DE10226072B4

DE10226072B4 - Analytical methods for the analysis of specific binding events, assay methods and use

Info

Publication number: DE10226072B4
Application number: DE2002126072
Authority: DE
Inventors: Achim Dr. Wixforth; Christoph Dr. Gauer
Original assignee: Advalytix AG
Current assignee: Beckman Coulter Inc
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: DE10226072A1

Abstract

Analyseverfahren zur Analyse und/oder zum Nachweis von spezifischen Bindungsereignissen zwischen in einer Flüssigkeit befindlichen Molekülen und einer funktionalisierten Oberfläche, bei dem
– eine Flüssigkeit mit Molekülen, die mit einem leitfähigen Marker versehen sind, mit mindestens einem funktionalisierten Meßbereich (12, 13) einer Oberfläche (10) in Kontakt gebracht wird, und
– die Änderung einer Meßgröße durch das Auftreten von direkten oder indirekten spezifischen Bindungsereignissen der markierten Moleküle an dem funktionalisierten Meßbereich ausgewertet wird,
wobei
als Meßgröße die Transmissions- und/oder Reflexionseigenschaften eines oberflächenschallwellensensitiven Elementes verwendet werden, die von der Hochfrequenzimpedanz des Meßbereiches abhängen,
als Oberfläche eine zumindest teilweise piezoelektrische Oberfläche (10) eingesetzt wird und zur Erzeugung von Oberflächenschallwellen zumindest ein Interdigitaltransducer (16) eingesetzt wird, und
als Meßbereich (12, 13) ein zweiter Teil des oberflächenschallwellensensitiven Elementes (14, 15, 40) eingesetzt wird, dessen erster Teil (28) im Schallpfad der mit einem Interdigitaltransducer (16) erzeugten Oberflächenschallwelle liegt und als...Analysis method for analyzing and / or detecting specific binding events between molecules in a liquid and a functionalized surface, in which
A liquid with molecules provided with a conductive marker is brought into contact with at least one functionalized measuring region (12, 13) of a surface (10), and
The change in a measured quantity is evaluated by the occurrence of direct or indirect specific binding events of the labeled molecules on the functionalized measuring range,
in which
the transmission and / or reflection properties of a surface-acoustic-wave sensitive element are used as the measured variable, which depend on the high-frequency impedance of the measuring range,
an at least partially piezoelectric surface (10) is used as the surface and at least one interdigital transducer (16) is used to generate surface acoustic waves, and
a second part of the surface-acoustic-wave-sensitive element (14, 15, 40) is used as the measuring region (12, 13), the first part (28) of which lies in the sound path of the surface acoustic wave generated by an interdigital transducer (16) and ...

Description

Die Erfindung betrifft Analyseverfahren zur Analyse und/oder zum Nachweis von spezifischen Bindungsereignissen zwischen in einer Flüssigkeit befindlichen Molekülen und einer funktionalisierten Oberfläche und eine vorteilhafte VeRWendung.The The invention relates to analytical methods for analysis and / or detection of specific binding events between in a liquid molecules and a functionalized surface and advantageous use.

In der medizinischen Diagnostik oder auch in der Genanalytik stellt sich oft das Problem, Hybridisierungs- oder allgemein spezifische Bindungsereignisse zwischen Makromolekülen wie DNA, Oligonukleotiden oder Proteinen insbesondere auf der Oberfläche eines festen Trägers nachzuweisen (siehe z. B. M. Schena: DNA Microarrays, Oxford University Press, 2000).In medical diagnostics or in gene analysis often the problem, hybridization or generally specific Binding events between macromolecules such as DNA, oligonucleotides or proteins, in particular on the surface of a solid support (See, e.g., M. Schena: DNA Microarrays, Oxford University Press, 2000).

Ein Ansatz hierzu ist das direkte Wiegen. Die Oberfläche wird mit einer Lösung mit den Molekülen in Verbindung gebracht. Nach Abwarten einer gewissen Reaktionszeit wird die Flüssigkeit in der Regel wieder entfernt und der zurückbleibende Massebelag, der durch die spezifische Bindung der Moleküle in der Flüssigkeit mit der Oberfläche entstanden ist, gewogen. Eine bekannte Methode dazu ist die Quarz-Micro-Balance. Ein Quarz-Volumenschwinger wird durch zusätzliche Masse auf seiner Oberfläche in seiner Resonanzfrequenz verstimmt. Diese Verstimmung wird gemessen und in einen Massebelag umgerechnet (Wu et al., PNAS, 1560–1564 (2001)). Bei anderen Verfahren wird die Dämpfung von Oberfächenschallwellen gemessen, die durch den zurückgebliebenen Massebelag hervorgerufen wird.One Approach to this is the direct weighing. The surface is filled with a solution the molecules in Connected. After waiting for a certain reaction time becomes the liquid usually removed again and the remaining ground covering, the by the specific binding of the molecules in the liquid with the surface originated, weighed. A well-known method is the quartz micro-balance. A quartz volume oscillator is characterized by extra mass on its surface in its Resonance frequency detuned. This mood is measured and converted into a mass coating (Wu et al., PNAS, 1560-1564 (2001)). at Another method is damping of surface sound waves measured by the lagged Mass coating is caused.

Hier ist die Empfindlichkeit gegenüber Volumenschwingern erhöht, weil höhere Frequenzen möglich sind und die schwingende Masse kleiner ist als bei einem soliden Kristall, da bei Oberflächenschallwellen im wesentlichen nur eine dünne Schicht an der Oberfläche schwingt. Die Auswertung der Dämpfung einer Oberflächenschallwelle durch einen verbliebenen Massebelag ist allgemein z. B. in DE 199 44 452 beschrieben.Here, the sensitivity to volumetric oscillators is increased, because higher frequencies are possible and the oscillating mass is smaller than in a solid crystal, since in surface acoustic waves essentially only a thin layer oscillates on the surface. The evaluation of the attenuation of a surface acoustic wave by a remaining mass coating is generally z. In DE 199 44 452 described.

In US 5,641,640 ist die Auswertung der sich durch einen Belag ändernden Dielektrizitätskonstante der Oberfläche beschrieben. Diese kann z. B. über eine Änderung des Winkels der Totalreflexion mit Oberflächenplasmonenresonanz festgestellt werden.In US 5,641,640 the evaluation of the surface dielectric constant changing through a coating is described. This can, for. B. be determined via a change in the angle of total reflection with Oberflächenplasmonenresonanz.

Weitere bekannte Verfahren nutzen fluoreszenzmarkierte Assays, bei denen die Probenmoleküle, die sich in der Flüssigkeit befinden, mit einem Fluoreszenzmarkermolekül markiert worden sind. Die Flüssigkeit mit den fluoreszenzmarkierten Probenmolekülen wird auf die Oberfläche gebracht. Einige der fluoreszenzmarkierten Probenmoleküle hybridisieren mit an der Oberfläche vorgesehenen Fängermolekülen. Nach Entfernen der Probenflüssigkeit bleiben diese hybridisierten Probenmoleküle an der Oberfläche gebunden. Im Fall erfolgreicher Hybridisierung wird die Leuchtdichte bei der Auswertung der Fluoreszenz gegenüber nicht hybridisierten Bereichen deutlich erhöht (siehe z. B. M. Schena: DNA Microarrays, Oxford University Press, 2000). Ähnlich können radioaktiv markierte Assays ausgewertet werden.Further known methods use fluorescence-labeled assays in which the sample molecules, which is in the liquid have been labeled with a fluorescent marker molecule. The liquid with the fluorescently labeled sample molecules is brought to the surface. Some of the fluorescently labeled sample molecules hybridize to the surface intended catcher molecules. To Remove the sample liquid these hybridized sample molecules on the surface bound. In case of successful hybridization, the luminance becomes in the evaluation of the fluorescence compared to non-hybridized areas clearly increased (See, e.g., M. Schena: DNA Microarrays, Oxford University Press, 2000). Similarly, radioactive labeled assays are evaluated.

In W. Fritzsche et al. „New colloidal gold-based detection scheme for DNA-chip technology", European Microscopy and Analysis, Juli 2001, Seiten 5–7 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem leitfähige Metall-Beads als Markierung benutzt werden. Kleine Goldkolloide werden mit einer Molekülsequenz versehen, die mit einer komplementären Molekülsequenz an der Oberfläche spezifisch binden kann. Die Anwesenheit dieser leitfähigen Kügelchen auf einem Spot wird nun entweder optisch nachgewiesen, z. B. durch Reflexionsmessungen. Alternativ kann man die Leitfähigkeit der Kügelchen direkt nachweisen, indem man die Gleichspannungsleitfähigkeit der durch die Goldkügelchen erzeugten Schicht, ggf. nach einer zusätzli chen elektrochemischen Versilberung mißt (siehe R. Möller et al. „Electrical classification of the concentration of bioconjugated metal colloids after surface adsorption and silver enhancement", Langmuir 2001, 17, 5426–5430). Dazu müssen in der Regel die Kügelchen nachträglich vergrößert werden, da ein geschlossener Strompfad vorliegen muß.In Fritzsche et al. "New colloidal gold-based detection scheme for DNA-chip technology ", European Microscopy and Analysis, July 2001, pages 5-7 a method is described at the conductive Metal beads are used as a marker. Small gold colloids be with a molecule sequence specific to the surface having a complementary molecule sequence specific can bind. The presence of these conductive globules on a spot will now either optically detected, z. B. by reflection measurements. Alternatively you can check the conductivity the beads prove directly by using the DC conductivity the one through the gold beads produced layer, optionally after an addi tional electrochemical Silver plating measures (see R. Möller et al. "Electrical Classification of the concentration of bioconjugated metal colloids after surface adsorption and silver enhancement ", Langmuir 2001, 17, 5426-5430) have to usually the beads later to be enlarged because there must be a closed current path.

Mit den Verfahren des Standes der Technik ist es nur sehr aufwendig oder gar nicht möglich, die Reaktionsdynamik zu untersuchen, also ggf. bereits während des Reaktionsprozesses die Messung zu beobachten, da in der Regel vor der Messung die Flüssigkeit mit den nicht spezifisch gebundenen Molekülen wieder entfernt werden muß (wie z. B. bei den Fluoreszenzmessungen oder den Messungen, die das direkte Wiegen eines Massebelages ausnutzen), oder es muß erst ein geschlossener Strompfad erzeugt werden (wie z. B. bei der Auswertung der Gleichstromleitfähigkeit). So sind nur Endpunktmessungen möglich.With The method of the prior art, it is very expensive or not possible at all, to investigate the reaction dynamics, so possibly already during the Reaction process to observe the measurement, as a rule, before measuring the liquid be removed again with the non-specifically bound molecules must (like z. As in the fluorescence measurements or the measurements, the direct Take advantage of weighing a mass coating), or it must first a closed current path generated (such as in the evaluation of DC conductivity). So only end point measurements are possible.

US 5,130,257 beschreibt ein Verfahren zur Analyse von spezifischen Bindungsereignissen zwischen in einer Flüssigkeit befindlichen Molekülen und einer funktionalisierten Oberfläche, bei dem eine Flüssigkeit mit einem funktionalisierten Messbereich einer Oberfläche in Kontakt gebracht wird und die Änderung einer Messgröße durch das Auftreten von Bindungsereignissen der Moleküle der Flüssigkeit an dem funktionalisierten Messbereich ausgewertet wird, die von der Hochfrequenzimpedanz des Messbereiches abhängt. US 5,130,257 describes a method for analyzing specific binding events between molecules in a liquid and a functionalized surface, in which a liquid is brought into contact with a functionalized measuring region of a surface and the change of a measured variable by the occurrence of binding events of the molecules of the liquid on the functionalized Measuring range is dependent on the high-frequency impedance of the measuring range.

US 5,622,872 beschreibt ein Verfahren zur Detektion der Anwesenheit eines Analytes in einer Probe_; bei dem die Änderung der optischen Eigenschaften durch eine spezifische Bindung an einer Schicht ausgewertet wird. US 5,622,872 describes a method for Detecting the presence of an analyte in a sample _; in which the change in the optical properties is evaluated by a specific binding to a layer.

WO01/20781A1 zeigt eine Vorrichtung mit einem Interdigitaltransducer zur Erzeugung von Oberflächenschallwellen, bei dem sich ein Messbereich zwischen zwei Interdigitaltransducern befindet.WO01 / 20781A1 shows a device with an interdigital transducer for generating of surface sound waves, in which there is a measuring range between two interdigital transducers located.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem auch dynamische Messungen der spezifischen Bindungen bzw. der Hybridisierung möglich sind und das mit einfachen und kostengünstig herstellbaren Vorrichtungen durchgeführt werden kann.task The present invention is to provide a method, with also dynamic measurements of the specific bonds or the Hybridization possible are and that with simple and inexpensive to produce devices carried out can be.

Diese Aufgabe wird mit einem Analyseverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1, einem Untersuchungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 17, einem Untersuchungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 19, oder einem Untersuchungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 21 gelöst. Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen gerichtet. Eine vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des Anspruches 23.These Task is with an analysis method with the features of the claim 1, an examination method with the features of the claim 17, an examination method with the features of the claim 19, or an investigation method with the features of the claim 21 solved. The dependent claims are on advantageous embodiments directed. An advantageous use is the subject of the claim 23rd

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß eine Flüssigkeit mit Molekülen, die einen leitfähigen Marker aufweisen, mit einem Meßbereich einer Oberfläche in Kontakt gebracht wird. Es wird die Änderung einer Meßgröße ausgewertet, die durch das Auftreten von spezifischen Bindungsereignissen der Moleküle an der Oberfläche ausgelöst wird. Die ausgewertete Meßgröße wird dazu derart ausgewählt, daß sie von der Hochfrequenzimpedanz des Meßbereiches abhängt.According to the invention, it is provided that a liquid with molecules, the one conductive Have marker, with a measuring range a surface is brought into contact. The change of a measurand is evaluated, due to the occurrence of specific binding events of the molecules on the surface triggered becomes. The evaluated measured variable is selected in such a way that she depends on the high frequency impedance of the measuring range.

Soll speziell das spezifische Bindungsverhalten von in der Flüssigkeit vorhandenen, ersten Molekülen, die mit einem leitfähigen Marker versehen sind, untersucht werden, so kann dazu der Meßbereich derart funktionalisiert werden, daß daran diese Moleküle direkt oder indirekt binden können, und die Änderung einer von der Hochfrequenzimpedanz abhängigen Meßgröße durch spezifische Bindungsereignisse der in der Flüssigkeit vorhandenen markierten Moleküle untersucht werden. Eine solche Funktionalisierung des Meßbereiches kann z. B. zweite Moleküle umfassen, die mit den ersten, mit dem leitfähigen Marker versehenen Molekülen eine spezifische Bindung eingehen können.Should specifically the specific binding behavior of in the liquid existing, first molecules, the one with a conductive Markers are examined, so can the measuring range be functionalized such that these molecules directly or bind indirectly, and the change a high frequency impedance dependent measure by specific binding events in the liquid existing labeled molecules to be examined. Such a functionalization of the measuring range can z. B. second molecules comprising a specific one of the first molecules provided with the conductive marker Binding can enter.

Soll andererseits das spezifische Bindungsverhalten von an einer Oberfläche gebundenen zweiten Molekülen untersucht werden, so kann eine Flüssigkeit mit ersten Molekülen, die mit einem leitfähigen Marker versehen sind, verwendet werden, die diese ersten Moleküle in bekannter Art und Konzentration enthält, wobei die ersten Moleküle derart ausgewählt sind, daß sie mit den zweiten Molekülen direkt oder indirekt eine spezifische Bindung eingehen können. Wird die Änderung einer von der Hochfrequenzimpedanz abhängigen Meßgröße durch das Auftreten spezifischer Bindungsereignisse bei einer solchen Verfahrensführung ausgewertet, erhält man Information über das spezifische Bindungsverhalten der an der Oberfläche als Funktionalisierung vorhandenen zweiten Moleküle. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Bindung zwischen den ersten und den zweiten Molekülen nicht direkt, sondern durch Vermittlung über eine oder mehrere weitere Moleküle geschieht.Should on the other hand, the specific binding behavior of bound on a surface second molecules can be examined, so can a liquid with first molecules, which with a conductive marker be used, which these first molecules in known Contains type and concentration, being the first molecules are selected that she with the second molecules can directly or indirectly enter into a specific binding. Becomes the change a dependent of the high frequency impedance measured variable by the occurrence of specific Binding events evaluated in such a procedure, one obtains information about the specific binding behavior of the surface as a functionalization existing second molecules. It can be provided that the Binding between the first and the second molecules not directly, but through mediation over one or more others molecules happens.

Schließlich umfaßt die Erfindung auch ein Verfahren, um das Bindungsverhalten von in einer Flüssigkeit enthaltenen dritten Molekülen zu untersuchen. In der Flüssigkeit werden erste Moleküle eingebracht, die mit einem Marker versehen sind und mit den dritten Molekülen direkt oder indirekt eine spezifische Bindung eingehen können. Diese Flüssigkeit wird auf einen Meßbereich einer Oberfläche gebracht, die zumindest teilweise derart funktionalisiert ist, daß die dritten Moleküle spezifisch daran gebunden werden können. Wiederum wird die Änderung einer Meßgröße ausgewertet, die von der Hochfrequenzimpedanz des Meßbereiches abhängt, wobei die Änderung ausgewertet wird, die von der durch die dritten Moleküle vermittelten spezifischen Bindung der ersten Moleküle mit den Markern an dem zumindest einen funktionalisierten Meßbereich hervorgerufen wird. Eine solche Messung erlaubt also Aussagen über das Reaktionsverhalten, die Art bzw. die Menge der vorhandenen dritten Moleküle, ohne daß sie selbst mit einem Marker versehen werden müßten.Finally, the invention includes also a method for the binding behavior of in a liquid contained third molecules to investigate. In the liquid become first molecules introduced, which are provided with a marker and with the third molecules can directly or indirectly enter into a specific binding. These Becomes liquid on a measuring range a surface which is at least partially functionalized such that the third molecules be specifically bound to it. Again, the change will be evaluated a measured variable, which depends on the high-frequency impedance of the measuring range, the change which is mediated by that mediated by the third molecules specific binding of the first molecules with the markers on the at least a functionalized measuring range is caused. Such a measurement thus allows statements about that Reaction behavior, the type or amount of existing third molecules without her should be provided with a marker.

Bei diesem Verfahren kann die Funktionalisierung des Meßbereiches durch an der Oberfläche gebundene zweite Moleküle gebildet werden, die mit den dritten Molekülen direkt oder indirekt eine spezifische Bindung eingehen können. Dieses Verfahren eignet sich besonders zur Untersuchung von Makromolekülen. Zum Beispiel werden leitfähige Kolloide mit einer ersten Sequenz versehen, die an den ersten fünf Basenpaaren einer Probensequenz (dritte Moleküle) binden. Auf die Oberfläche des Meßbereiches wird eine zweite Sequenz, die an die letzten fünf Basenpaare der Probensequenz spezifisch bindet, aufgebracht. Die erfolgreiche Hybridisierung/Bindung der Probe kann dann durch Auswertung einer von der Hochfrequenzimpedanz abhängigen Meßgröße untersucht werden, ohne daß die Probensequenz selbst markiert werden müßte.at This method can be the functionalization of the measuring range by bound on the surface second molecules be formed with the third molecules directly or indirectly specific binding can enter. This method is particularly suitable for the study of macromolecules. To the Example become conductive Colloids provided with a first sequence at the first five base pairs a sample sequence (third molecules) bind. On the surface of the Measuring range is a second sequence attached to the last five base pairs of the sample sequence specifically binds, applied. Successful hybridization / binding of the Sample can then be evaluated by evaluating one of the high frequency impedance dependent Measured examined be without the Sample sequence itself would have to be marked.

Die erfindungsgemäßen Verfahren sind auch einsetzbar, um überhaupt das Vorhandensein bestimmter Moleküle bzw. Sequenzen in der Flüssigkeit bzw. an der Oberfläche oder das Auftreten bestimmter spezifischer Bindungsereignisse nachzuweisen.The inventive method are also usable at all the presence of certain molecules or sequences in the liquid or on the surface or to detect the occurrence of certain specific binding events.

Allen erfindungsgemäßen Verfahren ist gemeinsam, daß die Änderung einer Meßgröße ausgewertet wird, die von der Hochfrequenzimpedanz des Meßbereiches abhängt, also der Impedanz bei Frequenzen, die in der Regel größer als 100 kHz sind. Zur Auswertung der Hochfrequenzimpedanz ist kein geschlossener Strompfad notwendig, wie bei bekannten Gleichstrommessungen. Die einzelnen leitfähigen Marker, die an dem Meßbereich direkt oder indirekt gebunden werden, koppeln zueinander kapazitiv und sind damit einer Hochfrequenzimpedanzmessung zugänglich.all inventive method is common that the change evaluated a measured variable is, which depends on the high frequency impedance of the measuring range, ie the impedance at frequencies that are usually greater than 100 kHz. To the results the high-frequency impedance does not require a closed current path, as with known DC measurements. The individual conductive markers, at the measuring area bound directly or indirectly, couple to each other capacitively and are thus a high-frequency impedance measurement accessible.

Die Änderung der Hochfrequenzimpedanz bzw. einer davon abhängenden Größe läßt sich auch während des Reaktionsprozesses nachverfolgen, so daß Einblicke in die Reaktionsdynamik möglich sind. Da kein geschlossener Strompfad notwendig ist, muß nicht bis zum Abschluß der Reaktion gewartet werden. Anders als bei z. B. fluoreszenzmarkierten Assays muß die Flüssigkeit vor der Messung nicht entfernt werden.The change The high-frequency impedance or a size dependent thereon can also be during the Track reaction process so that insights into the reaction dynamics possible are. Since no closed current path is necessary, not necessarily until the conclusion of the Reaction to be serviced. Unlike z. B. fluorescently labeled assays must the liquid not be removed before the measurement.

Die erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich besonders zur Untersuchung der Hybridisierung von Nukleinsäuren, Makromolekülen wie DNA, Oligonukleotiden, Proteinen oder Antigen-/Antikörper-Reaktionen.The inventive method are particularly suitable for studying the hybridization of nucleic acids, macromolecules such as DNA, oligonucleotides, proteins or antigen / antibody reactions.

Die erfindungsgemäßen Verfahren sind nicht auf die direkte Bindung beschränkt. Es können auch längere Ketten untersucht werden, wenn die einzelnen Bestandteile so ausgewählt sind, daß Rückschlüsse auf die zu untersuchende Molekülsorte möglich sind.The inventive method are not limited to direct binding. It is also possible to study longer chains if the individual components are selected so that conclusions on the type of molecule to be investigated are possible.

Je nach Anwendung kann die Flüssigkeit über mehrere separate Meßbereiche z. B. in Form eines Arrays verteilt werden, die z. B. unterschiedlich funktionalisiert sein können. Werden die Meßbereiche dann individuell ausgelesen, können mehrere Messungen zur Bestimmung der Bindungsereignisse bei unterschiedlicher Funktionalisierung simultan vorgenommen werden.ever after application, the liquid can over several separate measuring ranges z. B. be distributed in the form of an array z. B. functionalized differently could be. Be the measuring ranges then read individually, can several measurements to determine the binding events at different Functionalization can be carried out simultaneously.

Schließlich können verschiedene Moleküle in der Flüssigkeit und mehrere unterschiedlich funktionalisierte Meßbereiche vorgesehen sein, so daß festgestellt werden kann, welcher Art die Moleküle in der Flüssigkeit sind.Finally, different can be Molecules in the liquid and a plurality of differently functionalized measuring ranges, so that stated can be what kind of molecules in the liquid are.

Je nach Ausgestaltung eines solchen Arrays können verschiedene Molekülsorten untersucht werden. Untersuchungen von bis zu mehreren 100 oder 1000 Molekülsorten sind denkbar, bevorzugt jedoch weniger als 10.ever After embodiment of such an array, different types of molecules to be examined. Examinations of up to several 100 or 1000 types of molecules are conceivable, but preferably less than 10.

Die Flüssigkeit wird dabei vorteilhafterweise als Tropfen auf den Meßbereich aufgebracht. Dazu kann der Meßbereich so ausgestaltet sein, daß der Tropfen ihn ohne äußere Krafteinwirkung nicht verläßt. Eine einfache Möglichkeit dazu ist es, den Meßbereich mit Benetzungseigenschaften auszustatten, die zu einer bevorzugten Benetzung des Meßbereiches durch die Flüssigkeit des Tropfens im Vergleich zu der Umgebung des Meßbereiches führen. Dies kann z. B. bei wäßrigen Lösungen durch eine Silanisierung der Umgebung geschehen, die die Umgebung hydrophober gestaltet als den Meßbereich.The liquid is advantageously as drops on the measuring range applied. For this purpose, the measuring range be designed so that the drop him without external force do not leave. A easy way it is this, the measuring range to provide wetting properties that are preferred Wetting of the measuring range through the liquid of the droplet compared to the environment of the measuring range. This can z. B. in aqueous solutions A silanization of the environment happen that makes the environment more hydrophobic designed as the measuring range.

Als Marker können unterschiedliche metallische Kolloide eingesetzt werden, besonders vorteilhaft sind jedoch Goldkolloide, da diese einfach zu handhaben sind und eine hohe Leitfähigkeit aufweisen.When Markers can different metallic colloids are used, especially However, gold colloids are advantageous because they are easy to handle are and a high conductivity exhibit.

Erfindungsgemäß wird zur Bestimmung der Hochfrequenzimpedanz des Meßbereiches die indirekte Untersuchung mit Oberflächenschallwellen eingesetzt, wobei als Meßgröße die Transmissions- und/oder Reflexionseigenschaften des Meßbereiches für die Oberflächenschallwellen dienen. Oberflächenschallwellen haben eine hohe Obertlächensensitivität, so daß mit hoher Empfindlichkeit die spezifischen Bindungsereignisse von mit leitfähigen Markern versehenen Molekülen an der Oberfläche untersucht werden können. Dies ist speziell bei Messungen von Vorteil, bei denen sich die Flüssigkeit in Form eines Tropfens auf der Oberfläche befindet. Die bereits aus dem Tropfen an der Oberfläche gebundenen mit einem leitfähigen Marker versehenen Moleküle werden durch die Vermessung mit den Obertlächenschallwellen empfindlich erfaßt, während die noch in der Flüssigkeit und nicht an der Oberfläche gebundenen mit einem leitfähigen Marker versehenen Moleküle die oberflächensensitive Meßmethode weniger beeinflussen.According to the invention is for Determining the high-frequency impedance of the measuring range, the indirect examination with surface sound waves used, as a measured quantity, the transmission and / or Reflection properties of the measuring range for the Surface acoustic wave serve. Surface acoustic wave have a high surface sensitivity, so that with high Sensitivity the specific binding events of with conductive markers provided molecules on the surface can be examined. This is especially useful for measurements in which the liquid is in the form of a drop on the surface. The already off the drop on the surface bound with a conductive Marker provided molecules become sensitive by measuring with the surface acoustic waves detected, while still in the liquid and not bound to the surface with a conductive Marker provided molecules the surface-sensitive Measuring method less influence.

Die Hochfrequenzimpedanz eines Meßbereiches läßt sich mit Oberflächenschallwellen vermessen. Zur Erklärung wird auf 1 verwiesen. Dort ist schematisch ein Oberflächenschallwellenbauelement als Vierpol dargestellt. Durch den Port 1 wird ein Hochfrequenzsignal eingespeist und am Port 2 kann es abgegriffen werden. Ein solches Oberflächenschallwellenbauelement kann mit sogenannten S-Parametern S_ij beschrieben werden, mit denen man die Transmission und die Reflexion des HF-Signals beschreibt. So beschreibt z. B. S₁₂ die Transmission eines Hochfrequenzsignales von Port 1 zu Port 2 und S₁₁ die an Port 1 gemessene Hochfrequenzleistung, die von Port 1 zu Port 2 propagiert ist, an diesem reflektiert wurde und dann an Port 1 gemessen wurde. Port 1 und Port 2 können z. B. Interdigitaltransducer sein, oder es kann Port 1 ein Interdigitaltransducer und Port 2 ein Reflektor sein. Die Impedanz eines Oberflächenschallwellenbauelementes schlägt sich in den S-Parametern nieder, die mit Hilfe der Oberflächenschallwellen vermessen werden können.The high-frequency impedance of a measuring range can be measured with surface sound waves. The explanation is on 1 directed. There is shown schematically a surface acoustic wave device as a quadrupole. Through the port 1 a high-frequency signal is fed in and at the port 2 it can be tapped. Such a surface acoustic wave device can be described with so-called S-parameters S _ij , with which one describes the transmission and the reflection of the RF signal. So describes z. B. S _12, the transmission of a high frequency signal from port 1 to port 2 and S ₁₁ the at port 1 measured high-frequency power coming from port 1 to port 2 is propagated, was reflected on this and then to port 1 was measured. port 1 and port 2 can z. B. interdigital transducer, or it can port 1 an interdigital transducer and port 2 be a reflector. The impedance of a surface acoustic wave component is reflected in the S-parameters, which can be measured with the aid of surface acoustic waves.

Die Transmissions-/Reflexionsparameter S_ij sind von der Hochfrequenzimpedanz der Ports, dem genauen Design der einkoppelnden Elemente, z. B. der Transducer an den Ports, den Eigenschaften der Laufstrecke zwischen Port 1 und Port 2 und den akustischen Eigenschaften des Substrates abhängig. Erfindungsgemäß wird jedoch nur die Änderung der Meßgröße ausgewertet, die von der Hochfrequenzimpedanz abhängt. Parameter, die sich durch das Aufbringen der Flüssigkeit bzw. das Auftreten der zu untersuchenden spezifischen Bindungen nicht ändern, werden von der Messung der Änderung der Meßgröße nicht erfaßt. Die Änderung kann z. B. durch eine Relativmessung an einem Meßbereich oder durch Subtraktion der gemessenen Signale an einem funktionalisierten und an einem ansonsten identischen, aber nicht funktionalisierten Bereich erfolgen.The transmission / reflection parameters S _ij are _dependent on the high frequency impedance of the ports, the exact design of the coupling elements, e.g. As the transducer on the ports, the characteristics of the route between port 1 and port 2 and the acoustic properties of the substrate. According to the invention, however, only the change of the measured variable is evaluated, which depends on the high-frequency impedance. Parameters which do not change as a result of the application of the liquid or the occurrence of the specific bonds to be investigated are not detected by the measurement of the change in the measured quantity. The change can z. B. by a relative measurement on a measuring range or by subtracting the measured signals on a functionalized and on an otherwise identical, but not functionalized area.

Die Verwendung von Oberflächenschallwellen zur Untersuchung der spezifischen Bindungseigenschaften birgt unter anderem den Vorteil, daß die Flüssigkeit in den Meßbereich z. B. mit Hilfe des Impulsübertrages von Oberflächenschallwellen transportiert werden kann, wie es z. B. in DE-A-100 55 318 beschrieben ist.The Use of surface sound waves for the investigation of the specific binding properties Another advantage is that the liquid in the measuring range z. B. with the help of Impulsübertrages of surface sound waves can be transported, as it is z. B. in DE-A-100 55 318 described is.

Um effektiv Oberflächenschallwellen anregen zu können, wird die Dicke des Materials, auf dem sich die Oberflächenschallwelle ausbreiten soll, sehr viel größer als die Wellenlänge der Oberflächenschallwelle, und die Wellenlänge der Oberflächenschallwelle sehr viel größer als die Amplitude gewählt.Around effectively surface sound waves to be able to stimulate will determine the thickness of the material on which the surface acoustic wave should spread, much larger than the wavelength the surface sound wave, and the wavelength the surface sound wave much bigger than the amplitude is chosen.

Besonders einfach lassen sich Oberflächenschallwellen auf piezoelektrischen Oberflächen unter Einsatz von Interdigitaltransducern erzeugen, wie sie in der Oberflächenwellenfiltertechnologie Verwendung finden.Especially it is easy to get surface sound waves on piezoelectric surfaces generate using interdigital transducers, as in the Surface acoustic wave filter technology Find use.

Interdigitaltransducer zur Anregung der Oberflächenschallwellen auf piezoelektrischen Oberflächen bestehen in der einfachsten Ausführungsform aus mindestens zwei kammartig ineinander greifenden Metallstrukturen, die z. B. mit einem planartechnischen Prozeß auf eine Substratoberfläche aufgebracht werden. Wird an eine solche Interdigitalstruktur ein hochfrequentes Wechselspannungssignal (größer 100 kHz bis einigen 100 MHz) angelegt, so ergibt sich nach dem inversen piezoelektrischen Effekt eine Kristalldeformation, die die räumliche Periodizität des Interdigitalwanders und die zeitliche Periodizität der hochfrequenten Wechselspannung aufweist. Sofern das angelegte hochfrequente Wechselspannungssignal mit der Oberflächenschallgeschwindigkeit des betreffenden Substrats im wesentlichen in Resonanz gebracht ist, wird sich eine akustische Oberflächenschallwelle senkrecht zur Achse des Interdigitaltransducers ausbreiten. Die entsprechende Resonanzbedingung ergibt sich in bekannter Weise zu f = v/λ, mit f: Frequenz des angelegten Wechselfeldes, v: Oberflächenwellenschallgeschwindigkeit, λ: räumliche Periodizität des Interdigitaltransducers.interdigital transducer for exciting the surface acoustic waves on piezoelectric surfaces exist in the simplest embodiment from at least two comb-like interlocking metal structures, the z. B. applied with a planartechnischen process on a substrate surface become. Is a high-frequency to such an interdigital structure AC signal (greater than 100 kHz to a few 100 MHz), the result is the inverse piezoelectric effect a crystal deformation, which is the spatial periodicity of the interdigital transducer and the temporal periodicity of the high-frequency Has alternating voltage. Unless the applied high-frequency AC signal with the surface sound velocity the relevant substrate brought substantially resonant is a surface acoustic wave perpendicular to the Spread the axis of the interdigital transducer. The corresponding Resonance condition results in a known manner to f = v / λ, with f: Frequency of the applied alternating field, v: surface acoustic wave velocity, λ: spatial periodicity of the interdigital transducer.

Erfindungsgemäß wird ein vollständig piezoelektrisches Substrat oder ein Substrat mit einer piezoelektrischen Oberflächenschicht eingesetzt. Interdigitaltransducer lassen sich sehr einfach mit bekannten planartechnologischen Methoden auf Festkörperoberflächen erzeugen und stellen eine wohldefinierte rein elektrische Schnittstelle zwischen der Vorrichtung und einer eventuellen externen Ansteuerungs- und Kontrollelektronik dar. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß durch Verbindung mit einer entsprechenden Antenneneinkopplungseinrichtung die Interdigitaltransducer auch drahtlos angesteuert bzw. ausgelesen werden können.According to the invention is a Completely piezoelectric substrate or a substrate with a piezoelectric surface layer used. Interdigital transducers are very easy to use generate known planartechnologischen methods on solid surfaces and put a well-defined purely electrical interface between the device and any external Ansteuerungs- and Control electronics. A particular advantage is that through Connection to a corresponding Antenneneinkopplungseinrichtung the Interdigital transducer also wirelessly controlled or read can be.

Um dynamische Messungen der spezifischen Bindungen bzw. der Hybridisierung durchführen zu können, muß der Meßbereich während der Messung mit der Flüssigkeit in Kontakt bleiben. Oberflächenschallwellen mit Rayleigh-Wellen-Anteil haben Impulskomponenten, die nicht in der Ebene der Oberfläche liegen, und werden daher durch Flüssigkeit auf der Oberfläche stark gedämpft, so daß die Messung der Hochfrequenzimpedanz behindert würde. Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird daher als Meßbereich ein Teil eines oberflächenschallwellensensitiven Elementes eingesetzt, der nicht im Schallpfad der mit einem Interdigitaltransducer erzeugten Oberflächenschallwelle liegt. Der andere Teil des oberflächenschallwellensensitiven Elementes liegt im Schallpfad der Oberflächenschallwelle, so daß Schallpfad und Meßbereich räumlich voneinander getrennt sind. Eine stärkere Dämpfung der Oberflächenschallwelle wird also verhindert, da sich die Flüssigkeit nicht im Schallpfad befindet. Bei der Auswahl des Substrates bzw. eines Kristallschnittes muß also nicht darauf geachtet erden, ob der Rayleigh-Wellen-Anteil groß oder klein ist. Durch die Hybridisierung bzw. die spezifischen Bindungsereignisse der leitfähigen markierten Moleküle an der Oberfläche des Meßbereiches ändert sich die Hochfrequenzimpedanz des oberflächenschallwellensensitiven Elementes im Meßbereich. Diese Änderung wirkt sich auf die Hochfrequenzimpedanz des gesamten oberflächenschallwellensensitiven Elementes aus, so daß die Hochfrequenzimpedanz insgesamt verändert wird, was sich in den Transmissions- bzw. Reflexionseigenschaften niederschlägt.Around dynamic measurements of specific bonds or hybridization carry out to be able to must the Measuring range while the measurement with the liquid keep in touch. Surface acoustic wave with Rayleigh wave component have pulse components that are not in the level of the surface lie, and therefore become strong due to liquid on the surface steamed, so that the measurement the radio frequency impedance would be hindered. In an embodiment according to the invention is therefore used as a measuring range a part of a surface acoustic wave sensitive Element used that is not in the sound path of an interdigital transducer generated surface sound wave lies. The other part of the surface sound wave sensitive Elementes lies in the sound path of the surface acoustic wave, so that sound path and measuring range spatial are separated from each other. A stronger damping of the surface sound wave is thus prevented because the liquid is not in the sound path located. In the selection of the substrate or a crystal cut does not have to Pay attention to whether the Rayleigh wave proportion is large or small is. By hybridization or specific binding events the conductive one labeled molecules on the surface of the Measuring range changes the high-frequency impedance of the surface-acoustic wave-sensitive Element in the measuring range. This change Affects the high frequency impedance of the entire surface acoustic wave sensitive Element, so that the High frequency impedance is changed altogether, resulting in the Reflects transmission or reflection properties.

Als oberflächenschallwellensensitives Element können unterschiedliche Anordnungen von Metallelektroden auf der Oberfläche eingesetzt werden, deren Reflexions- und/oder Transmissionsverhalten sich durch die kapazitive Kopplung der Elektroden über zwischen ihnen befindliche spezifisch gebundene Moleküle mit leitfähigen Markern ändert. Es kommen z. B. Multistripkoppler, Reflektoren oder Resonatoren in Betracht. Diese lassen sich sehr einfach durch eine Anordnung von Metallstreifen auf der Oberfläche realisieren. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird auf denjenigen jeweiligen Teil der Metallstreifen, auf den die Oberflächenschallwelle nicht trifft, die Flüssigkeit aufgebracht.As a surface acoustic wave sensitive element different arrangements of metal electrodes can be used on the surface, the reflection and / or transmission behavior by the capacitive coupling of the electrodes located between them specific bounds ne molecules with conductive markers changes. It come z. B. Multistripkoppler reflectors or resonators into consideration. These can be realized very simply by arranging metal strips on the surface. In a preferred embodiment, the liquid is applied to that particular part of the metal strip to which the surface acoustic wave does not impinge.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Analyseverfahrens dieser Ausgestaltung umfaßt das oberflächenschallwellensensitive Element ein Reflektorelement, das aus einer Anordnung von Metallstreifen auf der Oberfläche besteht, die in der Art eines Bragg-Reflektors wirken, also einen Fingerabstand haben, der im wesentlichen kommensurabel mit der verwendeten Oberflächenschallwellenlänge ist. Diese Ausgestaltung macht sich zu Nutze, daß Oberflächenschallwellen an entsprechend periodischen Strukturen im Schallpfad reflektiert werden. Der Reflexionsfaktor solcher Reflektoren hängt einerseits von dessen Geometrie, Schichtdicke, Periodizität ab, andererseits aber auch von der Hochfrequenzimpedanz des Reflektorelementes. Das heißt z. B., wenn zwischen den Metallstreifen eines periodischen Reflektor-Arrays leitfähige Marker gebunden sind, werden diese über ihre Leitfähigkeit und die kapazitive Kopplung untereinander und mit den Elektroden des Reflektorelementes dessen Hochfrequenzimpedanz verändern. Damit ist der Reflexionsfaktor abhängig von der Dichte der leitfähigen Marker und das reflektierte Oberflächenschallwellensignal gibt als Maß für die Hochfrequenzimpedanz eine Information über die gebundenen Moleküle.at an advantageous development of the analysis method of this embodiment comprises the surface sound wave sensitive Element is a reflector element that consists of an arrangement of metal strips on the surface exists, which act in the manner of a Bragg reflector, so one Finger distance, which is essentially commensurate with the used Surface acoustic wave is. This embodiment makes use of that surface sound waves in accordance with periodic structures are reflected in the sound path. The reflection factor such reflectors depends on the one hand by its geometry, layer thickness, periodicity, on the other hand but also from the high-frequency impedance of the reflector element. The is called z. B. when between the metal strips of a periodic reflector array conductive Markers are bound, these are about their conductivity and the capacitive coupling with each other and with the electrodes of the Reflector element whose high-frequency impedance change. In order to the reflection factor is dependent from the density of the conductive Marker and the reflected surface sound wave signal gives as a measure of the high-frequency impedance an information about the bound molecules.

Durch das Aufbringen der Flüssigkeit und die daraufhin stattfindende Änderung der Hochfrequenzimpedanz durch die spezifischen Bindungen von mit Markern versehenen Molekülen an der Oberfläche ändert sich in gleicher Weise auch das Transmissionsverhalten von entsprechenden Metallstreifenarrays. Aus der sich ändernden Transmission der Oberflächenschallwellen läßt sich also ebenfalls Information über die Hochfrequenzimpedanz des Bauelementes und damit über die Menge der im Meßbereich gebundenen Moleküle mit Markern erhalten.By the application of the liquid and the subsequent change the high frequency impedance through the specific binding of with markers provided molecules on the surface changes in the same way, the transmission behavior of corresponding Metal strip arrays. From the changing transmission of surface acoustic waves let yourself So also information about the high frequency impedance of the device and thus on the Quantity of in the measuring range bound molecules obtained with markers.

Durch die räumliche Trennung des Schallpfades von dem Meßbereich ist es möglich, daß die Metallstreifen im Meßbereich einen anderen Abstand voneinander haben als im vom Schallpfad getroffenen Abschnitt. Auf diese Weise läßt sich das Verfahren an die unterschiedlichen Anforderungen anpassen, z. B. eine sehr niedrige Konzentration von Molekülen mit Markern in der Flüssigkeit, die einen meßbaren Effekt bei nur sehr kleinem Fingerabstand erlauben, der nicht zur optimalen Reflexion der Oberflächenschallwelle geeignet wäre. Solche Ausführungsformen sind sowohl bei Reflexions- als auch bei Resonatoruntersuchungen möglich.By the spatial Separation of the sound path from the measuring range, it is possible that the metal strip in the measuring range have a different distance from each other than in the path taken by the sound path Section. In this way can be adapt the procedure to the different requirements, eg. B. a very low concentration of molecules with labels in the liquid, the one measurable Allow effect with only a very small finger distance, which does not allow for optimal reflection of the surface sound wave would be suitable. Such embodiments are both in reflection and in Resonatoruntersuchungen possible.

Je nach Anforderung läßt sich die Geometrie der Metallstreifen in dem Meßbereich auch unterschiedlich wählen, um die Effizienz der Signaländerung zu verstärken. Oberflächenschallwellen sind an sich bereits sehr oberflächensensitiv. Die Elektrodenanordnung kann noch zusätzlich optimiert werden, daß sich das elektrische Feld besonders stark in der Ebene der Oberfläche konzentriert und das elektrische Feld außerhalb der Ebene der Oberfläche stark abfällt.ever after request can be the geometry of the metal strips in the measuring range also different choose, about the efficiency of the signal change to reinforce. Surface acoustic wave are in themselves very surface-sensitive. The electrode arrangement can be additionally optimized so that the electric field is particularly concentrated in the plane of the surface and the electric field outside the level of the surface falls sharply.

Schließlich können Interdigitaltransducer zur Erzeugung und/oder dem Empfang der Oberflächenschallwellen und/oder das oberflächenschallwellensensitive Element in sogenannter getaperter Ausführung verwendet werden, d.h. streifenförmige Metallelektroden umfassen, deren Abstand zueinander entlang ihrer Länge nicht konstant ist. Ein solches getapertes Oberflächenschallwellenbauelement hat abhängig vom Ort eine unterschiedliche Resonanzfrequenz, so daß zusätzlich Ortsinformation über das Auftreten einer Störung, z. B. durch das Auftreten von spezifischen Bindungsereignissen von mit leitfähigen Markern versehenen Molekülen an der Oberfläche, erhalten werden kann.Finally, interdigital transducers for generating and / or receiving the surface acoustic waves and / or the surface acoustic wave sensitive Element can be used in so-called tapered design, i. strip Metal electrodes include, whose distance from each other along their Length not is constant. Such a taped surface acoustic wave device depends from the location a different resonant frequency, so that additional location information about the occurrence a fault, z. By the occurrence of specific binding events of with conductive markers provided molecules on the surface, preserved can be.

Das oberflächenschallwellensensitive Element kann auch der einkoppelnde Transducer selbst oder ein Empfängertransducer sein, der zur Messung der Transmission der Oberflächenschallwellen dient. Auch dessen Hochfrequenzimpedanz ändert sich durch das Vorhandensein von Molekülen mit leitfähigen Markern an der Oberfläche zwischen den Fingern der ineinander greifenden Elektroden.The surface acoustic wave sensitive Element may also be the coupling transducer itself or a receiver transducer be that for measuring the transmission of surface acoustic waves serves. Its high-frequency impedance also changes due to its presence of molecules with conductive Markers on the surface between the fingers of the interdigitated electrodes.

Bei einer anderen Ausgestaltung wird eine sogenannte gewichtete Interdigitaltransducerstruktur als oberflächenschallwellensensitives Element eingesetzt. Ein gewichteter Interdigitaltransducer zeichnet sich dadurch aus, daß der Überlapp benachbarter Finger nach einer bestimmten Vorschrift nicht überall gleich ausgeführt ist. Die Vorschrift, die den Überlapp als Funktion der Koordinate der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenschallwelle beschreibt, steht in direktem Zusammenhang mit dem Frequenzgang. Durch geeignet gewählten Überlapp der benachbarten Finger läßt sich ein gewünschter Frequenzgang erzeugen, der der Fouriertransformierten der Gewichtungsfunktion entspricht. Mit Hilfe eines gewichteten Transducers läßt sich also ein ganz bestimmter Bereich des oberflächenschallwellensensitiven Elementes anhand des Frequenzresponses identifizieren. Auf diese Weise ist zusätzlich räumliche Information erhältlich.at In another embodiment, a so-called weighted Interdigitaltransducerstruktur than surface acoustic wave sensitive Element used. A weighted interdigital transducer records characterized by the fact that the overlap adjacent finger according to a specific rule not the same everywhere accomplished is. The rule that the overlap as Function of the coordinate of the propagation direction of the surface acoustic wave describes, is directly related to the frequency response. By suitably selected overlap the neighboring finger lets itself a desired one Generate frequency response, the Fourier transform of the weighting function equivalent. With the help of a weighted transducer can be So a very specific area of the surface sound wave sensitive Identify element by frequency response. To this Way is additional spatial Information available.

Bei einer Weiterbildung wird ein gewichteter Interdigitaltransducer eingesetzt, dessen Wichtungsfunktion, die den Überlapp der einzelnen benachbarten Finger beschreibt, sin(x)/x-förmig gewichtet ist. Die Fouriertransformierte dieser Überlappfunktion entspricht einem Rechteck im Frequenzraum. Analyse des Frequenzresponses gibt also genaue Information über den Ort auf dem oberflächenschallwellensensitiven Element, an dem eine Änderung der Hochfrequenzimpedanz eingetreten ist, z. B. durch lokale spezifische Bindung von Molekülen mit leitfähigen Markern.In a further development, a weighted interdigital transducer is used whose weighting function, which describes the overlap of the individual adjacent fingers, is weighted sin (x) / x-shaped. The Fourier transform of this overlap function corresponds to a rectangle in frequency space. Analysis of the frequency response thus gives accurate information about the location on the surface acoustic wave sensitive element where a change in high frequency impedance has occurred, e.g. By local specific binding of molecules with conductive markers.

Dabei spiegelt sich die Information wesentlich in der Übertragungsfunktion wider.there the information is reflected significantly in the transfer function.

Eine erfindungsgemäße Verfahrensführung unter Verwendung von Oberflächenschallwellen ist mit einer Analysevorrichtung möglich, die eine piezoelektrische Oberfläche mit mindestens einem Interdigitaltransducer zur Erzeugung von Oberflächenschallwellen und einem oberflächenschallwellensensitiven Element im Ausbreitungsbereich einer mit dem Interdigitaltransducer erzeugten Oberflächenschallwelle aufweist, wobei das oberflächenschallwellensensitive Element aus einer Anordnung von leitfähigen Streifen besteht, die sich derart auf der Oberfläche erstrecken, daß sie jeweils nur teilweise von einer mit dem Interdigitaltransducer erzeugten Oberflächenschallwelle getroffen werden. Eine vorteilhafte Analysevorrichtung weist ein oberflächenschallwellensensitives Element auf, bei dem die leitfähigen Streifen, die in dem Bereich, in dem sie von der Oberflächenschallwelle getroffen werden, einen anderen Abstand aufweisen als im Meßbereich. Um mehrere Untersuchungen gleichzeitig durchzuführen, ist es vorteilhaft, wenn mehrere derartige oberflächenschallwellensensitive Elemente parallel oder versetzt zueinander angeordnet sind und einen unterschiedlichen Abstand von dem oberflächenschallwellenerzeugenden Element bzw. dem oberflächenschallwellenempfangenden Element aufweisen. Werden auf die einzelnen oberflächenschallwellensensitive Elemente unterschiedliche Flüssigkeiten aufgebracht, so kann aus der Laufzeit des veränderten Reflexions- bzw. Transmissionssignales auf dasjenige oberflächenschallwellensensitive Element geschlossen werden, dessen Hochfrequenzimpedanz sich geändert hat. Ähnlich läßt sich mit einem solchen Element untersuchen, wie verschiedene Funktionalisierungen in den unterschiedlichen Meßbereichen auf die in der Flüssigkeit befindlichen Moleküle wirken.A inventive process under Use of surface sound waves is possible with an analysis device that has a piezoelectric surface with at least one interdigital transducer for generating surface acoustic waves and a surface acoustic wave sensitive Element in the propagation area of one with the interdigital transducer generated surface sound wave having the surface sound wave sensitive Element consists of an array of conductive strips, the so on the surface extend that she only partially from a surface acoustic wave generated by the interdigital transducer to be hit. An advantageous analysis device has surface acoustic wave sensitive Element on which the conductive Strip in the area where it is from the surface acoustic wave be taken, have a different distance than in the measuring range. To perform several examinations simultaneously, it is advantageous if several such surface acoustic wave sensitive Elements are arranged parallel or offset from each other and a different distance from the surface acoustic wave generating Element or the surface acoustic wave receiving Element. Be on the individual surface sound wave sensitive Elements applied different liquids, so may from the term of the changed Reflection or transmission signals on the surface sound wave sensitive Be closed element whose high-frequency impedance has changed. Similar can be examine with such an element how different functionalizations in the different measuring ranges on the in the liquid located molecules act.

Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Analyseverfahrens wird ein oberflächenschallwellensensitives Element eingesetzt, das zumindest einen zweiten Interdigitaltransducer mit einem dazu parallel geschalteten Meßelement umfaßt, das aus mindestens zwei Elektroden auf einem Oberflächenelement besteht, das als Meßbereich mit der Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird. Wiederum können die Reflexions- und/oder Transmissionseigenschaften des zweiten Interdigitaltransducers ausgewertet werden, die eine Meßgröße für die Hochfrequenzimpe danz des oberflächenschallwellensensitiven Elementes darstellen. Durch das in Kontakt Bringen des Meßelementes mit der Flüssigkeit können an dem Meßbereich spezifische Bindungen der mit einem leitfähigen Marker versehenen Moleküle stattfinden, wodurch sich der Hochfrequenzwiderstand des Meßelementes verändert. Da dieser parallel zu dem zweiten Interdigitaltransducer geschaltet ist, ändert sich die Gesamthochfrequenzimpedanz des so gebildeten oberflächenschallwellensensitiven Elementes. Auswertung dieser Änderung gibt Information über die spezifischen Bindungsereignisse im Meßbereich. Eine solche Ausführungsform ist z. B. besonders als Eintauchsensor für Mikrotiter-Platten geeignet.at another embodiment of the analysis method according to the invention is a surface acoustic wave sensitive Element used, the at least one second interdigital transducer with a measuring element connected in parallel, the consists of at least two electrodes on a surface element, as Measuring range with the liquid is brought into contact. Again, the reflection and / or Transmission properties of the second interdigital transducer evaluated which are a measure of the high-frequency impedance of the surface sound wave sensitive Represent element. By bringing the measuring element into contact with the liquid can at the measuring range specific binding of the molecules provided with a conductive marker take place, whereby the high-frequency resistance of the measuring element changes. There this switched parallel to the second interdigital transducer is, changes the total high frequency impedance of the surface acoustic wave sensitive so formed Element. Evaluation of this change gives information about the specific binding events in the measuring range. Such an embodiment is z. B. particularly suitable as immersion sensor for microtiter plates.

Bei einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Vermeidung der stärkeren Dämpfung, wie sie bei Rayleigh-Wellen durch auf der piezoelektrischen Oberfläche befindliche Flüssigkeit auftritt, eine Oberfläche eines piezoelektrischen Kristalles eingesetzt, der in einer Richtung geschnitten ist und bei dem die Ausrichtung des oberflächenschallwellenerzeugenden Interdigitaltransducers derart ist, daß in der Ausbreitungsrichtung der mit dem Interdigitaltransducer erzeugten Oberflächenschallwellen im wesentlichen nur Scherwellen auftreten können. Scherwellen zeichnen sich durch einen hauptsächlich parallel zur Ebene gerichteten Impuls aus, so daß sie im wesentlichen nur elektrisch Wechselwirken und daher eine geringere Dämpfung auftritt als bei Rayleigh-Wellen. Eine solche Ausgestaltung kann günstig sein, wenn eine Trennung von Schallpfad und Meßbereich unerwünscht ist, wohingegen eine Ausführungsform mit vom Schallpfad getrenntem Meßbereich vorteilhaft ist, wenn eine aufwendige exakte Ausrichtung des Schnittes des piezoelektrischen Kristalls zu aufwendig ist.at Another embodiment of the method according to the invention is used to avoid the stronger one Damping, as with Rayleigh waves through on the piezoelectric surface liquid occurs, a surface a piezoelectric crystal used in one direction is cut and in which the orientation of the surface acoustic wave generating Interdigitaltransducers such that in the propagation direction the surface acoustic waves generated by the interdigital transducer essentially only shear waves can occur. Draw shear waves by one mainly In parallel to the plane directed pulse so that they are essentially only electrically Interact and therefore a lower attenuation occurs than in Rayleigh waves. Such a configuration may be favorable be, if a separation of sound path and measuring range is undesirable, whereas an embodiment is advantageous with separated from the sound path measuring range, if a complex exact alignment of the section of the piezoelectric Crystal is too expensive.

Durch Verwendung von mindestens zwei Empfängertransducern kann man bei den Verfahrensführungen unter Verwendung von Oberflächenschallwellen das Meßsignal über z. B. homodynes Mischen in ein Gleichstromsignal verwandeln, das zeitlich von einem „Sendepuls" getrennt ist. Durch eine solche Autokorrelationsmessung ist eine zeitaufgelöste Messung nicht mehr notwendig, um Information über die Reaktionsdynamik zu bekommen.By At least two receiver transducers can be used the process guides using surface acoustic waves the measuring signal over z. B. transform homodyne mixing into a dc signal, in time separated by a "transmission pulse" such autocorrelation measurement is a time-resolved measurement no longer necessary to get information about the reaction dynamics to get.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Analyseverfahrens ist der Meßbereich Teil einer Brückenschaltung, z. B. einer Wheatstone-Brücke, die z. B. mit Hilfe von lithographischen Prozessen direkt auf einer Oberfläche realisiert werden kann. Mit einer Brückenschaltung lassen sich auch bei nur leicht unterschiedlichen Impedanzen sehr große Empfindlichkeiten erreichen, was besonders vorteilhaft vor dem Hintergrund ist, daß auch die Flüssigkeit oberhalb des Meßbereiches Partikel mit leitfähigen Markern enthält und somit zur Gesamtimpedanz beitragen kann. Unter der Annahme, daß die Dichte dieser in der Flüssigkeit verteilten Marker im wesentlichen homogen ist, ergibt sich ein räumlich konstantes Hintergrundsignal, das mit Hilfe von Brückenschaltungen in an sich bekannter Weise nicht mit gemessen wird.In an advantageous embodiment of the analysis method according to the invention, the measuring range is part of a bridge circuit, for. As a Wheatstone bridge z. B. can be realized directly on a surface using lithographic processes. With a bridge circuit can be very sensitive even with only slightly different impedances reach, which is particularly advantageous against the background that the liquid above the measuring range contains particles with conductive markers and thus the Gesamtim pedantry can contribute. Assuming that the density of these markers distributed in the liquid is substantially homogeneous, a spatially constant background signal results, which is not measured with the aid of bridge circuits in a manner known per se.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand von vorteilhaften Ausgestaltungen anhand der anliegenden Figuren erläutert. Dabei zeigt (jeweils schematisch und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu)The inventive method is based on advantageous embodiments based on the appended Figures explained. It shows (in each case schematically and not necessarily true to scale)

1: ein erläuterndes Bild zum Meßprinzip, 1 : an explanatory picture of the measuring principle,

2a: ein Ersatzschaltbild für den Zustand während der Messung, 2a : an equivalent circuit for the state during the measurement,

2b: eine Detailansicht eines Meßelementes während der Messung, 2 B : a detailed view of a measuring element during the measurement,

3: eine Analysevorrichtung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Analyseverfahrens, 3 an analysis device when carrying out an analysis method according to the invention,

4: eine alternative Analysevorrichtung bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, 4 an alternative analysis device when carrying out a method according to the invention,

5: eine weitere Analysevorrichtung zur Verwendung bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, 5 : a further analysis device for use in a method according to the invention,

6: ein Detail einer Analysevorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Analyseverfahrens, 6 : a detail of an analysis device for carrying out an analysis method according to the invention,

7a und 7b: Details von weiteren Analysevorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 7a and 7b : Details of further analysis devices for carrying out the method according to the invention,

8a: die Darstellung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Analyseverfahrens, 8a : the representation of an embodiment of the analysis method according to the invention,

8b: Meßsignale bei der Durchführung des Verfahrens gemäß 8a, 8b : Measurement signals in the implementation of the method according to 8a .

9: eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 9 : another embodiment of the method according to the invention,

10: ein nur zur Erläuterung dargestelltes Verfahren, 10 : a method for explanation only,

11a: eine Brückenschaltung, 11a a bridge circuit,

11b: eine erläuternde Ansicht zu einem weiteren nur zur Erläuterung dargestellten Verfahren, und 11b FIG. 4 is an explanatory view of another explanatory method only, and FIG

12: ein weiteres nur zur Erläuterung dargestelltes Verfahren. 12 Another method for explanation only.

1 zeigt das Prinzip einer Hochfrequenzimpedanzmessung, wie sie für die erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird. 1 shows the principle of a high-frequency impedance measurement, as used for the inventive method.

Das Oberflächenschallwellenbauelement ist mit 4 bezeichnet und hat Eingangs- bzw. Ausgangsport 1 bzw. 2. Mit den sogenannten S-Parametern S_ij kann man die Transmission bzw. Reflexion eines Hochfrequenzsignales beschreiben, das nach Einspeisen eines Hochfrequenzsignales im Port i am Port j gemessen wird. S₁₂ beschreibt dabei die Transmission eines Hochfrequenzsignales von Port 1 zu Port 2. S₁₁ ist die am Port 1 gemessene Hochfrequenzleistung, die von Port 1 zu Port 2 propagiert ist, an diesem reflektiert wurde und dann an Port 1 gemessen wurde.The surface acoustic wave device is with 4 designated and has input or output port 1 respectively. 2 , With the so-called S-parameters S _ij is the transmission or reflection of a high frequency signal can be described, which is measured by feeding a high-frequency signal at the port i at port j. S ₁₂ describes the transmission of a high-frequency signal from port 1 to port 2 , S ₁₁ is the one at the port 1 measured high-frequency power coming from port 1 to port 2 is propagated, was reflected on this and then to port 1 was measured.

Port 1 und 2 können Interdigitaltransducer zur Erzeugung von Oberflächenschallwellen sein, wie sie weiter unten noch beschrieben werden. Ebenso kann aber auch z. B. nur Port 1 ein Interdigitaltransducer sein und Port 2 ein Reflexionselement.port 1 and 2 may be interdigital transducers for generating surface acoustic waves, as will be described below. Likewise, but also z. B. only port 1 be an interdigital transducer and port 2 a reflection element.

Die S-Parameter hängen empfindlich von der Hochfrequenzimpedanz der Ports, von dem genauen Design der Ports, z. B. der Interdigitaltransducer, von den Eigenschaften der Laufstrecke zwischen Port 1 und Port 2 und den akustischen Eigenschaften des Substrates ab.The S parameters are sensitive to the high frequency impedance of the ports, the exact design of the ports, e.g. As the interdigital transducer, of the properties of the route between port 1 and port 2 and the acoustic properties of the substrate.

Die Änderung der Impedanz des Oberflächenschallwellenbauteiles 4 (also entweder des einkoppelnden Transducers, des empfangenden Transducers, des Reflektors oder des Resonators), die in dem Element 4 vorgesehen sein kann, schlägt sich in einer Änderung der S-Parameter nieder, die wiederum ausgewertet werden können um eine Änderung der Hochfrequenzimpedanz feststellen zu können.The change in the impedance of the surface acoustic wave component 4 (ie, either the coupling transducer, the receiving transducer, the reflector, or the resonator) contained in the element 4 can be provided, is reflected in a change in the S-parameters, which in turn can be evaluated to determine a change in the high-frequency impedance can.

2a zeigt ein entsprechendes Ersatzschaltbild. Zwischen den Elektroden 6 seien durch spezifische Bindungen Moleküle mit leitfähigen Markern (sogenannten „beads") spezifisch gebunden. Zwischen diesen leitfähigen Markern, die vorteilhafterweise Goldkolloide sind, besteht eine Kapazität, die in dem Ersatzschaltbild mit 9 bezeichnet sind. Insgesamt verändert sich die Hochfrequenzimpedanz zwischen den Elektroden 6 durch die Anwesenheit der beads 8. 2a shows a corresponding equivalent circuit diagram. Between the electrodes 6 By specific binding, molecules are specifically bound by conductive beads (so-called "beads") .These conductive markers, which are advantageously gold colloids, have a capacity similar to that shown in the equivalent circuit diagram 9 are designated. Overall, the high-frequency impedance between the electrodes changes 6 by the presence of the beads 8th ,

In 2b ist dies am Beispiel eines Streifengitters dargestellt, wie es bei oberflächenschallwellensensitiven Elementen in noch zu beschreibender Weise eingesetzt wird.In 2 B this is illustrated by the example of a strip grid, as it is used in surface acoustic wave sensitive elements in a manner to be described.

3 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 10 bezeichnet einen piezoelektrischen Chip, z. B. aus Lithiumniobat einer Dicke von ca. 500 μm. Alternativ kann ein Chip mit einer piezoelektrischen Oberfläche, z. B. aus Zinkoxid eingesetzt werden. 16 bezeichnet einen Interdigitaltransducer zur Erzeugung einer Oberflächenschallwelle auf der piezoelektrischen Oberfläche des Chips 10. Nur schematisch dargestellt sind die fingerartigen Fortsätze 20 der Elektroden 18, die wechselseitig ineinander greifen. Der typische Abstand der Finger beträgt einige Mikrometer. Selbstverständlich sind auch andere Geometrien für Interdigitaltransducer denkbar, wie sie aus der Oberflächenwellenfiltertechnologie bekannt sind. Ein einzelner Interdigitaltransducer 16 umfaßt eine große Anzahl von ineinander greifenden Fingern 20, die in der 3 nur angedeutet sind. Anlegen eines elektrischen Wechselfeldes in der Größenordnung von einigen bis einigen 100 MHz erzeugt eine Oberflächenschallwelle, die sich senkrecht zu dem Interdigitaltransducer 16 in Richtung 24 ausbreitet. 14 bezeichnet ein Reflektorelement aus metallischen Streifen 6. Diese Streifen haben einen Abstand, der in derselben Größenordnung ist wie der Abstand der Finger des Interdigitaltransducers. Ein solches Element wirkt in bekannter Weise für die Oberflächenschallwellen wie ein Bragg-Reflektor. Das reflektierte Signal ist mit 26 bezeichnet und propagiert zurück zu dem Interdigitaltransducer 16, wo es z. B. zeitaufgelöst wieder abgefragt werden kann. Das Reflexionselement 14 befindet sich nur teilweise im Schallpfad 24 der ausgesendeten Oberflächenschallwelle. In dem Bereich, in dem das Reflektorelement 14 nicht im Schallpfad ist, befindet sich der Meßbereich 12. Der Meßbereich kann so ausgestaltet sein, daß er von der Flüssigkeit mit den markierten Molekülen bevorzugt benetzt wird. Dies kann z. B. durch die Silanisierung der Umgebung des Meßbereiches erreicht werden, wodurch diese Umgebung hydrophob im Vergleich zum Meßbereich wird und von einer wäßrigen Flüssigkeit nicht benetzt wird. 3 shows an arrangement for carrying out the method according to the invention. 10 be draws a piezoelectric chip, z. B. of lithium niobate a thickness of about 500 microns. Alternatively, a chip having a piezoelectric surface, e.g. B. be used from zinc oxide. 16 denotes an interdigital transducer for generating a surface acoustic wave on the piezoelectric surface of the chip 10 , Only schematically are the finger-like projections 20 the electrodes 18 , which mutually mesh. The typical distance of the fingers is a few micrometers. Of course, other geometries for interdigital transducers are also conceivable, as are known from surface wave filter technology. A single interdigital transducer 16 includes a large number of interlocking fingers 20 in the 3 are only indicated. Applying an alternating electric field of the order of several to a few hundred MHz generates a surface acoustic wave perpendicular to the interdigital transducer 16 in the direction 24 spreads. 14 denotes a reflector element made of metallic strips 6 , These stripes have a spacing that is of the same order of magnitude as the pitch of the fingers of the interdigital transducer. Such an element acts in a known manner for the surface acoustic waves as a Bragg reflector. The reflected signal is with 26 denotes and propagates back to the interdigital transducer 16 where there are z. B. time resolved can be queried again. The reflection element 14 is only partially in the sound path 24 the emitted surface acoustic wave. In the area where the reflector element 14 is not in the sound path, is the measuring range 12 , The measuring range can be designed so that it is preferably wetted by the liquid with the labeled molecules. This can be z. B. be achieved by the silanization of the environment of the measuring range, whereby this environment is hydrophobic compared to the measuring range and is not wetted by an aqueous liquid.

Eine solche Anordnung kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt eingesetzt werden. Erläutert wird eine Verwendung zur Untersuchung von DNA-Sequenzen.A such arrangement can be carried out the method according to the invention be used as follows. explains becomes a use for studying DNA sequences.

Im Meßbereich 12 findet sich eine Funktionalisierung, die z. B. aus Molekülsträngen der Sequenz TCCCG besteht. Auf diesen Meßbereich wird ein Tropfen einer Flüssigkeit aufgebracht, in der sich kleine Goldkolloide typischer Größe von 10 nm bis 100 nm (kleiner als der Abstand der metallischen Finger 6) in typischer Konzentration von nmol bis fmol befinden, die mit einer Sequenz versehen sind, z. B. AGCAG. Diese Sequenz an den Goldkolloiden kann mit den ersten fünf Basenpaaren einer Probensequenz TCGTCAGGGC binden, die sich ebenfalls in der Flüssigkeit befinden. Die anderen fünf Basenpaare der Probensequenz binden an die an der Oberfläche gebundene Sequenz TCCCG spezifisch. Dadurch werden die goldmarkierten Sequenzen im Meßbereich gebunden. In oben beschriebener Weise ändert sich dadurch die Hochfrequenzimpedanz der Metallstreifenanordnung. Mit Hilfe des Interdigitaltransducers 16 wird eine Oberflächenschallwelle in Richtung 24 erzeugt, die von dem Reflektorelement 14 reflektiert wird. Die Gesamtimpedanz des Reflektorelementes 14 wird durch die Änderung der Impedanz im Meßbereich 12 verändert, was sich im Reflexionsverhalten widerspiegelt. Das reflektierte Signal 26 ändert sich daher in charakteristischer Weise durch das Aufbringen der Flüssigkeit und dem Stattfinden der spezifischen Reaktion. Da die Oberflächenschallwelle durch die Flüssigkeit im Meßbereich 12 nicht gedämpft wird, da diese nicht im Schallpfad liegt, läßt sich so die Hochfrequenzimpedanzänderung durch die spezifische Bindung präzise und auch während des Reaktionsprozesses auswerten, um Informationen über die Reaktionsdynamik zu erhalten.In the measuring range 12 there is a functionalization, the z. B. consists of molecular strands of the sequence TCCCG. In this measuring range, a drop of a liquid is applied, in which small gold colloids typical size of 10 nm to 100 nm (smaller than the distance of the metallic finger 6 ) are in typical concentration from nmol to fmol provided with a sequence, e.g. B. AGCAG. This sequence on the gold colloids can bind to the first five base pairs of a sample sequence TCGTCAGGGC, which are also in the liquid. The other five base pairs of the sample sequence specifically bind to the surface-bound TCCCG sequence. This binds the gold-labeled sequences in the measurement range. In the manner described above, thereby changing the high-frequency impedance of the metal strip assembly. With the help of the interdigital transducer 16 becomes a surface sound wave in the direction 24 generated by the reflector element 14 is reflected. The total impedance of the reflector element 14 is due to the change in impedance in the measuring range 12 changed, which is reflected in the reflection behavior. The reflected signal 26 Thus, characteristically changes by the application of the liquid and the occurrence of the specific reaction. Since the surface sound wave due to the liquid in the measuring range 12 is not attenuated, since this is not in the sound path, so the high-frequency impedance change by the specific binding can be evaluated precisely and also during the reaction process to obtain information about the reaction dynamics.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann selbstverständlich auch für andere spezifische Bindungsprozesse eingesetzt werden. Dabei kann entweder die mit dem leitfähigen Marker versehene Molekülsequenz in bekannter Art und Konzentration vorhanden sein oder die zur Funktionalisierung des Meßbereiches 12 dienende Sequenz.Of course, the process according to the invention can also be used for other specific binding processes. In this case, either the molecule sequence provided with the conductive marker can be present in a known manner and concentration or that for functionalizing the measuring region 12 serving sequence.

4 zeigt eine weitere Anordnung zur Durchführung einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Verfahrens. Mehrere Reflexionselemente 14 sind parallel zueinander angeordnet. Je nach dem, in welchem der Meßbereiche 12 eine spezifische Reaktion zur Bindung von mit leitfähigen Markern versehenen Molekülen stattfindet, wird sich das Reflexionsverhalten dieses Reflektorelementes verändern. Aus einer Laufzeitmessung eines mit dem Interdigitaltransducer 16 erzeugten Signals läßt sich bestimmen, welches der Resonatorelemente in seinem Reflexionsverhalten verändert worden ist. Dabei kann jeder Meßbereich 12 eine einzelne Funktionalisierung aufweisen, um das spezifische Reaktionsverhalten einer Flüssigkeit mit einer Molekülsorte untersuchen zu können. Dazu kann der gesamte Bereich 13 mit der Flüssigkeit belegt werden, ohne daß eine genaue Positionierung notwendig sein würde. Bei anderer Verfahrensführung sind die einzelnen Meßbereiche 12 untereinander gleich, werden jedoch mit unterschiedlichen Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Bestandteilen belegt, um die Reaktionsdynamik von den unterschiedlichen Flüssigkeiten mit der gleichen Funktionalisierung des Meßbereiches 12 zu untersuchen. 4 shows a further arrangement for carrying out an embodiment of the method according to the invention. Several reflection elements 14 are arranged parallel to each other. Depending on which of the measuring ranges 12 If a specific reaction for the binding of molecules provided with conductive markers takes place, the reflection behavior of this reflector element will change. From a transit time measurement of one with the interdigital transducer 16 generated signal can be determined which of the resonator elements has been changed in its reflection behavior. In this case, each measuring range 12 have a single functionalization in order to investigate the specific reaction behavior of a liquid with a molecule type can. This can be the entire area 13 be occupied with the liquid without an accurate positioning would be necessary. In other process management are the individual measuring ranges 12 equal to each other, but are occupied with different liquids with different components to the reaction dynamics of the different liquids with the same functionalization of the measuring range 12 to investigate.

Die gezeigte Anordnung weist parallele hintereinander angeordnete Reflexionselemente auf. Die Reflexionselemente können z. B. auch oder zusätzlich seitlich zueinander versetzt sein, um in Art eines Arrays ausgelesen werden zu können.The arrangement shown has parallel successively arranged reflection elements on. The reflection elements can z. B. also or additionally be laterally offset from each other to read in the manner of an array to be able to.

5 zeigt eine Transmissionsgeometrie. Hier ist das oberflächenschallwellensensitive Element 15 als Resonatorelement ausgebildet. Es besteht ebenso wie die Reflexionselemente aus metallischen Streifen. Auf der dem oberflächenschallwellenerzeugenden Interdigitaltransducer 16 gegenüberliegenden Seite des Resonatorelementes 15 befindet sich ein zweiter Interdigitaltransducer 17 von z. B. gleicher Bauart und Ausmaßen. Eine vom Interdigitaltransducer 16 erzeugte Oberflächenschallwelle wird von dem Resonatorelement in charakteristischer Weise transmittiert und von dem Interdigitaltransducer 17 empfangen. Ebenso wie die Reflexionseigenschaften sind auch die Transmissionseigenschaften eines derartigen oberflächenschallwellensensitiven Elementes 15 von der Hochfrequenzimpedanz abhängig, wie es oben mit Bezug zu der S-Matrix erläutert ist. Aufbringen einer Flüssigkeit mit zur spezifischen Bindung an der funktionalisierten Oberfläche geeigneten Molekülen mit entsprechenden leitfähigen Markern ändert die Hochfrequenzimpedanz des Resonatorelementes 15 und damit die Transmissionseigenschaften, was mit dem Interdigitaltransducer 17 auf einfache Weise nachgewiesen werden kann. Selbstverständlich kann auch eine solche Resonatorgeometrie mehrere parallel zueinander angeordnete Resonatoren aufweisen, wie es für das Reflexionselement in 4 beschrieben ist. 5 shows a transmission geometry. Here is the surface sound wave sensitive element 15 designed as a resonator element. Like the reflective elements, it consists of metallic strips. On the surface acoustic wave generating interdigital transducer 16 opposite side of the resonator element 15 there is a second interdigital transducer 17 from Z. B. the same design and dimensions. One from the interdigital transducer 16 generated surface acoustic wave is transmitted from the resonator element in a characteristic manner and by the interdigital transducer 17 receive. Like the reflection properties, the transmission properties of such a surface-acoustic wave-sensitive element are also significant 15 from the high frequency impedance, as explained above with respect to the S-matrix. Application of a liquid having molecules suitable for specific binding to the functionalized surface with corresponding conductive markers alters the high-frequency impedance of the resonator element 15 and thus the transmission properties, what with the interdigital transducer 17 can be easily detected. Of course, such a resonator geometry may also have a plurality of resonators arranged parallel to one another, as is the case for the reflection element in FIG 4 is described.

Gemäß einer nicht gezeigten Ausgestaltung werden als oberflächenschallwellensensitives Element Koppler, insbesondere Multistripkoppler eingesetzt. Solche Koppler umfassen z. B. eine Anordnung von leitfähigen Metallstreifen, die derart bezüglich eines Interdigitaltransducers angeordnet sind, daß sie in einem Bereich von einer Oberflächenschallwelle getroffen werden, die mit diesem Interdigitaltransducer angeregt wird. Die streifenförmige Metallelektrodenanordnung des Kopplers sendet über die gesamte Ausdehnung des Kopplers Oberflächenschallwellen aus. Eine Anordnung von weiteren Interdigitaltransducern dient als Empfängerarray, wobei diese Empfangsinterdigitaltransducer derart angeordnet sind, daß sie jeweils nur Oberflächenschallwellen aus einem bestimmten Bereich des Kopplers empfangen. Befinden sich z. B. mehrere Meßbereiche im Bereich des Koppelelementes, so kann aus den Signalen, die an den Empfangsinterdigitaltransducern empfangen werden, abgelesen werden, in welchem Bereich des Kopplers eine Störung z. B. durch das Auftreten von spezifischen Bindungsereignissen von mit leitfähigen Markern versehenen Molekülen an der Oberfläche stattgefunden hat.According to one not shown embodiment are as surface sound wave sensitive Element coupler, in particular multi-strip coupler used. Such Couplers include z. B. an array of conductive metal strips, the like in terms of an interdigital transducer are arranged to be in an area hit by a surface acoustic wave which is excited with this interdigital transducer. The strip Metal electrode assembly of the coupler sends over the entire extent of the coupler surface acoustic waves out. An arrangement of further interdigital transducers serves as Receiver array, these receiving interdigital transducers being arranged such that she in each case only surface sound waves receive a specific area of the coupler. Are z. B. several measuring ranges in the region of the coupling element, so can from the signals to are received by the receive interdigital transducers be in which area of the coupler a fault z. B. by the occurrence of specific binding events of with conductive markers provided molecules on the surface took place.

Bei allen beschriebenen Verfahrensführungen können die einzelnen Metallstreifen 6 sich parallel und in gleichem Abstand über das gesamte oberflächenschallwellensensitive Element 14, 15 erstrecken. Ist die Konzentration dermit leitfähigen Markern versehenen Moleküle in der Flüssigkeit jedoch sehr gering, kann es vorteilhaft sein, wenn der Abstand der einzelnen Metallstreifen 6 im Meßbereich 12 geringer ist, so daß eine merkliche kapazitive Kopplung über nur wenige metallische Beads zur Änderung der Hochfrequenzimpedanz möglich ist. Eine solche Anordnung zeigt im Detail die 6. Im Bereich 28 ist der Abstand der Metallstreifen 6 so gewählt, daß er den gewünschten Reflexionseigenschaften der verwendeten Oberflächenschallwelle optimal entspricht. Im Meßbereich 12 sind die einzelnen Metallstreifen näher zusammengeführt. Die Abstände der Streifen 6 werden hier zwischen einigen Nanometern und einigen Mikrometern gewählt, je nach Dichte der beads in der Flüssigkeit. Die Abstände sind größer als der bead-Durchmesser.In all described process guides, the individual metal strips 6 parallel and equidistant over the entire surface acoustic wave sensitive element 14 . 15 extend. However, if the concentration of conductive-tagged molecules in the liquid is very low, it may be advantageous if the spacing of the individual metal strips 6 in the measuring range 12 is less, so that a significant capacitive coupling over only a few metallic beads for changing the high-frequency impedance is possible. Such an arrangement shows in detail the 6 , In the area 28 is the distance of the metal strips 6 chosen so that it optimally corresponds to the desired reflection properties of the surface acoustic wave used. In the measuring range 12 the individual metal strips are brought closer together. The distances of the stripes 6 are chosen here between a few nanometers and a few micrometers, depending on the density of the beads in the liquid. The distances are larger than the bead diameter.

7 zeigt andere Geometrien, die vorteilhaft sein können, wenn z. B. die Konzentration gering ist. Diese Geometrien erhöhen die Sensitivität, da bei gleicher Fläche des Meßbereiches 12 die einzelnen Streifen näher beieinander liegen können und damit eine höhere Empfindlichkeit gewährleisten. 7 shows other geometries, which may be advantageous when z. B. the concentration is low. These geometries increase the sensitivity, since with the same area of the measuring range 12 the individual strips can be closer together and thus ensure a higher sensitivity.

Es sind auch Elektrodenkonfigurationen einsetzbar, die besonders optimiert sind, um das elektrische Feld in der Ebene der Oberfläche noch stärker zu konzentrieren, bzw. so, daß das elektrische Feld außerhalb dieser Ebene noch stärker abfällt. Bei einer nicht dargestellten Verfahrensführung stehen sich im Bereich des Meßbereiches je zwei Elektroden halbkreisförmig gegenüber, so daß das elektrische Feld sich zwischen ihnen im Meßbereich konzentriert.It Also electrode configurations can be used which are especially optimized are to the electric field in the plane of the surface yet stronger too concentrate, or so that the electric field outside this level even stronger drops. In a process management, not shown, are in the field of the measuring range two electrodes each semicircular across from, so that electric field concentrates between them in the measuring range.

8a zeigt als Beispiel die Durchführung eines homodynen Meßprozesses. Mit dem Interdigitaltransducer 16 wird die Oberflächenschallwelle in Richtung 24 erzeugt. Diese wird von dem Reflektorelement 14 in beschriebener Weise reflektiert, wobei die Reflexionseigenschaften von der Hochfrequenzimpedanz des Meßbereiches 12 in beschriebener Weise abhängen. Die Amplitude des Oberflächenschallwellensignals 24 ist mit A bezeichnet. Durch die Reflexion an dem Element 14 ändert sich die Amplitude zu αrA (α: Dämpfung, r: Reflexionskoeffizient). Ein zweiter Interdigitaltransducer 30 ist mit dem ersten Interdigitaltransducer 16 und einem Signalmischer 32 zusammengeschaltet, um einen homodynen Mischprozeß zu ermöglichen, wobei in dem Mischer 32 die Empfangssignale I und II der Interdigitaltransducer 16 und 30 analog multipliziert werden. Am Punkt 34 wird das Signal S abgegriffen. 8a shows as an example the implementation of a homodyne measuring process. With the interdigital transducer 16 becomes the surface sound wave in the direction 24 generated. This is from the reflector element 14 reflected in the manner described, the reflection properties of the high-frequency impedance of the measuring range 12 depend in the manner described. The amplitude of the surface sound wave signal 24 is denoted by A. Through the reflection on the element 14 the amplitude changes to αrA (α: attenuation, r: reflection coefficient). A second interdigital transducer 30 is with the first interdigital transducer 16 and a signal mixer 32 interconnected to allow a homodyne mixing process, wherein in the mixer 32 the received signals I and II of the interdigital transducer 16 and 30 be multiplied by analogy. At the point 34 the signal S is tapped.

Die Signale sind in 8b dargestellt. I zeigt als Rechteckpuls ein vom Interdigitaltransducer 16 ausgesendetes Oberflächenschallwellensignal, das am Reflexionselement 14 reflektiert wird und vom Interdigitaltransducer 16 registriert wird. Am zweiten Interdigitaltransducer 30 wird nur das reflektierte Signal 26 gemessen (II).The signals are in 8b shown. I shows a rectangular pulse from the interdigital transducer 16 emitted surface sound wave signal, the reflection element 14 is reflected and from the interdigital transducer 16 is registered. At the second interdigital transducer 30 only the reflected signal 26 measured (II).

Multiplikation der beiden Signale, wie sie der Mischer 32 durchführt, ergibt das Meßsignal, das in 8b unten (I × II) dargestellt ist. Durch diese Autokorrelationsmessung ist eine zeitaufgelöste Messung nicht notwendig und der Meßprozeß effizienter gestaltet.Multiplication of the two signals, as the mixer 32 performs, the measurement signal, the in 8b below (I × II) is shown. This autocorrelation measurement does not require a time-resolved measurement and makes the measurement process more efficient.

9 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Schallpfad und der Meßbereich getrennt sind. 40 bezeichnet einen zweiten Interdigitaltransducer, der bei der gezeigten Ausgestaltung mit dem oberflächenschallwellenerzeugenden Interdigitaltransducer 16 baugleich ausgestaltet ist. Mit den Elektroden dieses Interdigitaltransducers 40 ist über Zuleitungen 42 ein Meßelement 46 verbunden. Dies ist ein Oberflächenelement, auf dem sich Elektroden 44 in Verbindung mit den Zuleitungen 42 befinden. Dieses Meßelement wird zur Messung in ein Flüssigkeitsbad 48 getaucht, z. B. eine Öffnung einer konventionellen Mikrotiter-Platte. Das Meßelement 46 ist im Bereich der Elektroden ähnlich wie oben für den Meßbereich 12 beschrieben funktionalisiert, um eine spezifische Reaktion mit in der Flüssigkeit befindlichen Molekülen zu ermöglichen. Auf diese Weise können, wie oben für den Flüssigkeitstropfen auf dem Meßbereich 12 beschrieben, mit leitfähigen Markern versehene Moleküle an der Oberfläche des Meßelementes 46 gebunden werden, wodurch sich die Hochfrequenzimpedanz zwischen den Elektroden 44 ändert. Dadurch ändert sich auch die Gesamtimpedanz des oberflächensensitiven Elementes, das den Interdigitaltransducer 40 und das Meßelement 46 umfaßt. Diese Änderung der Gesamtimpedanz läßt sich mit der Oberflächenschallwelle 24 ausmessen, deren Reflexionsverhalten von der Gesamtimpedanz des oberflächenschallwellensensitiven Elementes abhängt. Abweichend von der gezeigten Geometrie ist auch eine Transmissionsmessung möglich, bei der sich auf der dem Interdigitaltransducer 16 gegenüberliegenden Seite des Interdigitaltransducers 40 ein weiterer Interdigitaltransducer befindet, der zum Empfang des transmittierten Teiles der Oberflächenschallwelle dient. 9 shows a further apparatus for performing the method according to the invention, in which the sound path and the measuring range are separated. 40 denotes a second interdigital transducer, which in the embodiment shown with the surface acoustic wave generating interdigital transducer 16 is designed identical. With the electrodes of this interdigital transducer 40 is via supply lines 42 a measuring element 46 connected. This is a surface element on which are electrodes 44 in connection with the supply lines 42 are located. This measuring element is for measurement in a liquid bath 48 dipped, z. B. an opening of a conventional microtiter plate. The measuring element 46 is similar in the area of the electrodes as above for the measuring range 12 functionalized to allow a specific reaction with molecules in the liquid. In this way, as above for the liquid drop on the measuring range 12 described, provided with conductive markers molecules on the surface of the measuring element 46 be bound, causing the high-frequency impedance between the electrodes 44 changes. This also changes the overall impedance of the surface-sensitive element, which is the interdigital transducer 40 and the measuring element 46 includes. This change in the total impedance can be with the surface sound wave 24 measure whose reflection behavior depends on the total impedance of the surface acoustic wave sensitive element. Deviating from the geometry shown, a transmission measurement is also possible, in which the interdigital transducer 16 opposite side of the interdigital transducer 40 another interdigital transducer is located, which serves to receive the transmitted part of the surface acoustic wave.

10 zeigt nur zur ergänzenden Erläuterung die Meßgeometrie bei Auswertung der Hochfrequenzimpedanz des Meßbereiches mit Hilfe eines Vektorvoltmeters 52. 10 only shows the measuring geometry for evaluation of the high-frequency impedance of the measuring range by means of a vector voltmeter for supplementary explanation 52 ,

Ein solches Vektorvoltmeter dient der Messung der Frequenz (ω)-abhängigen Impedanz Z, dargestellt durch den Realteil X und den Imaginärteil y. Das Vektorvoltmeter 52 ist an Elektroden 50 auf einem Festkörperchip 10 angeschlossen. Zwischen den Elektroden 50 befindet sich der Meßbereich 12. Durch spezifische Bindung von metallisch markierten Molekülen an dem Meßbereich 12 ändert sich die Hochfrequenzimpedanz zwischen den Elektroden 50, was mit dem Vektorvoltmeter direkt gemessen werden kann. Das entsprechende Signal kann ausgewertet werden, um Information über die Menge bzw. die Reaktionsdynamik der zwischen den Elektroden 50 gebundenen Moleküle zu erhalten. Ein geschlossener Strompfad ist hierzu nicht notwendig.Such a vector voltmeter is used to measure the frequency (ω) -dependent impedance Z, represented by the real part X and the imaginary part y. The vector voltmeter 52 is on electrodes 50 on a solid state chip 10 connected. Between the electrodes 50 is the measuring range 12 , By specific binding of metal-labeled molecules at the measuring range 12 the high frequency impedance between the electrodes changes 50 What can be measured directly with the vector voltmeter. The corresponding signal can be evaluated in order to obtain information about the quantity or reaction dynamics between the electrodes 50 to obtain bound molecules. A closed current path is not necessary for this.

11a stellt die Messung in einer Brückenschaltung dar, wodurch in bekannter Weise die Hintergrundsignale eliminiert werden können und die Empfindlichkeit erhöht wird. 11a represents the measurement in a bridge circuit, which can be eliminated in a known manner, the background signals and the sensitivity is increased.

In 11b ist gezeigt, wie dies mit Hilfe eines Referenzelementes auf dem Chip 10 erreicht werden kann. In dem Meßbereich 12 ist die Oberfläche zur Reaktion mit Molekülen in der Flüssigkeit 56, die mit metallischen Markern markiert ist, funktionalisiert. Gemessen werden soll der Hochfrequenzwiderstand Z_x des Meßbereiches 12 an den Elektroden 11. In einem weiteren Meßbereich wird der Hochfrequenzwiderstand Z_ref abgegriffen, wobei dieser Bereich nicht funktionalisiert ist. Entsprechende Meßgeometrie gewährleistet, daß das Hintergrundsignal, das z. B. durch die homogen in der Flüssigkeit verteilten und nicht spezifisch gebundenen markierten Moleküle 7 erzeugt wird, nicht mit gemessen wird. Auf diese Weise kann z. B. gemessen werden, mit welcher Zeitkonstante sich die Moleküle 7 in der Flüssigkeit 56 im Meßbereich 12 an der funktionalisierten Oberfläche anlagern.In 11b is shown as this with the help of a reference element on the chip 10 can be achieved. In the measuring range 12 is the surface for reaction with molecules in the liquid 56 functionalized with metallic markers. To be measured is the high frequency resistance Z _{x of} the measuring range 12 at the electrodes 11 , In a further measuring range of the high-frequency resistor Z _{ref is} tapped, this area is not functionalized. Corresponding measuring geometry ensures that the background signal, the z. Example, by the homogeneously distributed in the liquid and not specifically bound labeled molecules 7 is generated, not measured with. In this way, z. B. are measured, with what time constant, the molecules 7 in the liquid 56 in the measuring range 12 attach to the functionalized surface.

Für eine Referenzmessung kann auch ausgenutzt werden, daß ein Interdigitaltransducer in beiden Richtungen senkrecht zu seiner Längserstreckung Oberflächenschallwellen abstrahlt. Ein Interdigitaltransducer kann z. B. zwischen zwei Reflektorstrukturen angeordnet sein. Anregung einer Oberflächenschallwelle mit dem Interdigitaltransducer führt zur Abstrahlung von Oberflächenschallwellen in Richtung beider Reflektoren. Werden die Reflexionseigenschaften eines der Reflektoren durch Bindungsereignisse von mit leitfähigen Markern verbundenen Molekülen an der Oberfläche in z. B. einem vom Schallpfad getrennten Meßbereich geändert, so kann die Differenz der beiden Reflexionssignale ausgewertet werden.For a reference measurement can also be exploited that one Interdigital transducer in both directions perpendicular to it longitudinal extension Surface acoustic wave radiates. An interdigital transducer can, for. B. between two reflector structures be arranged. Excitation of a surface acoustic wave with the interdigital transducer leads to Emission of surface acoustic waves in the direction of both reflectors. Become the reflection properties one of the reflectors by binding events of with conductive markers connected molecules on the surface in z. B. a separate from the sound path measuring range, so the difference the two reflection signals are evaluated.

12 zeigt nur zur ergänzenden Erläuterung ein anderes Verfahren. Dargestellt ist eine Schwingkreisgeometrie 60, wie sie z. B. teilweise auch direkt auf der Oberfläche eines Chips mit Hilfe von lithographischen Techniken dargestellt werden kann. Der Schwingkreis besteht aus einer schematisch dargestellten Spulengeometrie 58 und einer Kapazitätsgeometrie 59. Ein Meßbereich 12, der entsprechend funktionalisiert ist, wird mit einer Flüssigkeit mit den leitfähigen Markern in Verbindung gebracht. Diese binden spezifisch im Bereich der Spulengeometrie 58 und ändern damit über die kapazitive Kopplung deren Hochfrequenzimpedanz, wodurch der Schwingkreis in seiner Frequenz verstimmt wird. Diese Verstimmung läßt sich in bekannter Weise messen und auswerten. Abweichend von der gezeigten Ausführungsform kann der Meßbereich sich selbstverständlich auch im Bereich der Kapazität 59 befinden. 12 shows another method only for supplementary explanation. Shown is a resonant circuit geometry 60 how they z. B. can also be displayed partially directly on the surface of a chip by means of lithographic techniques. The resonant circuit consists of a schematically illustrated coil geometry 58 and a capacity geometry 59 , A measuring range 12 , which is functionalized accordingly, is associated with a liquid with the conductive markers. These bind specifically in the area of the coil geometry 58 and change over the capacitive coupling their high-frequency impedance, whereby the resonant circuit detunes in its frequency becomes. This detuning can be measured and evaluated in a known manner. Notwithstanding the embodiment shown, the measuring range can of course also in the range of capacity 59 are located.

Alle beschriebenen Verfahrensführungen können auch kombiniert bzw. parallel durchgeführt werden, um z. B. Vergleichsmessungen durchführen zu können.All can also process described combined or performed in parallel to z. B. comparative measurements perform too can.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich ganz besonders dazu, die Dynamik von Hybridisierungs-/spezifischen Bindungsereignissen in situ zu studieren. Folgende weitere Anwendungen der Methode sind möglich:The inventive method is particularly suited to the dynamics of hybridization / specific Study binding events in situ. The following additional applications the method are possible:

Kompetitive Reaktionen (Ko-Hybridisierung):Competitive reactions (Co-hybridization):

Durch Markierung einer Spezies A mit nicht-leitenden Beads (Quarz, Plastik) und einer Spezies B mit leitfähigen Beads (z. B. Gold) kann über die Messung der Dynamik Information über kompetitive Hybridisierungsprozesse gewonnen werden. Nur die mit leitfähigen Beads markierten Prozesse tragen signifikant zu einer Veränderung des Hochfrequenzsignals bei. Jeder kompetitive Prozeß mit nicht leitendem Bead an derselben Stelle schwächt naturgemäß das Signal ab, da die mittlere dielektrische Konstante und damit die kapazitive Kopplung dabei sinkt.By Labeling of a species A with non-conductive beads (quartz, plastic) and a species B with conductive Beads (eg gold) can be used over the Measuring the dynamics information about competitive hybridization processes are obtained. Only those with conductive Beads marked processes contribute significantly to a change of the high-frequency signal. Any competitive process with non-executive Bead weakens in the same place naturally the signal since the mean dielectric constant and thus the capacitive Coupling sinks.

„Schmelzkurven"-Messungen:"Melting curves" measurements:

Hier kann man die Dynamik von Bindungs-/Hybridisierungsereignissen als Funktion der Temperatur dynamisch untersuchen. Bei Überschreiten einer gewissen Temperatur wird die Hybridisierung wieder aufgehoben und das Signal nimmt dementsprechend wieder ab.Here one can see the dynamics of binding / hybridization events as Dynamically examine the function of the temperature. When crossing At a certain temperature, hybridization is abolished again and the signal decreases accordingly.

In ähnlicher Weise kann eine „Schmelzkurve" in Abhängigkeit der Salzkonzentration der Lösung aufgenommen werden, in der sich die mit den leitfähigen Markern versehenen Moleküle befinden.In similar Way, a "melting curve" depending on the salt concentration of the solution to be included in which are the ones with the conductive markers provided molecules are located.

Alle ertindungsgemäßen Verfahren bieten die Möglichkeit, auf einfache Weise spezifische Bindungsprozesse nachzuweisen bzw. nach Art und Konzentration der zu untersuchenden Moleküle zu analysieren. Die Auswertung der Hochfrequenzimpedanz ermöglicht es, auch die Reaktionsdynamik zu untersuchen, ohne daß ein geschlossener Strompfad notwendig ist. Ein Waschprozeß, der ebenfalls eine Untersuchung der Reaktionsdynamik verhindern würde, ist ebenfalls nicht notwendig.All according to the invention provide the opportunity easy to detect specific binding processes or to analyze the type and concentration of the molecules to be investigated. The evaluation of the high-frequency impedance also allows the reaction dynamics to examine without a closed current path is necessary. A washing process, too would prevent an investigation of the reaction dynamics is also not necessary.

Claims

Analytical method for analyzing and / or detecting specific binding events between molecules in a liquid and a functionalized surface, in which - a liquid with molecules provided with a conductive marker, with at least one functionalized measuring region ( 12 . 13 ) of a surface ( 10 ), and - the change in a measured quantity is evaluated by the occurrence of direct or indirect specific binding events of the labeled molecules on the functionalized measuring range, the transmission and / or reflection properties of a surface-acoustic wave sensitive element being used as the measured variable Depend on the high-frequency impedance of the measuring range, as the surface of an at least partially piezoelectric surface ( 10 ) is used and for generating surface acoustic waves at least one interdigital transducer ( 16 ) is used, and as a measuring range ( 12 . 13 ) a second part of the surface acoustic wave sensitive element ( 14 . 15 . 40 ), the first part ( 28 ) in the sound path with an interdigital transducer ( 16 ) surface wave and is located as a measuring range of the second part of the surface acoustic wave sensitive element ( 14 . 15 . 40 ) is used, which is not in the sound path.

Analysis method according to claim 1, in which the liquid in the form of a drop is applied to the at least one measuring region ( 12 . 13 ) is applied.

Analysis method according to Claim 2, in which a surface designed in this way is used so that the measuring range ( 12 . 13 ) is wetted by the liquid more than its surroundings.

Analysis method according to one of claims 1 to 3, in which the dependent of the high-frequency impedance quantity during and / or after application the liquid time-dependent is determined to determine the reaction dynamics.

Analysis method according to one of Claims 1 to 4, in which the marker ( 8th ) Gold colloids are used.

Analysis method according to one of Claims 1 to 5, in which the surface-acoustic wave-sensitive element used ( 14 . 15 . 40 ) an arrangement of preferably strip-shaped metal electrodes ( 6 ) on the surface ( 10 ).

Analysis method according to Claim 6, in which the surface acoustic wave sensitive element is a reflector element ( 14 ) which is an array of conductive strips ( 6 ) on the surface substantially perpendicular to the propagation direction of a with the interdigital transducer ( 16 ) produce surface acoustic wave, and the change of the reflection properties for one with the interdigital transducer ( 16 ) is examined, the liquid being sprayed onto an area ( 12 ) of the reflector element ( 14 ) is applied, in which a surface acoustic wave generated by the interdigital transducer, the reflector element ( 14 ) does not apply.

Analysis method according to Claim 7, in which a plurality of reflector elements (12) arranged parallel to one another are provided. 14 ) at different distances from the surface acoustic wave generating interdigital transducer ( 16 ) are used, and it is determined from the transit time of a modified by the application of the liquid reflection signal which of the parallel reflector elements ( 14 ) has changed reflection properties.

Analysis method according to claim 6, wherein a surface acoustic wave sensitive element is a resonator element ( 15 ) is used, which has an arrangement of conductive strips on the surface substantially perpendicular to the propagation direction of one with the interdigital transducer ( 16 ), wherein the liquid is applied to a region of the resonator element ( 15 ) is applied, in which one with the interdigital transducer ( 16 ) generated surface acoustic wave the resonator element ( 15 ) does not meet and the transmission of the Resonatorelementes ( 15 ) with the aid of a second interdigital transducer ( 17 ) is measured.

Analysis method according to one of Claims 6 to 9, in which the surface-acoustic-wave-sensitive element used comprises strip-shaped metal electrodes ( 6 ), which in the measuring range ( 12 ), to which the liquid is applied, a different distance than in that area ( 28 ), in which the of the interdigital transducer ( 16 ) generated surface acoustic wave strikes the surface sound wave sensitive element.

Analysis method according to one of Claims 6 to 10, in which the surface-acoustic wave-sensitive element used comprises metal electrodes which, in the measuring range ( 12 ) which is not in the sound path are optimized so that the electric field between them is mainly in the plane of the surface.

Analysis method according to one of claims 6 to 10, wherein the surface acoustic wave sensitive element used strip Metal electrodes whose distance is not spatially constant.

Analysis method according to one of claims 6 to 10, in which as a surface acoustic wave sensitive Element a weighted interdigital transducer is used.

Analysis method according to Claim 1, in which the surface-acoustic wave-sensitive element used comprises a second interdigital transducer ( 40 ) with a parallel connected measuring element ( 46 ) comprising at least two electrodes ( 44 ) on a surface element ( 46 ), which is brought into contact with the liquid as a measuring region and the reflection and / or transmission properties of the second interdigital transducer ( 17 ) are evaluated as a measured variable for the high-frequency impedance.

An analysis method according to claim 1, wherein the surface of a piezoelectric crystal is used in one direction is cut and on which the interdigital transducer in one Orientation is applied that in the propagation direction of the generated with the interdigital transducer Surface acoustic wave essentially only shear waves occur.

Analysis method according to one of claims 1 to 15, wherein the transmission or reflection signal by a homodynen mixing process in one DC voltage signal is converted.

Examination method for the examination and / or detection of specific binding events of liquid in a liquid with a conductive marker ( 8th ) using an analysis method according to one of claims 1 to 16, in which - the liquid with at least one functionalized measuring range ( 12 . 13 ) of a surface ( 10 ), and - the change of a measured quantity due to the occurrence of specific binding events of the first molecules at the functionalized measuring range ( 12 . 13 ) is evaluated.

The examination method according to claim 17, wherein the functionalization of the at least one measuring range ( 12 . 13 ) is formed by bound to the surface second molecules that can form a specific bond with the first molecules.

Examination method for the investigation and / or detection of specific binding events of second molecules bound to a surface using an analysis method according to one of claims 1 to 16, in which - at least one measuring range ( 12 . 13 ) is brought into contact with the surface of a liquid containing a conductive marker ( 8th ) contains first molecules of known type and in known concentration, and The change of a measured quantity due to the occurrence of specific binding events of the first with those on the surface ( 10 ) bound second molecules is evaluated.

Examination method according to one of claims 18 or 19, in which in the liquid additionally third molecules which contain the specific binding of the first and second molecules enable.

Examination method for the examination and / or detection of specific binding events of third molecules contained in a liquid using an analysis method according to one of claims 1 to 16, in which - first molecules are introduced into the liquid, which are coated with a conductive marker ( 8th ) and can directly or indirectly form a specific bond with the third molecules, the liquid having at least one measuring range ( 12 . 13 ) of a surface ( 10 ) which is at least partially functionalized such that the third molecules can be specifically bound thereto, and - the change in a measurand is evaluated that is dependent on the specific binding of the first molecules mediated by the third molecules to the at least one functionalized one Measuring range ( 12 . 13 ) is caused.

Examination method according to Claim 21, in which the functionalization of the measuring range ( 12 . 13 ) is formed by bound to the surface second molecules that can directly or indirectly form a specific bond with the third molecules.

Use of a method according to one of claims 1 to 22 for investigating the hybridization behavior of nucleic acids, macromolecules such as DNA, oligonucleotides, proteins or antibody / antigen reactions.