DE102004025269A1 - Biochip cell, useful for performing rapid DNA assays, e.g. for assessing response to treatment, comprises a chip substrate, with analytical islands on its surface, and a sealed cover - Google Patents

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Abstract

A biochip cell (A) comprises a biochip substrate (1) and a cover (2), for reception and analysis of biological samples. A biochip cell (A) comprises: (a) a biochip substrate (1) having, on its upper surface, many spatially separated and uniformly distributed analytical islands (6) and at least one analytical region (7) for receiving the sample material; (b) at least one plastic frame (9), made of rubber-like material, that is arranged on the upper surface and defines a region (7) containing a limited number of (6); and (c) a cover (2), adhesive on one side and having an area that matches that of (1) or (7), to provide hermetic sealing of (7). An independent claim is also included for a method for preparing (A).

Description

Die Erfindung betrifft eine Biochipzelle mit Biochipsubstrat und Abdeckung für eine Aufnahme und eine optische Analyse biologischer Proben und ein Verfahren zur Präparation und Durchführung der Analyse.The The invention relates to a biochip cell with biochip substrate and cover for one Recording and optical analysis of biological samples and a procedure for preparation and implementation the analysis.

Im Durchschnitt dauert die Entwicklung und Testphase eines neuen Medikaments 12 bis 15 Jahre. Jede Verkürzung dieser Testphase kann einerseits die Heilungschancen für Patienten verbessern und andererseits die Einführung von neuen pharmazeutischen Produkten in den Markt beschleunigen. Einen bedeutenden Beitrag dazu können so genannte Biochip-Systemlösungen liefern. Das Herzstück dieser Biochipsysteme ist eine Biochipzelle, auf der man ein ganzes Labor in Miniaturform unterbringen kann. Für eine optische Analyse können auf einem Quadratzentimeter zeitgleich die Reaktion von gegenwärtig bis zu 400 bekannten Genen auf einen bestimmten Wirkstoff überprüft werden. Dazu weist das "Labor in Miniaturformat" Analyseinseln auf, die mit unterschiedlichen genetischen Substanzen beschichtet werden und anschließend können die Reaktionen dieser 400 unterschiedlichen Genproben in ihrer Reaktion auf einen Wirkstoff überprüft werden.in the Average takes the development and testing phase of a new drug 12 to 15 years. Every shortening This test phase can on the one hand the chances of recovery for patients improve and on the other hand the introduction of new pharmaceutical Accelerate products into the market. A significant contribution can do this so-called biochip system solutions deliver. The heart of this Biochip systems is a biochip cell that has a whole laboratory can accommodate in miniature form. For an optical analysis can a square centimeter at the same time the reaction from present to to 400 known genes are checked for a particular drug. The "laboratory in miniature "Analysis Islands that coated with different genetic substances and then can the reactions of these 400 different gene samples in their response be checked for an active substance.

Mit derartigen Biochipzellen können Untersuchungen von Entzündungen, von verschiedenen Krebsarten, von neurologischen Erkrankungen, von Multipler Sklerose, usw. untersucht werden. Außerdem können derartige Biochipzellen in der Lebensmittelforschung, der Vaterschaftsanalyse, der Phorensik, der Prä dispositionsdiagnostik oder für höhere Resistenzuntersuchungen eingesetzt werden.With Such biochip cells can Investigations of inflammations, of various types of cancer, neurological diseases, multiples Sclerosis, etc. are examined. In addition, such biochip cells in food research, paternity analysis, phoroscopy, the pre-disposition diagnostics or for higher resistance studies be used.

Bisher werden als Biochipzellen Hohlraumspritzgussgehäuse eingesetzt, die verschiedene Kammern und Kanäle zur Führung der Reaktionsflüssigkeiten aufweisen. Diese Lösung für Biochipzellen hat nachteilig große Abmessungen, ist komplex in seiner Herstellung und verursacht hohe Fertigungskosten.So far are used as biochip cells cavity injection molded housing, the various chambers and channels to the leadership the reaction liquids exhibit. This solution for biochip cells has disadvantageous big ones Dimensions, is complex in its manufacture and causes high Production costs.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Biochipzelle mit Biochipsubstrat und Abdeckung für Aufnahme und optische Analyse biologischer Proben zu schaffen, die kostengünstig herstellbar ist und eine minutenschnelle Analyse ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Präparation und Durchführung der Analyse mit entsprechend hohem Zeitgewinn anzugeben.task The invention is a biochip cell with biochip substrate and Cover for To create recording and optical analysis of biological samples, the economical can be produced and allows a minute-fast analysis. It is another object of the invention a method for preparation and execution the analysis with a correspondingly high time gain.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These The object is achieved with the subject matter of the independent claims. advantageous Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Erfindungsgemäß wird eine Biochipzelle mit Biochipsubstrat und Abdeckung für die Aufnahme und die optische Analyse biologischer Proben geschaffen. Diese Biochipzelle weist ein Substrat auf, das auf seiner Oberseite eine Vielzahl voneinander räumlich isolierter und auf der Oberseite gleichmäßig verteilter Analyseninseln besitzt. Diese Analyseinseln dienen dem Andocken von biologischem Probenmaterial Die Biochipzelle weist mindestens einen Kunststoffrahmen aus gummielastischem Material auf, der auf der Oberseite des Halbleitersubstrats angeordnet ist und einen Analysebereich mit einer begrenzten Anzahl von Analyseinseln umschließt. Zum hermetischen Abdecken des Analysebereichs weist die Biochipzelle eine einsei tig klebende Abdeckung auf, die in ihrer flächigen Erstreckung dem Biochipsubstrat oder mindestens einem Analysebereich angepasst ist.According to the invention is a Biochip cell with biochip substrate and cover for recording and optical Analysis of biological samples created. This biochip cell points a substrate having on its top a plurality of spatially isolated from each other and evenly distributed on top Owns analysis islands. These analysis islands are used for docking of biological sample material The biochip cell has at least a plastic frame made of rubber-elastic material, on the top of the semiconductor substrate is arranged and an analysis area encloses with a limited number of analysis islands. To the hermetic Covering the analysis area, the biochip cell has a one-sided adhesive cover, which in its planar extension of the biochip substrate or at least one analysis area is adjusted.

Eine derartige Biochipzelle hat den Vorteil, dass sie vom Anwender leicht handhabbar ist und für vielfältige Anwendungen einsetzbar ist. So kann ein Arzt in seiner Praxis in Minutenschnelle für einen Patienten eine individuelle Medikation ermitteln. Dazu kann er mit einer Blutprobe, die er auf die Analyseinseln verteilt, das spezifische Ansprechen auf ein Medikament überprüfen und über Nebenwirkungen und Reaktionszeiten Aussagen treffen. Dies ist ein bedeutender Fortschritt in der Behandlung von Krankheiten, wie Depressionen oder Bluthochdruck, wo die Dauer bis zur einsetzenden Wirkung eines Medikaments von größter Bedeutung ist.A Such a biochip cell has the advantage of being easy for the user is manageable and for a variety of applications can be used. So a doctor can be in his office in minutes for one Patients determine an individual medication. He can do that with him a blood sample that he distributes to the analysis islands, the specific one Check for a drug and have side effects and reaction times make statements. This is a significant progress in the treatment of diseases, such as depression or high blood pressure, where the duration until onset of action of a drug of greatest importance is.

Mit der Biochipzelle der vorliegenden Erfindung kann eine Zeitersparnis bei der Entwicklung neuer Medikamente von ein bis zwei Jahren erreicht werden, wobei ein "Blockbuster"-Medikament eine entsprechend dann frühere Zulassung bewirken kann, was erhebliche Einsparungen an Entwicklungskosten bedeutet.With The biochip cell of the present invention can save time be achieved in the development of new drugs from one to two years, where a "blockbuster" drug is an accordingly prior approval can cause significant savings in development costs means.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Analyseninsel eine ringförmige Struktur auf, wodurch räumlich die einzelne Analyseninsel von benachbarten Anlayseinseln abgegrenzt ist. Mit dieser ringförmigen Struktur aus einem Beschichtungsmaterial wird dafür gesorgt, dass die einzelnen Mikrotropfen der einzelnen DNA-Proben nicht ineinander laufen und sich vermischen. Dazu kann das Biochipsubstrat eine Beschichtung aufweisen, in der als Analyseinseln Aussparungen angeordnet sind.In a preferred embodiment According to the invention, the analysis island has an annular structure, whereby spatial the individual analysis island is delimited from neighboring analysis islands is. With this ring-shaped Structure made of a coating material is ensured that the individual microdroplets of each DNA sample do not interfere run and mingle. For this, the biochip substrate can be a coating have, in which are arranged as analysis islands recesses.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Biochipsubstrat eine Beschichtung aus zwei Lagen auf, eine untere Lage, die auf dem Biochipsubstrat angeordnet ist und eine obere Lage, die als Analyseinseln ringförmige Öffnungen zur unteren Lage hin aufweist. Dabei kann das Substrat eine Glasplatte oder einen Halbleiterwafer aufweisen, die mit einer geschlossenen Metallschicht als untere Lage bedeckt sind. Auf der Metallschicht kann als zweite Lage eine strukturierte Isolationsschicht mit Öffnungen zu der Metallschicht angeordnet sein, so dass die zu analysierenden Proben in den Öffnungen über die Metallschicht an ein elektrisches Potential zur Verbesserung der Analyseaussagen in vorteilhafter Weise angeschlossen werden können. Das Potential kann dazu außerhalb der Biochipzelle an die untere Lage aus Metall angelegt werden.In a further embodiment of the invention, the biochip substrate has a coating of two layers, a lower layer which is arranged on the biochip substrate and an upper layer, having as analysis islands annular openings to the lower layer out. In this case, the substrate may comprise a glass plate or a semiconductor wafer, which are covered with a closed metal layer as the lower layer. On the metal layer may be arranged as a second layer, a structured insulating layer having openings to the metal layer, so that the samples to be analyzed in the openings on the metal layer to an electrical potential for improving the analysis statements can be connected in an advantageous manner. The potential can be applied outside of the biochip cell to the lower layer of metal.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung steht die Analyseinsel mit einer integrierten Schaltung eines Halbleitersubstrats elektrisch in Verbindung, wobei Elektroden der integrierten Schaltung auf der Oberseite des Biosubstrats für ein Benetzen mit einem biologischen Probenmaterial, insbesondere mit DNA-Proben, frei liegen. Derartige Analyseinseln haben den Vorteil, dass zusätzlich zu der Aufnahme von biologischem Probenmaterial, dieses Probenmaterial auf ein vorbestimmtes Potenzial gehoben werden kann, um die Analyseaussagen zu verbessern.at a further embodiment The invention relates to the analysis island with an integrated circuit a semiconductor substrate electrically connected, wherein electrodes of the integrated circuit on top of the biosubstrate for wetting a biological sample material, in particular with DNA samples, lie free. Such analysis islands have the advantage that in addition to the inclusion of biological sample material, this sample material can be lifted to a predetermined potential to the analysis statements to improve.

Weiterhin ist es vorgesehen, Rahmen auf dem Biosubstrat so zu gestalten, dass sie eine Höhe aufweisen, die größer ist als ein Außendurchmesser einer Injektionsnadel. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass nach dem Herstellen von Analysebereichen, die jeweils von dem gummielastischen Kunststoffrahmen umgeben sind und von einer op tisch transparenten Platte abgedeckt sind, die Möglichkeit besteht, eine Reaktionslösung in den Hohlraum zwischen Abdeckung und Biochipsubstrat mit einer Injektionsnadel zu injizieren, um dann die Reaktion des biologischen Probenmaterials auf den Analyseinseln optisch zu beobachten.Farther it is intended to make frames on the biosubstrate so that they have a height, which is bigger as an outer diameter of a Injection needle. In this embodiment of the Invention, there is the advantage that after the manufacture of Analysis areas, each of the rubber-elastic plastic frame are surrounded and covered by an op table transparent plate are, the possibility consists of a reaction solution in the cavity between the cover and biochip substrate with a To inject injection needle, then the reaction of the biological Optically observe sample material on the analysis islands.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, die Kunststoffrahmen auf dem Biochipsubstrat mit einer Öffnung zu versehen. Diese Öffnung ist größer als der Außendurchmesser einer Injektionsnadel und dient dazu, mit anderen Hilfsmitteln eine Reaktionslösung in den Hohlraum zwischen Abdeckung und Biochipsubstrat einzubringen. Dazu werden auch zwei Öffnungen vorgesehen, eine als Einlassöffnung und die andere als Auslassöffnung, sodass die Reaktionslösungen durch einen Analysebereich geführt werden können.In a further embodiment The invention provides for the plastic frames on the biochip substrate with an opening to provide. This opening is bigger than the outer diameter of a Injection needle and serves with other aids a reaction solution in to introduce the cavity between cover and biochip substrate. There are also two openings provided, as an inlet opening and the other as an outlet, so the reaction solutions through an analysis area can be.

Außerdem besteht die Möglichkeit, ein System aus Verbindungskanälen und Analysebereichen zu bilden, mit dem eine vernetze Analyse möglich wird. Schließlich ist es über die Einlass- und Auslassöffnungen auch möglich, nacheinander unterschiedliche Reaktionslösungen über gleiche Analysebereiche strömen zu lassen. Für eine optische Untersuchung weist die Abdeckung einen optisch transparenten Träger auf, der einseitig mit einer optisch transparenten Klebestoffschicht bedeckt ist. Diese Klebstoffschicht verbindet sich mit dem gummielastischen Kunststoffrahmen und sorgt für eine hermetische Abdichtung einzelner Biochipzellen.There is also the possibility, a system of connection channels and analysis areas, with which a networked analysis becomes possible. After all is it over the inlet and outlet also possible, successively different reaction solutions over the same analysis ranges stream allow. For an optical examination, the cover has an optically transparent carrier on, the one-sided with an optically transparent adhesive layer is covered. This adhesive layer combines with the rubber-elastic Plastic frame and ensures a hermetic seal of individual biochip cells.

Als transparenter Träger kann für die Abdeckung eine Glasplatte vorgesehen werden, ähnlich einer Deckplatte auf einem Mikroskopobjektträger. Andererseits ist es auch möglich, als transparenten Träger für die Abdeckung eine Acrylplatte vorzusehen. Anstelle einer Klebstoffschicht kann auch eine dop pelseitig klebende optisch transparente Folie auf eine Glasplatte oder einen anderen transparenten Träger geklebt werden, was die Fertigungskosten erheblich vermindert.When transparent carrier can for the cover will be provided a glass plate, similar to one Cover plate on a microscope slide. On the other hand it is too possible, as a transparent carrier for the Cover to provide an acrylic plate. Instead of an adhesive layer can also have a dop pelseitig adhesive optically transparent film glued on a glass plate or other transparent carrier which significantly reduces manufacturing costs.

Ein Verfahren zur Präparation einer Biozelle mit Biochipsubstrat und Abdeckung für eine biochemische Analyse weist nachfolgende Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein Biochipsubstrat mit einer Vielzahl voneinander räumlich isolierter, auf der Oberseite des Substrats gleichmäßig verteilter Analyseinseln zum Andocken von biochemischem Probenmaterial hergestellt. Dabei können die Anlayseinseln in Analysebereiche gegliedert sein. Anschließend wird mindestens ein Kunststoffrahmen aus gummielastischem Material aufgebracht. Dieser wird auf der Oberseite des Biochipsubstrats derart angeordnet, dass jeweils eine begrenzte Anzahl von Analyseinseln für jeweils einen Analysebereich umschlossen wird.One Procedure for preparation a bio cell with biochip substrate and cover for a biochemical Analysis has the following method steps. First, will a biochip substrate having a plurality of spatially isolated ones, on top of the substrate of uniformly distributed analysis islands for docking biochemical sample material. there can the Anlayseinseln be divided into analysis areas. Subsequently, will applied at least one plastic frame made of rubber-elastic material. This is arranged on top of the biochip substrate in such a way that each have a limited number of analysis islands for each an analysis area is enclosed.

Nach dem Herstellen des Biochipsubstrats mit dem entsprechenden Kunststoffrahmen wird ein biologisches Probenmaterial auf die Analyseinseln des Biochipsubstrats mithilfe von Mikropipetten aufgebracht. Anschließend werden die Analysebereiche mit einer einseitig klebenden Abdeckung abgedeckt und hermetisch abgeschlossen. Anschließend kann die Analyse dadurch beginnen, dass eine Folge von Reaktionslösungen im Wechsel mit Spüllösungen in die Analysebereiche injiziert wird. Jeweils nach Aufbringen und Abspülen einer Reaktionslösung kann eine optische Analyse der Reaktionsprodukte auf den Analyseinseln erfolgen.To producing the biochip substrate with the corresponding plastic frame becomes a biological sample material on the analysis islands of the biochip substrate applied using micropipettes. Subsequently, the analysis areas with a one-sided adhesive cover covered and hermetically sealed. Subsequently The analysis can begin by a series of reaction solutions in the Change with rinsing solutions in the Analysis areas is injected. Each after application and rinsing a reaction solution can be an optical analysis of the reaction products on the analysis islands respectively.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass mit relativ einfachen Mitteln mit einem Substrat und einer transparenten Abdeckung, sowie dem Aufbringen von gummielastischem Kunststoffrahmen, eine Vielzahl von Analyseinseln, nicht nur mit Probenmaterial bestückt werden kann, sondern auch untersucht werden kann und somit eine schnelle Aussage über die Reaktion zwischen der reaktiven Lösung und den biochemischen Proben, wie beispielsweise DNA-Proben kurzfristig und preiswert ermittelt werden kann.This Method has the advantage that with relatively simple means with a substrate and a transparent cover, and the application of rubber-elastic plastic frame, a variety of analysis islands, not only can be equipped with sample material, but also can be examined and thus a quick statement about the reaction between the reactive solution and the biochemical samples, such as DNA samples in the short term and can be determined inexpensively.

Der Kunststoffrahmen aus gummielastischem Material kann mittels Spritzgussverfahren aufgebracht werden, oder mittels eines Dispensverfahrens erfolgen. Darüber hinaus ist es auch möglich, eine Vielzahl von Kunststoffrahmen aus gummielastischem Material mittels drucktechnischer Verfahren aufzubringen. Diese können mit einer und auch ohne eine Schablone oder eine Maske erfolgen, indem eine Strahldrucktechnik, wie sie bei Tintenstrahldruckern üblich ist, angewandt wird.The plastic frame made of rubber elastic The material can be applied by injection molding, or by means of a dispensing process. In addition, it is also possible to apply a variety of plastic frame made of rubber-elastic material by means of printing technology. These can be done with and without a stencil or mask by using a jet printing technique, as is common in ink jet printers.

Zum Aufbringen von biologischem Probenmaterial auf die Analyseinseln können Harfen von Mikropipetten vor dem Abdecken der Analysebereiche mit einer transparenten Abdeckung erfolgen. Derartige Mikropipettenharfen weisen eine Vielzahl in einer Reihe angeordneter Mikropipetten auf, die ihrerseits unterschiedliche DNA-Proben gleichzeitig von so genannten Probentabletts aufnehmen und auf die Analyseinseln übertragen können. Sobald ein Analysebereich durch eine Abdeckung hermetisch abgeschlossen ist, kann mit Hilfe einer Injektionskanüle eine Reaktionslösung durch den gummielastischen Kunststoffrahmen hindurch in den Zwischenraum zwischen Abdeckung und Biochipsubstrat eingespritzt werden, so dass sich kurzfristig eine optische Analyse anschließen kann. Auch ist es möglich, eine Folge von Reaktionslösungen im Wechsel mit Spüllösungen in die Anlaysenbereiche mittels eines Einbringens von Flüssigkeiten einer Reaktionslösung in entsprechend gestaltete Verbundkanäle von einem Analysebereich zum nächsten durchzuführen.To the Applying biological sample material to the analysis islands can Harp micropipettes before covering the analysis areas with a transparent cover done. Such micropipette harps have a plurality of micropipettes arranged in a row, which in turn different DNA samples of the so-called Take sample trays and transfer them to the analysis islands can. Once an analysis area hermetically sealed by a cover is, with the help of an injection cannula, a reaction solution through the rubber-elastic plastic frame in the space between Cover and biochip substrate are injected so that short-term optical analysis can connect. Also, it is possible to create a sequence of reaction solutions alternating with rinsing solutions in the Anlaysenbereiche means of introducing liquids a reaction solution in appropriately designed composite channels of an analysis area to the next perform.

In einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens werden die Moleküle der Reaktionslösung mit fluoreszierenden Markern versehen, sodass bei Reaktion mit dem zu analysierenden Material auf den Analyseinseln eine optisch erkennbare Fluoreszenz auftritt.In a preferred implementation of the procedure become the molecules the reaction solution with provided fluorescent markers, so that when reacted with the analyzing material on the analysis islands an optically recognizable Fluorescence occurs.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass die erfindungsgemäße Biochipzelle und das hier vorgestellte Verfahren die nachfolgenden Vorteile aufweist:

  • 1. Das Aufbringen der Analyse-DNA kann auf Waferebene nach dem Erzeugen der Kunststoffrahmen erfolgen, wenn als Substrat ein Halbleiterwafer zur Verfügung gestellt wird. Danach kann als Deckel die einseitig klebende Abdeckung aufgebracht werden, sodass die mit der Analyse-DNA geimpften aktiven Chipflächen im Bereich der Analyseinseln beim nachfolgenden Sägeprozess des Halbleiterwafers in einzelne Biochipzellen geschützt sind. Somit können kostengünstig, sowohl die Hohlraumerzeugung für die Untersuchung, als auch die "Microspotting" im so genannten "Batch-Prozess" auf Waferebene stattfinden.
  • 2. Die Technologie und das entsprechende Design ermöglichen kleinste Gehäuse im "Chip Scale Package"-Bereich, einem Gehäuse, das nur unwesentlich größer ist als das Halbleitersubstrat für den entsprechenden Analysebereich.
  • 3. Wird die Hohlraumbewandung, die aus dem Kunststoffrahmen gebildet ist, aus einem gummielastischen Material ausgeführt, so kann die Injektion der zu analysierenden Substanz in einfachster Weise erfolgen, indem die gummi elastische Kunststoffwand des Kunststoffrahmens mit einer kanülenartigen Spitze durchstoßen wird.
In summary, it should be noted that the biochip cell according to the invention and the method presented here have the following advantages:
  • 1. The application of the analysis DNA can be done at the wafer level after the production of the plastic frame when a semiconductor wafer is provided as a substrate. Thereafter, the one-sided adhesive cover can be applied as a lid so that the active chip surfaces seeded with the analysis DNA are protected in the region of the analysis islands during the subsequent sawing process of the semiconductor wafer into individual biochip cells. Thus, both cavity generation for the assay and "microspotting" in the so-called "batch process" at the wafer level can be cost-effective.
  • 2. The technology and design allow the smallest packages in the "Chip Scale Package" range, a housing that is only slightly larger than the semiconductor substrate for the corresponding analysis area.
  • 3. If the cavity wall, which is formed from the plastic frame, made of a rubber-elastic material, the injection of the substance to be analyzed can be done in the simplest way by the rubber elastic plastic wall of the plastic frame is pierced with a cannula-like tip.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.The The invention will now be described with reference to the accompanying figures.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Biochipzelle einer ersten Ausführungsform der Erfindung; 1 shows a schematic cross section of a biochip cell of a first embodiment of the invention;

25 zeigen Prinzipskizzen zur Herstellung der Biochipzelle gemäß 1; 2 - 5 show schematic diagrams for the preparation of the biochip cell according to 1 ;

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Biochipsubstrat mit mehreren Analysebereichen; 2 shows a schematic cross section through a biochip substrate with several analysis areas;

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Biochipsubstrat und eine Mikropipette beim Auffüllen einer Analyseninsel mit biologischem Probenmaterial; 3 shows a schematic cross section through the biochip substrate and a micropipette when filling an analysis island with biological sample material;

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Biochipsubstrat nach Abdecken der Analysebereiche mit einer Abdeckung; 4 shows a schematic cross section through the biochip substrate after covering the analysis areas with a cover;

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Biochipsubstrat unter Aufteilen des Biochipsubstrats in mehrere Biochipzellen; 5 shows a schematic cross section through the biochip substrate while dividing the biochip substrate into a plurality of biochip cells;

6 zeigt eine prinzipielle perspektivische Skizze einer Biochipzelle gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; 6 shows a schematic perspective sketch of a biochip cell according to another embodiment of the invention;

7 zeigt eine perspektivische Prinzipskizze einer Biochipzelle gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; 7 shows a perspective schematic diagram of a biochip cell according to a third embodiment of the invention;

8 zeigt eine prinzipielle perspektivische Ansicht einer Biochipzelle gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; 8th shows a schematic perspective view of a biochip cell according to a fourth embodiment of the invention;

9 zeigt eine Prinzipskizze zum Andocken eines DNA-Indikators an eine DNA-Probe; 9 shows a schematic diagram for docking a DNA indicator to a DNA sample;

10 zeigt eine Prinzipskizze eines Bereitstellens einer zu analysierenden DNA-Probe auf einer Analyseinsel; 10 shows a schematic diagram of providing a DNA sample to be analyzed on an analysis island;

11 zeigt eine Prinzipskizze eines Andockens eines DNA-Indikators auf einer Analyseinsel; 11 shows a schematic diagram of a docking of a DNA indicator on an analysis island;

12 zeigt eine Prinzipskizze von DNA-Indikatoren angedockt an DNA-Proben auf einer Analyseinsel; 12 shows a schematic diagram of DNA-In dicators docked on DNA samples on an analysis island;

13 zeigt eine Prinzipskizze eines Bereitstellens von zu analysierenden DNA-Proben; 13 shows a schematic diagram of providing DNA samples to be analyzed;

14 zeigt eine Prinzipskizze eines Abweisens von DNA-Indikatoren auf einer Analyseinsel; 14 shows a schematic diagram of a rejection of DNA indicators on an analysis island;

15 zeigt eine Prinzipskizze einer nicht markierten DNA-Probe auf einer Analyseinsel; 15 shows a schematic diagram of a non-labeled DNA sample on an analysis island;

16 zeigt eine prinzipielle Draufsicht auf einen Analysebereich unter UV-Licht. 16 shows a schematic plan view of an analysis area under UV light.

1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Biochipzelle 10 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Biochipzelle 10 weist ein Biochipsubstrat 1 auf, das in diesem Falle ein Halbleitersubstrat 4 aus einem Halbleiterwafer ist. Auf der Oberseite 5 ist ein Kunststoffrahmen 9 angeordnet, der einen Analysebereich 7 umgibt. Innerhalb des Kunststoffrahmens 9 eines Analysebereichs 7 sind eine Vielzahl von Analyseinseln 6 angeordnet. Die Anzahl der Analyseinseln 6 kann mehrere hundert Stück betragen. In der schematischen Querschnittansicht der 1 sind lediglich drei Analyseinseln 6 beispielhaft gezeigt. 1 shows a schematic cross section of a biochip cell 10 a first embodiment of the invention. The biochip cell 10 has a biochip substrate 1 on, which in this case is a semiconductor substrate 4 from a semiconductor wafer. On the top 5 is a plastic frame 9 arranged, which has an analysis area 7 surrounds. Inside the plastic frame 9 an analysis area 7 are a variety of analysis islands 6 arranged. The number of analysis islands 6 can be several hundred pieces. In the schematic cross-sectional view of 1 are only three analysis islands 6 shown by way of example.

Die Biochipzelle 10 wird von einer optisch transparenten Abdeckung 2 hermetisch verschlossen, indem die Abdeckung 2 auf dem Kunststoffrahmen 9 aufgeklebt ist. Vor dem hermetischen Verschließen der Biochipzelle 10 mit einer Abdeckung 2 ist auf die Analyseninsel 6 ein biologisches Probenmaterial 8 einer biologischen Probe 3 aufgebracht worden. Die Analyseinsel 6 ist hier als Mesastruktur auf der Oberseite 5 des Halbleitersubstrats 4 dargestellt. Diese Mesastruktur besteht in dieser Ausführungsform der Erfindung aus einem Kunststoffring, der auf die Oberseite 5 des Halbleitersubstrats 4 aufgebracht ist. Die Analyseinseln 6 können jedoch auch durch Einbringen von Vertiefungen in eine Beschichtung auf dem Halbleitersubstrat 4 realisiert werden.The biochip cell 10 comes from an optically transparent cover 2 hermetically sealed by the cover 2 on the plastic frame 9 is glued on. Before hermetically sealing the biochip cell 10 with a cover 2 is on the analysis island 6 a biological sample material 8th a biological sample 3 been applied. The analysis island 6 is here as a mesa structure on the top 5 of the semiconductor substrate 4 shown. This mesa structure consists in this embodiment of the invention of a plastic ring on the top 5 of the semiconductor substrate 4 is applied. The analysis islands 6 however, can also be achieved by introducing depressions into a coating on the semiconductor substrate 4 will be realized.

Der Boden der Analyseinseln 6 kann eine metallische Elektrode 11 aufweisen, an die von außerhalb der Biochipzelle 10 ein Potential zur Verbesserung der Analyseergebnisse angelegt werden kann. Der Kunststoffrahmen 9 besteht aus einem gummielastischen Kunststoff und weist eine Höhe h auf, die größer ist als ein Außendurchmesser einer Injektionsnadel. Somit ist es möglich, eine Reaktionsflüssigkeit 15 in die Biochipzelle 10 durch den gummielastischen Kunststoffrahmen 9 hindurch zu injizieren. Ferner ist es möglich, über die optisch transparente Abdeckung 2 optisch Reaktionen der biologischen Probe 3 mit der injizierten Reaktionsflüssigkeit 15 zu beobachten.The bottom of the analysis islands 6 can be a metallic electrode 11 to which from outside the biochip cell 10 a potential for improving the analysis results can be created. The plastic frame 9 consists of a rubber-elastic plastic and has a height h which is greater than an outer diameter of an injection needle. Thus, it is possible to use a reaction liquid 15 into the biochip cell 10 through the rubber-elastic plastic frame 9 through. Furthermore, it is possible over the optically transparent cover 2 optical reactions of the biological sample 3 with the injected reaction liquid 15 to observe.

Die 2 bis 5 zeigen Prinzipskizzen zur Herstellung der Biochipzelle 10 gemäß 1. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in 1 werden in den 25 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert.The 2 to 5 show schematic diagrams for the preparation of the biochip cell 10 according to 1 , Components with the same functions as in 1 be in the 2 - 5 denoted by the same reference numerals and not discussed separately.

2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Biochipsubstrat 1 mit mehreren Analysebereichen 7. Dieses Biochipsubstrat 1 ist bei diesem Herstellungsschritt ein großflächiger Halbleiterwafer 17, auf dem eine Vielzahl von Analyseinseln 6 angeordnet sind. Diese Analyseinseln 6 bestehen aus "Berandungen" und sind gleichmäßig auf der Oberseite 5 des Halbleiterwafers 17 verteilt. 2 shows a schematic cross section through a biochip substrate 1 with several analysis areas 7 , This biochip substrate 1 is a large-area semiconductor wafer in this manufacturing step 17 on which a variety of analysis islands 6 are arranged. These analysis islands 6 consist of "borders" and are even on the top 5 of the semiconductor wafer 17 distributed.

Ferner weist der Halbleiterwafer 17 auf seiner Oberseite 5 Kunststoffrahmen 9 auf, die eine begrenzte Anzahl von Analyseinseln 6 umgeben und somit die Vielzahl der Analyseinseln 6 in Analysebereiche 7 aufteilen. Diese Kunststoffrahmen 9 aus einem gummielastischen Kunststoff werden beispielsweise durch Aufbringen eines SU8-Lackes in einem Schleuderbeschichtungsverfahren aufgebracht, wobei anschließend durch einen photolithographischen Schritt der aufgeschleuderte SU8-Lack in die in 2 gezeigten Kunststoffrahmen 9 strukturiert wird. Eine derart präparierte Oberseite 5 eines Halbleiterwafers 17 kann dann mit einem Probematerial versehen werden, wie es 3 zeigt.Furthermore, the semiconductor wafer 17 on its top 5 Plastic frame 9 on that a limited number of analysis islands 6 surrounded and thus the multitude of analysis islands 6 in analysis areas 7 split. This plastic frame 9 made of a rubber-elastic plastic are applied, for example, by applying a SU8 lacquer in a spin coating process, followed by a photolithographic step of the spin coated SU8 lacquer in the in 2 shown plastic frame 9 is structured. Such a prepared top 5 a semiconductor wafer 17 can then be provided with a sample material, as it is 3 shows.

3 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Biochipsubstrat 1 und eine Mikropipette 16 beim Auffüllen einer Analyseinsel 6 mit biologischem Probenmaterial B. Die erste Analyseinsel 18 weist bereits eine biologische Probe 3 auf, von der aus die Mikropipette 16 in Pfeilrichtung A zu einer zweiten Analyseinsel 19 verfahren wurde und auch hier ist das Bestücken der zweiten Analyseinsel 19 bereits beendet, so dass in Pfeilrichtung B die Mikropipette 16 zu der nächsten Analyseinsel 6 verfahren werden kann. 3 shows a schematic cross section through the biochip substrate 1 and a micropipette 16 when filling an analysis island 6 with biological sample B. The first analysis island 18 already has a biological sample 3 on, from which the micropipette 16 in the direction of arrow A to a second analysis island 19 procedure and also here is the loading of the second analysis island 19 already ended, so that in the direction of arrow B, the micropipette 16 to the next analysis island 6 can be moved.

Mit einem derartigen seriellen Verfahren können nacheinander sämtliche Analyseinseln 6 eines Halbleiterwafers 17 mit Probenmaterial versehen werden. Einen höheren Durchsatz beim Bestücken der Analyseinseln 6 mit biologischen Proben 3 wird durch eine Mikropipettenharfe erreicht, bei der gleichzeitig eine ganze Zeile von Analyseinseln 6 mit biologischen Proben 3 bestückt wird. Nach Auffüllen sämtlicher Analyseinseln 6 mit biologischen Proben 3 wird, wie es die nächste Figur zeigt, der Halbleiterwafer 17 von einer Glasplatte abgedeckt.With such a serial method can successively all analysis islands 6 a semiconductor wafer 17 be provided with sample material. A higher throughput when loading the analysis islands 6 with biological samples 3 is achieved by a micropipette harp, at the same time a whole line of analysis islands 6 with biological samples 3 is equipped. After filling up all analysis islands 6 with biological samples 3 becomes, as the next figure shows, the semiconductor wafer 17 covered by a glass plate.

4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Biochipsubstrat 1 nach Abdecken der Analysebereiche 7 mit einer Abdeckplatte 2. Diese Abdeckplatte 2 ist transparent, da die in dieser Weise hergestellten Biochipzellen für eine optische Analyse vorbereitet werden sollen und weist eine Glasplatte 21 auf. Zum hermetischen Abdichten der Analysebereiche 7 weist die Glasplatte 21 auf ihrer Rückseite eine Klebstoffschicht auf, mit der die Glasplatte 21 auf die Kunststoffrahmen 9 gepresst wird. Diese Konstruktion ist derart dicht, dass nun der Halbleiterwafer 17 mitsamt der Glasplatte 21 und den zu untersuchenden Proben in einem nächsten Schritt in einzelne Biochipzellen 10, wie sie in 1 gezeigt werden, aufgetrennt werden kann. 4 shows a schematic cross section through the biochip substrate 1 after covering the analysis areas 7 with a cover plate 2 , This cover plate 2 is transparent, since the biochip cells produced in this way should be prepared for optical analysis and has a glass plate 21 on. For hermetically sealing the analysis areas 7 has the glass plate 21 on its back an adhesive layer on, with the glass plate 21 on the plastic frame 9 is pressed. This construction is so dense that now the semiconductor wafer 17 together with the glass plate 21 and the samples to be examined in a next step in individual biochip cells 10 as they are in 1 can be shown, can be separated.

5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch das Biochipsubstrat 1 unter Aufteilen des Biochipsubstrats 1 in mehrere Biochipzellen 10. Während in 5 sowohl Glasplatte 21 als auch Halbleiterwafer 17 von einem Sägeblatt 22 gleichzeitig durchtrennt werden, ist es auch möglich, eine Vielzahl von Glasplatten 21 für die Vielzahl von Analysebereichen 7 vorzusehen, um diese getrennt auf die Analysebereiche 7 aufzubringen, so dass das Sägeblatt 22 lediglich den Halbleiterwafer 17 zu durchtrennen hat. Dazu ist die flächige Erstreckung der jeweiligen Glasplatte 21 pro Analysebereich 7 größer als der Kunststoffrahmen 9, jedoch kleiner als das Halbleitersubstrat 4 einer jeden Biochipzelle 10. Ein derartiges Beispiel einer Ausführungsform wird in der nächsten Figur gezeigt. 5 shows a schematic cross section through the biochip substrate 1 dividing the biochip substrate 1 in several biochip cells 10 , While in 5 both glass plate 21 as well as semiconductor wafers 17 from a saw blade 22 It is also possible to cut a large number of glass plates at the same time 21 for the variety of analysis areas 7 provide these separately to the analysis areas 7 apply, leaving the saw blade 22 only the semiconductor wafer 17 has to cut through. This is the areal extent of the respective glass plate 21 per analysis area 7 bigger than the plastic frame 9 but smaller than the semiconductor substrate 4 every biochip cell 10 , Such an example of an embodiment is shown in the next figure.

6 zeigt eine prinzipielle perspektivische Skizze einer Biochipzelle 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Biochipzelle 20 gemäß 6 unterscheidet sich von der Biochipzelle 10 gemäß 1 dadurch, dass die flächige Erstreckung der transparenten Abdeckung 2 kleiner ist als die flächige Erstreckung des Halbleitersubstrats 4. Der Kunststoffrahmen 9 umschließt hier beispielsweise nur sechs Analyseinseln 6, um die Darstellung zu vereinfachen, in Wirklichkeit kann ein Kunststoffrahmen 9 mehrere hundert Analyseinseln 6 umschließen. 6 shows a schematic perspective sketch of a biochip cell 20 according to a further embodiment of the invention. The biochip cell 20 according to 6 is different from the biochip cell 10 according to 1 in that the areal extent of the transparent cover 2 is smaller than the areal extent of the semiconductor substrate 4 , The plastic frame 9 For example, here only encloses six analysis islands 6 In order to simplify the illustration, in reality, a plastic frame 9 several hundred analysis islands 6 enclose.

Ferner wird in dieser 6 mit dem Bezugszeichen 15 eine Reaktionslösung gekennzeichnet, die den Hohlraum 23 zwischen der transparenten Abdeckung 2 und der Oberseite 5 innerhalb des Kunststoffrahmens 9 einnimmt und mit den biologischen Proben 3 auf den Analyseinseln 6 in Reaktion tritt. Diese Reaktionslösung 15 wurde durch den gummielastischen Kunststoffrahmrahmens 9 in den Hohlraum 23 mit Hilfe einer Injektions kanüle eingespritzt. Aufgrund der gummielastischen Eigenschaften des Kunststoffrahmens 9 wird die Einspritzöffnung, welche beim Durchstechen durch die Kanüle geschaffen wird, nach dem Eindringen der Reaktionslösung 15 in den Hohlraum 23 beim Herausziehen der Kanüle wird geschlossen.Furthermore, in this 6 with the reference number 15 a reaction solution, which is the cavity 23 between the transparent cover 2 and the top 5 inside the plastic frame 9 and with the biological samples 3 on the analysis islands 6 in response. This reaction solution 15 was made by the rubber elastic plastic frame 9 in the cavity 23 injected with the help of an injection cannula. Due to the rubber-elastic properties of the plastic frame 9 becomes the injection port, which is created when piercing through the cannula, after penetration of the reaction solution 15 in the cavity 23 when pulling out the cannula is closed.

7 zeigt eine perspektivische Prinzipskizze einer Biochipzelle 30 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die dritte Ausführungsform der Erfindung gemäß 7 unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform der Biochipzelle 20 gemäß 6 dadurch, dass der Kunststoffrahmen 9 Öffnungen 12 aufweist, die an zwei gegenüberliegenden Seiten des Kunststoffrahmens 9 angeordnet sind, so dass sich eine Einlassöffnung 13 und eine Auslassöffnung 14 ergeben. Der Querschnitt dieser Einlass- bzw. Auslassöffnungen 13 und 14 ist größer als der Querschnitt einer Kanüle. Über diese Einlass- und Auslassöffnungen 13 bzw. 14 ist es möglich, auch Reaktionslösungen 15 durch den Hohlraum 23 beispielsweise in Pfeilrichtung D fließen zu lassen. 7 shows a perspective schematic diagram of a biochip cell 30 according to a third embodiment of the invention. The third embodiment of the invention according to 7 differs from the second embodiment of the biochip cell 20 according to 6 in that the plastic frame 9 openings 12 has, on two opposite sides of the plastic frame 9 are arranged so that an inlet opening 13 and an outlet opening 14 result. The cross section of these inlet and outlet openings 13 and 14 is larger than the cross section of a cannula. About these inlet and outlet openings 13 respectively. 14 is it possible, even reaction solutions 15 through the cavity 23 for example, to flow in the direction of arrow D.

Ferner ist es möglich, Reaktionslösungen 15 auszutauschen, so dass nach einer aktiven Reaktionsphase eine Neutralisierungsphase folgen kann. Auch ermöglicht diese Biochipzelle 30 nacheinander unterschiedliche Reaktionslösungen, über die Analyseinseln, die mit Probenmaterial 8 aufgefüllt sind, strömen zu lassen. Das Probenmaterial 8 kann auch DNA-Proben 26 umfassen, um genetische Analysen vorzunehmen. Weiterhin ist es möglich, mehrere derartige Biochipzellen 30 über die Eingangs- bzw. Ausgangsöffnungen 13 und 14 zusammenzukoppeln und ein System mit Verbindungskanälen aufzubauen.It is also possible to use reaction solutions 15 exchange, so that after an active reaction phase can follow a neutralization phase. Also, this biochip cell allows 30 successively different reaction solutions, over the analysis islands, with sample material 8th are filled up, let flow. The sample material 8th can also do DNA samples 26 include to make genetic analyzes. Furthermore, it is possible to have several such biochip cells 30 over the entrance or exit openings 13 and 14 couple together and build a system with connection channels.

8 zeigt eine prinzipielle perspektivische Ansicht einer Biochipzelle 40 gemäß einer vierten Ausführungsform der Er findung. In dieser Ausführungsform der Erfindung weist das Biochipsubstrat 1 als Analyseinsel 6 Vertiefungen 24 auf, die in eine Beschichtung 25 auf der Oberseite 5 des Halbleitersubstrats 4 eingebracht sind. Diese Vertiefungen 24 sind kreisförmig und werden über eine Pipette 16 in Pfeilrichtung C mit biologischem Probenmaterial 8 aufgefüllt. Die Herstellung derartiger mit Fenstern, Vertiefungen 24 oder Öffnungen versehenen Beschichtungen 25 auf einem Halbleiterwafer ist vorteilhaft ausführbar, indem Standard-Halbleitertechnologien eingesetzt werden. Das Auffüllen mit einer einzelnen Mikropipette 16 der Vertiefungen 24 in der Beschichtung 25 ist jedoch ein serielles Verfahren, was eine lange Fertigungszeit für eine Biochipzelle 40 verursacht. Um diese Zeit zu verkürzen, werden zum Auffüllen der Vertiefungen 24 in der Beschichtung 25 mit Probenmaterial 8 auch Pipettenharfen eingesetzt, die synchron und gleichzeitig mehrere Vertiefungen 24 in einer Zeile mit Probenmaterial 8 füllen können. 8th shows a schematic perspective view of a biochip cell 40 according to a fourth embodiment of the invention. In this embodiment of the invention, the biochip substrate 1 as analysis island 6 wells 24 on that in a coating 25 on the top 5 of the semiconductor substrate 4 are introduced. These depressions 24 are circular and are pipetted over 16 in the direction of arrow C with biological sample material 8th refilled. The production of such with windows, wells 24 or apertured coatings 25 on a semiconductor wafer is advantageously feasible by using standard semiconductor technologies. The padding with a single micropipette 16 the wells 24 in the coating 25 However, it is a serial process, resulting in a long production time for a biochip cell 40 caused. To shorten this time, fill in the wells 24 in the coating 25 with sample material 8th Also used pipette harp, synchronously and simultaneously several wells 24 in a row with sample material 8th can fill.

Die 9 bis 15 zeigen Prinzipskizzen eines Andockens bzw. eines Abweisens von DNA-Indikatoren 27 auf Analyseinseln 6, die mit DNA-Proben 26 bestückt sind.The 9 to 15 show schematic diagrams of a docking or a rejection of DNA indicators 27 on analysis islands 6 using DNA samples 26 are equipped.

9 zeigt eine Prinzipskizze zum Andocken eines DNA-Indikators 27 an eine DNA-Probe 26. Die DNA-Probe 26 weist in vorgegebener Reihe und Art Rezeptoren 28 auf, an die nur DNA-Indikatoren 27 andocken können, wenn deren Rezeptoren 29 in Anordnung und Art den Rezeptoren 28 der DNA-Probe 26 entsprechen. Außerdem weist der DNA-Indikator 27 einen Marker 31 auf, der in dieser Ausführungsform der Erfindung aus einem fluoreszierenden Material besteht. Bei Bestrahlung der Probe 3 auf der Analyseinsel 6 mit ultraviolettem Licht leuchtet der angedockte DNA-Indikator 27 aufgrund des angehängten fluoreszierenden Markers 31 gegenüber Analyseinseln 6, bei denen keine DNA-Indikatoren 27 festmachen konnten, auf. Eine Ausgangssituation für eine derartige Analyse zeigt die nächste Figur. 9 shows a schematic diagram for docking a DNA indicator 27 to a DNA sample 26 , The DNA sample 26 has receptors in a given series and type 28 on, to the only DNA indicators 27 can dock if their receptors 29 in arrangement and type of receptors 28 the DNA sample 26 correspond. In addition, the DNA Indicator 27 a marker 31 which in this embodiment of the invention consists of a fluorescent material. Upon irradiation of the sample 3 on the analysis island 6 the docked DNA indicator illuminates with ultraviolet light 27 due to the attached fluorescent marker 31 opposite analysis islands 6 in which no DNA indicators 27 could moor up. A starting situation for such an analysis is shown in the next figure.

10 zeigt eine Prinzipskizze eines Bereitstellens einer zu analysierenden DNA-Probe 26 auf einer Analyseinsel 6. Diese DNA-Probe 26 ist auf die Analyseinsel 6 begrenzt, auf die sie mit einer Micropipette aufgebracht wurde. Diese DANN-Probe 26 wird nun mit einer Reaktionslösung 15, die über der Analyseinsel 6 angeordnet wird, in Kontakt gebracht. 10 shows a schematic diagram of providing a DNA sample to be analyzed 26 on an analysis island 6 , This DNA sample 26 is on the analysis island 6 limited to which it was applied with a micropipette. This THEN sample 26 is now using a reaction solution 15 that over the analysis island 6 is placed in contact.

11 zeigt eine Prinzipskizze eines Andockens eines DNA-Indikators 27 an die DNA-Proben 26 auf der Analyseinsel 6. Da Art und Anordnung der Rezeptoren 28 der DNA-Probe 26 und der Rezeptoren 29 des DNA-Indikators 27 übereinstimmen, belegen die DNA-Indikatoren 27, die in der Reaktionslösung 15 enthalten sind, die auf der Analyseinsel 6 angeordneten DNA-Proben 26, so dass sich die nächste 12 ergibt. 11 shows a schematic diagram of a docking of a DNA indicator 27 to the DNA samples 26 on the analysis island 6 , There type and arrangement of the receptors 28 the DNA sample 26 and the receptors 29 of the DNA indicator 27 agree, the DNA indicators prove 27 in the reaction solution 15 contained on the analysis island 6 arranged DNA samples 26 so that the next one 12 results.

12 zeigt eine Prinzipskizze von angedockten DNA-Indikatoren 27 an DNA-Proben 26 auf einer Analyseinsel 6. Aufgrund der Marker 31 der DNA-Indikatoren 27 kann diese DNA-Probe 26 auf der Analyseinsel 6 eindeutig identifiziert werden, zumal bei UV-Bestrahlung der Marker 31 aufleuchtet. 12 shows a schematic diagram of docked DNA indicators 27 on DNA samples 26 on an analysis island 6 , Due to the marker 31 of the DNA indicators 27 can this DNA sample 26 on the analysis island 6 be clearly identified, especially in UV irradiation of the marker 31 lights.

13 zeigt eine Prinzipskizze eines Bereitstellens einer zu analysierenden DNA-Probe 26. Dieses ist die gleiche Ausgangssituation wie sie bereits die 10 zeigt. Diesmal befinden sich jedoch, wie 14 zeigt, keine für ein Andocken an die DNA-Proben 26 passenden DNA-Indikatoren 27 in der Reaktionslösung 15, so dass diese abgewiesen werden und in der Reaktionsflüssigkeit 15 verbleiben. Das Ergebnis zeigt 15. 13 shows a schematic diagram of providing a DNA sample to be analyzed 26 , This is the same starting situation as they already are 10 shows. This time, however, are like 14 indicates none for docking to the DNA samples 26 matching DNA indicators 27 in the reaction solution 15 so that they are rejected and in the reaction liquid 15 remain. The result shows 15 ,

15 zeigt eine Prinzipskizze von nicht markierten DNA-Proben 26 auf der Analyseninsel 6. Da kein passender DNA-Indikator aus der Reaktionslösung 15 an die DNA-Proben 26 angedockt wurde, bleibt diese Analyseninsel 6 beim Bestrahlen mit einer UV-Quelle dunkel. Das Gesamtergebnis dieser Vorgänge innerhalb eines Analysebereichs zeigt die nächste Figur. 15 shows a schematic diagram of unlabeled DNA samples 26 on the analysis island 6 , Because no suitable DNA indicator from the reaction solution 15 to the DNA samples 26 docked, this analysis island remains 6 dark when irradiated with a UV source. The overall result of these processes within one analysis area is shown in the next figure.

16 zeigt eine prinzipielle Draufsicht auf einen Analysebereich 7 unter UV-Licht. Auf allen hell markierten Analyseinseln 6 haben demnach DNA-Indikatoren aus der Reaktionslösung angedockt und ihre Marker verbreiten ein helles UV-angeregtes Fluoreszens Leuchten. Die übrigen Analyseinseln 6 mit DNA-Proben sind dunkel geblieben, weil keine DNA-Indikatoren andocken konnten. 16 shows a schematic plan view of an analysis area 7 under UV light. On all brightly marked analysis islands 6 have docked DNA indicators from the reaction solution and their markers spread a bright UV-excited fluorescence glow. The other analysis islands 6 with DNA samples remained dark because no DNA indicators could dock.

11
Biochipsubstratbiochip substrate
22
Abdeckungcover
33
biologische Probebiological sample
44
HalbleitersubstratSemiconductor substrate
55
Oberseite des Halbleitersubstratstop of the semiconductor substrate
66
Analyseninselanalysis island
77
Analysebereichanalysis area
88th
biologisches Probenmaterialbiological sample material
99
KunststoffrahmenPlastic frame
1010
Biochipzellebiochip cell
1111
Elektrodenelectrodes
1212
Öffnung im KunststoffrahmenOpening in Plastic frame
1313
Einlassöffnung im KunststoffrahmenInlet opening in Plastic frame
1414
Auslassöffnung im KunststoffrahmenOutlet opening in Plastic frame
1515
Reaktionslösung oder ReaktonsflüssigkeitReaction solution or Reaktonsflüssigkeit
1616
Mikropipettemicropipette
1717
HalbleiterwaferSemiconductor wafer
1818
erste Analyseinselfirst analysis island
1919
zweite Analyseinselsecond analysis island
2020
Biochipzellebiochip cell
2121
Glasplatteglass plate
2222
Sägeblattsawblade
2323
Hohlraumcavity
2424
Vertiefungdeepening
2525
Beschichtungcoating
2626
DNA-ProbeDNA sample
2727
DNA-IndikatorDNA Indicator
2828
Rezeptor einer DNA-Probereceptor a DNA sample
2929
Rezeptor eines DNA-Indikatorsreceptor a DNA indicator
3030
Biochipzellebiochip cell
3131
Markermarker
4040
Biochipzellebiochip cell
AA
Pfeilrichtungarrow
BB
Pfeilrichtungarrow
CC
Pfeilrichtungarrow
DD
Pfeilrichtungarrow
hH
Höhe des KunststoffrahmensHeight of the plastic frame

Claims (20)

Biochipzelle mit Biochipsubstrat (1) und Abdeckung (2) für Aufnahme und optische Analyse biologischer Proben (3) mit – einem Biochipsubstrat (1), das auf seiner Oberseite (5) eine Vielzahl voneinander räumlich isolierter auf der Oberseite (5) gleichmäßig verteilter Analyseinseln (6), mindestens eines Analysebereichs (7) zum Andocken von biologischem Probenmaterial (8) aufweist; – mindestens einem Kunststoffrahmen (9) aus gummielastischem Material, der auf der Oberseite (5) angeordnet ist und einen Analysebereich (7) mit einer begrenzten Anzahl von Analyseinseln (6) umschließt; – einer einseitig klebenden Abdeckung (2), die in ihrer flächigen Erstreckung dem Biochipsubstrat (1) oder dem mindestens einen Analysebereich (7) für ein hermetisches Abschließen des Analysebereichs (7) angepasst ist.Biochip cell with biochip substrate ( 1 ) and cover ( 2 ) for recording and optical analysis of biological samples ( 3 ) with - a biochip substrate ( 1 ) on its top ( 5 ) a plurality of spatially isolated on the top side ( 5 ) evenly distributed analysis islands ( 6 ), at least one analysis area ( 7 ) for docking biological sample material ( 8th ) having; - at least one plastic frame ( 9 ) made of rubber-elastic material, which on the top ( 5 ) and an analysis area ( 7 ) with a limited number of analysis islands ( 6 ) encloses; - a one-sided adhesive cover ( 2 ), which in ih surface extension of the biochip substrate ( 1 ) or the at least one analysis area ( 7 ) for a hermetic completion of the analysis area ( 7 ) is adjusted. Biochipzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseinsel (6) mit einer integrierten Schaltung eines Halbleitersubstrats (4) elektrisch in Verbindung steht , wobei Elektroden (11) der integrierten Schaltung auf der Oberseite (5) des Biochipsubstrats (1) für ein Benetzen mit biologischem Probenmaterial (8) insbesondere DNA-Proben (26) frei liegen.Biochip cell according to claim 1, characterized in that the analysis island ( 6 ) with an integrated circuit of a semiconductor substrate ( 4 ) is electrically connected, whereby electrodes ( 11 ) of the integrated circuit on the top side ( 5 ) of the biochip substrate ( 1 ) for wetting with biological sample material ( 8th ) especially DNA samples ( 26 ) are free. Biochipzelle nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Analyseinsel (6) durch eine ringförmige Struktur räumlich von benachbarten Analyseinseln (6) abgegrenzt ist.Biochip cell according to claim 1 or claim 2, characterized in that the analysis island ( 6 ) by an annular structure spatially from neighboring analysis islands ( 6 ) is delimited. Biochipzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffrahmen (9) auf dem Biochipsubstrat (1) eine Höhe (h) aufweisen, die größer ist als ein Außendurchmesser einer Injektionsnadel.Biochip cell according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic frames ( 9 ) on the biochip substrate ( 1 ) have a height (h) which is greater than an outer diameter of an injection needle. Biochipzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffrahmen (9) auf dem Biochipsubstrat (1) eine Öffnung (12) aufweisen, die größer ist als der Außendurchmesser einer Injektionsnadel.Biochip cell according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic frames ( 9 ) on the biochip substrate ( 1 ) an opening ( 12 ), which is larger than the outer diameter of an injection needle. Biochipzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffrahmen (9) auf dem Biochipsubstrat (1) eine Einlassöffnung (13) und eine Auslassöffnung (14) aufweisen.Biochip cell according to one of the preceding claims, characterized in that the plastic frames ( 9 ) on the biochip substrate ( 1 ) an inlet opening ( 13 ) and an outlet opening ( 14 ) exhibit. Biochipzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Biochipsubstrat (1) ein System aus Kunststoffrahmen (9) und Verbundkanälen, die mehrere Analysebereiche (7) verbinden aufweist.Biochip cell according to one of the preceding claims, characterized in that the biochip substrate ( 1 ) a system of plastic frames ( 9 ) and compound channels that contain multiple analysis areas ( 7 ) connect. Biochipzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (2) einen optisch transparenten Träger aufweist, der einseitig von einer optisch transparenten Klebstoffschicht bedeckt ist.Biochip cell according to one of the preceding claims, characterized in that the cover ( 2 ) has an optically transparent support, which is covered on one side by an optically transparent adhesive layer. Biochipzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (2) als Träger eine Glasplatte (21) aufweist.Biochip cell according to one of the preceding claims, characterized in that the cover ( 2 ) as a support a glass plate ( 21 ) having. Biochipzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (2) als Träger eine Acrylplatte aufweist.Biochip cell according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cover ( 2 ) has as carrier a acrylic plate. Biochipzelle mit Abdeckung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (2) als Klebstoffschicht eine doppelseitig klebende optisch transparente Folie aufweist.Biochip cell with cover according to one of the preceding claims, characterized in that the cover ( 2 ) As adhesive layer has a double-sided adhesive optically transparent film. Verfahren zur Präparation einer Biochipzelle (10) mit Biochipsubstrat (1) und Abdeckung (2) für eine biochemische Analyse, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: – Herstellen eines Biochipsubstrats (1) mit einer Vielzahl voneinander räumlich isolierter auf der Oberseite (5) des Biochipsubstrats (1) gleichmäßig verteilter Analyseinseln (6) zum Andocken von biologischem Probenmaterial (8), wobei die Analyseinseln (6) in Analysebereiche (7) gegliedert sind; – Aufbringen von mindestens einem Kunststoffrahmen (9) aus gummielastischem Material, der auf der Oberseite (5) angeordnet ist und jeweils eine begrenzte Anzahl von Analyseinseln (6) eines Analysebereichs (7) umschließt; – Aufbringen von biologischem Probenmaterial (8) auf die Analyseinseln (6) des Biochipsubstrats (1); – Abdecken der Analysebereiche (7) mit einer einseitig klebenden Abdeckung (2); – Einbringen einer Folge von Reaktionslösungen (15) im Wechsel mit Spüllösungen in die Analysebereiche (7); – optisches Analysieren der Reaktionsprodukte auf den Analyseinseln (6).Method for preparing a biochip cell ( 10 ) with biochip substrate ( 1 ) and cover ( 2 ) for a biochemical analysis, the method comprising the following steps: - producing a biochip substrate ( 1 ) with a plurality of spatially isolated on the top side ( 5 ) of the biochip substrate ( 1 ) evenly distributed analysis islands ( 6 ) for docking biological sample material ( 8th ), whereby the analysis islands ( 6 ) in analysis areas ( 7 ) are structured; - applying at least one plastic frame ( 9 ) made of rubber-elastic material, which on the top ( 5 ) and in each case a limited number of analysis islands ( 6 ) of an analysis area ( 7 ) encloses; - application of biological sample material ( 8th ) on the analysis islands ( 6 ) of the biochip substrate ( 1 ); - covering the analysis areas ( 7 ) with a one-sided adhesive cover ( 2 ); Introduction of a series of reaction solutions ( 15 ) alternating with rinsing solutions in the analysis areas ( 7 ); - optical analysis of the reaction products on the analysis islands ( 6 ). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen von mindestens einem Kunststoffrahmen (9) aus gummielastischem Material mittels eines Spritzgussverfahrens erfolgt.A method according to claim 12, characterized in that the application of at least one plastic frame ( 9 ) made of rubber-elastic material by means of an injection molding process. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen von mindestens einem Kunststoffrahmen (9) aus gummielastischem Material mittels eines Dispensverfahrens erfolgt.A method according to claim 12, characterized in that the application of at least one plastic frame ( 9 ) made of rubber-elastic material by means of a dispensing process. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen von mindestens einem Kunststoffrahmen (9) aus gummielastischem Material mittels eines drucktechnischen Verfahrens erfolgt.A method according to claim 12, characterized in that the application of at least one plastic frame ( 9 ) made of rubber-elastic material by means of a printing process. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Aufbringen von biologischem Probenmaterial (8) auf die Analyseinseln (6) mittels Mikropipetten (16) vor dem Abdecken der Analysebereiche (7) erfolgt.Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that applying biological sample material ( 8th ) on the analysis islands ( 6 ) by means of micropipettes ( 16 ) before covering the analysis areas ( 7 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen von biologischem Probenmaterial (8) auf die Analyseinseln (6) mittels einer Harfe aus Mikropipetten (16) erfolgt.Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that the application of biological sample material ( 8th ) on the analysis islands ( 6 ) using a harp made of micropipettes ( 16 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen einer Folge von Reaktionslösungen (15) im Wechsel mit Spüllösungen in die Analysebereiche (7) mittels einer Injektionskanüle erflogt, die dazu den gummielastischen Kunststoffrahmen (9) durchstößt.Method according to one of claims 12 to 17, characterized in that the introduction of a series of reaction solutions ( 15 ) alternating with rinsing solutions in the analysis areas ( 7 ) by means of a Injektionskanüle erflogt that the rubber-elastic plastic frame ( 9 ) pierces. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen einer Folge von Reaktionslösungen im Wechsel mit Spüllösungen in die Analysebereiche (7) mittels eines Einbringens der Flüssigkeiten in entsprechend gestaltete Verbundkanäle zu den Analysebereichen (7) erfolgt.Method according to one of claims 12 to 17, characterized in that the introduction of a series of reaction solutions in alternation with rinsing solutions in the analysis areas ( 7 ) by introducing the liquids into correspondingly designed composite channels to the analysis areas ( 7 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Analyse der Reaktionsprodukte auf den Analyseinseln (6) mittels detektieren von Fluoreszenzerscheinungen der Reaktionsprodukte erfolgt.Method according to one of claims 12 to 17, characterized in that the optical analysis of the reaction products on the analysis islands ( 6 ) by detecting fluorescence phenomena of the reaction products.
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