
...【技术特征摘要】
1.一种用于将样本(9)中的至少一种分析物(90)的化学和/或生化信息转换成电信号的传感器(1)，包括：
2.根据权利要求1所述的传感器(1)，其特征在于，所述有源和无源参考变换器(320、300)以及所述有源和无源测试变换器(220、200)构成和配置用于输出对应于样本(9)中的分析物(90)的存在和/或浓度和/或量的电信号。
3.根据权利要求1或2所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)覆盖所述有源测试变换器(220)和/或所述无源测试变换器(200)，并且/或者所述参考功能层(390)覆盖所述有源参考变换器(320)和/或所述无源参考变换器(300)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)构成用于容纳所述受体层(24)的平坦表面和/或所述参考功能层(390)构成用于容纳所述参考层(34)的平坦表面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)和所述参考功能层(390)包括相同的材料或者由相同的材料制成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)的和/或所述参考功能层(390)的材料构成用于调整表面能，以便达到或改善所述受体层(24)到所述测试功能层(290)上的结合和/或所述参考层(34)到所述参考功能层(390)上的结合。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)和/或所述参考功能层(390)包括具有高绝缘电阻的电绝缘材料或者是具有高绝缘电阻的电绝缘材料。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试功能层(290)和/或所述参考功能层(390)包括多孔材料，所述多孔材料能够实现用于所选取的物质和/或分析物的部分可穿透性。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(1)，其特征在于，所述测试转换器层(240)包括用于接触所述无源测试变换器(200)和/或所述有源测试变换器(220)的电极，并且/或者所述参考转换器层(340)包括用于接触所述无源参考变换器(300)和/或所述有源参考变换器(320)的电极，并且所述电极由所述测试功能层(290...
【专利技术属性】
技术研发人员：康斯坦丁·克洛普施太奇，康斯坦丁·翁格斯多夫，尼尔斯·肯内，桑贾·拉姆利亚克，
申请(专利权)人：迪吉德有限公司，
类型：发明
国别省市：
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