[发明专利]电子生物传感器装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子生物传感器装置，具有用于生物材料的容纳区域，该容纳区域对应于具有梳状相互啮合的感测电极(Sensorelektroden)的感测电极装置，其中用于测量感测电极上受生物材料影响的电测量参数的测量电路可以连接到该感测电极装置。

背景技术

这种生物传感器装置例如由E.Laureyn等人的“Nanoscaledinterdigitated titanium electrodes for impedimetric biosensing”，Sensorsand Actuators B，Vol.68(2000)，360-370页公开。在该文献中致力于检测互补分子之间基于亲合力的互相作用，其中目标分子与选择性探测层的结合会在梳状相互啮合的电极区域中引起电特性。这种变化可以作为阻抗偏移被检测到，由此获得直接的、涉及亲合结合的电信号。通过这种方式例如可以采用阻抗分光镜来监视葡萄糖-氧化酶的稳定性。

对于生物目的通常简单地区分“结合”状态和“未结合”状态就足以。在例如DNA或其它特殊材料(依据不同的应用)与电极上的受体结合时发生的反应大都非常缓慢，这些反应通常要持续好几秒。由此利用公知的生物传感器装置来监视这种生物反应过程是比较费事的，如果要监视很多这样的反应过程，仪器的费用也很高。

所进行的调查显示出，在反应过程期间，例如当DAN或其它生物材料(根据不同的应用)与电极上的受体结合，并且在此过程中水(具有比较高的介电常数)被具有低介电常数的反应物渗透时，位于电极之间的主要为水的溶液的电常数发生数量级为20％的改变，这意味着这种通过电极对形成的电容性生物传感器的两个电极之间的电容可以减小到输出电容值的大约80％。因此要采集这种电容值或电容值变化，其中期望能监视大量的反应过程并与此同时监视生物传感器，但是测量费用要保持得比较少。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题在于可以同时监视如开头所介绍的生物传感器装置以及大量的生物反应过程，其中例如可以考虑同时进行10000个过程，而且为此所需要的仪器费用应当保持得比较少。

本发明所基于的思想是，在通常用于生物化学的芯片上分析系统中可以没有问题地在一个芯片上实现所述大量的单个生物传感器，以及可以以相应高的电容下降速率读取这些生物传感器，其中为了测量电容原则上还可以将由测量技术应用公知的原理，即SAR(SuccessiveApproximation Register，逐次逼近寄存器)技术用于以数字形式快速获得足够精确的测量结果。该SAR技术例如由加速度传感器和压力传感器公知，并基于电容差测量，例如参见JosephT.Kung等人的“DigitalCancellation of Noise and Offset for Capacitive Sensors”，Transactionson Instrumentation and Measurement，Vol.42，Nr.5，1993年10月，939-942页。本身公知的SAR技术能以修正的形式有利地在本发明的具有大量生物传感器的生物传感器装置中使用。

本发明提供一种如权利要求1定义的电生物传感器装置。优选的实施方式和扩展在从属权利要求中给出。

在本发明的生物传感器装置中，通过相应感测电极、即生物传感器形成的各个感测电容器按顺序被接通测量电压并被“读取”，其中对每次读取、也就是对每次测量值采集都执行一次SAR近似，在该SAR近似中以相应更高的速率接通各个测量电容器，其中对应于数字测量结果输出中的最高有效位从最高有效的测量电容器开始，根据相应的差值结果又断开或者在此后接通最低位测量电容器时保持接通。最后这些逐次逼近产生一个数字信号，该信号以预定的分辨率(对应于最小的测量电容器)说明基准电容器和各个感测电容器之间的电容差值。由此通过从基准电容器的电容值中减去该电容差值，可以获得各个感测电容器的电容值。但是通常对于另外的数据处理来说直接以数字形式获得并从而可以直接被进一步处理的电容差值已经足够了。