WO2011042254A1 - Biosensor device comprising a filter monitoring unit - Google Patents

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WO2011042254A1
WO2011042254A1 PCT/EP2010/062507 EP2010062507W WO2011042254A1 WO 2011042254 A1 WO2011042254 A1 WO 2011042254A1 EP 2010062507 W EP2010062507 W EP 2010062507W WO 2011042254 A1 WO2011042254 A1 WO 2011042254A1
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WO
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filter
cleaning
detection
biosensor
pump
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PCT/EP2010/062507
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Andreas Helwig
Christoph Heller
Ulrich Reidt
Alois Friedberger
Eberhard Rose
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Eads Deutschland Gmbh
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    • G01N2035/00554Mixing by a special element, e.g. stirrer using ultrasound

Definitions

  • the invention relates to a biosensor device for detecting biological particles with a detection device having a filter for collecting biological particles.
  • biosensor devices which detect the presence of biological particles such as bacteria, viruses, fungi, yeasts and other microorganisms often have a filter for collection and collection
  • Concentrating the biological particles is formed.
  • a sample containing the biological particles for example a liquid or a gas, is passed either over or through the filter.
  • the filter is designed in such a way that the biological particles to be detected remain suspended while the sample itself continues to flow.
  • biosensor devices use filters that may be formed as membrane filters of various materials.
  • Membrane filters have a porosity which is adapted to the particles to be detected. Thus, the particles can not penetrate the filter, while the surrounding fluid, in which the particles are present, can flow through the filter.
  • biosensor devices for the detection of biological particles which comprise a membrane filter for filtering out biological particles for the purpose of detection are found, for example, in WO2005 / 102528A1 and WO03 / 005013A1.
  • the problem of the clogged filter is solved in that it is discarded after performing the detection step. So will a contamination between
  • a detection device which describes the possibility of cleaning the filter in order to reuse it is disclosed in WO2008 / 135452A2.
  • the filter is usable several times by being regenerated and / or conditioned by suitable chemicals and this is made possible by appropriately controlled pumps and valves.
  • Detection test is performed, but does not guarantee the full functionality of the thus prepared filter. Despite cleaning, biological particles can still clog the filter pores and thus contaminate the subsequent sample. A clean test result can not be guaranteed by the mere standard cleaning of the filter.
  • a biosensor device for detecting biological particles has a detection device for detecting the biological particles present in the sample, wherein the detection device has a filter for collecting biological particles for the purpose of detection. It is particularly advantageous if a filter monitoring device is provided in the biosensor device, which automatically monitors the function of the filter. It is advantageous if this filter monitoring device can detect both a clogging of the filter and a defect of the filter in the form of cracks or breaks and can then output a signal indicating such a dysfunction of the filter.
  • the filter monitoring device has at least one
  • Differential pressure measuring device for measuring a differential pressure across the filter.
  • this differential pressure measuring device is preferably at least one
  • Pressure sensor provided. It is particularly advantageous if two pressure sensors are provided which can measure the differential pressure across the filter.
  • the two pressure sensors are in the flow direction of the sample in which the biological particles to be detected are present, before and after the filter and indicate the pressure difference between the area in front of the filter and the area after the filter. If an extremely high pressure difference between the two pressure sensors is detected by the differential pressure measuring device, this indicates a blockage of the filter membrane.
  • the filter monitoring device has at least one flow quantity measuring device for measuring a flow through the filter.
  • This flow rate measuring device may preferably for controlling a
  • Flow rate can be used to keep it constant. With a clogged filter membrane, the differential pressure between the two pressure sensors would increase at a constant flow rate, whereby a gradual clogging of the filter can be detected.
  • the filter monitoring device has a voltage measuring device for measuring a mechanical stress on the filter.
  • a voltage measuring device for measuring a mechanical stress on the filter.
  • the deflection or the voltage in the filter membrane can be monitored.
  • the voltage measuring device is a piezoelectric
  • the filter monitoring device has a conduction path for establishing an electrical connection on the filter.
  • the conduction path covers the active surface of the filter membrane. If the membrane breaks or gets cracked, the conduction path is also destroyed and loses its conductivity, whereby a defect can be detected on the membrane.
  • the filter monitoring device has an optical detection unit and a light source on a side of the filter facing away from the optical detection unit.
  • the optical detection unit can, for example, a
  • the filter is from one side with light from the light source illuminated, the optical detection unit, which is located on the
  • the filter monitoring device is designed to detect the porosity of the filter.
  • An indication of a defective membrane is the flow resistance that builds up through the filter membrane. This resistance depends u. a. from the porosity of the filter. If cracking occurs, the porosity increases abruptly and the flow resistance decreases. This increase in porosity can be determined by the ratio of pressure change: flow change: volume change.
  • the filter monitoring device is associated with at least one pump for transporting the fluids and / or it is connected thereto.
  • the pump transports the sample and any detection reagents through the biosensor device and in particular through the filter. It is responsible for the flow rate and differential pressure prevailing in the filter area.
  • the flow rate can be kept constant by controlling the pump. With a clogged filter, the flow through the filter is generally hindered, which requires a lot of work by the pump to pump the fluid through the filter. Blockage or incipient blockage of the filter can therefore be detected by monitoring the power consumption or torque of the pump to see if the pump is running at full load. Therefore, it is advantageous if the filter monitoring device a
  • Load measuring device for measuring the load acting on the pump.
  • the filter monitoring device is connected to several sensors for monitoring the filter, it is advantageous if they have one
  • Filter monitoring control device has, which receives the signals from the individual components and / or processed and, depending on the signal, for outputting a shutdown command for the biosensor device is formed.
  • Filter monitoring device using this control device recognize that the filter is clogged or damaged, is an accurate detection of
  • Biosensor device is maintained by either the filter is cleaned (in case of clogging) or replaced (in case of damage or in such a strong blockage that it can not be removed).
  • the filter monitoring control device preferably receives the signals of the differential pressure measuring device and / or the flow quantity measuring device and / or the voltage measuring device and / or the line path and / or the optical detection unit and / or the load measuring device. By receiving the signals, it is therefore capable of any impairment of the
  • Biosensorvoriques issue a shutdown command and a warning signal indicating that the biosensor device is not functioning in the intended manner.
  • the filter monitoring control device further preferably has an evaluation device for evaluating the of the
  • Filterüberwachungs horrungs has received signals, it is capable of evaluating the received signals and to interpret correctly.
  • the flow rate through a filter depends on many different parameters. Significant influencing factors include the filter porosity, the membrane thickness and the applied pressure.
  • the flow / pressure characteristics of a functioning system with intact filters will be similar.
  • Using a new filter it is advantageous to first create a flow / pressure characteristic. Since the flow properties of the filter can only deteriorate during operation, a broken membrane can be determined via the history of the flow / pressure characteristic. If a filter membrane is broken, it comes to a higher Flow through the membrane at lower differential pressure. As a result, one additionally obtains an increased filtered total volume at the same time.
  • the evaluation device can relate these various factors to each other and conclude whether the filter is still functional, whether it is clogged or if it is damaged in any way.
  • a cleaning device for automatically cleaning the filter is provided. Only by cleaning the filter, it is possible that this can be used several times, and it is advantageous if this cleaning takes place automatically and thus requires the lowest possible maintenance.
  • the filter has a heating device with which fluids such as
  • the filter has at least one
  • Heater structure which particularly preferably comprises a conductor as Bankfeldander, and which can be preferably protected by a passivation layer of Si0 2 , Al 2 0 3 , SiC or diamond-like layers.
  • the temperature measurement is also carried out on the filter, particularly preferably by the heating meander and / or by a separate conductor meander and / or an integrated thermocouple and / or a pn junction.
  • the filter is preferably cleaned by transverse and / or flushing with fluids, advantageously several vessels are provided in the biosensor device in which these fluids are stored. By this storage, an automatic operation of the cleaning device is made possible, as so, depending on the size of the vessel, rarely the fluids must be replenished.
  • this fluid is a cleaning fluid. It can be transported to the filter if at least the vessel in which it is stored, for example via a valve connected to the cleaning device.
  • a valve is provided which can select multiple vessels. This can, depending on the valve position, also different cleaning liquids are transported to the cleaning device or to the filter. It can thus both several successive cleaning steps are performed with different liquids, but also the cleaning process can be adapted to the requirements depending on the nature of the detected biological particles.
  • Cleaning device comprises a pump. This pump can do the
  • the pump is not only provided for pumping the cleaning liquid from its vessel to the filter, but can also assume other functions. This includes not only the pumping of all the fluids stored in the several vessels, but also the pumping of the fluid sample.
  • several pumps may be provided in the biosensor device, depending on what needs to meet the biosensor device. If, for example, it is to be transportable and to be able to be integrated into vehicles, it is advantageous if it has the smallest possible dimensions. For fixed use or for use in larger vehicles, it may also be larger in size. Then it is possible to have several pumps in the biosensor device
  • the pump is designed such that they both pump the cleaning fluid through the filter, as they can also backwash and / or backwash. That is, the pump should be designed to pump in at least two different directions.
  • the pump of the filter monitoring device is designed as a pump for pumping the cleaning liquid. So the pump can be several
  • the cleaning liquid is also a simultaneously
  • Biosensor device is used. This can also make room in the
  • the cleaning fluid is an acid or a base or an alcohol or a detergent.
  • the acid or the base may be a weak acid or a weak base. Is this sufficient?
  • cleaning the filter is not enough, it is also possible to use a stronger or stronger acid or a strong base to clean the filter.
  • Organic impurities are preferably by alcohols or
  • a tempering device for tempering the cleaning liquid is advantageously provided. Heating can speed up the cleaning process of the filter. At the same time, however, a cooling of the filter may be necessary if the
  • the tempering device is preferably designed such that it depends on the cleaning process of the filter with the
  • Cleaning fluid is optimized. Depending on the type of cleaning used, it is advantageous if the liquid used for cleaning can be supplied in tempered form.
  • Measuring chamber z. B. be heated by cartridge heaters. A temperature of the liquid by a hose heating is possible.
  • Temperature sensors on the vessels and the filter provided. To determine the exact temperature of the fluid, a temperature sensor is used advantageously introduced directly into the river. Most preferably, the temperature sensor sits in close proximity to the microfilter. A temperature sensor can also be integrated on the filter. This can be done by implanting a PN diode in a silicon membrane, applying conductor tracks
  • thermocouple different materials to form a thermocouple, or applying a Porterbahnmäanders, in the form of a temperature-dependent
  • the temperature sensors can each be protected by a passivation layer.
  • Advantageous is a recycling facility for reprocessing the
  • Cleaning liquid provided.
  • a particle sieve classic filter
  • the recycling device has a particle screen and / or activated carbon.
  • Filter and cleaning fluid are advantageously interchangeable after a maximum number of uses. It is also possible first to clean with recycled cleaning liquid and then to clean with a small amount of fresh solution as the last cleaning step.
  • the cleaning device has a sound generator, in particular an ultrasound unit, or a megasonic unit, for applying sound waves to the filter.
  • a sound generator in particular an ultrasound unit, or a megasonic unit, for applying sound waves to the filter.
  • the cleaning of silicon wafers and other surfaces by means of megasonic is an established method in the semiconductor and
  • Megasound proposed for cleaning filters Due to the cavitation caused by the cavitation, it is possible to effectively clean filter surfaces. This mechanical cleaning can be additionally supported by the use of detergents. Megasonic is particularly suitable for cleaning smooth filter surfaces, as they occur for example in micromechanical filters or in so-called. Track-etched filter membranes. Depending on the design of the
  • filter elements or the megasonic transducer is also a Deep cleaning conceivable. Due to the effective cleaning, a filter element can be recycled, ie reused. Another use of megasonic technology is already conceivable during filtration. On the one hand, air bubbles, which can hinder the filtration, are dissolved and at the same time, particles are prevented from settling. With a suitable choice of megasonic frequency particles of a certain magnitude are set in motion and thereby prevented from settling. Megasound thus supports the filtration process and extends the service life of the filter. Therefore, the ultrasound unit preferably has a sound generator. Of the
  • Sound generator generates ultrasound (frequency about 20 kHz to 1 GHz), in particular megasonic (frequency about 400 kHz to 4 MHz), with which the filter can be applied for cleaning.
  • the detection device further preferably has a detection chamber in which the filter is accommodated.
  • This detection chamber preferably has a separate reactor for
  • Pre-staining of the sample material instead of filtering the water sample (means accumulating the bacteria on the filter surface), adding the probes, reacting the probes with, for example, the bacteria, rinsing unbound probes, detecting, staining also in advance in the separate
  • Reactor take place. This can be tempered or temperature controlled. This changes the process to filling with the water sample, addition of the probes, possible mixing and tempering (reaction probes with, for example, bacteria), pumps through the filter (corresponds to accumulation of bacteria on the filter surface), if necessary rinsing, detection. Pre-staining the sample material in the separate reactor can simplify the reaction of the probes with, for example, the bacteria, since easier mixing is possible than if the bacteria are already immobilized on the filter surface.
  • the detection chamber has a limiting chamber wall.
  • the area of detection is advantageous from the rest of the biosensor device disconnected. Contamination of different biosensor device areas can thus be prevented.
  • the sound generator is advantageously attached to the detection chamber of the detection unit.
  • the megasonic in the detection chamber or on the filter can be applied.
  • a nozzle for exiting by megasonic impacted fluid through the chamber wall is arranged in the detection chamber. From the nozzle then enters the acted upon with megasonic fluid on the filter surface and cleans them.
  • the filter can also be designed as a sound generator.
  • the microfilter itself is an active element, i. H. he can as
  • Ultrasonic generator in particular as a megasonic generator, be formed. This may be particularly advantageous if the biosensor device should be constructed as space-saving.
  • the filter is then formed from a piezoelectric material or a piezoelectric layer is applied to the filter.
  • a piezoelectric material or a piezoelectric layer is applied to the filter.
  • PZT lead zirconate titanate
  • AIN aluminum nitrate
  • piezoelectric layer are applied.
  • the piezoelectric material can be advantageously excited.
  • the piezoelectric material can preferably by another layer, a passivation layer, against environmental influences, in particular
  • the geometry of the membrane and the underlying mechanical support structures under the membrane can be adjusted to allow the
  • Vibration behavior of the membrane at the selected vibration frequency is favorable. Immediately after or even during megasonic cleaning, the
  • Fluidic system can be activated to perform cross or backwash and thus to improve the cleaning procedure.
  • the cleaning device to an EHD unit for
  • Electrohydrodynamic atomization is a process in which a conduit fluid is broken up and dispersed to form a charged nanotube beam. To initiate an EHD beam, electrostatic stress is exerted on the fluid meniscus that exceeds the surface tension that keeps the meniscus intact.
  • the EHD unit has a capillary for introducing the
  • Pressurizing for introducing and passing the cleaning liquid into and through the capillary and an electrical contact for generating an electrostatic field at the end of the capillary a small fluid reservoir stores the conductive process chemical that is to be sprayed, and electrical contact in the reservoir subjects the fluid to potential.
  • a pneumatic control unit applies a controlled pressure to the fluid that is in the reservoir. This results in a flow from the reservoir via a capillary tube into the electrostatic field at the end of the capillary where the fluid is sprayed.
  • the electrohydrodynamic atomization requires only small volumes of fluid. Usage rates can typically be in the range of 0.6 to 2
  • nanodroplets produced by the EHD process are multiply charged, their acceleration can be controlled by the electric field between the exit of the capillary and the object to be cleaned.
  • the capillary of the EHD unit is arranged in the wall of the detection chamber. This allows the nanotubes to be applied directly to the filter.
  • EHD nanodroplets are very small, they are extremely large compared to ions and ion beams. EHD nanodroplets distribute their energy over a broad area of the target, causing them to simultaneously detach and remove micron and submicron particles. These may be organic films and / or metallic impurities. The energy of an EHD nanodroplet is due to the large number of nuclei in the
  • the control of the EHD nanodroplets is implemented electrically by charging the fluid to a certain range where capillary leaks out and is manipulated by the electric field.
  • the speed and size can be changed, resulting in a wide range of process settings, so as to match the nanodroplets to the contaminants and substrate.
  • Nanodroplets can be made to impart an optimal momentum to the particles.
  • the filter surface By introducing a microcapillary through the wall of the detection chamber, the filter surface can be cleaned. In this case, a cleaning effect is achieved without introducing high energies, ie the membrane is mechanically stressed very little.
  • the fluidic system can be activated to perform cross or backflushing to improve the cleaning procedure.
  • the cleaning device has an electrical cleaning device for electrochemical cleaning of the filter.
  • the cleaning of the filter is carried out by electrophoresis and / or electroosmosis and / or electrolysis.
  • Electrode width and spacing can be z. B. 1 to 10 pm. They can be protected with a passivation layer and also electrically insulated.
  • the fluidic system can be activated in order to perform cross or backwashing and thus to improve the cleaning procedure.
  • the particles can be washed away as soon as they pass through the electrophoresis or
  • Dielectrophoretic process be transported across the filter surface and pass a pore.
  • the liquid therein can be pumped when an electric field is applied across electrodes, the across across the filter surface falls off. This allows the liquid and with it the particles contained therein to move. The cleaning effect can be increased if an alternating field is applied.
  • This reciprocating pump corresponds to one
  • the fluidic system can be activated to perform cross or backwash and thus the
  • the electrolysis with gas formation can also act as a cleaning of the filter surface.
  • a liquid is split into gases on the filter surface (design as electrode) while supplying electrical voltage. These rising gases dissolve the particles on the filter surface and make it possible to remove the impurities.
  • the counter electrode may be attached to the wall of the detection chamber.
  • the interdigital electrodes are made of platinum and / or im
  • the cleaning device has at least one
  • the cleaning control device is designed to activate and deactivate the ultrasound unit and / or the EHD unit and / or the electrochemical cleaning and / or the pump.
  • Cleaning control device can thus start all cleaning processes simultaneously, or they one after the other or in a selected combination start. By controlling the pump it is possible, even during one
  • Cleaning step with, for example, ultrasound or electrohydrodynamic atomization to rinse the filter with cleaning fluid, so as to improve the cleaning yet.
  • the cleaning control device is characterized by
  • Filter monitoring control device activated. If the
  • Filter monitoring control device indicates contamination of the filter, it is advantageous if the filter can then be cleaned immediately. Therefore, it is advantageous if the cleaning by the cleaning control device is started immediately after detecting an impurity.
  • a sampling device which in particular can receive fluid sample material directly from a line.
  • the sampling device has a diverting / passage device, which can permanently discharge the sample material from the line and at the same time the sample material permanently through the
  • Sampling device can pass.
  • the sample material is introduced into the sampling device via a bypass connected to the line, flows back into the line tangentially to the filter through the detection chamber and via a multi-way valve.
  • bypass has a switchable pressure reducer, which keeps the flow of the sample material through the sampling device and the detection chamber constant or prohibits the flow during a measurement.
  • a permanent flow is generated.
  • permanent flow is a part of, for example, drinking water from the
  • a switchable pressure reducer reduces the pressure and simultaneously the flow rate in this bypass. Is the Fluidik adopted active, so is a constant flow of, for example
  • Drinking water passed through the bypass flows through the detection chamber tangentially and is added via a multi-way valve back to the drinking water pipe.
  • the flow through the bypass is permanent. There can be no residues left in the pipes. During a measurement prohibited
  • Pressure reducer the flow from the supply line. After the measurement, the pressure reducer opens again and the flow through the bypass is released.
  • the fluid sample for example, drinking water can be introduced without detours in the detection chamber, where then a reliable measurement of exposure to biological particles can be performed.
  • An air bubble sensor for the detection of is advantageous in the Fluidik
  • Air bubbles provided. Air bubbles are troublesome, especially if the detection of biological particles is to be on a quantitative basis. If air bubbles are present in a sample, then it is no longer possible to deduce the concentration in the volume. Therefore, it is advantageous if the presence of air bubbles is detected via an air bubble sensor, and a message is issued that air bubbles are present. Thus, these can advantageously be removed from the biosensor device before the detection of the biological particles takes place.
  • the sampling device has a switching valve which distinguishes between two operating modes of the biosensor device. In a first position, the switching valve directs the sample material of
  • Fluidics device passes by.
  • a direct sampling of the example drinking water pipe is possible, and there are no pipes with stagnant water in which biological particles can be concentrated over time. Such concentration could lead to a falsified measurement result.
  • all connections be kept germ-free between, for example, the drinking water line and the filter.
  • the sampling device has a rotating device which has at least one passage and at least one receiving position for the filter.
  • a rotating device may be formed such that it can be screwed directly into the example drinking water line.
  • the filter can be screwed into at least two positions in the line, in a first position while the filter is screwed into the drinking water pipe, and in a second position of the passage.
  • the filter can be introduced directly into the sample of interest, without any lines in between, in which contaminations and thus falsifying results can form.
  • the rotating device In order to enable a permanent flow through the drinking water pipe, for example, it is advantageous if the rotating device also has a passage which is screwed into the drinking water line when no filter for sample intake in the drinking water pipe is currently available.
  • a safety device which prevents contamination of the line in the event of a malfunction of the biosensor device.
  • Safety device should preferably be designed such that it prevents a backflow of the sample already taken in the line.
  • Check valve is. With such a check valve in the line, the already taken sample can no longer retreat into the drinking water pipe. If there is a technical problem in the biosensor device, then no detection and / or cleaning fluids from the biosensor device can enter into the drinking water line.
  • differential pressure is monitored by the differential pressure measuring device. Since pressure fluctuations should not occur abruptly but as slowly as possible, it is advantageous if the pump is controlled by the differential pressure measuring device. Thus, the pressure fluctuations in the system are gentle. In particular, in micromechanical filters made of relatively brittle materials, eg. As silicon, this leads to improvements.
  • FIG. 1 shows an overview of a biosensor device
  • FIG. 3 shows the function of a switching valve in the sampling device in
  • Fig. 4 shows the function of the switching valve of the sampling device in the De
  • Fig. 5 the retraction of a membrane filter in a conduit in which an adjoin
  • FIG. 1 shows a generally designated by the reference numeral 10
  • Biosensor device for the detection of biological particles.
  • Biosensor device 10 has a detection device 12, which has a filter 14 for collecting biological particles for the purpose of detection.
  • a detection device 12 which has a filter 14 for collecting biological particles for the purpose of detection.
  • micromechanical filter 14 can be used for the detection of particles, in particular of bacteria.
  • the use of micromechanical filter 14 is hereby made with reference to these three disclosures incorporated in this application.
  • microfilters consist of a thin, z. B. 1 pm thick membrane, z. B. of monocrystalline silicon or possibly of diamond or diamond coating.
  • the membrane is perforated, the holes have a diameter of z. B. 450 nm, ie the membrane or the microfilter forms a sieve.
  • You pump z. B. a water sample through the filter 14, bacteria (eg., 1 mm diameter) are retained on the filter surface, where they can then be detected.
  • These microfilters are in one
  • Integrated system including fluidics, optics, electronics, creating a biosensor system that can be used in particular for the detection of bacteria in water.
  • other biological particles such as spores, fungi, etc.
  • other fluids such as air, are analyzed. As air, are analyzed.
  • a fluidic device 16 directs a fluid sample via the filter 14.
  • the filter 14 is configured as a filter membrane 18, which can no longer ensure retention of the bacteria on the filter 14 when the filter membrane 18 breaks. Therefore, damage to the filter 14 must be detected under all circumstances. To avoid cracks in the filter 14, or to increase its service life, too high a differential pressure between a first region 20 before the filter 14 and a second region 22 after the filter 14 should be prevented. In addition, pressure fluctuations should not be abrupt, but slow. Therefore, a pump 24, which pumps the sample through the fluidic device 6 to the filter 14, is controlled via a differential pressure measuring device 26.
  • the filter 14 is configured as a filter membrane 18, which can no longer ensure retention of the bacteria on the filter 14 when the filter membrane 18 breaks. Therefore, damage to the filter 14 must be detected under all circumstances. To avoid cracks in the filter 14, or to increase its service life, too high a differential pressure between a first region 20 before the filter 14 and a second region 22 after the filter 14 should be prevented. In addition, pressure fluctuations should not be abrupt, but
  • Differential pressure measuring device has two pressure sensors 28, 30 in the embodiment shown.
  • the first pressure sensor 28 is designed to measure the pressure in the first region 20 in front of the filter 14, while the second
  • Pressure sensor 30 is configured to measure the pressure in the second region 22 after the filter 14.
  • the differential pressure measuring device 26 forms a first part of a filter monitoring device 32, which is configured to monitor the filter 14. With regard to the filter membrane 18, two possible errors may occur during operation: The filter membrane 18 is clogged or the filter membrane 18 is damaged.
  • the filter monitoring device 32 has in addition to the
  • Differential pressure measuring 26 further on a flow amount measuring device 34. This is designed to measure the flow rate through the filter 14, and has a flow sensor 36.
  • the monitoring of the filter 14 can be done by simultaneous measurement of the flow rate and the differential pressure. This can be achieved by a further parameter, for example the flow of the pump 24 or its
  • the clogging of the filter membrane 18 depends, for example, in the study of drinking water on the water quality of the examined water and the
  • the two pressure sensors 28, 30 indicate extremely high differential pressure.
  • the flow sensor 36 indicates little or no flow.
  • a load measuring device 38 which is designed to measure the load acting on the pump 24, indicates that the pump 24 is at full load.
  • Filter monitoring control device 40 which is designed for receiving and / or processing of signals, and an evaluation device 42 for Evaluating the received signals, a flow / pressure characteristic can not update or evaluate.
  • Damage to the filter membrane 18 can be determined as follows:
  • the most preferred way to detect a crack in the filter membrane 18 is to provide sensors on the surface or in the filter membrane 18. In a preferred embodiment, these are conduction paths 44 which cover the active surface of the filter membrane 18. If the filter membrane 18 breaks, the conduction paths 44 are also destroyed and lose their conductivity.
  • an optical detection unit 46 which counts the number of photons emanating from a light source 48.
  • the light source 48 is arranged in front of the first region 20 in front of the filter 14, while the optical detection unit 46 with the second
  • Region 22 is located after the filter 14.
  • a photomultiplier of the optical detection unit 46 an increase in light intensity should never be detected when the filter 14 is intact. Only in the case of a crack of the filter membrane 18 does the light intensity measured by the optical detection unit 46 increase.
  • the flow rate through the filter 14 depends on many different ones
  • Significant influencing factors include the filter porosity, the thickness of the filter membrane 18 and the applied pressure.
  • Another indication of a defective filter membrane 18 is the flow resistance that is built up by the filter membrane 18. This resistance depends inter alia on the porosity of the filter 14. If cracking occurs, the porosity increases abruptly and the flow resistance decreases. The increase in porosity is detected in the preferred embodiment via the change in the flow rate or the differential pressure.
  • the filter monitoring device 32 further has a voltage measuring device 52, which is designed to measure a mechanical stress on the filter 14. It measures the deflection or the stresses in the filter membrane 18. In the case of micromechanical filters 14, this is possible by integrating piezoelectric elements 54 or strain gauge sensors, which indicate a changed mechanical stress in the event of cracks in the filter membrane 8.
  • a great influence on the stability of the filter membrane 18 has the material used. This is characterized by the material constants Elasticity modulus, Poisson's number, i. Quercon Heationsiere, and tensile strength, wherein the breaking strength of the filter membrane 18 depends primarily on the thickness of the filter membrane 18. Another influencing factor is the aspect ratio of the filter membrane 18. Optimal stability values are obtained with an aspect ratio of 1 to 1.
  • a microfilter normally always consists of the filter membrane 18 and a back support structure. Since the filter membrane 18 is connected to the support structure, this causes the dimension of the active filter surface and thus the aspect ratio of the membrane. By loosening the filter membrane 18 from the support structure, one has the opportunity to distinguish by a suitable design of the front, i. the filter membrane 18 to make the aspect ratio of the filter membrane 18 independent of the support structure. Thus one can optimize the stability values. At the same time, by adjusting the back, i. the support structure, improved flow characteristics are realized.
  • the filter monitoring control device 40 is for receiving signals from both the differential pressure measuring device 26, as well as signals of the
  • Conductive paths 44, the optical detection unit 46 and the load measuring device 38 is formed. If the evaluation device 42 evaluates a faulty signal in one of the aforementioned components, the
  • Filter monitoring control device 40 configured to output a Abschaitbeles for the biosensor device 10.
  • Sensor information of the system ie pressure, flow rate, load, etc. are used to assess the detection signal in the optical detection unit 46.
  • An alarm signal due to bacterial contamination of the water can be suppressed, for example, if the sensors do not indicate a certain occupancy of the filter 14. The bacteria must eventually lead to contamination. If this is not recognizable, it can be assumed that an error has occurred in the optical detection unit 46 or in the marking method. This test can be used especially if the medium to be analyzed is low in particles.
  • the sensor information of the filter monitoring device 32 provide information about the determination of the clogging of the filter 14
  • Particle load of the medium to be analyzed This information can be further processed to e.g. to give a warning.
  • Particles in the medium to be examined are troublesome, among other things because they limit the possible amount of sample to be filtered. Prefiltration to remove large particles is sometimes undesirable, as e.g. Bacteria in
  • Biofilms adhere to larger particles and retained by the prefiltration and thus could no longer be detected. A way to analyze despite volume larger volumes and still no possible bacteria
  • the sample is pumped through a filter 14 with 1, 5 pm pore size.
  • the medium passing through the filter 14 is filtered through another filter 14 at 450 nm
  • analysable sample volume is greater than using only a filter 14 with 450 nm pore size, since in the proposed method, the pore size of the first filter 14 is significantly larger and the sample for the second filter 14 is prepared by the first.
  • the detection of biologically relevant particles can be done by luminescence instead of fluorescence.
  • noise effects such as
  • the surface of the filter 14 can also be imaged using an imaging method, for example a CCD camera.
  • an imaging method for example a CCD camera.
  • an optical system for enlarging the image of the filter surface can be used.
  • the filter 4 is in one
  • Detection chamber 56 which is bounded by a chamber wall 58 to the environment.
  • the detection chamber 56 can be tempered, in particular it can be heated. The temperature can thus be monitored or regulated.
  • a cleaning device 60 is provided for automatically cleaning the filter 14.
  • the cleaning device 60 has a plurality of vessels 62 for storing fluids. Among other things, the cleaning liquids stored in the vessels 62, which are needed to clean the filter 14.
  • the cleaning device 60 is connected via a valve 64 to the vessels 62.
  • the valve 64 is configured such that it
  • the Cleaning device 60 can connect.
  • the pump 24 pumps the selected fluid from the vessel 62 to the filter 14. It is configured such that it can not only pump the fluid to the filter 14, but also the selected fluid, such as the cleaning liquid, via the filter 14 back / and cross-wash.
  • the cleaning fluid flows through a flow system 66, which is a
  • Four-way double selection valve 68 is controlled. This directs the pumped fluid from the pump 24 either via one of the pressure sensors 28, 30 on the filter 14, or in a waste 70th To keep the supply of cleaning liquid as low as possible, it makes sense to recycle the cleaning liquid in a recycling device 71. That is, cleaning fluid that flows back to the four-way dual selection valve 68 after cleaning the filter 14 is collected in an extra container, here the waste 70. In this is a particle sieve in which the
  • Cleaning fluid can be cleaned.
  • activated carbon is present in the container.
  • the liquid used for cleaning is supplied in tempered form.
  • the cleaning device 60 a in the cleaning device 60 a
  • Tempering device 72 is provided for controlling the temperature of the cleaning liquid. To avoid overheating and hypothermia, the tempering device 72 therefore has a first temperature sensor 74 on the vessels 62 and a second temperature sensor 76 on the filter 14.
  • the cleaning device 60 further comprises a sound generator, preferably an ultrasound unit 78, preferably a megasonic unit 80 for applying megasonic to the filter 14.
  • a sound generator 82 is generated megasonic, which causes a cavitation, with which it is possible to effectively clean the filter surface.
  • the filter 14 is formed as a sound generator 82. It is formed of a piezoelectric material and has electrodes which as
  • Interdigital electrodes are designed to stimulate the piezoelectric
  • a passivation layer 88 protects the piezoelectric material from external influences that could destroy it.
  • the cleaning device 60 has an EHD unit 90, which performs an electrohydrodynamic atomization of the cleaning liquid and thus cleans the filter 14.
  • the EHD unit 90 has a capillary 92 which directs the cleaning fluid from one of the vessels 62 into the EHD unit 90. By applying pressure to the cleaning liquid, it is introduced into the capillary 92 and passed through it and into a
  • electrostatic field 94 at the end of Kappillare 92 introduced by a electrical contact 96 is generated. From the cleaning liquid to form nanotubes, which are acted upon on the filter 14, and thus clean the filter 14.
  • electrochemical cleaning devices for the electrochemical cleaning of the filter 14 are provided.
  • the electrochemical cleaning device 100 is for
  • Electrodes 102 Carrying out an electrophoresis or an electro-osmosis or electrolysis. It has electrodes 102, which are formed in a special embodiment on the filter 14 as interdigital electrodes.
  • the interdigital electrodes are made of platinum, as this is particularly resistant to external
  • a cleaning control device 104 is provided which can activate and deactivate the individual cleaning processes. You can z. B. simultaneously activate the ultrasonic unit and the pump 14 while the EHD unit 90 and the electrochemical cleaning device 100 are deactivated. Other combinations of cleaning are possible.
  • the cleaning control device 104 is over the
  • Filter monitoring control device 40 is activated. If the
  • Filter monitoring control device 40 has detected that the filter 14 requires cleaning, z. B. because it is blocked, it gives a signal to the
  • an air bubble sensor 106 which detects the occurrence of bubbles and outputs a message to allow these bubbles to be removed.
  • the biosensor device 10 is designed to take a sample from the water line through the sampling device 108. This is designed in such a way that it can take sample material directly from a line, and for this purpose preferably has a pressure reducer 110.
  • FIG. 2 is an overview showing the sampling device 108.
  • FIG. It has a bypass 1 12, which makes the discharge of the sample, here the drinking water, directly from the line 1 14 possible.
  • the bypass 1 12 makes the discharge of the sample, here the drinking water, directly from the line 1 14 possible.
  • Sampling device has a discharge / modifiesvorraum 1 16, which permanently discharges sample material from the line 1 14 in the biosensor device 10. At the same time, she permanently leads sample material through the
  • Multi-way valve 1 18 Of these multi-way valve 1 18, the discharged water can either be returned to the line 1 14 or the waste 70 are supplied.
  • the bypass 1 12 has the pressure reducer 1 10, which is switchable, and which can be switched so that it either the flow of the
  • Detection chamber 56 would have only disturbing effect, which is why the flow must be prohibited during this time.
  • the detection chamber 56 has a separate reactor 120 in which the sample material is pre-dyed. This simplifies the reaction of the probes with the bacteria and allows for faster detection on the filter membrane 18.
  • the sampling device 108 is connected to the detection chamber 56 via the fluidic device 16. About the Fluidik liked 16, the reaction liquids from the vessels 62 by means of the valve 64 in the
  • Detection chamber 56 are introduced.
  • An additional pump 122 is provided for pumping the sample material from the detection chamber 56 into the waste 70. After a measurement, a certain flushing volume must be passed through the multi-way valve 1 18 in the waste 70 to prevent contamination of the drinking water with process fluids.
  • FIGS. 3 and 4 show a preferred embodiment in which the supply line to the biosensor device 10 can be cleaned.
  • the water sample should be as directly as possible Analyzer element, ie to get to the filter 14 to contamination by germs, not in the actual sample but in for example the
  • Hoses are present to avoid. All sampling containers must be germ-free. A first way to prevent contamination is shown in Figs. 3 and 4.
  • a switching valve 124 is the normal operation of
  • Biosensor device 10 which is shown in Fig. 3, connected in such a way that the sample material is guided past the Fluidik Nur 16 and thus on the detection chamber 56.
  • the biosensor device 10 and in particular the fluidic device 16 can be kept germ-free by means of suitable disinfectants.
  • the switching valve 124 is switched such that the sample material of the Fluidik Rhein 16 and thus the detection chamber 56 is fed.
  • the sample material flows through previously disinfected fluidic elements before it reaches the filter.
  • How the filter 14 can be introduced directly into a conduit 126 through which the sample flows is shown in FIG. 5 in four steps. In this case, the
  • Sampling device 108 a rotator 128 on. This has four different positions, which can be introduced by turning the rotator 128 in the line 126.
  • a rotator 128 on. This has four different positions, which can be introduced by turning the rotator 128 in the line 126.
  • a first step 130 a
  • the filter 14 is located directly in the drinking water stream and can trap biological particles.
  • the filter 14 is rotated to various positions at which various processes may take place, for example the visualization of the bacteria in step 132, the detection step in step 134 and the washing step in step 136.
  • the rotator 128 is configured such that for each of these steps 130 to 136 has a passage 138 which is screwed into the conduit 126 at the position of the rotator 128. So is a permanent, undisturbed
  • a safety device in the form of a check valve is provided.
  • no already derived water can flow back into the line 1 14 and contaminate the drinking water.
  • the biosensor device 10 and its components are thermally insulated and include temperature sensors 74, 76 for controlling the temperature of the cleaning and reaction liquids. All fluids and the entire system and components in the biosensor device 10, as well as the detection chamber 56 and all leads are tempered. In the detection chamber, a sample can be examined after the sample has been taken from a water pipe, with a
  • Pressure reducer 1 10 is used. Particularly advantageous is the presence of a check valve, which prevents contamination of the drinking water in case of failure.
  • the overall system is monitored by the measurement of the pressure difference across the filter 14, in particular via two pressure sensors 28, which are integrated in the detection chamber 56. As a result, measurement errors are avoided by a pressure drop between the filter surface and the measuring point outside the detection chamber 56.
  • the system is monitored via the flow sensor 36, which is connected after the pump 24.
  • thermosensor device 10 in the housing, in the detection chamber 56, in the fluidic system 16, temperature sensors are present which provide optimum
  • an air bubble sensor 106 is provided which can detect and report bubbles in the fluidics device 16. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

A biosensor device (10) comprises a filter monitoring unit (32) for the automatic monitoring of the function of a filter (14) present in a biosensor device (10). Said filter monitoring unit (32) comprises a plurality of sensors which monitor the differential pressure across the filter (14), the flow quantity through the filter (14), the mechanical stress on the filter (14) and other parameters. If the filter monitoring unit (32) detects a clogging of the filter, it activates a cleaning unit (60) which cleans the filter (14). If it detects damages to the filter (14), it outputs a signal indicating that maintenance is required.

Description

Biosensorvorrichtung mit Filterüberwachungseinrichtung  Biosensor device with filter monitoring device
Die Erfindung betrifft eine Biosensorvorrichtung zur Detektion von biologischen Partikeln mit einer Detektionseinrichtung, die einen Filter zum Sammeln von biologischen Partikeln aufweist. The invention relates to a biosensor device for detecting biological particles with a detection device having a filter for collecting biological particles.
Bekannte Biosensorvorrichtungen, mit denen das Vorhandensein von biologischen Partikeln wie etwa Bakterien, Viren, Pilzen, Hefen und anderen Mikroorganismen detektiert wird, weisen häufig einen Filter auf, der zum Sammeln und Known biosensor devices which detect the presence of biological particles such as bacteria, viruses, fungi, yeasts and other microorganisms often have a filter for collection and collection
Aufkonzentrieren der biologischen Partikel ausgebildet ist. Eine Probe, die die biologischen Partikel enthält, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas, wird entweder über oder durch den Filter geleitet. Der Filter ist derart ausgestaltet, dass die zu detektierenden biologischen Partikel darin hängen bleiben, während die Probe selbst weiterströmt. Zum Beispiel werden bei solchen Biosensorvorrichtungen Filter verwendet, die als Membranfilter aus verschiedenen Materialien gebildet sein können. Diese Concentrating the biological particles is formed. A sample containing the biological particles, for example a liquid or a gas, is passed either over or through the filter. The filter is designed in such a way that the biological particles to be detected remain suspended while the sample itself continues to flow. For example, such biosensor devices use filters that may be formed as membrane filters of various materials. These
Membranfilter weisen eine Porosität auf, die auf die zu detektierenden Partikel angepasst ist. Damit können die Partikel den Filter nicht durchdringen, während das umgebende Fluid, in dem die Partikel vorhanden sind, den Filter durchströmen kann. Membrane filters have a porosity which is adapted to the particles to be detected. Thus, the particles can not penetrate the filter, while the surrounding fluid, in which the particles are present, can flow through the filter.
Solche Filter haben jedoch den Nachteil, dass sich die Poren, die dazu ausgebildet sind, die biologischen Partikel einzufangen, gerade durch diesen Einfangprozess mit den biologischen Partikeln zusetzen. Dieses Zusetzen macht den Filter im However, such filters have the disadvantage that the pores, which are designed to trap the biological particles, just enforce this trapping process with the biological particles. This clogging makes the filter in
schlechtesten Fall bereits nach der ersten Verwendung für weitere Detektionen unbrauchbar. Beispiele für Biosensorvorrichtungen zur Detektion von biologischen Partikeln, die einen Membranfilter zum Ausfiltern von biologischen Partikeln zwecks Detektion aufweisen, finden sich beispielsweise in der WO2005/102528A1 und der WO03/005013A1 . Wie in der US5726026 und der US2006/0257941A1 beschrieben, wird das Problem des verstopften Filters insofern gelöst, dass dieser nach der Durchführung des Detektionsschrittes entsorgt wird. So wird eine Kontamination zwischen worst case already unusable after further use for further detection. Examples of biosensor devices for the detection of biological particles which comprise a membrane filter for filtering out biological particles for the purpose of detection are found, for example, in WO2005 / 102528A1 and WO03 / 005013A1. As described in US5726026 and US2006 / 0257941A1, the problem of the clogged filter is solved in that it is discarded after performing the detection step. So will a contamination between
nacheinander folgenden Proben verhindert und die Funktionstüchtigkeit des Filters bei allen durchgeführten Tests garantiert. consecutive samples are prevented and the functionality of the filter is guaranteed in all tests performed.
In jüngerer Zeit besteht jedoch der Wunsch nach einem qualitativ hochwertigen Filter, der eine große Widerstandsfähigkeit insbesondere gegen bei der Detektion verwendeter Chemikalien als auch gegen sonstige äußere Einflüsse wie Recently, however, there is a desire for a high-quality filter, which has a high resistance especially against chemicals used in the detection as well as other external influences such
beispielsweise Stösse aufweist. for example, has bumps.
Gemäß der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 035 772.3, auf die für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, wird According to the non-prepublished German patent application DE 10 2008 035 772.3, to which reference is expressly made for further details, is
vorgeschlagen, einen solchen widerstandsfähigen Filter aus Diamant herzustellen. Solche Filter sind jedoch zu teuer, um sie nach jedem Detektionsschritt zu proposed to manufacture such a resistant filter made of diamond. However, such filters are too expensive to accept after each detection step
entsorgen. to dispose.
Daher besteht der Wunsch, dass der Filter gereinigt werden kann, um ihn wieder verwenden zu können. Eine Detektionsvorrichtung, in der die Möglichkeit zur Reinigung des Filters beschrieben ist, um diesen wieder zu verwenden, ist in der WO2008/135452A2 offenbart. Hier ist beschrieben, dass der Filter mehrmals verwendbar ist, indem er durch geeignete Chemikalien regeneriert und/oder konditioniert wird und dies durch entsprechend gesteuerte Pumpen und Ventile ermöglicht wird. Therefore, there is a desire that the filter can be cleaned in order to use it again. A detection device which describes the possibility of cleaning the filter in order to reuse it is disclosed in WO2008 / 135452A2. Here it is described that the filter is usable several times by being regenerated and / or conditioned by suitable chemicals and this is made possible by appropriately controlled pumps and valves.
Eine routinemäßige Reinigung des Filters, selbst wenn sie nach jedem A routine cleaning of the filter, even if it after each
Detektionstest durchgeführt wird, garantiert jedoch nicht die volle Funktionsfähigkeit des so aufbereiteten Filters. Trotz Reinigung können immer noch biologische Partikel die Filterporen verstopfen und somit die nachfolgende Probe kontaminieren. Ein sauberes Testergebnis kann durch die bloße standardisierte Reinigung des Filters nicht garantiert werden. Detection test is performed, but does not guarantee the full functionality of the thus prepared filter. Despite cleaning, biological particles can still clog the filter pores and thus contaminate the subsequent sample. A clean test result can not be guaranteed by the mere standard cleaning of the filter.
Weiter kann eine Reinigung auch nicht dafür garantieren, dass der Filter mit der Zeit nicht beschädigt wird. Selbst wenn der Filter durch den regulären Reinigungsprozess komplett von den zusetzenden biologischen Partikeln befreit wird, kann die Detektion immer noch dadurch beeinträchtigt werden, dass der Filter einen Bruch oder Riss aufweist und damit nicht mehr zum Herausfiltem der biologischen Partikel aus der Probe geeignet ist. Further, cleaning can not guarantee that the filter will not be damaged over time. Even if the filter by the regular Cleaning process is completely freed from the adding biological particles, the detection can still be affected by the fact that the filter has a fracture or crack and thus is no longer suitable for filtering out the biological particles from the sample.
Es besteht daher ein Bedürfnis, eine hinsichtlich der vorerwähnten Probleme verbesserte Biosensorvorrichtung zu schaffen. Therefore, there is a need to provide a biosensor device improved in view of the aforementioned problems.
Allgemein ist es Aufgabe der Erfindung, eine wartungsarme Biosensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine höhere Betriebssicherheit als bisherige In general, it is an object of the invention to provide a low-maintenance biosensor device which has higher operational reliability than previous ones
Biosensorvorrichtungen hat. Has biosensor devices.
Diese Aufgabe wird durch eine Biosensorvorrichtung gelöst, die eine This object is achieved by a biosensor device having a
Filterüberwachungseinrichtung aufweist. Having filter monitoring device.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Vorzugsweise weist eine Biosensorvorrichtung zur Detektion von biologischen Partikeln eine Detektionseinrichtung zur Detektion der in der Probe vorhandenen biologischen Partikel auf, wobei die Detektionseinrichtung einen Filter zum Sammeln von biologischen Partikeln zwecks Detektion hat. Von besonderem Vorteil ist es, wenn in der Biosensorvorrichtung eine Filterüberwachungseinrichtung vorgesehen ist, die automatisch die Funktion des Filters überwacht. Es ist vorteilhaft, wenn diese Filterüberwachungseinrichtung sowohl ein Verstopfen des Filters als auch einen Defekt des Filters in Form von Rissen oder Brüchen erkennen kann und daraufhin ein Signal ausgeben kann, das eine solche Disfunktion des Filters anzeigt. Preferably, a biosensor device for detecting biological particles has a detection device for detecting the biological particles present in the sample, wherein the detection device has a filter for collecting biological particles for the purpose of detection. It is particularly advantageous if a filter monitoring device is provided in the biosensor device, which automatically monitors the function of the filter. It is advantageous if this filter monitoring device can detect both a clogging of the filter and a defect of the filter in the form of cracks or breaks and can then output a signal indicating such a dysfunction of the filter.
Vorteilhaft weist die Filterüberwachungseinrichtung wenigstens eine Advantageously, the filter monitoring device has at least one
Differenzdruckmesseinrichtung zur Messung eines Differenzdruckes über dem Filter auf. In dieser Differenzdruckmesseinrichtung ist vorzugsweise mindestens einDifferential pressure measuring device for measuring a differential pressure across the filter. In this differential pressure measuring device is preferably at least one
Drucksensor vorgesehen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn zwei Drucksensoren vorgesehen sind, die den Differenzdruck über dem Filter messen können. Die beiden Drucksensoren sind in Flussrichtung der Probe, in der die biologischen Partikel, die detektiert werden sollen, vorhanden sind, vor und nach dem Filter angeordnet und zeigen die Druckdifferenz zwischen dem Bereich vor dem Filter und dem Bereich nach dem Filter an. Wird durch die Differenzdruckmesseinrichtung eine extrem hohe Druckdifferenz zwischen den beiden Drucksensoren festgestellt, deutet dies auf eine Verstopfung der Filtermembran hin. Pressure sensor provided. It is particularly advantageous if two pressure sensors are provided which can measure the differential pressure across the filter. The two pressure sensors are in the flow direction of the sample in which the biological particles to be detected are present, before and after the filter and indicate the pressure difference between the area in front of the filter and the area after the filter. If an extremely high pressure difference between the two pressure sensors is detected by the differential pressure measuring device, this indicates a blockage of the filter membrane.
Weiter vorzugsweise weist die Filterüberwachungseinrichtung wenigstens eine Flussmengenmesseinrichtung zur Messung eines Flusses durch den Filter auf. Further preferably, the filter monitoring device has at least one flow quantity measuring device for measuring a flow through the filter.
Diese Flussmengenmesseinrichtung kann vorzugsweise zur Regelung einer This flow rate measuring device may preferably for controlling a
Flussrate verwendet werden, um diese konstant zu halten. Bei einer verstopften Filtermembran würde sich bei konstanter Flussrate der Differenzdruck zwischen den beiden Drucksensoren erhöhen, wodurch ein allmähliches Verstopfen des Filters erkannt werden kann. Flow rate can be used to keep it constant. With a clogged filter membrane, the differential pressure between the two pressure sensors would increase at a constant flow rate, whereby a gradual clogging of the filter can be detected.
Vorteilhaft weist die Filterüberwachungseinrichtung eine Spannungsmesseinrichtung zur Messung einer mechanischen Spannung an dem Filter auf. Mit einer solchen Spannungsmesseinrichtung kann die Durchbiegung bzw. die Spannung in der Filtermembran überwacht werden. Bei mikromechanischen Filtern ist dies vorteilhaft dadurch möglich, dass die Spannungsmesseinrichtung ein piezoelektrisches Advantageously, the filter monitoring device has a voltage measuring device for measuring a mechanical stress on the filter. With such a voltage measuring device, the deflection or the voltage in the filter membrane can be monitored. In micromechanical filters, this is advantageously possible because the voltage measuring device is a piezoelectric
Element aufweist, in das piezoresistive Sensoren oder DMS-Sensoren integriert sind. Dadurch können sogar vorteilhaft die Drucksensoren entfallen, was vor allem bei miniaturisierten Systemen von Vorteil ist. Risse in der Membran können erkannt werden, da sich bei vorbestimmter Flussrate und Differenzdruck die mechanischen Spannungen im Falle eines Risses verändern. Weiter vorzugsweise weist die Filterüberwachungseinrichtung einen Leitungspfad zur Herstellung einer elektrischen Verbindung auf dem Filter auf. Der Leitungspfad bedeckt die aktive Oberfläche der Filtermembran. Wenn die Membran bricht oder einen Riss erhält, wird auch der Leitungspfad zerstört und verliert seine Leitfähigkeit, wodurch ein Defekt an der Membran detektiert werden kann. Has element integrated in the piezoresistive sensors or strain gauge sensors. As a result, the pressure sensors can even advantageously be dispensed with, which is advantageous, above all, in the case of miniaturized systems. Cracks in the membrane can be detected because at a predetermined flow rate and differential pressure, the mechanical stresses in the event of a crack change. Further preferably, the filter monitoring device has a conduction path for establishing an electrical connection on the filter. The conduction path covers the active surface of the filter membrane. If the membrane breaks or gets cracked, the conduction path is also destroyed and loses its conductivity, whereby a defect can be detected on the membrane.
Vorzugsweise weist die Filterüberwachungseinrichtung eine optische Detektions- einheit und eine Lichtquelle auf einer der optischen Detektionseinheit abgewandten Seite des Filters auf. Die optische Detektionseinheit kann beispielsweise ein Preferably, the filter monitoring device has an optical detection unit and a light source on a side of the filter facing away from the optical detection unit. The optical detection unit can, for example, a
Photomultiplier sein. Wird der Filter von einer Seite mit Licht aus der Lichtquelle beschienen, sollte die optische Detektionseinheit, die sich auf der Be a photomultiplier. If the filter is from one side with light from the light source illuminated, the optical detection unit, which is located on the
gegenüberliegenden Seite des Filters befindet, keine Erhöhung der Lichtintensität, die durch den Photomultiplier gemessen wird, messen, solange der Filter intakt ist. Nur im Falle einer gebrochenen Filtermembran dringen mehr Photonen durch den Filter hindurch und können durch den Photomultiplier detektiert werden. Ein Anstieg in der gemessenen Lichtintensität zeigt damit einen Bruch oder Riss in der is located on the opposite side of the filter, no increase in light intensity, which is measured by the photomultiplier measure, as long as the filter is intact. Only in the case of a broken filter membrane will more photons pass through the filter and be detected by the photomultiplier. An increase in the measured light intensity thus indicates a break or crack in the
Filtermembran an. Filter membrane on.
Vorteilhaft ist die Filterüberwachungseinrichtung zur Detektion der Porosität des Filters ausgebildet. Ein Indiz für eine defekte Membran ist der Strömungswiderstand, der durch die Filtermembran aufgebaut wird. Dieser Widerstand hängt u. a. von der Porosität des Filters ab. Kommt es zu einer Rissbildung, erhöht sich die Porosität schlagartig und der Strömungswiderstand nimmt ab. Diese Erhöhung der Porosität kann über das Verhältnis Druckänderung : Flussänderung : Volumenänderung ermittelt werden. Advantageously, the filter monitoring device is designed to detect the porosity of the filter. An indication of a defective membrane is the flow resistance that builds up through the filter membrane. This resistance depends u. a. from the porosity of the filter. If cracking occurs, the porosity increases abruptly and the flow resistance decreases. This increase in porosity can be determined by the ratio of pressure change: flow change: volume change.
Weiter vorteilhaft ist der Filterüberwachungseinrichtung wenigstens eine Pumpe zum Transportieren der Fluide zugeordnet und/oder sie ist mit dieser verbunden. Die Pumpe transportiert die Probe und eventuelle Detektionsreagenzien durch die Biosensorvorrichtung und insbesondere durch den Filter. Sie ist verantwortlich für die Flussrate und den Differenzdruck, die im Bereich des Filters herrschen. Die Flussrate kann durch eine Regelung der Pumpe konstant gehalten werden. Bei einem verstopften Filter ist der Durchfluss durch den Filter generell gehindert, wodurch die Pumpe besonders viel Arbeit leisten muss, um das Fluid durch den Filter hindurch zu pumpen. Eine Verstopfung oder eine beginnende Verstopfung des Filters kann daher dadurch erkannt werden, dass der Leistungsverbrauch bzw. das Drehmoment der Pumpe überwacht wird, um zu erkennen, ob die Pumpe auf Volllast läuft. Daher ist es von Vorteil, wenn die Filterüberwachungseinrichtung eine Further advantageously, the filter monitoring device is associated with at least one pump for transporting the fluids and / or it is connected thereto. The pump transports the sample and any detection reagents through the biosensor device and in particular through the filter. It is responsible for the flow rate and differential pressure prevailing in the filter area. The flow rate can be kept constant by controlling the pump. With a clogged filter, the flow through the filter is generally hindered, which requires a lot of work by the pump to pump the fluid through the filter. Blockage or incipient blockage of the filter can therefore be detected by monitoring the power consumption or torque of the pump to see if the pump is running at full load. Therefore, it is advantageous if the filter monitoring device a
Lastmesseinrichtung zur Messung der auf die Pumpe wirkenden Last aufweist.  Load measuring device for measuring the load acting on the pump.
Dadurch lassen sich Verstopfungen oder sogar schon Teilverstopfungen des Filters oder von Bereichen der in der Biosensorvorrichtung vorhandenen Fluidikeinrichtung erkennen. Da die Filterüberwachungseinrichtung mit mehreren Sensoren zur Überwachung des Filters verbunden ist, ist es von Vorteil, wenn sie über eine As a result, blockages or even partial blockages of the filter or of areas of the fluidics device present in the biosensor device can be detected. Since the filter monitoring device is connected to several sensors for monitoring the filter, it is advantageous if they have one
Filterüberwachungssteuerungseinrichtung verfügt, die die Signale von den einzelnen Bauteilen empfängt und/oder verarbeitet und, je nach Signal, zur Ausgabe eines Abschaltbefehls für die Biosensorvorrichtung ausgebildet ist. Sollte die  Filter monitoring control device has, which receives the signals from the individual components and / or processed and, depending on the signal, for outputting a shutdown command for the biosensor device is formed. Should the
Filterüberwachungseinrichtung mit Hilfe dieser Steuerungseinrichtung erkennen, dass der Filter verstopft oder beschädigt ist, ist eine genaue Detektion der Filter monitoring device using this control device recognize that the filter is clogged or damaged, is an accurate detection of
biologischen Partikel nicht mehr möglich. Es ist dann nötig, dass die biological particles are no longer possible. It is then necessary that the
Biosensorvorrichtung gewartet wird, indem entweder der Filter gereinigt wird (im Falle einer Verstopfung) oder ausgetauscht wird (im Falle einer Beschädigung oder bei einer so starken Verstopfung, dass diese nicht mehr beseitigt werden kann). Biosensor device is maintained by either the filter is cleaned (in case of clogging) or replaced (in case of damage or in such a strong blockage that it can not be removed).
Vorzugsweise empfängt die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung die Signale der Differenzdruckmesseinrichtung und/oder der Flussmengenmesseinrichtung und/oder der Spannungsmesseinrichtung und/oder des Leitungspfades und/oder der optischen Detektionseinheit und/oder der Lastmesseinrichtung. Durch den Empfang der Signale ist sie daher fähig, bei jeglicher Beeinträchtigung der The filter monitoring control device preferably receives the signals of the differential pressure measuring device and / or the flow quantity measuring device and / or the voltage measuring device and / or the line path and / or the optical detection unit and / or the load measuring device. By receiving the signals, it is therefore capable of any impairment of the
Biosensorvorrichtung einen Abschaltbefehl und ein Warnsignal auszugeben, das anzeigt, dass die Biosensorvorrichtung nicht in der vorgesehenen Weise funktioniert. Biosensorvorrichtung issue a shutdown command and a warning signal indicating that the biosensor device is not functioning in the intended manner.
Wenn die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung weiter vorzugsweise eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der von der If the filter monitoring control device further preferably has an evaluation device for evaluating the of the
Filterüberwachungssteuerungseinrichtung empfangenen Signale aufweist, ist sie dazu fähig, die empfangenen Signale auch auszuwerten und richtig zu deuten.  Filterüberwachungssteuerungseinrichtung has received signals, it is capable of evaluating the received signals and to interpret correctly.
Beispielsweise hängt die Flussrate durch einen Filter von vielen unterschiedlichen Parametern ab. Wesentliche Einflussfaktoren sind u. a. die Filterporosität, die Membrandicke und der angelegte Druck. Verwendet man ähnliche Filter (gleiche Membrandicke und Porosität), stellen sich bei einem funktionierenden System mit intakten Filtern ähnliche Fluss-/Druckcharakteristiken ein. Benutzt man einen neuen Filter, ist es vorteilhaft zuerst eine Fluss-/Druckcharakteristik zu erstellen. Da sich die Durchflusseigenschaften des Filters im Betrieb nur verschlechtern können, kann über die Historie der Fluss-/Druckcharakteristik eine gebrochene Membran festgestellt werden. Ist eine Filtermembran gebrochen, kommt es zu einem höheren Fluss durch die Membran bei niedrigerem Differenzdruck. Als Ergebnis erhält man zusätzlich ein erhöhtes gefiltertes Gesamtvolumen bei gleicher Zeit. Eine For example, the flow rate through a filter depends on many different parameters. Significant influencing factors include the filter porosity, the membrane thickness and the applied pressure. By using similar filters (same membrane thickness and porosity), the flow / pressure characteristics of a functioning system with intact filters will be similar. Using a new filter, it is advantageous to first create a flow / pressure characteristic. Since the flow properties of the filter can only deteriorate during operation, a broken membrane can be determined via the history of the flow / pressure characteristic. If a filter membrane is broken, it comes to a higher Flow through the membrane at lower differential pressure. As a result, one additionally obtains an increased filtered total volume at the same time. A
Auswerteeinrichtung kann diese verschiedenen Faktoren miteinander ins Verhältnis setzen und daraus schließen, ob der Filter weiter funktionstüchtig ist oder ob er verstopft ist oder ob er in irgendeiner Weise beschädigt ist. The evaluation device can relate these various factors to each other and conclude whether the filter is still functional, whether it is clogged or if it is damaged in any way.
Weiter vorzugsweise ist eine Reinigungseinrichtung zum automatischen Reinigen des Filters vorgesehen. Erst durch die Reinigung des Filters wird es möglich, dass dieser mehrfach verwendet werden kann, wobei es vorteilhaft ist, wenn diese Reinigung automatisch erfolgt und so einen möglichst geringen Wartungsaufwand erfordert. Further preferably, a cleaning device for automatically cleaning the filter is provided. Only by cleaning the filter, it is possible that this can be used several times, and it is advantageous if this cleaning takes place automatically and thus requires the lowest possible maintenance.
Vorzugsweise weist der Filter eine Heizvorrichtung auf, mit der Fluide wie Preferably, the filter has a heating device with which fluids such
Reinigungsflüssigkeiten und/oder Detektionsflüssigkeiten wie z.B. Farbstoffe lokal temperiert werden können. Vorteilhaft weist der Filter dazu wenigstens eine Cleaning fluids and / or detection fluids such as e.g. Dyes can be tempered locally. Advantageously, the filter has at least one
Heizerstruktur auf, die besonders bevorzugt eine Leiterbahn als Heizmäander umfasst, und die vorzugsweise durch eine Passivierungsschicht aus Si02, Al203, SiC oder diamantähnlichen Schichten geschützt werden kann. Vorteilhafterweise erfolgt auch die Temperaturmessung am Filter, besonders bevorzugt durch den Heizmäander und/oder durch einen separaten Leitermäander und/oder ein integriertes Thermoelement und/oder einen pn-Übergang. Heater structure, which particularly preferably comprises a conductor as Heizmäander, and which can be preferably protected by a passivation layer of Si0 2 , Al 2 0 3 , SiC or diamond-like layers. Advantageously, the temperature measurement is also carried out on the filter, particularly preferably by the heating meander and / or by a separate conductor meander and / or an integrated thermocouple and / or a pn junction.
Da der Filter vorzugsweise durch Quer- und/oder Durchspülen mit Fluiden gereinigt wird, sind vorteilhaft mehrere Gefäße in der Biosensorvorrichtung vorgesehen, in denen diese Fluide gelagert werden. Durch diese Lagerung wird ein automatischer Betrieb der Reinigungseinrichtung ermöglicht, da so, je nach Größe des Gefäßes, nur selten die Fluide aufgefüllt werden müssen. Since the filter is preferably cleaned by transverse and / or flushing with fluids, advantageously several vessels are provided in the biosensor device in which these fluids are stored. By this storage, an automatic operation of the cleaning device is made possible, as so, depending on the size of the vessel, rarely the fluids must be replenished.
Damit wenigstens eines der in den mehreren Gefäßen gelagerten Fluide zur Reinigung des Filters herangezogen werden kann, ist es von Vorteil, wenn dieses Fluid eine Reinigungsflüssigkeit ist. Sie kann zu dem Filter transportiert werden, wenn wenigstens das Gefäß, in dem sie gelagert ist, z.B. über ein Ventil mit der Reinigungseinrichtung verbunden ist. Vorzugsweise ist ein Ventil vorgesehen, das mehrere Gefäße anwählen kann. Damit können, je nach Ventilstellung, auch unterschiedliche Reinigungsflüssigkeiten zu der Reinigungseinrichtung bzw. zu dem Filter transportiert werden. Es können damit sowohl mehrere nacheinander folgende Reinigungsschritte mit verschiedenen Flüssigkeiten durchgeführt werden, aber auch der Reinigungsprozess auf die Anforderungen je nach der Art der detektierten biologischen Partikel angepasst werden. So that at least one of the fluids stored in the plurality of vessels can be used to clean the filter, it is advantageous if this fluid is a cleaning fluid. It can be transported to the filter if at least the vessel in which it is stored, for example via a valve connected to the cleaning device. Preferably, a valve is provided which can select multiple vessels. This can, depending on the valve position, also different cleaning liquids are transported to the cleaning device or to the filter. It can thus both several successive cleaning steps are performed with different liquids, but also the cleaning process can be adapted to the requirements depending on the nature of the detected biological particles.
Zum Transport der Reinigungsflüssigkeit ist es von Vorteil, wenn die To transport the cleaning liquid, it is advantageous if the
Reinigungseinrichtung eine Pumpe aufweist. Diese Pumpe kann die Cleaning device comprises a pump. This pump can do the
Reinigungsflüssigkeit aus dem Gefäß, in dem sie gelagert ist, zu dem Filter pumpen. Für einen einfachen Aufbau der Biosensorvorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die Pumpe nicht nur zum Pumpen der Reinigungsflüssigkeit aus ihrem Gefäß zum Filter vorgesehen ist, sondern auch andere Funktionen übernehmen kann. Darunter fallen nicht nur das Pumpen sämtlicher Fluide, die in den mehreren Gefäßen gelagert sind, sondern auch das Pumpen der fluiden Probe. Um Kontaminationen zu verhindern, können aber auch mehrere Pumpen in der Biosensorvorrichtung vorgesehen sein, je nach dem, welche Bedürfnisse die Biosensorvorrichtung erfüllen soll. Soll sie beispielsweise transportabel sein und in Fahrzeuge integrierbar sein, ist es von Vorteil, wenn sie möglichst kleine Ausmaße aufweist. Bei einer festen Verwendung oder einer Verwendung in größeren Fahrzeugen, kann sie auch größere Ausmaße haben. Dann ist es möglich, mehrere Pumpen in der Biosensorvorrichtung Cleaning fluid from the vessel in which it is stored, pump to the filter. For a simple construction of the biosensor device, it is advantageous if the pump is not only provided for pumping the cleaning liquid from its vessel to the filter, but can also assume other functions. This includes not only the pumping of all the fluids stored in the several vessels, but also the pumping of the fluid sample. In order to prevent contamination, but also several pumps may be provided in the biosensor device, depending on what needs to meet the biosensor device. If, for example, it is to be transportable and to be able to be integrated into vehicles, it is advantageous if it has the smallest possible dimensions. For fixed use or for use in larger vehicles, it may also be larger in size. Then it is possible to have several pumps in the biosensor device
vorzusehen. provided.
Vorzugsweise ist die Pumpe derart ausgebildet, dass sie die Reinigungsflüssigkeit sowohl über den Filter pumpen, als sie auch rück- und/oder querspülen kann. Das heißt, die Pumpe sollte zum Pumpen in wenigstens zwei verschiedene Richtungen ausgebildet sein. Preferably, the pump is designed such that they both pump the cleaning fluid through the filter, as they can also backwash and / or backwash. That is, the pump should be designed to pump in at least two different directions.
Vorzugsweise ist die Pumpe der Filterüberwachungseinrichtung als Pumpe zum Pumpen der Reinigungsflüssigkeit ausgebildet. So kann die Pumpe mehrere Preferably, the pump of the filter monitoring device is designed as a pump for pumping the cleaning liquid. So the pump can be several
Funktionen erfüllen, nämlich zur Überwachung des Filters dienen, ob dieser verstopft oder beschädigt ist, und gleichzeitig die Reinigungsfllüssigkeit von dem Gefäß zur Lagerung zu dem Filter hin transportieren. Durch einen solchen Aufbau kann Platz in der Biosensorvorrichtung eingespart werden. Vorzugsweise ist die Reinigungsflüssigkeit auch gleichzeitig eine Perform functions, namely to monitor the filter, whether it is clogged or damaged, and at the same time transport the cleaning liquid from the vessel for storage to the filter out. Such a construction can save space in the biosensor device. Preferably, the cleaning liquid is also a simultaneously
Reaktionsflüssigkeit, die bei der Detektion der biologischen Partikel in der Reaction fluid used in the detection of biological particles in the
Biosensorvorrichtung verwendet wird. Auch dadurch kann Platz in der Biosensor device is used. This can also make room in the
Biosensorvorrichtung gespart werden, da statt vieler Gefäße, einige für Biosensorvorrichtung be saved, as instead of many vessels, some for
Reinigungsflüssigkeiten und einige für Reaktionsflüssigkeiten, nur wenige Gefäße zur Lagerung ausgewählter Flüssigkeiten vorhanden sein müssen. Cleaning liquids and some for reaction liquids, only a few vessels for storage of selected liquids must be present.
Vorteilhaft ist die Reinigungsflüssigkeit eine Säure oder eine Base oder ein Alkohol oder ein Detergenz. Je nach der Art der Verunreinigung des Filters ist es vorteilhaft, wenn unterschiedliche funktionelle Reinigungsflüssigkeiten verwendet werden können. Um den Filter möglichst schonend zu reinigen, kann die Säure oder die Base eine schwache Säure oder eine schwache Base sein. Reicht dies zur Advantageously, the cleaning fluid is an acid or a base or an alcohol or a detergent. Depending on the type of contamination of the filter, it is advantageous if different functional cleaning fluids can be used. In order to clean the filter as gently as possible, the acid or the base may be a weak acid or a weak base. Is this sufficient?
Reinigung des Filters jedoch nicht aus, ist es auch möglich, eine stärkere oder starke Säure bzw. eine starke Base zur Reinigung des Filters zu verwenden. However, cleaning the filter is not enough, it is also possible to use a stronger or stronger acid or a strong base to clean the filter.
Organische Verunreinigungen werden vorzugsweise durch Alkohole oder Organic impurities are preferably by alcohols or
Detergentien entfernt. Es ist auch vorstellbar, mehrere Reinigungsschritte Detergents removed. It is also conceivable to have several purification steps
durchzuführen, bei denen unterschiedliche Reinigungsflüssigkeiten nacheinander über den Filter gespült werden. Vorteilhaft ist eine Temperiereinrichtung zum Temperieren der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen. Ein Erhitzen kann den Reinigungsprozess des Filters beschleunigen. Gleichzeitig kann jedoch auch eine Kühlung des Filters nötig sein, wenn die in which different cleaning liquids are rinsed one after the other over the filter. A tempering device for tempering the cleaning liquid is advantageously provided. Heating can speed up the cleaning process of the filter. At the same time, however, a cooling of the filter may be necessary if the
Reaktion der Reinigungsflüssigkeit mit dem biologischen Material Hitze freisetzt und somit den Filter angreifen könnte. Die Temperiereinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie auf den Reinigungsprozess des Filters mit der Reaction of the cleaning fluid with the biological material releases heat and thus could attack the filter. The tempering device is preferably designed such that it depends on the cleaning process of the filter with the
Reinigungsflüssigkeit optimiert ist. Je nach Art der verwendeten Reinigung ist es von Vorteil, wenn die zur Reinigung verwendete Flüssigkeit in temperierter Form zugeführt werden kann. Hierzu sollte die Detektionskammer und/oder die  Cleaning fluid is optimized. Depending on the type of cleaning used, it is advantageous if the liquid used for cleaning can be supplied in tempered form. For this purpose, the detection chamber and / or the
Messkammer z. B. durch Heizpatronen heizbar sein. Auch eine Temperierung der Flüssigkeit durch eine Schlauchheizung ist möglich. Measuring chamber z. B. be heated by cartridge heaters. A temperature of the liquid by a hose heating is possible.
Vorzugsweise sind zur Vermeidung von Überhitzung und Unterkühlung Preferably, to avoid overheating and hypothermia
Temperatursensoren an den Gefäßen und dem Filter vorgesehen. Um die genaue Temperatur der Flüssigkeit bestimmen zu können, wird ein Temperatursensor vorteilhafterweise direkt in den Fluss eingebracht. Am meisten bevorzugt sitzt der Temperatursensor in unmittelbarer Nähe zum Mikrofilter. Ein Temperatursensor lässt sich auch auf dem Filter integrieren. Dies kann erfolgen durch Implantation einer PN-Diode in einer Siliziummembran, Aufbringen von Leiterbahnen Temperature sensors on the vessels and the filter provided. To determine the exact temperature of the fluid, a temperature sensor is used advantageously introduced directly into the river. Most preferably, the temperature sensor sits in close proximity to the microfilter. A temperature sensor can also be integrated on the filter. This can be done by implanting a PN diode in a silicon membrane, applying conductor tracks
unterschiedlicher Materialien, um ein Thermoelement zu bilden, oder Aufbringen eines Leiterbahnmäanders, der in Form einer temperaturabhängigen different materials to form a thermocouple, or applying a Leiterbahnmäanders, in the form of a temperature-dependent
Widerstandsänderung die Temperaturmessung ermöglicht. Die Temperatursensoren können jeweils durch eine Passivierungsschicht geschützt sein. Vorteilhaft ist eine Recycling-Einrichtung zur Wiederaufbereitung der Resistance change allows the temperature measurement. The temperature sensors can each be protected by a passivation layer. Advantageous is a recycling facility for reprocessing the
Reinigungsflüssigkeit vorgesehen. Um den Vorrat an Reinigungsflüssigkeit so gering wie möglich zu halten, ist es sinnvoll, die Reinigungsflüssigkeit nach Verwendung zu recyclen. Dazu kann diese in einem extra Behälter aufgefangen werden und vor der nächsten Verwendung durch ein Partikelsieb gereinigt werden (klassischer Filter).  Cleaning liquid provided. In order to keep the supply of cleaning liquid as low as possible, it makes sense to recycle the cleaning liquid after use. This can be collected in an extra container and cleaned before use by a particle sieve (classic filter).
Vorzugsweise weist die Recycling-Einrichtung ein Partikelsieb und/oder Aktivkohle auf. Filter und Reinigungsflüssigkeit sind vorteilhaft nach einer maximalen Anzahl von Verwendungen auswechselbar. Es ist auch möglich, zunächst mit recycelter Reinigungsflüssigkeit zu reinigen und als letzten Reinigungsschritt noch mit einer geringen Menge frischer Lösung nachzureinigen. Preferably, the recycling device has a particle screen and / or activated carbon. Filter and cleaning fluid are advantageously interchangeable after a maximum number of uses. It is also possible first to clean with recycled cleaning liquid and then to clean with a small amount of fresh solution as the last cleaning step.
Vorteilhaft weist die Reinigungseinrichtung einen Schallgenerator, insbesondere eine Ultraschalleinheit, bzw. eine Megaschalleinheit, zum Beaufschlagen des Filters mit Schallwellen auf. Die Reinigung von Siliziumwafern und anderen Oberflächen mittels Megaschall ist eine etablierte Methode in der Halbleiter- und Advantageously, the cleaning device has a sound generator, in particular an ultrasound unit, or a megasonic unit, for applying sound waves to the filter. The cleaning of silicon wafers and other surfaces by means of megasonic is an established method in the semiconductor and
Mikroelektronikindustrie. Bislang wird diese Technologie jedoch ausschließlich zur Reinigung glatter Oberflächen eingesetzt. Hier jedoch wird der Einsatz von  Microelectronics industry. So far, however, this technology is used exclusively for cleaning smooth surfaces. Here, however, the use of
Megaschall zur Reinigung von Filtern vorgeschlagen. Durch die vom Megaschall hervorgerufene Kavitation ist es möglich, Filteroberflächen effektiv zu reinigen. Diese mechanische Reinigung kann zusätzlich durch den Einsatz von Detergentien unterstützt werden. Megaschall eignet sich insbesondere zur Reinigung glatter Filteroberflächen, wie sie beispielsweise bei mikromechanischen Filtern oder bei sog. track-etched-Filtermembranen vorkommen. Je nach Auslegung der Megasound proposed for cleaning filters. Due to the cavitation caused by the cavitation, it is possible to effectively clean filter surfaces. This mechanical cleaning can be additionally supported by the use of detergents. Megasonic is particularly suitable for cleaning smooth filter surfaces, as they occur for example in micromechanical filters or in so-called. Track-etched filter membranes. Depending on the design of the
Filterelemente bzw. des Megaschall-Transducers ist jedoch auch eine Tiefenreinigung vorstellbar. Durch die effektive Reinigung kann ein Filterelement recycled, also wieder verwendet werden. Ein weiterer Einsatz der Megaschalltechnik ist bereits während der Filtration vorstellbar. Hierbei werden zum einen Luftblasen, die die Filtration behindern können, gelöst und gleichzeitig verhindert, dass sich Partikel festsetzen. Bei geeigneter Wahl der Megaschallfrequenz werden Partikel einer bestimmten Größenordnung in Bewegung versetzt und dadurch am Festsetzen gehindert. Megaschall unterstützt auf diese Weise den Filtrationsprozess und verlängert die Standzeit des Filters. Vorzugsweise weist daher die Ultraschalleinheit einen Schallgenerator auf. DerHowever, filter elements or the megasonic transducer is also a Deep cleaning conceivable. Due to the effective cleaning, a filter element can be recycled, ie reused. Another use of megasonic technology is already conceivable during filtration. On the one hand, air bubbles, which can hinder the filtration, are dissolved and at the same time, particles are prevented from settling. With a suitable choice of megasonic frequency particles of a certain magnitude are set in motion and thereby prevented from settling. Megasound thus supports the filtration process and extends the service life of the filter. Therefore, the ultrasound unit preferably has a sound generator. Of the
Schallgenerator erzeugt Ultraschall (Frequenz ca. 20 kHz bis 1 GHz), insbesondere Megaschall (Frequenz ca. 400 kHz bis 4 MHz), mit dem der Filter zur Reinigung beaufschlagt werden kann. Die Detektionseinrichtung weist weiter vorzugsweise eine Detektionskammer auf, in der der Filter untergebracht ist. Sound generator generates ultrasound (frequency about 20 kHz to 1 GHz), in particular megasonic (frequency about 400 kHz to 4 MHz), with which the filter can be applied for cleaning. The detection device further preferably has a detection chamber in which the filter is accommodated.
Diese Detektionskammer weist vorzugsweise einen separaten Reaktor zum This detection chamber preferably has a separate reactor for
Vorfärben des Probenmaterials auf. Damit kann anstelle des Vorgangs Filtern der Wasserprobe (bedeutet Anreichern der Bakterien auf der Filteroberfläche), Zugabe der Sonden, Reaktion der Sonden mit beispielsweise den Bakterien, Spülen ungebundener Sonden, Detektion, das Färben auch vorab in dem separaten Pre-staining of the sample material. Thus, instead of filtering the water sample (means accumulating the bacteria on the filter surface), adding the probes, reacting the probes with, for example, the bacteria, rinsing unbound probes, detecting, staining also in advance in the separate
Reaktor stattfinden. Dieser kann temperierbar bzw. temperaturgeregelt sein. Damit verändert sich der Vorgang zu Füllen mit der Wasserprobe, Zugabe der Sonden, evtl. Durchmischung und Temperierung (Reaktion Sonden mit beispielsweise Bakterien), Pumpen durch den Filter (entspricht Anreichern der Bakterien auf der Filteroberfläche), ggf. Spülen, Detektion. Ein Vorfärben des Probenmaterials in dem separaten Reaktor kann die Reaktion der Sonden mit beispielsweise den Bakterien vereinfachen, da ein einfacheres Durchmischen möglich ist, als wenn die Bakterien bereits auf der Filteroberfläche immobilisiert sind. Reactor take place. This can be tempered or temperature controlled. This changes the process to filling with the water sample, addition of the probes, possible mixing and tempering (reaction probes with, for example, bacteria), pumps through the filter (corresponds to accumulation of bacteria on the filter surface), if necessary rinsing, detection. Pre-staining the sample material in the separate reactor can simplify the reaction of the probes with, for example, the bacteria, since easier mixing is possible than if the bacteria are already immobilized on the filter surface.
Vorteilhaft weist die Detektionskammer eine begrenzende Kammerwand auf. Damit ist der Bereich der Detektion vorteilhaft vom Rest der Biosensorvorrichtung abgetrennt. Eine Kontamination unterschiedlicher Biosensorvorrichtungsbereiche kann somit verhindert werden. Advantageously, the detection chamber has a limiting chamber wall. Thus, the area of detection is advantageous from the rest of the biosensor device disconnected. Contamination of different biosensor device areas can thus be prevented.
Vorteilhaft ist der Schallgenerator an der Detektionskammer der Detektionseinheit angebracht. Damit kann der Megaschall in die Detektionskammer bzw. auf den Filter beaufschlagt werden. The sound generator is advantageously attached to the detection chamber of the detection unit. Thus, the megasonic in the detection chamber or on the filter can be applied.
Weiter vorteilhaft ist an der Detektionskammer eine Düse zum Austreten von mit Megaschall beaufschlagtem Fluid durch die Kammerwand in die Detektionskammer angeordnet. Aus der Düse tritt dann das mit Megaschall beaufschlagte Fluid auf die Filteroberfläche und reinigt diese. Further advantageously, at the detection chamber, a nozzle for exiting by megasonic impacted fluid through the chamber wall is arranged in the detection chamber. From the nozzle then enters the acted upon with megasonic fluid on the filter surface and cleans them.
Weiter vorteilhaft kann aber auch der Filter als Schallgenerator ausgebildet sein. Damit ist der Mikrofilter selbst ein aktives Element, d. h. er kann als Further advantageously, however, the filter can also be designed as a sound generator. Thus, the microfilter itself is an active element, i. H. he can as
Ultraschallerzeuger, insbesondere als Megaschallerzeuger, ausgebildet sein. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn die Biosensorvorrichtung möglichst platzsparend aufgebaut sein soll. Ultrasonic generator, in particular as a megasonic generator, be formed. This may be particularly advantageous if the biosensor device should be constructed as space-saving.
Vorteilhaft ist dann der Filter aus einem piezoelektrischen Material gebildet oder eine piezoelektrische Schicht ist auf den Filter aufgebracht. Insbesondere kann Advantageously, the filter is then formed from a piezoelectric material or a piezoelectric layer is applied to the filter. In particular, can
beispielsweise PZT (Bleizirconattitanat) oder AIN (Aluminiumnitrat) als for example PZT (lead zirconate titanate) or AIN (aluminum nitrate) as
piezoelektrische Schicht aufgebracht werden. piezoelectric layer are applied.
Weist der Filter Elektroden, insbesondere Interdigital-Elektroden auf, kann das piezoelektrische Material vorteilhaft angeregt werden. If the filter has electrodes, in particular interdigital electrodes, the piezoelectric material can be advantageously excited.
Das piezoelektrische Material kann vorzugsweise durch eine weitere Schicht, eine Passivierungsschicht, gegenüber Umwelteinflüssen, insbesondere The piezoelectric material can preferably by another layer, a passivation layer, against environmental influences, in particular
Reinigungsmedien, geschützt werden. Cleaning media to be protected.
Weiterhin lässt sich die Geometrie von Membran und den unter der Membran befindlicher mechanischer Unterstützungsstrukturen anpassen, damit das Furthermore, the geometry of the membrane and the underlying mechanical support structures under the membrane can be adjusted to allow the
Schwingungsverhalten der Membran bei der gewählten Schwingungsfrequenz günstig ist. Unmittelbar nach oder auch während der Megaschallreinigung kann das Vibration behavior of the membrane at the selected vibration frequency is favorable. Immediately after or even during megasonic cleaning, the
Fluidiksystem aktiviert werden, um Quer- oder Rückspülung durchzuführen und damit die Reinigungsprozedur zu verbessern. Fluidic system can be activated to perform cross or backwash and thus to improve the cleaning procedure.
Weiter vorteilhaft weist die Reinigungseinrichtung eine EHD-Einheit zur Further advantageously, the cleaning device to an EHD unit for
elektrohydrodynamischen Atomisierung der Reinigungsflüssigkeit auf. Die elektrohydrodynamische Atomisierung ist ein Verfahren, bei dem ein Leitungsfluid aufgebrochen und dispergiert wird, so dass ein Strahl aus geladenen Nanotröpfchen entsteht. Um einen EHD-Strahl auszulösen, wird elektrostatischer Stress an dem Fluidmeniskus ausgeübt, der die Oberflächenspannung, die den Meniskus intakt hält, übersteigt. electrohydrodynamic atomization of the cleaning liquid. Electrohydrodynamic atomization is a process in which a conduit fluid is broken up and dispersed to form a charged nanotube beam. To initiate an EHD beam, electrostatic stress is exerted on the fluid meniscus that exceeds the surface tension that keeps the meniscus intact.
Vorteilhaft weist die EHD-Einheit eine Kapillare zum Einleiten der Advantageously, the EHD unit has a capillary for introducing the
Reinigungsflüssigkeit aus einem Gefäß in die EHD-Einheit, eine Cleaning fluid from a vessel in the EHD unit, a
Druckbeaufschlagung zum Einbringen und Durchleiten der Reinigungsflüssigkeit in und durch die Kapillare und einen elektrischen Kontakt zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes am Ende der Kapillare auf. In einem typischen EHD- System lagert ein kleines Fluidreservoir die leitfähige Prozesschemikalie, die versprüht werden soll, und ein elektrischer Kontakt in dem Reservoir unterwirft das Fluid einem Potential. Eine pneumatische Kontrolleinheit bringt einen kontrollierten Druck auf das Fluid ein, das sich in dem Reservoir befindet. Daraus resultiert ein Fluss von dem Reservoir über ein Kapillarrohr in das elektrostatische Feld an dem Ende der Kapillare, an dem das Fluid versprüht wird.  Pressurizing for introducing and passing the cleaning liquid into and through the capillary and an electrical contact for generating an electrostatic field at the end of the capillary. In a typical EHD system, a small fluid reservoir stores the conductive process chemical that is to be sprayed, and electrical contact in the reservoir subjects the fluid to potential. A pneumatic control unit applies a controlled pressure to the fluid that is in the reservoir. This results in a flow from the reservoir via a capillary tube into the electrostatic field at the end of the capillary where the fluid is sprayed.
Die elektrohydrodynamische Atomisierung benötigt nur geringe Fluidvolumina. Verwendungsraten können typischerweise in dem Bereich von 0,6 bis 2 The electrohydrodynamic atomization requires only small volumes of fluid. Usage rates can typically be in the range of 0.6 to 2
μΙ/Minute/Düse liegen. Damit könnten bei der Verwendung von EHD in signifikanter Weise Kosten eingespart werden, da hohe Volumina von Prozesschemikalien und ihre Verwerfung nach der Verwendung vermieden werden. μΙ / minute / nozzle are. This could significantly save costs when using EHD, since high volumes of process chemicals and their rejection after use are avoided.
Vorteilhaft ist die EHD-Einheit zum Bilden von Nanotröpfchen aus der Advantageously, the EHD unit for forming nanodroplets from the
Reinigungsflüssigkeit und/oder zu deren Beaufschlagung auf die Filteroberfläche ausgebildet. Beim Start der EHD fließt Strom durch das leitfähige Fluid in die Kapillare. Zusätzlich wandern geladene Ionen in dem Fluid in gegenüberliegender Richtungen in der Kapillare, was in einer ungleichmäßigen Verteilung der Ladung resultiert. Ionen mit derselben Polarität wie der auf das Reservoir eingebrachten Spannung, wandern zu dem äußersten Ende der Kapillare. Dort übersteigt das elektrostatische Feld die Oberflächenspannung des Meniskus und resultiert im Zusammenbruch des Meniskus unter Bildung eines EHD-Nanotröpfchen-Strahls. Cleaning liquid and / or designed to be applied to the filter surface. When starting the EHD current flows through the conductive fluid in the Capillary. In addition, charged ions migrate in the fluid in opposite directions in the capillary, resulting in an uneven distribution of the charge. Ions of the same polarity as the voltage applied to the reservoir travel to the extremity of the capillary. There, the electrostatic field exceeds the surface tension of the meniscus and results in the collapse of the meniscus to form an EHD nanodroplet beam.
Da die durch den EHD-Prozess hergestellten Nanotröpfchen mehrfach geladen sind, kann ihre Beschleunigung durch das elektrische Feld zwischen dem Austritt der Kapillare und dem zu reinigenden Gegenstand kontrolliert werden. Since the nanodroplets produced by the EHD process are multiply charged, their acceleration can be controlled by the electric field between the exit of the capillary and the object to be cleaned.
Vorteilhaft ist die Kapillare der EHD-Einheit in der Wand der Detektionskammer angeordnet. Damit können die Nanotröpfchen direkt auf den Filter beaufschlagt werden. Advantageously, the capillary of the EHD unit is arranged in the wall of the detection chamber. This allows the nanotubes to be applied directly to the filter.
Während EHD-Nanotröpfchen sehr klein sind, sind sie im Vergleich zu Ionen und lonenstrahlen extrem groß. EHD-Nanotröpfchen verteilen ihre Energie über einen ausgedehnten Bereich des Zielobjektes, wodurch sie gleichzeitig ein Ablösen und Entfernen von Partikeln im Mikrometer- und Submikrometer-Bereich bewirken. Dies können organische Filme und/oder metallische Verunreinigungen sein. Die Energie eines EHD-Nanotröpfchens wird durch die große Anzahl von Kernen in dem While EHD nanodroplets are very small, they are extremely large compared to ions and ion beams. EHD nanodroplets distribute their energy over a broad area of the target, causing them to simultaneously detach and remove micron and submicron particles. These may be organic films and / or metallic impurities. The energy of an EHD nanodroplet is due to the large number of nuclei in the
Nanotröpfchen getragen. Das resultiert in Energien unterhalb von Material- Sputtergrenzen, und verhindert ein direktes Ätzen oder Beschädigungen der Nano droplets worn. This results in energies below material sputtering limits and prevents direct etching or damage to the material
Oberflächen, während die Verunreinigung entfernt wird. Surfaces while the contaminant is being removed.
Die Kontrolle der EHD-Nanotröpfchen ist elektrisch implementiert, indem das Fluid bis zu einem bestimmten Bereich aufgeladen wird, an der Kapillare austritt und durch das elektrische Feld manipuliert wird. Die Geschwindigkeit und Größe können verändert werden, was in einem großen Bereich von Prozesseinstellungen resultiert, um so die Nanotröpfchen auf die Verunreinigungen und das Substrat anzupassen. Nanotröpfchen können so hergestellt werden, dass sie einen optimalen Impuls auf die Partikel übertragen. Durch Einbringen einer Mikrokapillare durch die Wand der Detektionskammer lässt sich die Filteroberfläche reinigen. Dabei wird eine Reinigungswirkung erzielt, ohne hohe Energien einzubringen, d. h. die Membran wird mechanisch sehr wenig beansprucht. Unmittelbar nach oder auch während der EHD-Reinigung kann das Fluidiksystem aktiviert werden, um Quer- oder Rückspülung durchzuführen und damit die Reinigungsprozedur zu verbessern. The control of the EHD nanodroplets is implemented electrically by charging the fluid to a certain range where capillary leaks out and is manipulated by the electric field. The speed and size can be changed, resulting in a wide range of process settings, so as to match the nanodroplets to the contaminants and substrate. Nanodroplets can be made to impart an optimal momentum to the particles. By introducing a microcapillary through the wall of the detection chamber, the filter surface can be cleaned. In this case, a cleaning effect is achieved without introducing high energies, ie the membrane is mechanically stressed very little. Immediately after or even during EHD cleaning, the fluidic system can be activated to perform cross or backflushing to improve the cleaning procedure.
Vorteilhaft weist die Reinigungseinrichtung eine elektrische Reinigungseinrichtung zur elektrochemischen Reinigung des Filters auf. Insbesondere wird die Reinigung des Filters durch Elektrophorese und/oder Elektroosmose und/oder Elektrolyse durchgeführt. Advantageously, the cleaning device has an electrical cleaning device for electrochemical cleaning of the filter. In particular, the cleaning of the filter is carried out by electrophoresis and / or electroosmosis and / or electrolysis.
Bei der Elektrophorese bzw. der Dielektrophorese ist es möglich, geladene Partikel mit Hilfe von elektrischen Feldern von der Filteroberfläche herunterzuziehen. Hierbei wird ein hohes elektrisches Feld an der Oberfläche des Filters erzeugt. Geladene Schmutzpartikel und Bakterien werden durch das elektrische Feld zur In electrophoresis or dielectrophoresis, it is possible to pull charged particles away from the filter surface by means of electric fields. In this case, a high electric field is generated at the surface of the filter. Charged dirt particles and bacteria are transmitted through the electric field
entgegengesetzt gepolten Elektrode gezogen und reißen auf ihrem Weg auch ungeladene Partikel mit. Vorteilhaft sind auf dem Filter daher Elektroden zur Durchführung der drawn opposite polarized electrode and tear on their way even uncharged particles. Therefore, electrodes for carrying out the are advantageous on the filter
elektrochemischen Reinigungsverfahren, insbesondere als Interdigital-Elektroden, ausgebildet. Elektrodenbreite und -abstand können z. B. 1 bis 10 pm betragen. Sie können mit einer Passivierungsschicht geschützt und auch elektrisch isoliert werden. Dabei kann auch das Fluidiksystem aktiviert werden, um Quer- oder Rückspülung durchzuführen und damit die Reinigungsprozedur zu verbessern. Insbesondere beim Rückspülen durch den Filter (durch Betrieb des Fluidiksystems) können die Partikel weggespült werden, sobald sie durch den Elektrophorese- bzw. electrochemical cleaning method, in particular as an interdigital electrodes formed. Electrode width and spacing can be z. B. 1 to 10 pm. They can be protected with a passivation layer and also electrically insulated. In this case, the fluidic system can be activated in order to perform cross or backwashing and thus to improve the cleaning procedure. In particular, during the backwashing through the filter (by operation of the fluidic system), the particles can be washed away as soon as they pass through the electrophoresis or
Dielektrophoreseprozess quer über die Filteroberfläche transportiert werden und eine Pore passieren. Dielectrophoretic process be transported across the filter surface and pass a pore.
Weiterhin kann der bekannte Effekt der Elektroosmose angewendet werden Furthermore, the known effect of electroosmosis can be used
(elektroosmotischer Fluss in Mikrokanälen). Insbesondere bei geringer Höhe der Detektionskammer, z. B. 100 bis 200 pm, lässt sich die darin befindliche Flüssigkeit pumpen, wenn über Elektroden ein elektrisches Feld angelegt wird, das quer über die Filteroberfläche abfällt. Dadurch lässt sich die Flüssigkeit und mit ihr die darin befindlichen Partikel bewegen. Der Reinigungseffekt lässt sich erhöhen, wenn ein Wechselfeld angelegt wird. Dieses Hin- und Herpumpen entspricht einem (electroosmotic flow in microchannels). Especially at low height of the detection chamber, z. B. 100 to 200 pm, the liquid therein can be pumped when an electric field is applied across electrodes, the across across the filter surface falls off. This allows the liquid and with it the particles contained therein to move. The cleaning effect can be increased if an alternating field is applied. This reciprocating pump corresponds to one
mechanischen Mischen und lässt sich mit höherer Frequenz durchführen als eine ständige Flussrichtungsumkehr beim Querspülen durch das Fluidiksystem mit der konventionellen mechanischen Pumpe. Zusätzlich kann das Fluidiksystem aktiviert werden, um Quer- oder Rückspülung durchzuführen und damit die mechanical mixing and can be performed at a higher frequency than a constant flow direction reversal in the cross-flushing by the fluidic system with the conventional mechanical pump. In addition, the fluidic system can be activated to perform cross or backwash and thus the
Reinigungsprozedur zu verbessern. Auch die Elektrolyse unter Gasbildung (z. B. von Wasser) kann als Reinigung der Filteroberfläche fungieren. Hierzu wird an der Filteroberfläche (Ausführung als Elektrode) unter Zuführung elektrischer Spannung eine Flüssigkeit in Gase gespalten. Diese aufsteigenden Gase lösen die Partikel an der Filteroberfläche und machen einen Abtransport der Verunreinigungen möglich. Die Gegenelektrode kann an der Wand der Detektionskammer angebracht sein. Wenn die Elektroden auf der Filteroberfläche angebracht sind, insbesondere als Interdigital-Elektroden, ist eine Elektrodenbreite und ein Elektrodenabstand von beispielsweise 1 bis 10 pm vorteilhaft. Dann lässt sich die benötigte Spannung minimieren, selbst bei elektrisch schlecht leitenden Elektrolyten (z. B. Wasser). Cleaning procedure to improve. The electrolysis with gas formation (eg of water) can also act as a cleaning of the filter surface. For this purpose, a liquid is split into gases on the filter surface (design as electrode) while supplying electrical voltage. These rising gases dissolve the particles on the filter surface and make it possible to remove the impurities. The counter electrode may be attached to the wall of the detection chamber. When the electrodes are mounted on the filter surface, in particular as interdigital electrodes, an electrode width and an electrode spacing of, for example, 1 to 10 μm are advantageous. Then the required voltage can be minimized, even with electrically poorly conducting electrolytes (eg water).
Vorzugsweise sind die Interdigital-Elektroden aus Platin und/oder im Preferably, the interdigital electrodes are made of platinum and / or im
Siebdruckverfahren oder durch Aufdampfen oder Sputtern gebildet. Dadurch werden die Elektroden besonders robust, da Platin ein Edelmetall ist. Vorzugsweise weist die Reinigungseinrichtung wenigstens eine Screen printing or formed by vapor deposition or sputtering. This makes the electrodes particularly robust, since platinum is a precious metal. Preferably, the cleaning device has at least one
Reinigungssteuerungseinrichtung auf. Damit wird der Reinigungsprozess bzw. die verschiedenen Reinigungsprozesse gesteuert und auf die Verunreinigung durch bestimmte biologische Partikel angepasst. Daher ist es von Vorteil, wenn die Reinigungssteuerungseinrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren der Ultraschalleinheit und/oder der EHD-Einheit und/oder der elektrochemischen Reinigung und/oder der Pumpe ausgebildet ist. Die  Cleaning control device on. Thus, the cleaning process or the various cleaning processes is controlled and adapted to the contamination by certain biological particles. Therefore, it is advantageous if the cleaning control device is designed to activate and deactivate the ultrasound unit and / or the EHD unit and / or the electrochemical cleaning and / or the pump. The
Reinigungssteuerungseinrichtung kann damit sämtliche Reinigungsprozesse gleichzeitig starten, oder sie nacheinander oder sie in gewählter Kombination starten. Durch die Kontrolle der Pumpe ist es möglich, auch während eines Cleaning control device can thus start all cleaning processes simultaneously, or they one after the other or in a selected combination start. By controlling the pump it is possible, even during one
Reinigungsschrittes mit beispielsweise Ultraschall oder mit elektrohydrodynamischer Atomisierung den Filter mit Reinigungsflüssigkeit zu spülen, um so die Reinigung noch zu verbessern. Cleaning step with, for example, ultrasound or electrohydrodynamic atomization to rinse the filter with cleaning fluid, so as to improve the cleaning yet.
Vorteilhaft wird die Reinigungssteuerungseinrichtung durch die Advantageously, the cleaning control device is characterized by
Filterüberwachungssteuerungseinrichtung aktiviert. Wenn die Filter monitoring control device activated. If the
Filterüberwachungssteuerungseinrichtung eine Verunreinigung des Filters anzeigt, ist es von Vorteil, wenn der Filter daraufhin sofort gereinigt werden kann. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Reinigung durch die Reinigungssteuerungseinrichtung direkt nach Erkennen einer Verunreinigung gestartet wird. Filter monitoring control device indicates contamination of the filter, it is advantageous if the filter can then be cleaned immediately. Therefore, it is advantageous if the cleaning by the cleaning control device is started immediately after detecting an impurity.
Damit die Biosensorvorrichtung automatisch betrieben werden kann, ist es vorteilhaft, wenn eine Probennahmevorrichtung vorgesehen ist, die insbesondere fluides Probenmaterial direkt aus einer Leitung aufnehmen kann. In order for the biosensor device to be operated automatically, it is advantageous if a sampling device is provided which in particular can receive fluid sample material directly from a line.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Probennahmevorrichtung eine Ausleit- /Durchleitvorrichtung aufweist, die das Probenmaterial permanent aus der Leitung ausleiten kann und gleichzeitig das Probenmaterial permanent durch die It is advantageous if the sampling device has a diverting / passage device, which can permanently discharge the sample material from the line and at the same time the sample material permanently through the
Probennahmevorrichtung durchleiten kann. Sampling device can pass.
Vorteilhaft wird das Probenmaterial über einen an die Leitung angeschlossenen Bypass in die Probennahmevorrichtung eingeleitet, strömt tangential zum Filter durch die Detektionskammer und über ein Mehrwegventil wieder in die Leitung zurück. Advantageously, the sample material is introduced into the sampling device via a bypass connected to the line, flows back into the line tangentially to the filter through the detection chamber and via a multi-way valve.
Dabei ist von Vorteil, wenn der Bypass einen schaltbaren Druckminderer aufweist, der den Fluss des Probenmaterials durch die Probennahmevorrichtung und die Detektionskammer konstant hält bzw. den Fluss während einer Messung untersagt. It is advantageous if the bypass has a switchable pressure reducer, which keeps the flow of the sample material through the sampling device and the detection chamber constant or prohibits the flow during a measurement.
Durch eine solche Vorrichtung wird ein Permanentfluss erzeugt. Bei der Umsetzung mit Permanentfluss wird ein Teil des beispielsweise Trinkwassers aus der By such a device, a permanent flow is generated. In the implementation with permanent flow is a part of, for example, drinking water from the
Versorgungsleitung in einen Bypass geleitet. Ein schaltbarer Druckminderer reduziert in diesem Bypass den Druck und gleichzeitig die Flussrate. Ist die Fluidikeinrichtung aktiv, wird also ein konstanter Fluss an beispielsweise Supply line directed to a bypass. A switchable pressure reducer reduces the pressure and simultaneously the flow rate in this bypass. Is the Fluidikeinrichtung active, so is a constant flow of, for example
Trinkwasser durch den Bypass geleitet, durchströmt die Detektionskammer tangential und wird über ein Mehrwegeventil wieder der Trinkwasserleitung zugefügt. Der Fluss durch den Bypass ist permanent gegeben. Es können keine Rückstände in den Leitungen bleiben. Während einer Messung untersagt derDrinking water passed through the bypass, flows through the detection chamber tangentially and is added via a multi-way valve back to the drinking water pipe. The flow through the bypass is permanent. There can be no residues left in the pipes. During a measurement prohibited
Druckminderer den Fluss aus der Versorgungsleitung. Nach der Messung öffnet der Druckminderer wieder und der Fluss durch den Bypass wird freigegeben. Pressure reducer the flow from the supply line. After the measurement, the pressure reducer opens again and the flow through the bypass is released.
Durch einen solchen Aufbau ist die Probennahmevorrichtung mit der By such a structure, the sampling device with the
Fluidikeinrichtung mit der Detektionskammer verbunden. So kann die fluide Probe, beispielsweise Trinkwasser, ohne Umwege in die Detektionskammer eingeleitet werden, wo dann eine zuverlässige Messung der Belastung mit biologischen Partikeln durchgeführt werden kann. Vorteilhaft ist in der Fluidikeinrichtung ein Luftblasensensor zur Detektion vonFluidike device connected to the detection chamber. Thus, the fluid sample, for example, drinking water can be introduced without detours in the detection chamber, where then a reliable measurement of exposure to biological particles can be performed. An air bubble sensor for the detection of is advantageous in the Fluidikeinrichtung
Luftblasen vorgesehen. Luftblasen wirken sich störend aus, insbesondere wenn die Detektion der biologischen Partikel auf einer quantitativen Basis erfolgen soll. Sind Luftblasen in einer Probe vorhanden, kann dann nicht mehr auf die Konzentration in dem Volumen zurückgeschlossen werden. Daher ist es vorteilhaft, wenn das Vorhandensein von Luftblasen über einen Luftblasensensor erkannt wird, und eine Meldung ausgegeben wird, dass Luftblasen vorhanden sind. So können diese vorteilhaft aus der Biosensorvorrichtung entfernt werden, bevor die Detektion der biologischen Partikel erfolgt. Um Kontaminationen der fluiden Probe, beispielsweise einer Wasserprobe, zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn die Probennahmevorrichtung ein Schaltventil aufweist, das zwischen zwei Betriebsarten der Biosensorvorrichtung unterscheidet. In einer ersten Stellung leitet das Schaltventil das Probenmaterial der Air bubbles provided. Air bubbles are troublesome, especially if the detection of biological particles is to be on a quantitative basis. If air bubbles are present in a sample, then it is no longer possible to deduce the concentration in the volume. Therefore, it is advantageous if the presence of air bubbles is detected via an air bubble sensor, and a message is issued that air bubbles are present. Thus, these can advantageously be removed from the biosensor device before the detection of the biological particles takes place. In order to prevent contaminations of the fluid sample, for example a water sample, it is advantageous if the sampling device has a switching valve which distinguishes between two operating modes of the biosensor device. In a first position, the switching valve directs the sample material of
Fluidikeinrichtung zu, während es es in einer zweiten Stellung an der Fluidike device while it is in a second position on the
Fluidikeinrichtung vorbei leitet. Dadurch ist eine direkte Probennahme aus der beispielsweise Trinkwasserleitung möglich, und es entstehen keine Leitungen mit stehendem Wasser, in dem sich biologische Partikel mit der Zeit aufkonzentrieren können. Ein solches Aufkonzentrieren könnte zu einem verfälschten Messergebnis führen. Weiter können durch eine solche Einstellung sämtliche Verbindungen zwischen beispielsweise der Trinkwasserleitung und dem Filter keimfrei gehalten werden. Fluidics device passes by. As a result, a direct sampling of the example drinking water pipe is possible, and there are no pipes with stagnant water in which biological particles can be concentrated over time. Such concentration could lead to a falsified measurement result. Further, by such a setting, all connections be kept germ-free between, for example, the drinking water line and the filter.
Weiter vorteilhaft weist die Probennahmevorrichtung eine Dreheinrichtung auf, die wenigstens einen Durchlass und wenigstens eine Aufnahmeposition für den Filter aufweist. Eine solche Dreheinrichtung kann derart gebildet sein, dass sie direkt in die beispielsweise Trinkwasserleitung eingedreht werden kann. Further advantageously, the sampling device has a rotating device which has at least one passage and at least one receiving position for the filter. Such a rotating device may be formed such that it can be screwed directly into the example drinking water line.
Vorteilhaft kann sie dabei in wenigstens zwei Stellungen in die Leitung eingedreht werden, in einer ersten Stellung wird dabei der Filter in die Trinkwasserleitung eingedreht, und in einer zweiten Stellung der Durchlass. Mit einem solchen Aufbau kann der Filter direkt in die interessierende Probe eingebracht werden, ohne irgendwelche Leitungen dazwischen, in denen sich Kontaminationen und damit verfälschende Ergebnisse ausbilden können. Advantageously, it can be screwed into at least two positions in the line, in a first position while the filter is screwed into the drinking water pipe, and in a second position of the passage. With such a construction, the filter can be introduced directly into the sample of interest, without any lines in between, in which contaminations and thus falsifying results can form.
Um einen permanenten Fluss durch die beispielsweise Trinkwasserleitung zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn die Dreheinrichtung auch einen Durchlass aufweist, der in die Trinkwasserleitung eingedreht wird, wenn gerade kein Filter zur Probenaufnahme in der Trinkwasserleitung vorhanden ist. In order to enable a permanent flow through the drinking water pipe, for example, it is advantageous if the rotating device also has a passage which is screwed into the drinking water line when no filter for sample intake in the drinking water pipe is currently available.
Vorteilhaft ist eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen, die eine Kontamination der Leitung im Störfall der Biosensorvorrichtung verhindert. Eine solche Advantageously, a safety device is provided which prevents contamination of the line in the event of a malfunction of the biosensor device. Such
Sicherheitseinrichtung sollte vorzugsweise derart gestaltet sein, dass sie einen Rückfluss der bereits entnommenen Probe in die Leitung verhindert. Safety device should preferably be designed such that it prevents a backflow of the sample already taken in the line.
Dies wird vorteilhaft dadurch gelöst, dass die Sicherheitsvorrichtung ein This is advantageously achieved in that the safety device a
Rückschlagventil ist. Mit einem solchen Rückschlagventil in der Leitung, kann die bereits entnommene Probe nicht mehr in die Trinkwasserleitung zurückweichen. Liegt in der Biosensorvorrichtung ein technisches Problem vor, können damit auch keine Detektions- und/oder Reinigungsfluide aus der Biosensorvorrichtung in die Trinkwasserleitung eintreten. Check valve is. With such a check valve in the line, the already taken sample can no longer retreat into the drinking water pipe. If there is a technical problem in the biosensor device, then no detection and / or cleaning fluids from the biosensor device can enter into the drinking water line.
Um Risse im Filter zu vermeiden bzw. dessen Lebensdauer zu erhöhen, ist es von Vorteil, wenn ein hoher Differenzdruck verhindert wird. Dieser Differenzdruck wird durch die Differenzdruckmesseinrichtung überwacht. Da Druckschwankungen nicht abrupt sondern möglichst langsam erfolgen sollten, ist es vorteilhaft, wenn die Pumpe über die Differenzdruckmesseinrichtung geregelt wird. Damit erfolgen die Druckschwankungen im System sanft. Insbesondere bei mikromechanischen Filtern aus relativ spröden Materialien, z. B. Silizium, führt dies zu Verbesserungen. To avoid cracks in the filter or to increase its service life, it is advantageous if a high differential pressure is prevented. This differential pressure is monitored by the differential pressure measuring device. Since pressure fluctuations should not occur abruptly but as slowly as possible, it is advantageous if the pump is controlled by the differential pressure measuring device. Thus, the pressure fluctuations in the system are gentle. In particular, in micromechanical filters made of relatively brittle materials, eg. As silicon, this leads to improvements.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine Übersichtsdarstellung einer Biosensorvorrichtung; In the following the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. 1 shows an overview of a biosensor device;
Fig. 2 eine Übersichtsdarstellung einer Probennahmevorrichtung der Biosen 2 shows an overview of a sampling device of the bioses
sorvorrichtung; Fig. 3 die Funktion eines Schaltventiles in der Probenahmevorrichtung im  sorvorrichtung; Fig. 3 shows the function of a switching valve in the sampling device in
Normalbetrieb der Biosensorvorrichtung;  Normal operation of the biosensor device;
Fig. 4 die Funktion des Schaltventils der Probenahmevorrichtung bei der De Fig. 4 shows the function of the switching valve of the sampling device in the De
tektion;  tektion;
Fig. 5 das Einfahren eines Membranfilters in eine Leitung, in der eine interes Fig. 5 the retraction of a membrane filter in a conduit in which an interes
sierende Probe fließt und die nachfolgende Detektion der auf dem  flowing sample flows and the subsequent detection of the on the
Membranfilter vorhandenen biologischen Partikel. Fig. 1 zeigt eine im gesamten mit den Bezugszeichen 10 bezeichnete  Membrane filter existing biological particles. Fig. 1 shows a generally designated by the reference numeral 10
Biosensorvorrichtung zur Detektion von biologischen Partikeln. Die Biosensor device for the detection of biological particles. The
Biosensorvorrichtung 10 weist eine Detektionseinrichtung 12 auf, die einen Filter 14 zum Sammeln von biologischen Partikeln zwecks Detektion aufweist. In der DE 102006026559 A1 , der DE 102007021387 A1 und der nicht Biosensor device 10 has a detection device 12, which has a filter 14 for collecting biological particles for the purpose of detection. In DE 102006026559 A1, DE 102007021387 A1 and not
vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 102008035772 ist beschrieben, wie ein solcher, insbesondere mikromechanischer Filter 14 zur Detektion von Partikeln, insbesondere von Bakterien, verwendet werden kann. Die Verwendung des mikromechanischen Filters 14 wird hiermit mit Bezug auf diese drei Offenbarungen in diese Anmeldung mit inkorporiert. Diese sogenannten Mikrofilter bestehen aus einer dünnen, z. B. 1 pm dicken Membran, z. B. aus einkristallinem Silizium oder eventuell aus Diamant oder mit Diamantüberzug. Die Membran ist perforiert, die Löcher haben einen Durchmesser von z. B. 450 nm, d. h. die Membran bzw. der Mikrofilter bildet ein Sieb. Pumpt man z. B. eine Wasserprobe durch den Filter 14, werden Bakterien (z. B. 1 Mm Durchmesser) auf der Filteroberfläche zurückgehalten, wo sie anschließend detektiert werden können. Diese Mikrofilter sind in ein Prior published patent application DE 102008035772 describes how such, in particular micromechanical filter 14 can be used for the detection of particles, in particular of bacteria. The use of micromechanical filter 14 is hereby made with reference to these three disclosures incorporated in this application. These so-called microfilters consist of a thin, z. B. 1 pm thick membrane, z. B. of monocrystalline silicon or possibly of diamond or diamond coating. The membrane is perforated, the holes have a diameter of z. B. 450 nm, ie the membrane or the microfilter forms a sieve. You pump z. B. a water sample through the filter 14, bacteria (eg., 1 mm diameter) are retained on the filter surface, where they can then be detected. These microfilters are in one
Gesamtsystem eingebunden, inklusive Fluidik, Optik, Elektronik, wodurch ein Biosensorsystem entsteht, das insbesondere zur Detektion von Bakterien in Wasser verwendet werden kann. Es können aber auch andere biologische Partikel wie Sporen, Pilze, etc., detektiert werden. Neben Wasser können auch andere Fluide, wie z. B. Luft, analysiert werden. Integrated system, including fluidics, optics, electronics, creating a biosensor system that can be used in particular for the detection of bacteria in water. However, other biological particles such as spores, fungi, etc., can be detected. In addition to water, other fluids, such. As air, are analyzed.
Eine Fluidikeinrichtung 16 leitet eine fluide Probe über den Filter 14. Der Filter 14 ist als Filtermembran 18 ausgestaltet, die ein Zurückhalten der Bakterien auf dem Filter 14 nicht mehr gewährleisten kann, wenn es zu einem Bruch der Filtermembran 18 kommt. Daher muss eine Beschädigung des Filters 14 unter allen Umständen festgestellt werden. Um Risse im Filter 14 zu vermeiden, bzw. dessen Lebensdauer zu erhöhen, soll ein zu hoher Differenzdruck zwischen einem ersten Bereich 20 vor dem Filter 14 und einem zweiten Bereich 22 nach dem Filter 14 verhindert werden. Außerdem sollen Druckschwankungen nicht abrupt, sondern langsam erfolgen. Daher wird eine Pumpe 24, die die Probe durch die Fluidikeinrichtung 6 zu dem Filter 14 pumpt, über eine Differenzdruckmesseinrichtung 26 geregelt. Die A fluidic device 16 directs a fluid sample via the filter 14. The filter 14 is configured as a filter membrane 18, which can no longer ensure retention of the bacteria on the filter 14 when the filter membrane 18 breaks. Therefore, damage to the filter 14 must be detected under all circumstances. To avoid cracks in the filter 14, or to increase its service life, too high a differential pressure between a first region 20 before the filter 14 and a second region 22 after the filter 14 should be prevented. In addition, pressure fluctuations should not be abrupt, but slow. Therefore, a pump 24, which pumps the sample through the fluidic device 6 to the filter 14, is controlled via a differential pressure measuring device 26. The
Differenzdruckmesseinrichtung weist in der gezeigten Ausführungsform zwei Drucksensoren 28, 30 auf. Der erste Drucksensor 28 ist zum Messen des Druckes im ersten Bereich 20 vor dem Filter 14 ausgestaltet, während der zweite  Differential pressure measuring device has two pressure sensors 28, 30 in the embodiment shown. The first pressure sensor 28 is designed to measure the pressure in the first region 20 in front of the filter 14, while the second
Drucksensor 30 zum Messen des Druckes in dem zweiten Bereich 22 nach dem Filter 14 ausgestaltet ist. Die Differenzdruckmesseinrichtung 26 bildet einen ersten Teil einer Filterüberwachungseinrichtung 32, die zur Überwachung des Filters 14 ausgestaltet ist. Bezüglich der Filtermembran 18 können beim Betrieb zwei mögliche Fehler auftreten: Die Filtermembran 18 ist verstopft oder die Filtermembran 18 ist beschädigt. Die Filterüberwachungseinrichtung 32 weist neben der Pressure sensor 30 is configured to measure the pressure in the second region 22 after the filter 14. The differential pressure measuring device 26 forms a first part of a filter monitoring device 32, which is configured to monitor the filter 14. With regard to the filter membrane 18, two possible errors may occur during operation: The filter membrane 18 is clogged or the filter membrane 18 is damaged. The filter monitoring device 32 has in addition to the
Differenzdruckmesseinrichtung 26 weiter eine Flussmengenmesseinrichtung 34 auf. Diese ist zur Messung der Flussrate durch den Filter 14 ausgestaltet, und weist einen Flusssensor 36 auf. Die Überwachung des Filters 14 kann durch gleichzeitige Messung der Flussrate und des Differenzdruckes geschehen. Dies kann durch ein weiteren Parameter, beispielsweise den Strom der Pumpe 24 bzw. deren  Differential pressure measuring 26 further on a flow amount measuring device 34. This is designed to measure the flow rate through the filter 14, and has a flow sensor 36. The monitoring of the filter 14 can be done by simultaneous measurement of the flow rate and the differential pressure. This can be achieved by a further parameter, for example the flow of the pump 24 or its
Leistungsverbrauch oder deren Drehmoment, ergänzt werden. Dadurch lassen sich z.B. Verstopfungen oder Teilverstopfungen des Filters 14 oder von Bereichen der Fluidikeinrichtung 16 erkennen. Bei durch Regelung der Pumpe 24 konstant gehaltener Flussrate würde sich z.B. der Differenzdruck bei zunehmender  Power consumption or its torque to be supplemented. This allows e.g. Recognize blockages or partial clogging of the filter 14 or areas of Fluidikeinrichtung 16. With flow rate kept constant by controlling the pump 24, e.g. the differential pressure with increasing
Verstopfung erhöhen. Increase constipation.
Das Verstopfen der Filtermembran 18 hängt beispielsweise bei Untersuchung von Trinkwasser von der Wasserqualität des untersuchten Wassers und der The clogging of the filter membrane 18 depends, for example, in the study of drinking water on the water quality of the examined water and the
Reinigungseffektivität ab. Enthält das zu untersuchende Wasser zahlreiche Partikel, ist eine Verstopfung des Filters 14 wahrscheinlicher. Cleaning efficiency. If the water to be examined contains numerous particles, blockage of the filter 14 is more likely.
Kommt es zu einer Verstopfung der Filtermembran 18, kann dies folgendermaßen festgestellt werden: Ein tangentialer Fluss über die Filteroberfläche funktioniert einwandfrei. Bei einem Fluss durch die Filtermembran 18 tritt wenigstens eine der folgenden Störungen auf: If there is a blockage of the filter membrane 18, this can be determined as follows: A tangential flow across the filter surface works properly. When flowing through the filter membrane 18, at least one of the following disturbances occurs:
1 . Die beiden Drucksensoren 28, 30 zeigen extrem hohen Differenzdruck an. 1 . The two pressure sensors 28, 30 indicate extremely high differential pressure.
2. Der Flusssensor 36 zeigt keinen oder nur einen geringen Fluss an.  2. The flow sensor 36 indicates little or no flow.
3. Eine Lastmesseinrichtung 38, die zur Messung der auf die Pumpe 24 wirkenden Last ausgebildet ist, zeigt an, dass die Pumpe 24 auf Volllast steht. 3. A load measuring device 38, which is designed to measure the load acting on the pump 24, indicates that the pump 24 is at full load.
4. Eine in der Filterüberwachungseinrichtung 32 implementierte 4. One implemented in the filter monitor 32
Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40, die zum Empfangen und/oder Verarbeiten von Signalen ausgebildet ist, und eine Auswerteeinrichtung 42 zum Auswerten der empfangenen Signale aufweist, kann eine Fluss- /Druckcharakteristik nicht aktualisieren oder auswerten. Filter monitoring control device 40, which is designed for receiving and / or processing of signals, and an evaluation device 42 for Evaluating the received signals, a flow / pressure characteristic can not update or evaluate.
Eine Beschädigung der Filtermembran 18 kann folgendermaßen festgestellt werden: Damage to the filter membrane 18 can be determined as follows:
Der am meisten bevorzugte Weg, einen Riss in der Filtermembran 18 festzustellen, ist es, Sensoren auf der Oberfläche oder in der Filtermembran 18 vorzusehen. In bevorzugter Ausgestaltung sind dies Leitungspfade 44, die die aktive Oberfläche der Filtermembran 18 bedecken. Weist die Filtermembran 18 einen Bruch auf, werden auch die Leitungspfade 44 zerstört und verlieren ihre Leitfähigkeit. The most preferred way to detect a crack in the filter membrane 18 is to provide sensors on the surface or in the filter membrane 18. In a preferred embodiment, these are conduction paths 44 which cover the active surface of the filter membrane 18. If the filter membrane 18 breaks, the conduction paths 44 are also destroyed and lose their conductivity.
Vorzugsweise ist zur Erkennung einer gerissenen Filtermembran 18 eine optische Detektionseinheit 46 vorgesehen, die die Photonenanzahl, die von einer Lichquelle 48 ausgehen, zählt. Die Lichtquelle 48 ist vor dem ersten Bereich 20 vor dem Filter 14 angeordnet, während sich die optische Detektionseinheit 46 mit dem zweitenPreferably, to detect a cracked filter membrane 18, an optical detection unit 46 is provided which counts the number of photons emanating from a light source 48. The light source 48 is arranged in front of the first region 20 in front of the filter 14, while the optical detection unit 46 with the second
Bereich 22 nach dem Filter 14 befindet. Wird das Licht, das durch die Filtermembran 18 scheint, mit beispielsweise einen Photomultiplier der optischen Detektionseinheit 46 gemessen, sollte niemals eine Zunahme der Lichtintensität festgestellt werden, wenn der Filter 14 intakt ist. Nur im Falle eines Risses der Filtermembran 18 nimmt die von der optischen Detektionseinheit 46 gemessene Lichtintensität zu. Region 22 is located after the filter 14. When the light shining through the filter membrane 18 is measured with, for example, a photomultiplier of the optical detection unit 46, an increase in light intensity should never be detected when the filter 14 is intact. Only in the case of a crack of the filter membrane 18 does the light intensity measured by the optical detection unit 46 increase.
Weiter hängt die Flussrate durch den Filter 14 von vielen unterschiedlichen Further, the flow rate through the filter 14 depends on many different ones
Parametern ab. Wesentliche Einflussfaktoren sind unter anderem die Filterporosität, die Dicke der Filtermembran 18 und der angelegte Druck. Parameters. Significant influencing factors include the filter porosity, the thickness of the filter membrane 18 and the applied pressure.
Ein weiteres Indiz für eine defekte Filtermembran 18 ist der Strömungswiderstand, der durch die Filtermembran 18 aufgebaut wird. Dieser Widerstand hängt unter anderem von der Porosität des Filters 14 ab. Kommt es zu einer Rissbildung, erhöht sich die Porosität schlagartig und der Strömungswiderstand nimmt ab. Die Erhöhung der Porosität wird in der bevorzugten Ausgestaltung über die Veränderung der Flussrate bzw. den Differenzdruck detektiert. Another indication of a defective filter membrane 18 is the flow resistance that is built up by the filter membrane 18. This resistance depends inter alia on the porosity of the filter 14. If cracking occurs, the porosity increases abruptly and the flow resistance decreases. The increase in porosity is detected in the preferred embodiment via the change in the flow rate or the differential pressure.
Die Filterüberwachungseinrichtung 32 weist weiter eine Spannungsmesseinrichtung 52 auf, die zum Messen einer mechanischen Spannung am Filter 14 ausgebildet ist. Sie misst die Durchbiegung bzw. die Spannungen in der Filtermembran 18. Bei mikromechanischen Filtern 14 ist dies möglich durch Integration piezoelektrischer Elemente 54 oder DMS-Sensoren, die bei Rissen in der Filtermembran 8 eine veränderte mechanische Spannung anzeigen. The filter monitoring device 32 further has a voltage measuring device 52, which is designed to measure a mechanical stress on the filter 14. It measures the deflection or the stresses in the filter membrane 18. In the case of micromechanical filters 14, this is possible by integrating piezoelectric elements 54 or strain gauge sensors, which indicate a changed mechanical stress in the event of cracks in the filter membrane 8.
Einen großen Einfluss auf die Stabilität der Filtermembran 18 hat das verwendete Material. Dies ist gekennzeichnet durch die Materialkonstanten Elastizitätmodul, Poissonzahl, d.h. Querkontraktionszahl, und Zugfestigkeit, wobei die Bruchfestigkeit der Filtermembran 18 in erster Linie von der Dicke der Filtermembran 18 abhängt. Ein weiterer Einflussfaktor ist das Seitenverhältnis der Filtermembran 18. Optimale Stabilitätswerte erhält man bei einem Seitenverhältnis von 1 zu 1 . Ein Mikrofilter besteht normalerweise immer aus der Filtermembran 18 und einer rückseitigen Stützstruktur. Da die Filtermembran 18 mit der Stützstruktur verbunden ist, bedingt diese die Abmessung der aktiven Filterfläche und somit das Seitenverhältnis der Membran. Löst man die Filtermembran 18 von der Stützstruktur ab, hat man die Möglichkeit, durch ein geeignetes Design der Vorderseite, d.h. der Filtermembran 18, das Seitenverhältnis der Filtermembran 18 unabhängig von der Stützstruktur zu gestalten. Somit kann man die Stabilitätswerte optimieren. Gleichzeitig können durch Anpassen der Rückseite, d.h. der Stützstruktur, verbesserte Flusseigenschaften verwirklicht werden. A great influence on the stability of the filter membrane 18 has the material used. This is characterized by the material constants Elasticity modulus, Poisson's number, i. Quercontraktionszahl, and tensile strength, wherein the breaking strength of the filter membrane 18 depends primarily on the thickness of the filter membrane 18. Another influencing factor is the aspect ratio of the filter membrane 18. Optimal stability values are obtained with an aspect ratio of 1 to 1. A microfilter normally always consists of the filter membrane 18 and a back support structure. Since the filter membrane 18 is connected to the support structure, this causes the dimension of the active filter surface and thus the aspect ratio of the membrane. By loosening the filter membrane 18 from the support structure, one has the opportunity to distinguish by a suitable design of the front, i. the filter membrane 18 to make the aspect ratio of the filter membrane 18 independent of the support structure. Thus one can optimize the stability values. At the same time, by adjusting the back, i. the support structure, improved flow characteristics are realized.
Die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40 ist zum Empfang von Signalen sowohl der Differenzdruckmesseinrichtung 26, als auch von Signalen der The filter monitoring control device 40 is for receiving signals from both the differential pressure measuring device 26, as well as signals of the
Flussmengenmesseinrichtung 34, der Spannungsmesseinrichtung 52, der Flow amount measuring device 34, the voltage measuring device 52, the
Leitungspfade 44, der optischen Detektionseinheit 46 und der Lastmesseinrichtung 38 ausgebildet. Wertet die Auswerteeinrichtung 42 ein fehlerhaftes Signal in einem der zuvor genannten Bauelemente aus, ist die  Conductive paths 44, the optical detection unit 46 and the load measuring device 38 is formed. If the evaluation device 42 evaluates a faulty signal in one of the aforementioned components, the
Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40 zur Ausgabe eines Abschaitbefehls für die Biosensorvorrichtung 10 ausgestaltet.  Filter monitoring control device 40 configured to output a Abschaitbefehls for the biosensor device 10.
Außer bei der Detektion nur geringer Bakterienkonzentrationen können die Except for the detection of only low bacterial concentrations, the
Sensorinformationen des Systems, d.h. Druck, Flussrate, Last, usw. zur Beurteilung des Detektionssignals in der optischen Detektionseinheit 46 herangezogen werden. Ein Alarmsignal wegen Bakterienverunreinigung des Wassers kann z.B. unterdrückt werden, wenn die Sensoren nicht eine gewisse Belegung des Filters 14 anzeigen. Die Bakterien müssen schließlich zu einer Kontamination führen. Wenn diese nicht erkennbar ist, kann von einem Fehler in der optischen Detektionseinheit 46 bzw. im Markierungsverfahren ausgegangen werden. Diese Prüfung kann vor allem dann angewendet werden, wenn das zu analysierende Medium partikelarm ist. Sensor information of the system, ie pressure, flow rate, load, etc. are used to assess the detection signal in the optical detection unit 46. An alarm signal due to bacterial contamination of the water can be suppressed, for example, if the sensors do not indicate a certain occupancy of the filter 14. The bacteria must eventually lead to contamination. If this is not recognizable, it can be assumed that an error has occurred in the optical detection unit 46 or in the marking method. This test can be used especially if the medium to be analyzed is low in particles.
Die Sensorinformationen der Filterüberwachungseinrichtung 32 liefern über die Bestimmung des Verstopfens des Filters 14 Informationen über die The sensor information of the filter monitoring device 32 provide information about the determination of the clogging of the filter 14
Parti kelbelastung des zu analysierenden Mediums. Diese Informationen lassen sich weiterverarbeiten, um z.B. eine Warnmeldung abzugeben. Particle load of the medium to be analyzed. This information can be further processed to e.g. to give a warning.
Partikel in dem zu untersuchenden Medium wirken störend, unter anderem da sie die mögliche zu filtrierende Probenmenge einschränken. Eine Vorfiltration zum Aussondern großer Partikel ist manchmal nicht gewünscht, da z.B. Bakterien inParticles in the medium to be examined are troublesome, among other things because they limit the possible amount of sample to be filtered. Prefiltration to remove large particles is sometimes undesirable, as e.g. Bacteria in
Biofilmen an größeren Partikeln anhaften und durch die Vorfiltration zurückgehalten und dadurch nicht mehr detektiert werden könnten. Eine Möglichkeit, trotz Partikel größere Volumina zu analysieren und trotzdem keine möglichen Bakterien Biofilms adhere to larger particles and retained by the prefiltration and thus could no longer be detected. A way to analyze despite volume larger volumes and still no possible bacteria
auszusondern, besteht darin, zwei oder mehrere Filter 14 unterschiedlicher to weed out, is two or more filters 14 different
Porendurchmesser zu verwenden. Insbesondere kann, z.B. im Fall von Trinkwasser, die Probe durch ein Filter 14 mit 1 ,5 pm Porengröße gepumpt werden. Das den Filter 14 passierende Medium wird durch einen weiteren Filter 14 mit 450 nm To use pore diameter. In particular, e.g. in the case of drinking water, the sample is pumped through a filter 14 with 1, 5 pm pore size. The medium passing through the filter 14 is filtered through another filter 14 at 450 nm
Porengröße gepumpt. Auf beiden Filtern 14 findet die Detektion statt. Das Pore size pumped. On both filters 14, the detection takes place. The
analysierbare Probenvolumen ist größer als bei Verwendung nur eines Filters 14 mit 450 nm Porengröße, da bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Porengröße des ersten Filters 14 deutlich größer ist und die Probe für den zweiten Filter 14 durch den ersten vorbereitet wird. Durch Verschieben auf einem Lineartisch ist es möglich, kostengünstig, ohne die Notwendigkeit eines weiteren optischen Systems, beide Filter 14 zu analysieren. analysable sample volume is greater than using only a filter 14 with 450 nm pore size, since in the proposed method, the pore size of the first filter 14 is significantly larger and the sample for the second filter 14 is prepared by the first. By moving on a linear stage, it is possible to inexpensively, without the need for a further optical system, to analyze both filters 14.
Die Detektion biologisch relevanter Partikel kann durch Lumineszenz anstelle von Fluoreszenz erfolgen. Dadurch lassen sich Störffekte wie beispielsweise The detection of biologically relevant particles can be done by luminescence instead of fluorescence. As a result, noise effects such as
Eigenfluoreszenz von Partikeln minimieren. Anstelle der Detektion durch einen Photomultiplier oder ähnlichem zum Messen der Gesamtintensität, kann mit einem bildgebendem Verfahren, z.B. einer CCD-Kamera, auch die Oberfläche des Filters 14 abgebildet werden. Dazu kann ein optisches System zur Vergrößerung des Bildes der Filteroberfläche eingesetzt werden. Durch Daten- und Bildverarbeitung kann eine automatische Detektion der Zielorganismen erfolgen. Minimize autofluorescence of particles. Instead of being detected by a photomultiplier or the like for measuring the total intensity, the surface of the filter 14 can also be imaged using an imaging method, for example a CCD camera. For this purpose, an optical system for enlarging the image of the filter surface can be used. Through data and image processing, an automatic detection of the target organisms can take place.
In der bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Filter 4 in einer In the preferred embodiment, the filter 4 is in one
Detektionskammer 56, die durch eine Kammerwand 58 zur Umgebung hin begrenzt ist. Die Detektionskammer 56 kann temperiert werden, insbesondere kann sie geheizt werden. Die Temperatur kann somit überwacht bzw. geregelt werden. Detection chamber 56 which is bounded by a chamber wall 58 to the environment. The detection chamber 56 can be tempered, in particular it can be heated. The temperature can thus be monitored or regulated.
Um die Filtermembran 18 nach einer Analyse wieder in voller Güte verwenden zu können, sollte eine effektive Reinigungsprozedur gefunden werden. Es sollten weder bereits detektierte Bakterien noch Schmutz auf der Filteroberfläche zurückbleiben. In order to be able to use the filter membrane 18 again in full quality after an analysis, an effective cleaning procedure should be found. There should be no bacteria or dirt left on the filter surface.
Daher ist in der bevorzugten Ausführungsform eine Reinigungseinrichtung 60 zum automatischen Reinigen des Filters 14 vorgesehen. Die Reinigungseinrichtung 60 weist mehrere Gefäße 62 zum Lagern von Fluiden auf. Unter anderem werden in den Gefäßen 62 auch die Reinigungsflüssigkeiten gelagert, die zum Reinigen des Filters 14 benötigt werden. Die Reinigungseinrichtung 60 ist über ein Ventil 64 mit den Gefäßen 62 verbunden. Das Ventil 64 ist derart ausgestaltet, dass es Therefore, in the preferred embodiment, a cleaning device 60 is provided for automatically cleaning the filter 14. The cleaning device 60 has a plurality of vessels 62 for storing fluids. Among other things, the cleaning liquids stored in the vessels 62, which are needed to clean the filter 14. The cleaning device 60 is connected via a valve 64 to the vessels 62. The valve 64 is configured such that it
verschiedene Gefäße 62 getrennt voneinander anwählen und mit der select different vessels 62 separated from each other and with the
Reinigungseinrichtung 60 verbinden kann. Die Pumpe 24 pumpt das angewählte Fluid aus dem Gefäß 62 zu dem Filter 14. Sie ist derart ausgestaltet, dass sie das Fluid nicht nur zum Filter 14 hinpumpen kann, sondern das ausgewählte Fluid, beispielsweise die Reinigungsflüssigkeit, auch über den Filter 14 rück-/ und querspülen kann. Die Reinigungsflüssigkeit fließt dazu über ein Flusssystem 66, das von einem Cleaning device 60 can connect. The pump 24 pumps the selected fluid from the vessel 62 to the filter 14. It is configured such that it can not only pump the fluid to the filter 14, but also the selected fluid, such as the cleaning liquid, via the filter 14 back / and cross-wash. The cleaning fluid flows through a flow system 66, which is a
Vierwege-Doppelanwahlventil 68 kontrolliert wird. Dieses leitet das von der Pumpe 24 gepumpte Fluid entweder über einen der Drucksensoren 28, 30 auf den Filter 14, oder in einen Abfall 70. Um den Vorrat an Reinigungsflüssigkeit so gering wie möglich zu halten, ist es sinnvoll, die Reinigungsflüssigkeit in einer Recyclingeinrichtung 71 zu recyceln. Das bedeutet, Reinigungsflüssigkeit, die nach der Reinigung des Filters 14, zurück zum Vierwege-Doppelanwahlventil 68 fließt, wird in einem extra Behälter aufgefangen, hier der Abfall 70. In diesem befindet sich ein Partikelsieb, in dem die Four-way double selection valve 68 is controlled. This directs the pumped fluid from the pump 24 either via one of the pressure sensors 28, 30 on the filter 14, or in a waste 70th To keep the supply of cleaning liquid as low as possible, it makes sense to recycle the cleaning liquid in a recycling device 71. That is, cleaning fluid that flows back to the four-way dual selection valve 68 after cleaning the filter 14 is collected in an extra container, here the waste 70. In this is a particle sieve in which the
Reinigungsflüssigkeit gereinigt werden kann. Zusätzlich kann ist Aktivkohle in dem Behälter vorhanden.  Cleaning fluid can be cleaned. In addition, activated carbon is present in the container.
In der bevorzugten Ausgestaltung wird die zur Reinigung verwendete Flüssigkeit in temperierter Form zugeführt. Dazu ist in der Reinigungseinrichtung 60 eine In the preferred embodiment, the liquid used for cleaning is supplied in tempered form. For this purpose, in the cleaning device 60 a
Temperiereinrichtung 72 zum Temperieren der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen. Zur Vermeidung von Überhitzung und Unterkühlung weist die Temperiereinrichtung 72 daher einen ersten Temperatursensor 74 an den Gefäßen 62 und einen zweiten Temperatursensor 76 an dem Filter 14 auf.  Tempering device 72 is provided for controlling the temperature of the cleaning liquid. To avoid overheating and hypothermia, the tempering device 72 therefore has a first temperature sensor 74 on the vessels 62 and a second temperature sensor 76 on the filter 14.
Zur noch besseren Reinigung des Filters 14 weist die Reinigungseinrichtung 60 weiter einen Schallgenerator, bevorzugt eine Ultraschalleinheit 78 bevorzugt eine Megaschalleinheit 80 zum Beaufschlagen von Megaschall auf den Filter 14 auf. Mit diesem Schallgenerator 82 wird Megaschall erzeugt, der eine Kavitation hervorruft, mit der es möglich ist, die Filteroberfläche effektiv zu reinigen. For even better cleaning of the filter 14, the cleaning device 60 further comprises a sound generator, preferably an ultrasound unit 78, preferably a megasonic unit 80 for applying megasonic to the filter 14. With this sound generator 82 is generated megasonic, which causes a cavitation, with which it is possible to effectively clean the filter surface.
Zusätzlich ist auch der Filter 14 als Schallgenerator 82 ausgebildet. Er ist aus einem piezoelektrischen Material gebildet und weist Elektroden, die als In addition, the filter 14 is formed as a sound generator 82. It is formed of a piezoelectric material and has electrodes which as
Interdigitalelektroden ausgestaltet sind, zum Anregen des piezoelektrischen Interdigital electrodes are designed to stimulate the piezoelectric
Materials auf. Eine Passivierungsschicht 88 schützt das piezoelektrische Material vor äußeren Einflüssen, die es zerstören könnten. Materials on. A passivation layer 88 protects the piezoelectric material from external influences that could destroy it.
Zur noch besseren Reinigung weist die Reinigungseinrichtung 60 eine EHD-Einheit 90 auf, die eine elektrohydrodynamische Atomisierung der Reinigungsflüssigkeit durchführt und damit den Filter 14 reinigt. Die EHD-Einheit 90 weist eine Kapillare 92 auf, die die Reinigungsflüssigkeit aus einem der Gefäße 62 in die EHD-Einheit 90 leitet. Durch Beaufschlagung von Druck auf die Reinigungsflüssigkeit wird diese in die Kapillare 92 eingebracht und durch diese hindurch geleitet und in ein For even better cleaning, the cleaning device 60 has an EHD unit 90, which performs an electrohydrodynamic atomization of the cleaning liquid and thus cleans the filter 14. The EHD unit 90 has a capillary 92 which directs the cleaning fluid from one of the vessels 62 into the EHD unit 90. By applying pressure to the cleaning liquid, it is introduced into the capillary 92 and passed through it and into a
elektrostatisches Feld 94 am Ende der Kappillare 92 eingebracht, das von einem elektrischen Kontakt 96 erzeugt wird. Aus der Reinigungsflüssigkeit bilden sich Nanotröpfchen, die auf dem Filter 14 beaufschlagt werden, und den Filter 14 somit reinigen. Um eine noch bessere Reinigungswirkung der Reinigungseinrichtung 60 zu erzielen, sind Elektrochemiereinigungseinrichtungen zur elektrochemischen Reinigung des Filters 14 vorgesehen. Die Elektrochemiereinigungseinrichtung 100 ist zur electrostatic field 94 at the end of Kappillare 92 introduced by a electrical contact 96 is generated. From the cleaning liquid to form nanotubes, which are acted upon on the filter 14, and thus clean the filter 14. In order to achieve an even better cleaning effect of the cleaning device 60, electrochemical cleaning devices for the electrochemical cleaning of the filter 14 are provided. The electrochemical cleaning device 100 is for
Durchführung einer Elektrophorese oder einer Elektroosmose oder einer Elektrolyse ausgebildet. Sie weist Elektroden 102 auf, die in besonderer Ausgestaltung auf dem Filter 14 als Interdigitalelektroden ausgebildet sind. Die Interdigitalelektroden sind aus Platin gebildet, da dies besonders widerstandsfähig gegenüber äußeren Carrying out an electrophoresis or an electro-osmosis or electrolysis. It has electrodes 102, which are formed in a special embodiment on the filter 14 as interdigital electrodes. The interdigital electrodes are made of platinum, as this is particularly resistant to external
Einflüssen ist. Influences is.
Um die verschiedenen Reinigungsmöglichkeiten der Reinigungseinrichtung 60 zu steuern, ist eine Reinigungssteuerungseinrichtung 104 vorgesehen, die die einzelnen Reinigungsprozesse aktivieren und deaktivieren kann. Sie kann z. B. gleichzeitig die Ultraschalleinheit und die Pumpe 14 aktivieren, während die EHD- Einheit 90 und die Elektrochemiereinigungseinrichtung 100 deaktiviert sind. Auch andere Kombinationen der Reinigung sind möglich. In order to control the various cleaning possibilities of the cleaning device 60, a cleaning control device 104 is provided which can activate and deactivate the individual cleaning processes. You can z. B. simultaneously activate the ultrasonic unit and the pump 14 while the EHD unit 90 and the electrochemical cleaning device 100 are deactivated. Other combinations of cleaning are possible.
Die Reinigungssteuerungseinrichtung 104 wird über die The cleaning control device 104 is over the
Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40 aktiviert. Wenn die Filter monitoring control device 40 is activated. If the
Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40 erkannt hat, dass der Filter 14 einer Reinigung bedarf, z. B. weil er verstopft ist, gibt sie ein Signal an die Filter monitoring control device 40 has detected that the filter 14 requires cleaning, z. B. because it is blocked, it gives a signal to the
Reinigungssteuerungseinrichtung 104, die dann die dementsprechenden Cleaning control device 104, which then the corresponding
Reinigungsprozesse startet. Bei der Detektion in der Biosensorvorrichtung 10 als auch bei der Reinigung wirken sich Blasen in der Reinigungsflüssigkeit negativ aus. Daher ist in der Fluidikeinrichtung 16 ein Luftblasensensor 106 vorgesehen, der das Auftreten von Blasen erkennt und eine Meldung ausgibt, damit diese Blasen entfernt werden können.  Cleaning processes starts. During detection in the biosensor device 10 as well as during cleaning, bubbles in the cleaning fluid have a negative effect. Therefore, in the fluidic device 16, an air bubble sensor 106 is provided which detects the occurrence of bubbles and outputs a message to allow these bubbles to be removed.
Die Biosensorvorrichtung 10 ist zur Entnahme einer Probe aus der Wasserleitung durch die Probennahmevorrichtung 108 ausgebildet. Diese ist derart ausgestaltet, dass sie Probenmaterial direkt aus einer Leitung entnehmen kann, und weist dazu vorzugsweise einen Druckminderer 1 10 auf. The biosensor device 10 is designed to take a sample from the water line through the sampling device 108. This is designed in such a way that it can take sample material directly from a line, and for this purpose preferably has a pressure reducer 110.
Fig. 2 zeigt eine Übersichtsdarstellung, in der die Probennahmevorrichtung 108 gezeigt ist. Sie weist einen Bypass 1 12 auf, der das Ausleiten der Probe, hier des Trinkwassers, direkt aus der Leitung 1 14 möglich macht. Die FIG. 2 is an overview showing the sampling device 108. FIG. It has a bypass 1 12, which makes the discharge of the sample, here the drinking water, directly from the line 1 14 possible. The
Probennahmevorrichtung weist eine Ausleit-/Durchleitvorrichtung 1 16 auf, die permanent Probenmaterial aus der Leitung 1 14 in die Biosensorvorrichtung 10 ausleitet. Gleichzeitig leitet sie permanent Probenmaterial durch die Sampling device has a discharge / Durchleitvorrichtung 1 16, which permanently discharges sample material from the line 1 14 in the biosensor device 10. At the same time, she permanently leads sample material through the
Probennahmevorrichtung 108 in die Detektionskammer 56 und durch ein Sampling device 108 in the detection chamber 56 and through a
Mehrwegeventil 1 18. Von diesen Mehrwegeventil 1 18 kann das abgeleitete Wasser entweder wieder in die Leitung 1 14 zurückgeleitet werden oder dem Abfall 70 zugeführt werden. Der Bypass 1 12 weist den Druckminderer 1 10 auf, der schaltbar ist, und der derart geschaltet werden kann, dass er entweder den Fluss des  Multi-way valve 1 18. Of these multi-way valve 1 18, the discharged water can either be returned to the line 1 14 or the waste 70 are supplied. The bypass 1 12 has the pressure reducer 1 10, which is switchable, and which can be switched so that it either the flow of the
Probenmaterials durch die Probennahmevorrichtung 108 konstant hält, oder den Fluss untersagt. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn in der Detektionskammer 56 eine Messung durchgeführt wird. Ein Fluss des Probenmaterials durch die Sample material held constant by the sampling device 108, or prohibited the flow. This is especially the case when a measurement is performed in the detection chamber 56. A flow of the sample material through the
Detektionskammer 56 würde sich dabei nur störend auswirken, weshalb der Fluss während dieser Zeit untersagt werden muss. Bei der Detektion ist es vorteilhaft, dass die Detektionskammer 56 einen separaten Reaktor 120 aufweist, in dem das Probenmaterial vorgefärbt wird. Dadurch wird die Reaktion der Sonden mit den Bakterien vereinfacht, und eine schnellere Detektion auf der Filtermembran 18 wird ermöglicht. Die Probennahmevorrichtung 108 ist über die Fluidikeinrichtung 16 mit der Detektionskammer 56 verbunden. Über die Fluidikeinrichtung 16 können die Reaktionsflüssigkeiten aus den Gefäßen 62 mittels des Ventils 64 in die Detection chamber 56 would have only disturbing effect, which is why the flow must be prohibited during this time. In the detection, it is advantageous that the detection chamber 56 has a separate reactor 120 in which the sample material is pre-dyed. This simplifies the reaction of the probes with the bacteria and allows for faster detection on the filter membrane 18. The sampling device 108 is connected to the detection chamber 56 via the fluidic device 16. About the Fluidikeinrichtung 16, the reaction liquids from the vessels 62 by means of the valve 64 in the
Detektionskammer 56 eingebracht werden. Eine zusätzlich eingebrachte Pumpe 122 ist zum Auspumpen des Probenmaterials aus der Detektionskammer 56 in den Abfall 70 vorgesehen. Nach einer Messung muss ein gewisses Spülvolumen über das Mehrwegeventil 1 18 in den Abfall 70 geleitet werden, um eine Verunreinigung des Trinkwassers mit Prozessflüssigkeiten zu verhindern.  Detection chamber 56 are introduced. An additional pump 122 is provided for pumping the sample material from the detection chamber 56 into the waste 70. After a measurement, a certain flushing volume must be passed through the multi-way valve 1 18 in the waste 70 to prevent contamination of the drinking water with process fluids.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausgestaltung, in der die Zuleitung zu der Biosensorvorrichtung 10 reinigbar ist. Nach der Trinkwasserverordnung bzw. nach DIN EN ISO 19458 ist vorgesehen, dass die Wasserprobe möglichst direkt zum Analysenelement, also zum Filter 14 gelangen soll, um Kontaminationen durch Keime, die nicht in der eigentlichen Probe sondern in beispielsweise den FIGS. 3 and 4 show a preferred embodiment in which the supply line to the biosensor device 10 can be cleaned. According to the Drinking Water Ordinance or according to DIN EN ISO 19458 it is provided that the water sample should be as directly as possible Analyzer element, ie to get to the filter 14 to contamination by germs, not in the actual sample but in for example the
Schläuchen vorhanden sind, zu vermeiden. Sämtliche Probennahmegefäße müssen keimfrei sein. Eine erste Möglichkeit eine Kontamination zu verhindern, ist in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Ein Schaltventil 124 wird im Normalbetrieb der Hoses are present to avoid. All sampling containers must be germ-free. A first way to prevent contamination is shown in Figs. 3 and 4. A switching valve 124 is the normal operation of
Biosensorvorrichtung 10, der in Fig. 3 dargestellt ist, derart geschaltet, dass das Probenmaterial an der Fluidikeinrichtung 16 und damit an der Detektionskammer 56 vorbeigeleitet wird. Gleichzeitig kann die Biosensorvorrichtung 10 und insbesondere die Fluidikeinrichtung 16 mittels geeigneter Desinfektionsmittel keimfrei gehalten werden. Bei einer Probennahme, die in Fig. 4 dargestellt ist, wird das Schaltventil 124 derart geschaltet, dass das Probenmaterial der Fluidikeinrichtung 16 und damit der Detektionskammer 56 zugeleitet wird. Das Probenmaterial durchströmt dabei ausschließlich zuvor desinfizierte Fluidikelemente, bevor es zum Filter gelangt. Wie der Filter 14 direkt in eine von der Probe durchströmte Leitung 126 eingebracht werden kann, ist in Fig. 5 in vier Schritten dargestellt. Dabei weist die  Biosensor device 10, which is shown in Fig. 3, connected in such a way that the sample material is guided past the Fluidikeinrichtung 16 and thus on the detection chamber 56. At the same time, the biosensor device 10 and in particular the fluidic device 16 can be kept germ-free by means of suitable disinfectants. In a sampling, which is shown in Fig. 4, the switching valve 124 is switched such that the sample material of the Fluidikeinrichtung 16 and thus the detection chamber 56 is fed. The sample material flows through previously disinfected fluidic elements before it reaches the filter. How the filter 14 can be introduced directly into a conduit 126 through which the sample flows is shown in FIG. 5 in four steps. In this case, the
Probennahmevorrichtung 108 eine Dreheinrichtung 128 auf. Diese hat vier verschiedene Positionen, die durch Drehen der Dreheinrichtung 128 in die Leitung 126 eingebracht werden können. In dem ersten Schritt 130 wird eine Sampling device 108 a rotator 128 on. This has four different positions, which can be introduced by turning the rotator 128 in the line 126. In the first step 130, a
Aufnahmeposition für den Filter 14 in die Leitung 126 eingedreht. Damit befindet sich der Filter 14 direkt im Trinkwasserstrom und kann biologische Partikel einfangen. Mit den weiteren Schritten 132 bis 136 wird der Filter 14 zu verschiedenen Positionen hingedreht, an welchen verschiedene Prozesse stattfinden können, beispielsweise die Sichtbarmachung der Bakterien in Schritt 132, der Detektionsschritt in Schritt 134 und der Wasch schritt in Schritt 136. Recording position for the filter 14 screwed into the conduit 126. Thus, the filter 14 is located directly in the drinking water stream and can trap biological particles. With the further steps 132 to 136, the filter 14 is rotated to various positions at which various processes may take place, for example the visualization of the bacteria in step 132, the detection step in step 134 and the washing step in step 136.
Die Dreheinrichtung 128 ist derart ausgestaltet, dass sie für jeden dieser Schritte 130 bis 136 einen Durchläse 138 aufweist, der bei der Stellung der Dreheinrichtung 128 in die Leitung 126 eingedreht wird. So ist ein permanenter, ungestörter The rotator 128 is configured such that for each of these steps 130 to 136 has a passage 138 which is screwed into the conduit 126 at the position of the rotator 128. So is a permanent, undisturbed
Weiterfluss des Trinkwassers gewährleistet. Continued flow of drinking water guaranteed.
Um zu vermeiden, dass im Störfall der Biosensorvorrichtung 10 Trinkwasser in der Leitung 1 14 durch beispielsweise Reaktionsflüssigkeiten oder ähnliches kontaminiert wird, ist eine Sicherheitseinrichtung in Form eines Rückschlagventils vorgesehen. Damit kann kein bereits abgeleitetes Wasser wieder zurück in die Leitung 1 14 fließen und das Trinkwasser damit kontaminieren. In order to avoid contaminating drinking water in the line 1 14 by, for example, reaction liquids or the like in the event of a malfunction of the biosensor device 10, a safety device in the form of a check valve is provided. Thus, no already derived water can flow back into the line 1 14 and contaminate the drinking water.
Die Biosensorvorrichtung 10 und ihre Komponenten sind thermisch isoliert und weisen Temperatursensoren 74, 76 zur Kontrolle der Temperatur der Reinigungsund Reaktionsflüssigkeiten auf. Sämtliche Fluide sowie das Gesamtsystem und die Komponenten in der Biosensorvorrichtung 10, genauso wie die Detektionskammer 56 und sämtliche Zuleitungen werden temperiert. In der Detektionskammer kann eine Probe untersucht werden, nachdem die Probe aus einer Wasserleitung entnommen worden ist, wobei bei Bedarf ein The biosensor device 10 and its components are thermally insulated and include temperature sensors 74, 76 for controlling the temperature of the cleaning and reaction liquids. All fluids and the entire system and components in the biosensor device 10, as well as the detection chamber 56 and all leads are tempered. In the detection chamber, a sample can be examined after the sample has been taken from a water pipe, with a
Druckminderer 1 10 eingesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist das Vorhandensein eines Rückschlagventils, das im Störfall die Kontamination des Trinkwassers verhindert. Pressure reducer 1 10 is used. Particularly advantageous is the presence of a check valve, which prevents contamination of the drinking water in case of failure.
Das Gesamtsystem wird überwacht durch die Messung der Druckdifferenz über dem Filter 14, insbesondere über zwei Drucksensoren 28, die in der Detektionskammer 56 integriert sind. Dadurch werden Messfehler durch einen Druckabfall zwischen der Filteroberfläche und der Messstelle außerhalb der Detektionskammer 56 vermieden. The overall system is monitored by the measurement of the pressure difference across the filter 14, in particular via two pressure sensors 28, which are integrated in the detection chamber 56. As a result, measurement errors are avoided by a pressure drop between the filter surface and the measuring point outside the detection chamber 56.
Weiter wird das System über den Flusssensor 36, der nach der Pumpe 24 geschaltet ist, überwacht. Further, the system is monitored via the flow sensor 36, which is connected after the pump 24.
Überall in der Biosensorvorrichtung 10, im Gehäuse, in der Detektionskammer 56, im Fluidiksystem 16 sind Temperatursensoren vorhanden, die eine optimale Throughout the biosensor device 10, in the housing, in the detection chamber 56, in the fluidic system 16, temperature sensors are present which provide optimum
Temperierung von Reagenzien, Medien und Komponenten ermöglichen und die Überhitzung sowie eine zu geringe Temperatur vermeiden. Allow temperature control of reagents, media, and components, avoiding overheating and low temperature.
Weiter ist ein Luftblasensensor 106 vorgesehen, der Blasen in der Fluidikeinrichtung 16 erkennen und melden kann. Bezugszeichenliste Further, an air bubble sensor 106 is provided which can detect and report bubbles in the fluidics device 16. LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Biosensorvorrichtung 10 biosensor device
12 Detektionseinrichtung  12 detection device
14 Filter  14 filters
16 Fluidikeinrichtung  16 fluidic device
18 Filtermembran  18 filter membrane
20 erster Bereich  20 first area
22 zweiter Bereich  22 second area
24 Pumpe  24 pump
26 Differenzdruckmesseinrichtung  26 differential pressure measuring device
28 erster Drucksensor  28 first pressure sensor
30 zweiter Drucksensor  30 second pressure sensor
32 Filterüberwachungseinrichtung  32 filter monitoring device
34 Flussmengenmesseinrichtung  34 Flow rate measuring device
36 Flusssensor  36 flow sensor
40 Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40 filter monitoring control device
42 Auswerteeinrichtung 42 evaluation device
44 Leitungspfade  44 line paths
46 optische Detektionseinheit  46 optical detection unit
48 Lichtquelle  48 light source
52 Spannungsmesseinrichtung  52 voltage measuring device
54 piezoelektrische Elemente  54 piezoelectric elements
56 Detektionskammer  56 detection chamber
58 Kammerwand  58 chamber wall
60 Reinigungseinrichtung  60 cleaning device
62 Gefäße  62 vessels
64 Ventil  64 valve
66 Flußsystem  66 river system
68 Vierwege-Doppelanwahlventil  68 four-way double-selection valve
70 Abfall  70 waste
71 Recyclingeinrichtung  71 recycling facility
72 Temperiereinrichtung  72 tempering device
74 erster Temperatursensor 76 zweiter Temperatursensor 74 first temperature sensor 76 second temperature sensor
78 Ultraschalleinheit  78 Ultrasonic unit
80 Megaschalleinheit  80 megasound unit
82 Schallgenerator  82 sound generator
88 Passivierungsschicht  88 passivation layer
90 EHD-Einheit  90 EHD unit
92 Kapillare  92 capillaries
94 elektrostatisches Feld  94 electrostatic field
96 elektrischer Kontakt  96 electrical contact
100 Elektrochemiereinigungseinrichtung 100 electrochemical cleaning device
104 Reinigungssteuerungseinrichtung104 cleaning control device
106 Luftblasensensor 106 air bubble sensor
108 Probennahmevorrichtung  108 sampling device
1 10 Druckminderer  1 10 pressure reducer
1 12 Bypass  1 12 bypass
1 14 Leitung  1 14 line
1 16 Ausleit-/Durchleitvorrichtung 1 16 discharge / discharge device
1 18 Mehrwegeventil 1 18 multiway valve
120 Reaktor  120 reactor
122 Pumpe  122 pump
124 Schaltventil  124 switching valve
126 Leitung  126 line
128 Dreheinrichtung  128 rotating device
130 Schritt 1  130 Step 1
132 Schritt 2  132 step 2
134 Schritt 3  134 step 3
136 Schritt 4  136 step 4
138 Durchlass  138 passage

Claims

Patentansprüche claims
1. Biosensorvorrichtung (10) zur Detektion von biologischen Partikeln mit einer Detektionseinrichtung (12) zur Detektion der in der Probe vorhandenen biologischen Partikel, wobei die Detektionseinrichtung (12) einen Filter (14) zum Sammeln von biologischen Partikeln zwecks Detektion aufweist, 1. A biosensor device (10) for detecting biological particles with a detection device (12) for detecting the biological particles present in the sample, wherein the detection device (12) has a filter (14) for collecting biological particles for detection,
gekennzeichnet durch eine Filterüberwachungseinrichtung (32) zum automatischen Überwachen der Funktion des Filters ( 4). characterized by a filter monitor (32) for automatically monitoring the function of the filter (4).
2. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , 2. Biosensing device (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Filterüberwachungseinrichtung (32) wenigstens eine Differenzdruckmesseinrichtung (26) zur Messung eines Differenzdruckes über dem Filter (14) und/oder wenigstens eine Flussmengenmesseinrichtung (34) zur Messung eines Flusses durch den Filter (14) und/oder eine Spannungsmesseinrich- tung (52) zur Messung einer mechanischen Spannung an dem Filter (14) aufweist, wobei vorzugsweise die Spannungsmesseinrichtung (52) ein piezoelektrisches E- lement (54) aufweist und/oder wobei vorzugsweise die Filterüberwachungseinrichtung (32) einen Leitungspfad (44) zur Herstellung einer Leitfähigkeit auf dem Filter (14) und/oder eine optische Detektionseinheit (46) und eine Lichtquelle (48) auf ei- ner der optischen Detektionseinheit (46) abgewandten Seite des Filters (14) aufweist und/oder zur Detektion der Porosität des Filters (14) ausgebildet und/oder wenigstens einer Pumpe (24) zum Transportieren von Fluiden zugeordnet ist und/oder mit der Pumpe (24) verbunden ist und/oder eine Lastmesseinrichtung (38) zur Messung der auf die Pumpe (24) wirkenden Last aufweist. characterized in that the filter monitoring device (32) comprises at least one differential pressure measuring device (26) for measuring a differential pressure across the filter (14) and / or at least one flow quantity measuring device (34) for measuring a flow through the filter (14) and / or a voltage measuring device. Device (52) for measuring a mechanical stress on the filter (14), wherein preferably the voltage measuring device (52) has a piezoelectric E- element (54) and / or preferably wherein the filter monitoring device (32) has a conduction path (44) for the production a conductivity on the filter (14) and / or an optical detection unit (46) and a light source (48) on one of the optical detection unit (46) facing away from the filter (14) and / or for detecting the porosity of the filter (14) is formed and / or associated with at least one pump (24) for transporting fluids and / or connected to the pump (24) is t and / or a load-measuring device (38) for measuring the load acting on the pump (24).
3. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 2, 3. biosensor device (10) according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Filterüberwachungseinrichtung (32) eine Filter- überwachungssteuerungseinrichtung (40) zum Empfangen und/oder Verarbeiten von Signalen und/oder zur Ausgabe eines Abschaltbefehls für die Biosensorvorrich- tung (10) aufweist und/oder dass die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung (40) zum Empfang von Signalen der Differenzdruckmesseinrichtung (26) und/oder der Flussmengenmesseinrichtung (34) und/oder der Spannungsmesseinrichtung (52) und/oder des Leitungspfads (44) und/oder der optischen Detektionseinheit (46) und/oder der Lastmesseinrichtung (38) ausgebildet ist und/oder wenigstens eine Auswerteeinrichtung (42) zum Auswerten der von der Filterüberwachungssteue- rungseinrichtung (40) empfangenen Signale aufweist characterized in that the filter monitoring device (32) comprises a filter monitoring control device (40) for receiving and / or processing signals and / or outputting a shutdown command for the Biosensorvorrich- device (10) and / or that the filter monitoring control device (40) for Receiving signals of the differential pressure measuring device (26) and / or the flow amount measuring device (34) and / or the voltage measuring device (52) and / or the line path (44) and / or the optical detection unit (46) and / or the load measuring device (38) is and / or at least one Evaluation device (42) for evaluating the signals received by the Filterüberwachungssteue-- (40) received
4. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungseinrichtung (60) zum automatischen Reinigen des Filters (14) vorgesehen ist. 4. biosensor device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that a cleaning device (60) for automatically cleaning the filter (14) is provided.
5. Biosensorvorrichtung ( 0) nach Anspruch 4, 5. biosensor device (0) according to claim 4,
dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gefäße (62) zum Lagern von Fluiden, ins- besondere zum Lagern einer Reinigungsflüssigkeit, vorgesehen sind und/oder dass wenigstens ein Gefäß (62) zum Lagern von Fluiden über ein Ventil (64) mit der Reinigungseinrichtung (60) verbunden ist. characterized in that a plurality of vessels (62) are provided for storing fluids, in particular for storing a cleaning liquid, and / or that at least one vessel (62) for storing fluids via a valve (64) with the cleaning device (60) connected is.
6. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 5, 6. biosensor device (10) according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (60) eine Pumpe (24) zum Pumpen der Reinigungsflüssigkeit aus dem wenigstens einen Gefäß (62) zu dem Filter (14) aufweist und/oder dass die Pumpe (24) zum Rück- und Querspülen der Reinigungsflüssigkeit über den Filter (14) und/oder die Pumpe (24) der Filterüberwachungseinrichtung (32) als Pumpe (24) zum Pumpen der Reinigungsflüssigkeit ausgebildet ist characterized in that the cleaning device (60) has a pump (24) for pumping the cleaning liquid from the at least one vessel (62) to the filter (14) and / or that the pump (24) for back and forth flushing the cleaning liquid over the filter (14) and / or the pump (24) of the filter monitoring device (32) is designed as a pump (24) for pumping the cleaning liquid
7. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, 7. biosensor device (10) according to any one of claims 5 or 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit eine Reaktionsflüssigkeit zur Verwendung bei der Detektion von biologischen Partikeln in der Biosensorvor- richtung (10) und/oder eine Säure oder eine Base oder ein Alkohol oder ein Deter- genz ist und/oder dass eine Temperiereinrichtung (72) zum Temperieren der Reinigungsflüssigkeit und/oder zur Vermeidung von Überhitzung und Unterkühlung Temperatursensoren (74, 76) an den Gefäßen (62) und dem Filter (14) vorgesehen sind. characterized in that the cleaning liquid is a reaction liquid for use in the detection of biological particles in the biosensor device (10) and / or an acid or a base or an alcohol or a detergent and / or that a tempering device (72) for temperature control of the cleaning fluid and / or to avoid overheating and hypothermia temperature sensors (74, 76) on the vessels (62) and the filter (14) are provided.
8. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, 8. Biosensing device (10) according to one of claims 5 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Recyclingeinrichtung (71 ) zum Reinigen der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen ist und/oder dass die Recyclingeinrichtung (71 ) ein Partikelsieb und/oder Aktivkohle aufweist. characterized in that a recycling device (71) is provided for cleaning the cleaning liquid and / or that the recycling device (71) comprises a particle screen and / or activated carbon.
9. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungeinrichtung (60) eine Ultraschalleinheit (78), insbesondere eine Megaschalleinheit (80), mit einem Schallgenerator (82) zum Beaufschlagen des Filters (14) mit Schallwellen aufweist und/oder dass die Detekti- onseinrichtung (12) eine den Filter und/oder einen separaten Reaktor (120) zum Vorfärben des Probenmaterials und/oder eine begrenzende Kammerwand (58) aufweisende Detektionskammer (56) aufweist und/oder dass der Schallgenerator (82) an der Detektionskammer (56) der Detektionseinrichtung (12) angebracht ist und/oder dass eine Düse zum Austreten von mit Megaschall beaufschlagtem Fluid durch die Kammerwand (58) in die Detektionskammer (56) an der Detektionskammer (56) angeordnet ist und/oder der Filter (14) als Schallgenerator (82) und/oder aus einem piezoelektrischen Material gebildet ist oder eine Schicht aus piezoelektrischem Material, insbesondere aus PZT oder AIN, aufweist und/oder Elektroden, insbesondere Interdigitalelektroden, zum Anregen des piezoelektrischen Materials und/oder eine Passivierungsschicht (88) zum Schützen des piezoelektrischen Materials aufweist. 9. biosensor device (10) according to one of claims 4 to 8, characterized in that the cleaning device (60) comprises an ultrasound unit (78), in particular a megasonic unit (80), with a sound generator (82) for acting on the filter (14) Sound waves and / or that the detection device (12) has a filter and / or a separate reactor (120) for pre-inking the sample material and / or a limiting chamber wall (58) having detection chamber (56) and / or that the sound generator (82) is attached to the detection chamber (56) of the detection device (12) and / or that a nozzle for exiting megasonic-loaded fluid is disposed through the chamber wall (58) into the detection chamber (56) on the detection chamber (56) and / or the filter (14) is formed as a sound generator (82) and / or of a piezoelectric material or has a layer of piezoelectric material, in particular of PZT or AIN and / or electrodes, in particular interdigital electrodes, for exciting the piezoelectric material and / or a passivation layer (88) for protecting the piezoelectric material.
10. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, 10. Biosensing device (10) according to one of claims 4 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (60) eine EHD-Einheit (90) zur elektrohydrodynamischen Atomisierung der Reinigungsflüssigkeit aufweist und/oder dass die EHD-Einheit (90) eine Kapillare (92) zum Einleiten der Reini- gungsflüssigkeit aus einem Gefäß (62) in die EHD-Einheit (90), eine Druckbeaufschlagung zum Einbringen und Durchleiten der Reinigungsflüssigkeit in und durch die Kapillare (92) und einen elektrischen Kontakt (96) zum Erzeugen eines elektro- statischen Feldes (94) am Ende der Kapillare (92) aufweist und/oder dass die EHD- Einheit (90) zum Bilden von Nanotröpfchen aus der Reinigungsflüssigkeit und/oder zu deren Beaufschlagung auf die Filteroberfläche ausgebildet ist und/oder dass die Kapillare (92) der EHD-Einheit (90) in der Kammerwand (58) der Detektionskammer (56) angeordnet ist. characterized in that the cleaning device (60) has an EHD unit (90) for electrohydrodynamic atomization of the cleaning fluid and / or that the EHD unit (90) has a capillary (92) for introducing the cleaning fluid from a vessel (62) in the EHD unit (90), a pressurization for introducing and passing the cleaning liquid into and through the capillary (92) and an electrical contact (96) for generating an electrostatic field (94) at the end of the capillary (92) and / or that the EHD unit (90) is designed to form nanotubes from the cleaning fluid and / or to act on the filter surface, and / or that the capillary (92) of the EHD unit (90) in the chamber wall (58 ) of the detection chamber (56) is arranged.
1 1. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, 1 is a biosensor device (10) according to one of claims 4 to 10,
dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (60) eine Elektrochemie- reingungseinrichtung (100) zur elektrochemischen Reinigung des Filters (14), insbesondere mittels Elektrophorese und/oder Elektroosmose und/oder Elektrolyse, aufweist und/oder dass Elektroden zur Durchführung der elektrochemischen Reinigungsverfahren auf dem Filter (14), insbesondere als Interdigitalelektroden und/oder aus Platin und/oder im Siebdruckverfahren oder durch Aufdampfen oder Sputtern, ausgebildet sind. characterized in that the cleaning device (60) is an electrochemical cleaning device (100) for the electrochemical cleaning of the filter (14), in particular by means of electrophoresis and / or electroosmosis and / or electrolysis, and / or that electrodes for carrying out the electrochemical cleaning methods are formed on the filter (14), in particular as interdigital electrodes and / or of platinum and / or by screen printing or by vapor deposition or sputtering.
12. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9, 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (60) wenigstens eine Rei- nigungssteuerungseinrichtung (104) aufweist und/oder dass die Reinigungssteue- rungseinrichtung (104) zum Aktivieren und Deaktivieren der Ultraschalleinheit (78) und/oder der EHD-Einheit (90) und/oder der elektrochemischen Reinigung und/oder der Pumpe (24) ausgebildet ist und/oder dass die Reinigungssteuerungseinrichtung (104) durch die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung (40) aktiviert wird. 12. Biosensor device (10) according to any one of claims 9, 10 or 1, characterized in that the cleaning device (60) at least one cleaning control device (104) and / or that the Reinigungssteue- tion device (104) for activating and deactivating the ultrasound unit (78) and / or the EHD unit (90) and / or the electrochemical cleaning and / or the pump (24) is formed and / or that the cleaning control device (104) is activated by the filter monitoring control device (40).
13. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, 13. Biosensing device (10) according to one of claims 9 to 12,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Probennahmevorrichtung (108) vorgesehen ist, zum Aufnehmen von, insbesondere fluidem, Probenmaterial direkt aus einer Leitung (1 14) und/oder dass die Probennahmevorrichtung (108) eine Ausleit- /Durchleitvorrichtung (1 16) zum permanenten Ausleiten des Probenmaterials aus der Leitung (1 14) und zum permanenten Durchleiten des Probenmaterials durch die Probennahmevorrichtung (108) aufweist und/oder dass das Probenmaterial über einen an die Leitung (114) angeschlossenen Bypass (1 12) in die Probennahmevorrichtung (108) strömt, die Detektionskammer (56) tangential durchströmt und über ein Mehrwegeventil (1 18) wieder in die Leitung (1 14) eingeleitet wird und/oder dass der Bypass (112) einen schaltbaren Druckminderer (110) aufweist, der den Fluss des Probenmaterials durch die Probennahmevorrichtung (108) und die Detektionskammer (56) konstant hält und den Fluss während einer Messung untersagt. characterized in that a sampling device (108) is provided for picking up, in particular fluid, sample material directly from a line (1 14) and / or that the sampling device (108) has a diverting / passing device (1 16) for permanently discharging the Sample material from the line (1 14) and for continuously passing the sample material through the sampling device (108) and / or that the sample material flows via a to the line (114) connected to the bypass (1 12) in the sampling device (108) Detection chamber (56) flows through tangentially and via a multi-way valve (1 18) back into the line (1 14) is initiated and / or that the bypass (112) has a switchable pressure reducer (110), the flow of the sample material through the sampling device ( 108) and the detection chamber (56) keeps constant and prohibits the flow during a measurement.
14. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 13, 14. Biosensing device (10) according to claim 13,
dadurch gekennzeichnet, dass die Probennahmevorrichtung (108) mit der Fluidi- keinrichtung (16) zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Probennahmevorrichtung (108) und Detektionskammer (56) verbunden ist und/oder ein Schaltventil (124) aufweist, das das Probenmaterial in einer ersten Stellung der Fluidikeinrich- tung (16) zuleitet und in einer zweiten Stellung das Probenmaterial an der Fluidi- keinrichtung (16) vorbeileitet und/oder eine Dreheinrichtung (128) aufweist, wobei die Dreheinrichtung (128) mit wenigstens einem Durchlass (138) und mit wenigstens einer Aufnahmeposition für wenigstens einen Filter (14) gebildet ist und/oder dass die Dreheinrichtung (128) in wenigstens zwei Stellungen in die Leitung (126) eingedreht werden kann, wobei der wenigstens eine Filter (14) in einer ersten Stel- lung in der Leitung (126) positioniert ist und in einer zweiten Stellung der wenigstens eine Durchlass (138) in der Leitung (126) positioniert ist. characterized in that the sampling device (108) is connected to the fluidic device (16) for establishing a connection between the sampling device (108) and detection chamber (56) and / or has a switching valve (124) which receives the sample material in a first Position of the Fluidikeinrich- device (16) zuleitet and in a second position, the sample material on the Fluidi device (16) passes by and / or a rotating device (128), wherein the rotating device (128) is formed with at least one passage (138) and at least one receiving position for at least one filter (14) and / or that the rotating device (128) can be screwed into the line (126) in at least two positions, the at least one filter (14) is positioned in the conduit (126) in a first position and in a second position the at least one passage (138) is positioned in the conduit (126).
15. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 14, 15. Biosensing device (10) according to claim 14,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Luftblasensensor (106) in der Fluidi- keinrichtung (16) zur Detektion von Luftblasen und zum Ausgeben einer Meldung und/oder eine Sicherheitseinrichtung (140) vorgesehen ist, die eine Kontamination der Leitung (1 14) im Störfall verhindert und/oder dass ein Rückschlagventil (142) vorgesehen ist, das die Sicherheitsvorrichtung (140) bildet und/oder dass die wenigstens eine Differenzdruckmesseinrichtung (26) zum Regeln der Pumpe (24) aus- gebildet ist. characterized in that at least one air bubble sensor (106) in the Fluidi device (16) for detecting air bubbles and for outputting a message and / or a safety device (140) is provided, which prevents contamination of the line (1 14) in case of failure and / or that a check valve (142) is provided which forms the safety device (140) and / or that the at least one differential pressure measuring device (26) is designed to control the pump (24).
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