DE10309349B4

DE10309349B4 - Device for analyzing an analyte

Info

Publication number: DE10309349B4
Application number: DE2003109349
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Klapproth
Original assignee: TDK Micronas GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2023-03-04
Also published as: DE10309349A1

Abstract

Vorrichtung (1) zur Untersuchung eines Analyten, mit einem als Halbleiterchip ausgebildeten Träger (2), der einen Aufnahmebereich (3) für den Analyten aufweist, in welchem Aufnahmebereich (3) mindestens ein Rezeptor (4) immobilisiert ist, der beim Kontaktieren eines in dem Analyten enthaltenen Liganden (5) mit diesem eine spezifische Bindung eingeht, mit mindestens einem Detektor (10) zur direkten oder indirekten Detektion der Bindung des Liganden (5) an den Rezeptor (4), wobei der Detektor (10) als optischer Strahlungsempfänger (10) zur Detektion von Lumineszenzstrahlung (9) ausgebildet ist, die in Abhängigkeit von der Bindung des Liganden (5) an den Rezeptor (4) auftritt, mit mindestens einer optischen Strahlungsquelle (8) zur Anregung der Emission von Lumineszenzstrahlung (9) in Abhängigkeit von der Bindung des Liganden (5) an den Rezeptor (4), mit mindestens einem, auf dem Träger (2) angeordneten pH-Sensor (12) zur Messung des pH-Werts des Analyten, wobei der Detektor (10), der pH-Sensor (12) und die Strahlungsquelle (8) in den Halbleiterchip...contraption (1) for examining an analyte, with a semiconductor chip trained carrier (2), which has a receiving area (3) for the analyte, in which receiving area (3) at least one receptor (4) immobilized when contacting a ligand contained in the analyte (5) enters into a specific binding with it, with at least a detector (10) for directly or indirectly detecting the binding of the Ligands (5) to the receptor (4), wherein the detector (10) as optical radiation receiver (10) is designed for the detection of luminescence radiation (9), the dependent from the binding of the ligand (5) to the receptor (4) occurs with at least one optical radiation source (8) for exciting the Emission of luminescent radiation (9) depending on the binding of the Ligand (5) to the receptor (4), with at least one, on the carrier (2) arranged pH sensor (12) for measuring the pH of the analyte, wherein the detector (10), the pH sensor (12) and the radiation source (8) into the semiconductor chip ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Analyten, mit einem als Halbleiterchip ausgebildeten Träger, der einen Aufnahmebereich für den Analyten aufweist, in welchem Aufnahmebereich mindestens ein Rezeptor immobilisiert ist, der beim Kontaktieren eines in dem Analyten enthaltenen Liganden mit diesem eine spezifische Bindung eingeht, mit mindestens einem Detektor zur direkten oder indirekten Detektion der Bindung des Liganden an den Rezeptor, und mit mindestens einem, auf dem Träger angeordneten pH-Sensor zur Messung des pH-Werts des Analyten.The Invention relates to a device for analyzing an analyte, with a carrier formed as a semiconductor chip, the receiving area for the Analyte has, in which receiving area at least one receptor immobilized when contacting a contained in the analyte Ligands with this a specific binding enters, with at least a detector for direct or indirect detection of binding of the ligand to the receptor, and at least one, on the carrier arranged pH sensor for measuring the pH of the analyte.

Eine derartige Vorrichtung ist aus WO 00/65348 A2 bekannt. Sie weist einen Träger mit einem Aufnahmebereich auf, in dem mehrere, zur Untersuchung einer Analyten vorgesehene Sensorelemente angeordnet sind. Eines der Sensorelemente ist ein pH-Sensor und die anderen Sensorelemente sind Biosensoren. Die Biosensoren weisen jeweils einen in dem Aufnahmebereich immobilisierten Rezeptor auf, der beim Kontaktieren eines in dem Analyten enthaltenen Liganden mit diesem eine spezifische Bindung eingehen. Die Sensorelemente haben einen Halbleiterchip mit einem Transducer, der in Abhängigkeit von der Bindung des Liganden an den Rezeptor ein elektrisches Signal erzeugt, das an eine Anzeigeeinrichtung weitergeleitet wird. Ferner ist aus WO 00/65348 A2 bekannt, dass die Biosensoren in Abhängigkeit von der Bindung des Liganden an den Rezeptor Fluoreszenz- oder Biolumineszenzstrahlung erzeugen. Mit Hilfe der Vorrichtung können Bakterien in dem Analyten detektiert werden.A Such device is known from WO 00/65348 A2. She points a carrier with a recording area in which several, for examination an analyte provided sensor elements are arranged. One the sensor elements is a pH sensor and the other sensor elements are Biosensors. The biosensors each have one in the receiving area immobilized receptor, which upon contacting a in the Analytes contained ligands with this one specific binding received. The sensor elements have a semiconductor chip with a Transducer dependent from the binding of the ligand to the receptor an electrical signal generated, which is forwarded to a display device. Further is known from WO 00/65348 A2 that the biosensors depending from the binding of the ligand to the receptor, fluorescent or bioluminescent radiation produce. With the help of the device, bacteria in the analyte be detected.

Aus WO 01/64945 A2 ist ferner eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Analyten bekannt, die einen in ein Halbleitersubstrat integrierten Feldeffekttransistor aufweist, auf dessen Gate ein Rezeptor immobilisiert ist, der für einen in einem Analyten enthaltenen Liganden bindungsspezifisch ist. In Abhängigkeit von der Bindung des Liganden werden mit Hilfe einer enzymatischen Reaktion Protonen erzeugt, die mittel des Feldeffekttransistors detektiert werden. Ungünstig ist dabei jedoch, dass durch die enzymatische Reaktion der pH-Wert in dem Analyten verändert wird.Out WO 01/64945 A2 is also an apparatus for examining a Analytes known that integrated into a semiconductor substrate Field effect transistor has immobilized on the gate of a receptor is that for a ligand contained in an analyte binding specific is. Dependent on from the binding of the ligand are using an enzymatic Reaction Protons generated by the field effect transistor be detected. Unfavorable is, however, that by the enzymatic reaction of the pH changed in the analyte becomes.

Aus WO 05/14962 A1 und US 6,063,637 sind Vorrichtungen zur Untersuchung eines Analyten bekannt, die einen mit dem Analyten in Kontakt stehenden Halbleiterchip mit pH-Sensoren aufweisen, die dazu dienen, eine pH-Wertveränderung zu messen, die durch eine in dem Analyten auftretende enzymatische Reaktion verursacht wird. Die pH-Sensoren sind mit Hilfe von Lichtpulsen ansteuerbar, die von einer getakteten Lichtquelle abgegeben werden. Zur Bestimmung der pH-Wertveränderung wird der Unterschied der mit Hilfe der pH-Sensoren einerseits in den Pulsphasen und andererseits in den Pulspausen des modulierten Lichts gemessenen Messwerte ausgewertet. Auch diese Vorrichtungen haben den Nachteil, dass durch die für Messung erforderliche enzymatische Reaktion der pH-Wert des Analyten verändert wird.From WO 05/14962 A1 and US 6,063,637 For example, there are known devices for assaying an analyte which comprise a semiconductor chip in contact with the analyte with pH sensors which serve to measure a pH change caused by an enzymatic reaction occurring in the analyte. The pH sensors can be controlled by means of light pulses emitted by a pulsed light source. To determine the pH change, the difference between the measured values measured with the aid of the pH sensors on the one hand in the pulse phases and on the other hand in the pulse pauses of the modulated light is evaluated. These devices also have the disadvantage that the pH of the analyte is changed by the enzymatic reaction required for the measurement.

Aus US 6,391,261 B1 ist ferner eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Analyten bekannt, die zwei voneinander getrennte Aufnahmebereiche für den Analyten aufweist. Ein erster Aufnahmebereich ist zur Durchführung von pH-Messungen und ein zweiter Aufnahmebereich zur Durchführung eines Immuno-Assays vorgesehen. In dem zweiten Aufnahmebereich ist eine Membran angeordnet, auf der ein Rezeptor immobilisiert ist, der beim Kontaktieren eines in dem Analyten enthaltenen Liganden mit diesem eine spezifische Bindung eingeht. Die Vorrichtung hat den Nachteil, dass für das Assay und die pH-Messung getrennte Versuche durchgeführt werden müssen.Out US 6,391,261 B1 Further, an apparatus for assaying an analyte is known, which has two separate receiving areas for the analyte. A first receiving area is provided for performing pH measurements and a second receiving area for performing an immunoassay. In the second receiving region, a membrane is arranged, on which a receptor is immobilized, which forms a specific bond upon contacting a ligand contained in the analyte with this. The device has the disadvantage that separate tests must be carried out for the assay and the pH measurement.

Aus DE 101 63 699 A1 ist außerdem eine Vorrichtung zur Untersuchung eines Analyten bekannt, die einen Aufnahmebereich hat, in dem ein Feldeffekttransistor angeordnet ist, auf dessen Gate ein Rezeptor immobilisiert ist, der beim Kontaktieren eines in dem Analyten enthaltenen Liganden mit diesem einen Rezeptor-Liganden-Komplex bildet. Im Anschluss an die Ausbildung des Rezeptor-Liganden-Komplexes wird ein enzymatischer Schritt durchgeführt, bei dem die Enzymleistung zu einer mit Hilfe des Feldeffekttransistors messbaren Veränderung der Masse des dieses Komplexes führt. Zusätzlich zu dem Feldeffekttransistor ist in dem Aufnahmebereich zur Messung der enzymbedingten Signale ein pH-Sensor angeordnet. Die Vorrichtung ermöglicht es, unter weitestgehender Vermeidung einer Drift den Liganden in dem Analyten zu detektieren. Ungünstig ist jedoch, dass für die Messung ein enzymatischer Schritt durchgeführt werden muss.Out DE 101 63 699 A1 In addition, there is known a device for assaying an analyte which has a receiving region in which a field-effect transistor is arranged, on the gate of which a receptor is immobilized which forms a receptor-ligand complex upon contacting a ligand contained in the analyte with the latter. Subsequent to the formation of the receptor-ligand complex, an enzymatic step is carried out in which the enzyme power leads to a measurable by means of the field effect transistor change in the mass of this complex. In addition to the field-effect transistor, a pH sensor is arranged in the receiving area for measuring the signals caused by the enzyme. The device makes it possible to detect the ligand in the analyte while avoiding drift as much as possible. However, it is unfavorable that an enzymatic step has to be carried out for the measurement.

Aus EP 0,723 146 A1 ist ferner eine Vorrichtung bekannt, die einen CCD-Sensor mit einer Vielzahl von matrixförmig angeordneten Strahlungsempfängern als Detektoren auf. Die einzelnen Detektoren des CCD-Sensors sind mit unterschiedlichen biologischen Rezeptoren beschichtet, die jeweils mit einem bestimmten Liganden eine spezifische Bindung eingehen können. Zum Untersuchen eines Analyten, von dem vermutet wird, dass er mindestens einen dieser Liganden enthält, wird der Analyt mit den Rezeptoren in Kontakt gebracht. Dabei bindet der Analyt an den Rezeptor, der für ihn bindungsspezifisch ist, an. Der auf diese Weise gebildete Rezeptor-Liganden-Komplex wird mit einem Lumineszenz-Stoff markiert. Zum Nachweis des Lumineszenz-Stoffs und somit indirekt auch des Liganden wird der Lumineszenz-Stoff mit Hilfe der Strahlungsquelle mit einer optischen Strahlung bestrahlt, welche ihn zur Abgabe von Lumineszenzstrahlung angeregt. Diese wird mittels des Detektors gemessen. Die spektrale Empfindlichkeit der Detektoren ist so gewählt, dass diese zwar für die Lumineszenzstrahlung, nicht jedoch für die Strahlung, mit welcher der Lumineszenz-Stoff angeregt wird, empfindlich sind. Mit Hilfe der Vorrichtung kann also überprüft werden, ob ein bestimmter Ligand in dem Analyten enthalten ist oder nicht. Darüber kann durch Messung der Intensität der Lumineszenzstrahlung auch die Konzentration des Liganden in dem Analyten bestimmt werden. Dennoch ermöglicht die Vorrichtung nur eine begrenzte Untersuchung des Analyten. Insbesondere lässt sich die biologische Wirkung, die der Ligand auf das ihn umgebende Milieu hat, mit Hilfe der Vorrichtung nicht oder nur schlecht untersuchen.Out EP 0,723,146 A1 Furthermore, a device is known, which has a CCD sensor with a plurality of matrix-like radiation receivers as detectors. The individual detectors of the CCD sensor are coated with different biological receptors, which can each undergo a specific binding with a specific ligand. To assay an analyte suspected of containing at least one of these ligands, the analyte is contacted with the receptors. The analyte binds to the receptor, which is binding-specific for him. The receptor-ligand complex formed in this way is labeled with a luminescent substance. For the detection of the luminescent substance and thus indirectly also the ligand of the lumines Zenz fabric irradiated by means of the radiation source with an optical radiation, which stimulates him to emit luminescent radiation. This is measured by means of the detector. The spectral sensitivity of the detectors is chosen so that they are sensitive to the luminescence radiation, but not to the radiation with which the luminescent substance is excited. With the help of the device can thus be checked whether a particular ligand is included in the analyte or not. In addition, by measuring the intensity of the luminescence radiation, the concentration of the ligand in the analyte can also be determined. Nevertheless, the device allows only limited analysis of the analyte. In particular, the biological effect that the ligand has on the environment surrounding it can not or only poorly investigated with the aid of the device.

Es besteht deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf einfache Weise eine weitgehende Untersuchung des Analyten ermöglicht.It There is therefore the task of a device of the aforementioned To create a way to easily conduct a thorough investigation of the Analytes enabled.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a device having the features of the claim 1 solved.

In vorteilhafter Weise ist es dadurch möglich, mit der Vorrichtung einerseits das Vorhandensein eines Liganden zu detektieren und gegebenenfalls dessen Konzentration in dem Analyten zu Messen und andererseits aber auch über den pH-Sensor Messwerte über die Wirkung der Liganden zu erfassen, die diese auf in ihrer Umgebung befindliche Biokomponenten haben. Ein Lumineszenzstoff zum direkten oder indirekten Markieren von Rezeptor-Ligandenkomplexen kann mit Hilfe der optischen Anregungs-Strahlungsquelle zur Abgabe der Lumineszenzstrah lung angeregt werden, um diese dann zu detektieren. Somit können auf einfache Weise mindestens zwei unterschiedliche Klassen von Messereignissen erfasst werden. Der pH-Sensor kann z.B. eine Silber/Silber-Chlorid-Elektrode oder ein ionenselektiver Feldeffekttransistor (ISFET) sein. Gegebenenfalls kann das Vorhandensein eines Rezeptor-Liganden-Komplexes mit Hilfe des wenigstens einen Detektors auch indirekt gemessen werden, indem an den Rezeptor-Liganden-Komplex eine Biokomponente, ein Partikel oder dergleichen Marker angelagert wird, für den der Detektor empfindlich ist. Die Vorrichtung kann kompakte Abmessungen aufweisen. Außerdem lässt sie sich kostengünstig in großer Stückzahl herstellten.In Advantageously, this makes it possible with the device on the one hand to detect the presence of a ligand and optionally its Concentration in the analyte to measure and on the other hand also on the pH sensor readings over to capture the effect of the ligands that these on in their environment have located biocomponents. A luminescent substance for direct or indirect labeling of receptor-ligand complexes can with Help the optical excitation radiation source to deliver the Lumineszenzstrah ment be excited to then detect them. Thus, you can easily at least two different classes of measurement events be recorded. The pH sensor may e.g. a silver / silver chloride electrode or an ion selective field effect transistor (ISFET). Possibly can help with the presence of a receptor-ligand complex of the at least one detector can also be measured indirectly by to the receptor-ligand complex attached a biocomponent, a particle or the like marker is for the detector is sensitive. The device can be compact Dimensions have. Furthermore let her cost-effective in big quantity manufactured.

Die Vorrichtung kann beispielsweise in der Lebensmittelanalytik dazu verwendet werden, um in einem Lebensmittel eine bestimmte Art von Pilzen oder Bakterien zu detektieren und zusätzlich durch Messung des pH-Werts eine Information darüber zu gewinnen, ob und gegebenenfalls in welchem Umfang die Pilze oder Bakterien bereits eine Zersetzung des Lebensmittels bewirkt haben.The Device can, for example, in food analysis to do so used to be in a food a certain kind of To detect fungi or bacteria and additionally by measuring the pH an information about it to win, if and if so to what extent the mushrooms or Bacteria have already caused a decomposition of the food.

Die Vorrichtung kann auch bei der Fermentüberwachung in der Biotechnologie eingesetzt werden. In diesem Fall ist der mindestens eine Rezeptor für ein bestimmtes, in dem Analyt zu überwachendes Enzym bindungsspezifisch. Mit Hilfe des pH-Sensors lässt sich die chemische Reaktion, die das Enzym aufgrund seiner Anwesenheit in einem Substrat auslöst, und somit der Fortgang der Fermentierung überwachen.The Device can also be used in ferment monitoring in biotechnology be used. In this case, the at least one receptor is for a particular enzyme to be monitored in the analyte bond-specific. With the aid of the pH sensor, the chemical reaction, which triggers the enzyme due to its presence in a substrate, and thus monitor the progress of the fermentation.

Die Vorrichtung kann außerdem in der Stuhl-Fäkalanalytik verwendet werden, um mit Hilfe der aus dem wenigstens einen Rezeptor und dem Detektor gebildeten Sensoranordnung beispielsweise Durchfallerreger oder dergleichen Bakterien zu detektieren, und mittels des pH-Sensors ein Messsignal über die Wirkung zu gewinnen, die der Durchfallerreger oder die Bakterien auf den Verdauungsprozess haben.The Device can as well in stool faecal analysis be used to with the help of the at least one receptor and the sensor arrangement formed by the detector, for example, diarrhea or the like to detect bacteria, and by means of the pH sensor a measurement signal via to gain the effect of the diarrhea or the bacteria to have on the digestive process.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der mindestens eine Rezeptor für in der menschlichen und/oder tierischen Mundflora auftretende Bakterien und/oder Krankheitserreger bindungsspezifisch, insbesondere für Kariesbakterien. Die Vorrichtung ermöglicht dann eine einfache Überprüfung der Zahn- und/oder Mundhygiene, indem eine Speichelprobe mit der Vorrichtung untersucht wird. Dabei werden sowohl die Spezies der Kariesbakterien als auch der pH-Wert bestimmt. Je nach Untersuchungsergebnis kann der Anwender dann gegebenen falls entsprechende Maßnahmen ergreifen, um eventuell vorhandene Kariesbakterien abzutöten, beispielsweise durch Anwendung eines desinfizierenden Mundwassers.at an advantageous embodiment the invention is the at least one receptor for in human and / or animal oral flora occurring bacteria and / or pathogens binding-specific, especially for caries bacteria. The device allows then a simple review of the Dental and / or oral hygiene, by examining a saliva sample with the device. there Both the species of caries bacteria and the pH certainly. Depending on the examination result, the user can then if necessary appropriate measures take to kill any existing caries bacteria, for example by using a disinfectant mouthwash.

Vorteilhaft ist, wenn der mindestens eine Rezeptor für enterohämorrhagische Escherichia-coli-Bakterien (EHEC-Bakterien) und/oder wenigstens ein Toxin, das diese Bakterien abgegeben, bindungsspezifisch ist. Die Vorrichtung kann dann in der Lebensmittelanalytik, beispielsweise zur Untersuchung von Rindfleisch, der Wasseranalytik und/oder der Stuhl-Fäkalanalytik zum Nachweis von für den Menschen gefährlichen Choli-Bakterien verwendet werden.Advantageous is when the at least one receptor for Enterohemorrhagic Escherichia coli bacteria (EHEC bacteria) and / or at least one toxin containing these bacteria given, binding is specific. The device can then in food analysis, for example for the study of beef, the water analysis and / or the stool-fäkalanalytik for the proof of for the Dangerous people Choli bacteria are used.

Vorteilhaft ist, wenn die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung mit einem Speicher mit darin abgelegten Referenzwerten oder Referenzbereichen und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Referenzwerte oder Referenzbereiche mit Messwerten des Detektors und des pH-Sensors aufweist, und wenn die Auswerteeinrichtung zur Ausgabe eines in Abhängigkeit von dem Ergebnis dieses Vergleichs generierten Ausgangssignals mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden ist. Die Vorrichtung ist dann noch einfacher anwendbar, wobei an der Anzeigeeinrichtung gleich ablesbar ist, ob die mit der Vorrichtung erfassten Messsignale innerhalb eines vorgegebenen oder vorgebbaren Sollwertbereichs liegen oder nicht.It is advantageous if the device has an evaluation device with a memory with reference values or reference ranges stored therein and a comparison device for comparing the reference values or reference ranges with measured values of the detector and the pH sensor, and if the evaluation device for outputting this depends on the result comparison generated output signal is connected to a display device. The device is then even easier to use, wherein the display device is the same read whether the measured signals detected by the device are within a predetermined or predetermined setpoint range or not.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Speicher wenigstens eine Information abgelegt, die einer Maßnahme zugeordnet ist, durch deren Vornahme eine Abweichung der Messwerte von den Referenzwerten oder Referenzbereichen reduziert oder beseitigt wird, wobei die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet ist, dass diese Information beim Auftreten der Abweichung an der Anzeigeeinrichtung zur Anzeige gebracht wird. Über die Anzeige können dann beim Auftreten der Abweichung gleich entsprechende Verhaltens- oder Therapiehinweise an den Benutzer übermittelt werden. Dabei ist es sogar möglich, dass für mehrere unterschiedliche Abweichungen verschiedene Information gespeichert sind, die beim Auftreten der jeweiligen Abweichung jeweils angezeigt werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass bei einer Vorrichtung zur Überprüfung der Zahn- oder Mundhygiene, beim Detektieren bestimmter Bakterien in einer Speichelprobe und beim gleichzeitigen Messen eines saueren pH-Werts der Speichelprobe an der Anzeige eine Information ausgegeben wird, wonach der Benutzer der Vorrich tung die Zuckeraufnahme reduzieren, die Zähne putzen und/oder ein desinfizierendes Mundwasser anwenden soll, um unerwünschte Keime abzutöten.at an expedient embodiment The invention stores at least one piece of information in the memory. the one measure is assigned by their performance, a deviation of the measured values reduced or eliminated from the reference values or reference ranges is, wherein the evaluation device is designed such that this information when the deviation on the display device is displayed. About the Can display then, when the deviation occurs, corresponding behavioral or therapeutic advice to the user. It is it even possible that for several different deviations stored different information are each displayed when the respective deviation occurs become. So it is conceivable, for example, that in a device to check the Dental or oral hygiene, when detecting certain bacteria in a saliva sample and while measuring an acidic pH of the saliva sample information is displayed on the display, according to which the user of the Vorrich tion reduce the sugar intake, brush the teeth and / or a disinfectant To use mouthwash to kill unwanted germs.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswerteeinrichtung und/oder die Anzeige eine Aufnahme auf, die lösbar mit dem Träger verbindbar ist, wobei an dem Träger elektrische Anschlusskontakte und an der Auswerteeinrichtung und/oder der Anzeige dazu passende Gegenkontakte vorgesehen sind, die in Verbindungsstellung die Anschlusskontakte kontaktieren. Der Träger kann dann z.B. die Form eines Streifens oder eines Plättchens haben, der (das) leicht mit dem zu untersuchenden Analyten in Kontakt gebracht und danach zum Durchführen einer Messung in die Aufnahme eingesetzt werden kann. Die elektrische Stromversorgung für den Träger ist vorzugsweise an der Auswerteeinrichtung und/oder der Anzeige vorgesehen, so dass der Träger, wenn er von der Aufnahme getrennt ist, frei von elektrischen Spannungen ist. Der Träger kann deshalb zum Abnehmen des Analyten auch direkt mit dem menschlichen oder tierischen Körper in Berührung gebracht werden, beispielsweise einer Schleimhaut.at an expedient embodiment The invention has the evaluation device and / or the display a recording that is solvable with the carrier is connectable, wherein on the carrier electrical connection contacts and at the evaluation device and / or the display matching mating contacts are provided in Connection position contact the connection contacts. The carrier can then e.g. have the shape of a strip or a tile, that (that) easily contacted with the analyte to be examined and then for Carry out a measurement can be used in the recording. The electric Power supply for the carrier is preferably at the evaluation device and / or the display provided so that the wearer, when disconnected from the receptacle, free of electrical voltage is. The carrier Therefore, to remove the analyte also directly with the human or animal body in touch be brought, for example, a mucous membrane.

Vorteilhaft ist, wenn der Träger durch einen Wandungsbereich einer eine Innenhöhlung mit wenigstens einer Einlass- und mindestens eine Auslassöffnung umgrenzenden Messkammer gebildet ist, und wenn der mindestens eine Rezeptor an der Innenwand der Messkammer der Innenhöhlung zugewandt angeordnet ist. Über die Einlass- und Auslassöffnungen kann dann auf einfache Weise der Analyt, eine Spülflüssigkeit zum Reinigen Messkammer und/oder ein Lumineszenzstoff zum direkten oder indirekten Markieren von Rezeptor-Ligandenkomplexen zugeführt werden.Advantageous is when the carrier through a wall region of an inner cavity with at least one Inlet and at least one outlet opening surrounding the measuring chamber is formed, and if the at least one receptor on the inner wall the measuring chamber of the inner cavity is arranged facing. about the inlet and outlet openings can then easily the analyte, a rinsing liquid for cleaning the measuring chamber and / or a luminescent substance for direct or indirect marking of Fed to receptor-ligand complexes become.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind auf dem Träger mehrere Detektoren angeordnet, auf denen Rezeptoren immobilisiert sind, wobei die den einzelnen Detektoren zugeordneten Rezeptoren für unterschiedliche Liganden bindungsspezifisch sind. Die Rezeptoren können dabei beispielsweise für Kariesbakterien, Krankheitserreger und in der normalen Mundflora enthaltene Komponenten bindungsspezifisch sein.at an expedient embodiment of the invention are on the carrier arranged several detectors on which receptors are immobilized, wherein the receptors associated with the individual detectors for different Ligands are binding-specific. For example, the receptors can be for caries bacteria, Pathogens and components contained in the normal oral flora be binding specific.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:following are exemplary embodiments the invention explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1 eine Aufsicht auf einen Träger mit Sensoren zur Untersuchung eines Analyten, 1 a view of a carrier with sensors for examining an analyte,

2 einen Querschnitt durch eine Messkammer zur Untersuchung eines Analyten, 2 a cross section through a measuring chamber for the examination of an analyte,

3 einen Querschnitt durch einen Strahlungsempfänger, auf dem eine Rezeptorschicht immobilisiert ist, die durch einen Lumineszenz-Stoff markierte Liganden bindet, und 3 a cross-section through a radiation receiver on which a receptor layer is immobilized, which binds by a luminescent substance labeled ligands, and

4 eine Darstellung ähnlich 3, wobei der Lumineszenz-Stoff mit Hilfe von Anregungs-Strahlung zur Abgabe von Lumineszenz-Strahlung angeregt wird, und wobei die Anregungs- und Lumineszenz-Strahlung schematisch in Form von Strahlen dargestellt sind. 4 a representation similar 3 wherein the luminescent substance is excited by means of excitation radiation for emitting luminescence radiation, and wherein the excitation and luminescence radiation are shown schematically in the form of rays.

Eine im Ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung zur Untersuchung eines Analyten weist einen Träger 2 auf, der einen Aufnahmebereich 3 für den Analyten hat. In dem Aufnahmebereich 3 sind an der Oberfläche des Trägers 2 matrixartig mehrere Bereiche angeordnet, in denen unterschiedliche Rezeptoren 4 immobilisiert sind, die jeweils mit einem bestimmten Liganden 5 eine spezifische Bindung eingehen können. Der Ligand 5 kann beispielsweise eine Bakterie, eine Nukleinsäure oder ein Derivat davon (DNA, RNA, PNA, LNA, Oligonukleotide, Plasmide, Chromosomen), ein Peptid, ein Protein (Enzym, Oligopeptide, zelluläre Rezeptorproteine und deren Komplexe, Peptidhormone, Antikörper und deren Fragmente), eine Kohlenhydrat oder ein Derivat davon, insbesondere ein glykosyliertes Protein oder Glycosid, ein Fett, eine Fettsäure und/oder ein Lipid sein.One in total with 1 The device for analyzing an analyte has a carrier 2 on top of a receiving area 3 for the analyte. In the reception area 3 are on the surface of the carrier 2 arranged in a matrix like several areas where different receptors 4 are immobilized, each with a specific ligand 5 to be able to form a specific bond. The ligand 5 For example, a bacterium, a nucleic acid or a derivative thereof (DNA, RNA, PNA, LNA, oligonucleotides, plasmids, chromosomes), a peptide, a protein (enzyme, oligopeptides, cellular receptor proteins and their complexes, peptide hormones, antibodies and their fragments) , a carbohydrate or a derivative thereof, in particular a glycosylated protein or glycoside, a fat, a fatty acid and / or a lipid be.

Zum Untersuchen des Analyts wird dieser mit den Rezeptoren in Kontakt gebracht. Wenn in dem Analyten ein Ligand 5 enthalten ist, für den einer der auf dem Träger 2 befindlichen Rezeptoren 4 spezifisch ist, bindet ein Epitop des Liganden 5 an den Rezeptor 4, wodurch der Ligand an der Oberfläche des Trägers 2 immobilisiert wird, Mit dem oder den auf diese Weise immobilisierten Liganden 5 werden sekundäre Antikörper 6 in Kontakt gebracht, die mit einem Lumineszenz-Stoff 7 markiert sind. Die sekundären Antikörper 6 binden an die Epitope 5, wodurch die jeweils aus einem Rezeptor 4 und einem daran gebundenen Epitop 5 bestehenden Komplexe indirekt mit dem Lumineszenz-Stoff 7 markiert werden. Danach wird der Träger 2 zum Entfernen der nicht an einen Rezeptor 4 gebundenen Bestandteile des Analyten mit einer Spülflüssigkeit abgespült und getrocknet.To examine the analyte, it is brought into contact with the receptors. If in the analyte a ligand 5 is included for the one of the carrier 2 located receptors 4 specifically binds an epitope of the ligand 5 to the receptor 4 , causing the ligand on the surface of the support 2 With the immobilized ligand or ligands in this way 5 become secondary antibodies 6 brought into contact with a luminescent substance 7 are marked. The secondary antibodies 6 bind to the epitopes 5 , whereby each of a receptor 4 and an epitope attached to it 5 existing complexes indirectly with the luminescent substance 7 be marked. After that, the carrier becomes 2 to remove the not to a receptor 4 rinsed bound components of the analyte with a rinsing liquid and dried.

Der Träger 2 ist als Halbleiterchip ausgebildet, in den eine optische Strahlungsquelle 8 in Form einer Leuchtdiode integriert ist. In 2 ist die Strahlungsquelle 8 nur schematisch durch einen Kreis angedeutet. Das Spektrum der Strahlungsquelle 9 hat wenigstens eine Anregungswellenlänge, bei welcher der Lumineszenz-Stoff 7 zur Abgabe von Lumineszenzstrahlung 9 angeregt wird.The carrier 2 is formed as a semiconductor chip, in which an optical radiation source 8th is integrated in the form of a light emitting diode. In 2 is the radiation source 8th only schematically indicated by a circle. The spectrum of the radiation source 9 has at least one excitation wavelength at which the luminescent substance 7 for emitting luminescence radiation 9 is stimulated.

Zum Detektieren der von dem Lumineszenz-Stoff 7 ausgesandten Lumineszenzstrahlung 9 und damit indirekt auch der Liganden 5 sind in ein Halbleitersubstrat des Trägers 2 mehrere, jeweils als Strahlungsempfänger ausgebildete Detektoren 10 integriert, die mit ihrer Detektionsseite jeweils einem der Rezeptor-Bereiche zugewandt sind. In 3 und 4 ist erkennbar, dass die Rezeptoren 4 jeweils direkt an der Oberfläche des Detektors 10 angeordnet sind und diese abdecken. Die spektrale Empfindlichkeit der Detektoren 10 ist derart ausgebildet, dass diese zwar die Lumineszenzstrahlung 9, nicht aber die von der Strahlungsquelle 8 ausgesandte Anregungsstrahlung 11 detektieren. Es ist aber auch denkbar, dass der Rezeptor-Liganden-Komplex und/oder ein daran angebundener Marker mit Hilfe der Strahlungsquelle 8 zur Lumineszenz angeregt, die Strahlungsquelle 8 dann abgeschaltet und mit dem Detektor 10 ein Nachleuchten des Rezeptor-Liganden-Komplexes und/oder des Markers gemessen wird. Ein derartiges zeitaufgelöstes Messverfahren ist in WO 2003008974 A1 beschrieben. Anhand der Intensität der von den Detektoren 10 detektierten Lumineszenzstrahlung kann die Konzentration der diesen jeweils zugeordneten Liganden 5 bestimmt werden.For detecting the luminescent substance 7 emitted luminescence radiation 9 and thus indirectly also the ligands 5 are in a semiconductor substrate of the carrier 2 several, each designed as a radiation detector detectors 10 integrated, with their detection side each facing one of the receptor areas. In 3 and 4 it is recognizable that the receptors 4 each directly on the surface of the detector 10 are arranged and cover these. The spectral sensitivity of the detectors 10 is designed such that this indeed the luminescence radiation 9 but not from the radiation source 8th emitted excitation radiation 11 detect. However, it is also conceivable that the receptor-ligand complex and / or a marker attached thereto with the aid of the radiation source 8th excited to luminescence, the radiation source 8th then shut off and with the detector 10 an afterglow of the receptor-ligand complex and / or the marker is measured. Such a time-resolved measuring method is described in WO 2003008974 A1. Based on the intensity of the detectors 10 detected luminescence radiation, the concentration of the respective ligands assigned thereto 5 be determined.

Zur Messung des pH-Werts des Analyten ist an der Oberfläche des Trägers 2 benachbart zu den Rezeptoren 4 ein pH-Sensor 12 angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist der pH-Sensor 12 als Silber/Silberchlorid-Elektrode ausgebildet. Mit Hilfe des pH-Sensors 12 ist es möglich, eine durch den Liganden 5 direkt oder indirekt bewirkte Ansäuerung des Analyten zu messen.To measure the pH of the analyte is on the surface of the carrier 2 adjacent to the receptors 4 a pH sensor 12 arranged. According to the embodiment 1 is the pH sensor 12 formed as a silver / silver chloride electrode. With the help of the pH sensor 12 is it possible to get one through the ligand 5 directly or indirectly induced acidification of the analyte to measure.

Die Vorrichtung hat eine Auswerteeinrichtung 13, die in 2 schematisch angedeutet ist. Die Auswerteeinrichtung 13 ist über einen an sich bekannten Schnittstellenschaltkreis 14 mit dem pH-Sensor 12 und den Detektoren 10 verbunden.The device has an evaluation device 13 , in the 2 is indicated schematically. The evaluation device 13 is via a known interface circuit 14 with the pH sensor 12 and the detectors 10 connected.

Die Auswerteeinrichtung 13 hat einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten Daten-Speicher mit einem ersten Speicherbereich, in dem Referenzwerte oder Referenzbereiche abgelegt sind. Zum Vergleichen der mit dem pH-Sensor 12 und den Detektoren 10 erfassten Messsignale mit den Referenzwerten oder Referenzbereichen weist die Auswerteeinrichtung 13 eine Vergleichseinrichtung auf, die mit dem Daten-Speicher und dem Schnittstellenschaltkreis 14 verbunden ist.The evaluation device 13 has a data memory not shown in the drawing with a first memory area in which reference values or reference ranges are stored. To compare with the pH sensor 12 and the detectors 10 detected measurement signals with the reference values or reference ranges, the evaluation device 13 a comparator connected to the data memory and the interface circuit 14 connected is.

In einem zweiten Speicherbereich des Datenspeichers sind Information abgelegt, die jeweils einen Hinweis auf eine Maßnahme enthalten, durch deren Vornahme eine Abweichung eines oder mehrerer Messwerte von den Referenzwerten oder Referenzbereichen reduziert oder kompensiert werden kann. Die Auswerteeinrichtung 13 hat eine mit der Vergleichseinrichtung und dem Datenspeicher verbundene Steuerlogik, die derart ausgebildet ist, dass beim Auftreten einer entsprechenden Abweichung die dieser Abweichung zugeordnete, in dem Datenspeicher abgelegte Information mit Hilfe einer Anzeigeeinrichtung zur Anzeige gebracht wird. Somit ist für den Benutzer der Vorrichtung 1 im Falle einer Abweichung des gemessenen pH-Werts und/oder einer gemessenen Liganden-Konzentration von dem Referenzbereich auf einfache Weise erkennbar, welche Maßnahmen durchgeführt werden können, um diese Abweichung zu reduzieren oder sogar vollständig zu kompensieren. Erwähnt werden soll noch, dass die Auswerteeinrichtung 13 auch softwaremäßig in Form eines Betriebsprogramms verkörpert sein kann, das auf einem Computer abläuft.Information is stored in a second memory area of the data memory, each of which contains an indication of a measure by means of which a deviation of one or more measured values from the reference values or reference ranges can be reduced or compensated. The evaluation device 13 has a control logic connected to the comparison device and the data memory, which is designed in such a way that, when a corresponding deviation occurs, the information associated with this deviation and stored in the data memory is displayed by means of a display device. Thus, for the user of the device 1 in the case of a deviation of the measured pH and / or a measured ligand concentration from the reference range, it is easy to see which measures can be taken to reduce or even completely compensate for this deviation. It should also be mentioned that the evaluation device 13 may also be embodied in software in the form of an operating program that runs on a computer.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist der Schnittstellenschaltkreis 14 in das Halbleitersubstrat des Trägers 2 integriert. An der Oberfläche des Träger 2 sind elektrische Anschlusskontakte 15 vorgesehen, die mit dazu passenden, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Gegenkontakten der Auswerteeinrichtung 13 verbindbar sind. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, die Messsignale von dem pH-Sensor und/oder den Detektoren drahtlos zu der Auswerteeinrichtung 13 zu übertragen.According to the embodiment 1 is the interface circuit 14 into the semiconductor substrate of the carrier 2 integrated. At the surface of the carrier 2 are electrical connection contacts 15 provided with matching, not shown in detail in the drawing mating contacts of the evaluation 13 are connectable. Of course, it is also possible, the measurement signals from the pH sensor and / or the detectors wirelessly to the evaluation 13 transferred to.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 ist der Träger durch einen Wandungsbereich einer Messkammer gebildet, die eine Innenhöhlung umgrenzt, die den Aufnahmebereich 3 für den Analyten bildet. Zum Zu- und Ableiten des Analyten hat die Messkammer eine Einlassöffnung 16 und eine Auslassöffnung 17.According to the embodiment 2 is the carrier through a wall portion of a Measuring chamber formed, which bounds an inner cavity, which forms the receiving area 3 forms for the analyte. For the supply and discharge of the analyte, the measuring chamber has an inlet opening 16 and an outlet opening 17 ,

Claims

Contraption ( 1 for the examination of an analyte, with a carrier designed as a semiconductor chip ( 2 ), which has a receiving area ( 3 ) for the analyte, in which receiving area ( 3 ) at least one receptor ( 4 immobilized upon contacting a ligand contained in the analyte ( 5 ) with this a specific binding enters, with at least one detector ( 10 ) for the direct or indirect detection of the binding of the ligand ( 5 ) to the receptor ( 4 ), the detector ( 10 ) as an optical radiation receiver ( 10 ) for the detection of luminescence radiation ( 9 ), which, depending on the binding of the ligand ( 5 ) to the receptor ( 4 ) occurs, with at least one optical radiation source ( 8th ) for exciting the emission of luminescent radiation ( 9 ) depending on the binding of the ligand ( 5 ) to the receptor ( 4 ), with at least one, on the support ( 2 ) arranged pH sensor ( 12 ) for measuring the pH of the analyte, the detector ( 10 ), the pH sensor ( 12 ) and the radiation source ( 8th ) are integrated into the semiconductor chip, and wherein the at least one receptor ( 4 ) directly on the detector ( 10 ) is arranged.

Contraption ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the at least one receptor ( 4 ) for bacteria and / or pathogens occurring in the human and / or animal oral flora, specifically for caries bacteria.

Contraption ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one receptor ( 4 ) for enterohaemorrhagic Escherichia coli bacteria (EHEC bacteria) and / or at least one toxin released by these bacteria is specific for binding.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises an evaluation device ( 13 ) having a memory with reference values or reference ranges stored therein and a comparison device for comparing the reference values or reference ranges with measured values of the detector ( 10 ) and the pH sensor ( 12 ), and that the evaluation device ( 13 ) is connected to a display device for outputting an output signal generated as a function of the result of this comparison.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one piece of information is stored in the memory, which is assigned to a measure by the action of which a deviation of the measured values from the reference values or reference ranges is reduced or eliminated, and in that the evaluation device ( 13 ) is designed such that this information is displayed when the deviation on the display device.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the evaluation device ( 13 ) and / or the display has a receptacle detachable with the carrier ( 2 ) and that on the support ( 2 ) electrical connection contacts ( 14 ) and at the evaluation device ( 13 ) and / or the display matching mating contacts are provided which in the connection position, the connection contacts ( 15 ) to contact.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the carrier ( 2 ) by a wall region of an inner cavity with at least one inlet opening ( 16 ) and at least one outlet opening ( 17 ) is formed, and that the at least one receptor ( 4 ) is arranged on the inner wall of the measuring chamber facing the inner cavity.

Contraption ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that on the support ( 2 ) several detectors ( 10 ) are arranged on which receptors ( 4 ) are immobilized, and that the individual detectors ( 10 ) associated receptors ( 4 ) for different ligands ( 5 ) are bond-specific.