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DE102009048790A1 - Biosensor device with filter monitoring device - Google Patents

Biosensor device with filter monitoring device Download PDF

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DE102009048790A1
DE102009048790A1 DE102009048790A DE102009048790A DE102009048790A1 DE 102009048790 A1 DE102009048790 A1 DE 102009048790A1 DE 102009048790 A DE102009048790 A DE 102009048790A DE 102009048790 A DE102009048790 A DE 102009048790A DE 102009048790 A1 DE102009048790 A1 DE 102009048790A1
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Christoph Dr.rer.nat. Heller
Ulrich Dr.rer.nat. Reidt
Alois Dr.rer.nat. Friedberger
Eberhard Rose
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Abstract

Eine Biosensorvorrichtung (10) weist eine Filterüberwachungseinrichtung (32) zum automatischen Überwachen der Funktion eines in der Biosensorvorrichtung (10) vorhandenen Filters (14) auf. Die Filterüberwachungseinrichtung (32) weist mehrere Sensoren auf, die den Differenzdruck über dem Filter (14), die Flussmenge durch den Filter (14), die mechanische Spannung an dem Filter (14) und andere Parameter überwachen. Registriert die Filterüberwachungseinrichtung (32) eine Verstopfung des Filters, aktiviert sie eine Reinigungseinrichtung (60), die den Filter (14) reinigt. Registriert sie dagegen eine Beschädigung des Filters (14), gibt sie ein Signal aus, das eine Wartungsnotwendigkeit anzeigt.A biosensor device (10) has a filter monitoring device (32) for automatically monitoring the function of a filter (14) present in the biosensor device (10). The filter monitor (32) has a plurality of sensors that monitor the differential pressure across the filter (14), the flow rate through the filter (14), the tension on the filter (14), and other parameters. If the filter monitoring device (32) registers a clogging of the filter, it activates a cleaning device (60) which cleans the filter (14). On the other hand, if it registers damage to the filter (14), it outputs a signal indicating maintenance necessity.

Description

Die Erfindung betrifft eine Biosensorvorrichtung zur Detektion von biologischen Partikeln mit einer Detektionseinrichtung, die einen Filter zum Sammeln von biologischen Partikeln aufweist.The invention relates to a biosensor device for detecting biological particles with a detection device having a filter for collecting biological particles.

Bekannte Biosensorvorrichtungen, mit denen das Vorhandensein von biologischen Partikeln wie etwa Bakterien, Viren, Pilzen, Hefen und anderen Mikroorganismen detektiert wird, weisen häufig einen Filter auf, der zum Sammeln und Aufkonzentrieren der biologischen Partikel ausgebildet ist. Eine Probe, die die biologischen Partikel enthält, beispielsweise eine Flüssigkeit oder ein Gas, wird entweder über oder durch den Filter geleitet. Der Filter ist derart ausgestaltet, dass die zu detektierenden biologischen Partikel darin hängen bleiben, während die Probe selbst weiterströmt.Known biosensor devices, which detect the presence of biological particles such as bacteria, viruses, fungi, yeasts and other microorganisms, often have a filter designed to collect and concentrate the biological particles. A sample containing the biological particles, for example a liquid or a gas, is passed either over or through the filter. The filter is designed in such a way that the biological particles to be detected remain suspended while the sample itself continues to flow.

Zum Beispiel werden bei solchen Biosensorvorrichtungen Filter verwendet, die als Membranfilter aus verschiedenen Materialien gebildet sein können. Diese Membranfilter weisen eine Porosität auf, die auf die zu detektierenden Partikel angepasst ist. Damit können die Partikel den Filter nicht durchdringen, während das umgebende Fluid, in dem die Partikel vorhanden sind, den Filter durchströmen kann.For example, such biosensor devices use filters that may be formed as membrane filters of various materials. These membrane filters have a porosity which is adapted to the particles to be detected. Thus, the particles can not penetrate the filter, while the surrounding fluid, in which the particles are present, can flow through the filter.

Solche Filter haben jedoch den Nachteil, dass sich die Poren, die dazu ausgebildet sind, die biologischen Partikel einzufangen, gerade durch diesen Einfangprozess mit den biologischen Partikeln zusetzen. Dieses Zusetzen macht den Filter im schlechtesten Fall bereits nach der ersten Verwendung für weitere Detektionen unbrauchbar. Beispiele für Biosensorvorrichtungen zur Detektion von biologischen Partikeln, die einen Membranfilter zum Ausfiltern von biologischen Partikeln zwecks Detektion aufweisen, finden sich beispielsweise in der WO 2005/102528 A1 und der WO 03/005013 A1 .However, such filters have the disadvantage that the pores, which are designed to trap the biological particles, just enforce this trapping process with the biological particles. In the worst case, this addition renders the filter unusable for further detection after the first use. Examples of biosensor devices for the detection of biological particles which have a membrane filter for filtering out biological particles for detection can be found for example in US Pat WO 2005/102528 A1 and the WO 03/005013 A1 ,

Wie in der US 5726026 und der US 2006/0257941 A1 beschrieben, wird das Problem des verstopften Filters insofern gelöst, dass dieser nach der Durchführung des Detektionsschrittes entsorgt wird. So wird eine Kontamination zwischen nacheinander folgenden Proben verhindert und die Funktionstüchtigkeit des Filters bei allen durchgeführten Tests garantiert.Like in the US 5726026 and the US 2006/0257941 A1 described, the problem of the clogged filter is solved in that it is disposed of after performing the detection step. This prevents contamination between successive samples and guarantees the functionality of the filter in all tests performed.

In jüngerer Zeit besteht jedoch der Wunsch nach einem qualitativ hochwertigen Filter, der eine große Widerstandsfähigkeit insbesondere gegen bei der Detektion verwendeter Chemikalien als auch gegen sonstige äußere Einflüsse wie beispielsweise Stösse aufweist.Recently, however, there is a desire for a high-quality filter, which has a high resistance especially against chemicals used in the detection as well as other external influences such as bumps.

Gemäß der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 035 772.3 , auf die für weitere Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird, wird vorgeschlagen, einen solchen widerstandsfähigen Filter aus Diamant herzustellen. Solche Filter sind jedoch zu teuer, um sie nach jedem Detektionsschritt zu entsorgen.According to the not previously published German patent application DE 10 2008 035 772.3 , to which reference is expressly made for further details, it is proposed to produce such a durable diamond filter. However, such filters are too expensive to dispose of after each detection step.

Daher besteht der Wunsch, dass der Filter gereinigt werden kann, um ihn wieder verwenden zu können. Eine Detektionsvorrichtung, in der die Möglichkeit zur Reinigung des Filters beschrieben ist, um diesen wieder zu verwenden, ist in der WO 2008/135452 A2 offenbart. Hier ist beschrieben, dass der Filter mehrmals verwendbar ist, indem er durch geeignete Chemikalien regeneriert und/oder konditioniert wird und dies durch entsprechend gesteuerte Pumpen und Ventile ermöglicht wird.Therefore, there is a desire that the filter can be cleaned in order to use it again. A detection device, in which the possibility for cleaning the filter is described in order to reuse it, is in the WO 2008/135452 A2 disclosed. Here it is described that the filter is usable several times by being regenerated and / or conditioned by suitable chemicals and this is made possible by appropriately controlled pumps and valves.

Eine routinemäßige Reinigung des Filters, selbst wenn sie nach jedem Detektionstest durchgeführt wird, garantiert jedoch nicht die volle Funktionsfähigkeit des so aufbereiteten Filters. Trotz Reinigung können immer noch biologische Partikel die Filterporen verstopfen und somit die nachfolgende Probe kontaminieren. Ein sauberes Testergebnis kann durch die bloße standardisierte Reinigung des Filters nicht garantiert werden.However, routine cleaning of the filter, even if performed after each detection test, does not guarantee the full functionality of the filter so prepared. Despite cleaning, biological particles can still clog the filter pores and thus contaminate the subsequent sample. A clean test result can not be guaranteed by the mere standard cleaning of the filter.

Weiter kann eine Reinigung auch nicht dafür garantieren, dass der Filter mit der Zeit nicht beschädigt wird. Selbst wenn der Filter durch den regulären Reinigungsprozess komplett von den zusetzenden biologischen Partikeln befreit wird, kann die Detektion immer noch dadurch beeinträchtigt werden, dass der Filter einen Bruch oder Riss aufweist und damit nicht mehr zum Herausfiltern der biologischen Partikel aus der Probe geeignet ist.Further, cleaning can not guarantee that the filter will not be damaged over time. Even if the filter is completely freed from the adding biological particles by the regular cleaning process, the detection can still be affected by the fact that the filter has a fracture or crack and thus is no longer suitable for filtering out the biological particles from the sample.

Es besteht daher ein Bedürfnis, eine hinsichtlich der vorerwähnten Probleme verbesserte Biosensorvorrichtung zu schaffen.Therefore, there is a need to provide a biosensor device improved in view of the aforementioned problems.

Allgemein ist es Aufgabe der Erfindung, eine wartungsarme Biosensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen, die eine höhere Betriebssicherheit als bisherige Biosensorvorrichtungen hat.In general, it is an object of the invention to provide a low-maintenance biosensor device which has a higher reliability than previous biosensor devices.

Diese Aufgabe wird durch eine Biosensorvorrichtung gelöst, die eine Filterüberwachungseinrichtung aufweist.This object is achieved by a biosensor device having a filter monitoring device.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Vorzugsweise weist eine Biosensorvorrichtung zur Detektion von biologischen Partikeln eine Detektionseinrichtung zur Detektion der in der Probe vorhandenen biologischen Partikel auf, wobei die Detektionseinrichtung einen Filter zum Sammeln von biologischen Partikeln zwecks Detektion hat. Von besonderem Vorteil ist es, wenn in der Biosensorvorrichtung eine Filterüberwachungseinrichtung vorgesehen ist, die automatisch die Funktion des Filters überwacht. Es ist vorteilhaft, wenn diese Filterüberwachungseinrichtung sowohl ein Verstopfen des Filters als auch einen Defekt des Filters in Form von Rissen oder Brüchen erkennen kann und daraufhin ein Signal ausgeben kann, das eine solche Disfunktion des Filters anzeigt.Preferably, a biosensor device for detecting biological particles has a detection device for detecting the biological particles present in the sample, wherein the detection device has a filter for collecting biological particles for the purpose of detection. Of particular advantage is when in the Biosensorvorrichtung a filter monitoring device is provided, which automatically monitors the function of the filter. It is advantageous if this filter monitoring device can detect both a clogging of the filter and a defect of the filter in the form of cracks or breaks and can then output a signal indicating such a dysfunction of the filter.

Vorteilhaft weist die Filterüberwachungseinrichtung wenigstens eine Differenzdruckmesseinrichtung zur Messung eines Differenzdruckes über dem Filter auf. In dieser Differenzdruckmesseinrichtung ist vorzugsweise mindestens ein Drucksensor vorgesehen. Von besonderem Vorteil ist es, wenn zwei Drucksensoren vorgesehen sind, die den Differenzdruck über dem Filter messen können. Die beiden Drucksensoren sind in Flussrichtung der Probe, in der die biologischen Partikel, die detektiert werden sollen, vorhanden sind, vor und nach dem Filter angeordnet und zeigen die Druckdifferenz zwischen dem Bereich vor dem Filter und dem Bereich nach dem Filter an. Wird durch die Differenzdruckmesseinrichtung eine extrem hohe Druckdifferenz zwischen den beiden Drucksensoren festgestellt, deutet dies auf eine Verstopfung der Filtermembran hin.Advantageously, the filter monitoring device has at least one differential pressure measuring device for measuring a differential pressure across the filter. In this differential pressure measuring device, at least one pressure sensor is preferably provided. It is particularly advantageous if two pressure sensors are provided which can measure the differential pressure across the filter. The two pressure sensors are located in the flow direction of the sample in which the biological particles to be detected are located before and after the filter and indicate the pressure difference between the area in front of the filter and the area after the filter. If an extremely high pressure difference between the two pressure sensors is detected by the differential pressure measuring device, this indicates a blockage of the filter membrane.

Weiter vorzugsweise weist die Filterüberwachungseinrichtung wenigstens eine Flussmengenmesseinrichtung zur Messung eines Flusses durch den Filter auf. Diese Flussmengenmesseinrichtung kann vorzugsweise zur Regelung einer Flussrate verwendet werden, um diese konstant zu halten. Bei einer verstopften Filtermembran würde sich bei konstanter Flussrate der Differenzdruck zwischen den beiden Drucksensoren erhöhen, wodurch ein allmähliches Verstopfen des Filters erkannt werden kann.Further preferably, the filter monitoring device has at least one flow quantity measuring device for measuring a flow through the filter. This flow rate measuring device can preferably be used to control a flow rate in order to keep it constant. With a clogged filter membrane, the differential pressure between the two pressure sensors would increase at a constant flow rate, whereby a gradual clogging of the filter can be detected.

Vorteilhaft weist die Filterüberwachungseinrichtung eine Spannungsmesseinrichtung zur Messung einer mechanischen Spannung an dem Filter auf. Mit einer solchen Spannungsmesseinrichtung kann die Durchbiegung bzw. die Spannung in der Filtermembran überwacht werden. Bei mikromechanischen Filtern ist dies vorteilhaft dadurch möglich, dass die Spannungsmesseinrichtung ein piezoelektrisches Element aufweist, in das piezoresistive Sensoren oder DMS-Sensoren integriert sind. Dadurch können sogar vorteilhaft die Drucksensoren entfallen, was vor allem bei miniaturisierten Systemen von Vorteil ist. Risse in der Membran können erkannt werden, da sich bei vorbestimmter Flussrate und Differenzdruck die mechanischen Spannungen im Falle eines Risses verändern.Advantageously, the filter monitoring device has a voltage measuring device for measuring a mechanical stress on the filter. With such a voltage measuring device, the deflection or the voltage in the filter membrane can be monitored. In the case of micromechanical filters, this is advantageously possible because the voltage measuring device has a piezoelectric element in which piezoresistive sensors or strain gage sensors are integrated. As a result, the pressure sensors can even advantageously be dispensed with, which is advantageous, above all, in the case of miniaturized systems. Cracks in the membrane can be detected because at a predetermined flow rate and differential pressure, the mechanical stresses in the event of a crack change.

Weiter vorzugsweise weist die Filterüberwachungseinrichtung einen Leitungspfad zur Herstellung einer elektrischen Verbindung auf dem Filter auf. Der Leitungspfad bedeckt die aktive Oberfläche der Filtermembran. Wenn die Membran bricht oder einen Riss erhält, wird auch der Leitungspfad zerstört und verliert seine Leitfähigkeit, wodurch ein Defekt an der Membran detektiert werden kann.Further preferably, the filter monitoring device has a conduction path for establishing an electrical connection on the filter. The conduction path covers the active surface of the filter membrane. If the membrane breaks or gets cracked, the conduction path is also destroyed and loses its conductivity, whereby a defect can be detected on the membrane.

Vorzugsweise weist die Filterüberwachungseinrichtung eine optische Detektionseinheit und eine Lichtquelle auf einer der optischen Detektionseinheit abgewandten Seite des Filters auf. Die optische Detektionseinheit kann beispielsweise ein Photomultiplier sein. Wird der Filter von einer Seite mit Licht aus der Lichtquelle beschienen, sollte die optische Detektionseinheit, die sich auf der gegenüberliegenden Seite des Filters befindet, keine Erhöhung der Lichtintensität, die durch den Photomultiplier gemessen wird, messen, solange der Filter intakt ist. Nur im Falle einer gebrochenen Filtermembran dringen mehr Photonen durch den Filter hindurch und können durch den Photomultiplier detektiert werden. Ein Anstieg in der gemessenen Lichtintensität zeigt damit einen Bruch oder Riss in der Filtermembran an.The filter monitoring device preferably has an optical detection unit and a light source on a side of the filter facing away from the optical detection unit. The optical detection unit may be, for example, a photomultiplier. If the filter is illuminated from one side with light from the light source, the optical detection unit located on the opposite side of the filter should not measure an increase in the light intensity measured by the photomultiplier while the filter is intact. Only in the case of a broken filter membrane will more photons pass through the filter and be detected by the photomultiplier. An increase in the measured light intensity indicates a break or tear in the filter membrane.

Vorteilhaft ist die Filterüberwachungseinrichtung zur Detektion der Porosität des Filters ausgebildet. Ein Indiz für eine defekte Membran ist der Strömungswiderstand, der durch die Filtermembran aufgebaut wird. Dieser Widerstand hängt u. a. von der Porosität des Filters ab. Kommt es zu einer Rissbildung, erhöht sich die Porosität schlagartig und der Strömungswiderstand nimmt ab. Diese Erhöhung der Porosität kann über das Verhältnis Druckänderung:Flussänderung:Volumenänderung ermittelt werden.Advantageously, the filter monitoring device is designed to detect the porosity of the filter. An indication of a defective membrane is the flow resistance that builds up through the filter membrane. This resistance depends u. a. from the porosity of the filter. If cracking occurs, the porosity increases abruptly and the flow resistance decreases. This increase in porosity can be determined by the ratio of pressure change: flow change: volume change.

Weiter vorteilhaft ist der Filterüberwachungseinrichtung wenigstens eine Pumpe zum Transportieren der Fluide zugeordnet und/oder sie ist mit dieser verbunden. Die Pumpe transportiert die Probe und eventuelle Detektionsreagenzien durch die Biosensorvorrichtung und insbesondere durch den Filter. Sie ist verantwortlich für die Flussrate und den Differenzdruck, die im Bereich des Filters herrschen. Die Flussrate kann durch eine Regelung der Pumpe konstant gehalten werden. Bei einem verstopften Filter ist der Durchfluss durch den Filter generell gehindert, wodurch die Pumpe besonders viel Arbeit leisten muss, um das Fluid durch den Filter hindurch zu pumpen. Eine Verstopfung oder eine beginnende Verstopfung des Filters kann daher dadurch erkannt werden, dass der Leistungsverbrauch bzw. das Drehmoment der Pumpe überwacht wird, um zu erkennen, ob die Pumpe auf Volllast läuft.Further advantageously, the filter monitoring device is associated with at least one pump for transporting the fluids and / or it is connected thereto. The pump transports the sample and any detection reagents through the biosensor device and in particular through the filter. It is responsible for the flow rate and differential pressure prevailing in the filter area. The flow rate can be kept constant by controlling the pump. With a clogged filter, the flow through the filter is generally hindered, which requires a lot of work by the pump to pump the fluid through the filter. Blockage or incipient blockage of the filter can therefore be detected by monitoring the power consumption or torque of the pump to see if the pump is running at full load.

Daher ist es von Vorteil, wenn die Filterüberwachungseinrichtung eine Lastmesseinrichtung zur Messung der auf die Pumpe wirkenden Last aufweist. Dadurch lassen sich Verstopfungen oder sogar schon Teilverstopfungen des Filters oder von Bereichen der in der Biosensorvorrichtung vorhandenen Fluidikeinrichtung erkennen.Therefore, it is advantageous if the filter monitoring device has a load measuring device for measuring the load acting on the pump. As a result, blockages or even partial blockages of the filter or of areas of the fluidics device present in the biosensor device can be detected.

Da die Filterüberwachungseinrichtung mit mehreren Sensoren zur Überwachung des Filters verbunden ist, ist es von Vorteil, wenn sie über eine Filterüberwachungssteuerungseinrichtung verfügt, die die Signale von den einzelnen Bauteilen empfängt und/oder verarbeitet und, je nach Signal, zur Ausgabe eines Abschaltbefehls für die Biosensorvorrichtung ausgebildet ist. Sollte die Filterüberwachungseinrichtung mit Hilfe dieser Steuerungseinrichtung erkennen, dass der Filter verstopft oder beschädigt ist, ist eine genaue Detektion der biologischen Partikel nicht mehr möglich. Es ist dann nötig, dass die Biosensorvorrichtung gewartet wird, indem entweder der Filter gereinigt wird (im Falle einer Verstopfung) oder ausgetauscht wird (im Falle einer Beschädigung oder bei einer so starken Verstopfung, dass diese nicht mehr beseitigt werden kann). Since the filter monitor is connected to a plurality of sensors for monitoring the filter, it is advantageous if it has a filter monitoring controller which receives and / or processes the signals from the individual components and, depending on the signal, outputs a shutdown command for the biosensor device is trained. If the filter monitoring device detects with the aid of this control device that the filter is clogged or damaged, accurate detection of the biological particles is no longer possible. It is then necessary to maintain the biosensor device either by cleaning the filter (in the event of blockage) or by replacing it (in the event of damage or clogging so severe that it can not be removed).

Vorzugsweise empfängt die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung die Signale der Differenzdruckmesseinrichtung und/oder der Flussmengenmesseinrichtung und/oder der Spannungsmesseinrichtung und/oder des Leitungspfades und/oder der optischen Detektionseinheit und/oder der Lastmesseinrichtung. Durch den Empfang der Signale ist sie daher fähig, bei jeglicher Beeinträchtigung der Biosensorvorrichtung einen Abschaltbefehl und ein Warnsignal auszugeben, das anzeigt, dass die Biosensorvorrichtung nicht in der vorgesehenen Weise funktioniert.The filter monitoring control device preferably receives the signals of the differential pressure measuring device and / or the flow quantity measuring device and / or the voltage measuring device and / or the line path and / or the optical detection unit and / or the load measuring device. By receiving the signals, therefore, it is capable of outputting a shutdown command and a warning signal indicating that the biosensor device is not functioning as intended, in the event of any degradation of the biosensor device.

Wenn die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung weiter vorzugsweise eine Auswerteeinrichtung zum Auswerten der von der Filterüberwachungssteuerungseinrichtung empfangenen Signale aufweist, ist sie dazu fähig, die empfangenen Signale auch auszuwerten und richtig zu deuten. Beispielsweise hängt die Flussrate durch einen Filter von vielen unterschiedlichen Parametern ab. Wesentliche Einflussfaktoren sind u. a. die Filterporosität, die Membrandicke und der angelegte Druck. Verwendet man ähnliche Filter (gleiche Membrandicke und Porosität), stellen sich bei einem funktionierenden System mit intakten Filtern ähnliche Fluss-/Druckcharakteristiken ein. Benutzt man einen neuen Filter, ist es vorteilhaft zuerst eine Fluss-/Druckcharakteristik zu erstellen. Da sich die Durchflusseigenschaften des Filters im Betrieb nur verschlechtern können, kann über die Historie der Fluss-/Druckcharakteristik eine gebrochene Membran festgestellt werden. Ist eine Filtermembran gebrochen, kommt es zu einem höheren Fluss durch die Membran bei niedrigerem Differenzdruck. Als Ergebnis erhält man zusätzlich ein erhöhtes gefiltertes Gesamtvolumen bei gleicher Zeit. Eine Auswerteeinrichtung kann diese verschiedenen Faktoren miteinander ins Verhältnis setzen und daraus schließen, ob der Filter weiter funktionstüchtig ist oder ob er verstopft ist oder ob er in irgendeiner Weise beschädigt ist.If the filter monitoring control device further preferably has an evaluation device for evaluating the signals received by the filter monitoring control device, it is also able to evaluate the received signals and to interpret them correctly. For example, the flow rate through a filter depends on many different parameters. Essential influencing factors are u. a. the filter porosity, the membrane thickness and the applied pressure. By using similar filters (same membrane thickness and porosity), the flow / pressure characteristics of a functioning system with intact filters will be similar. Using a new filter, it is advantageous to first create a flow / pressure characteristic. Since the flow properties of the filter can only deteriorate during operation, a broken membrane can be determined via the history of the flow / pressure characteristic. If a filter membrane is broken, there is a higher flow through the membrane at a lower differential pressure. As a result, one additionally obtains an increased filtered total volume at the same time. An evaluation device can relate these various factors to each other and conclude whether the filter is still functional, whether it is clogged or if it is damaged in any way.

Weiter vorzugsweise ist eine Reinigungseinrichtung zum automatischen Reinigen des Filters vorgesehen. Erst durch die Reinigung des Filters wird es möglich, dass dieser mehrfach verwendet werden kann, wobei es vorteilhaft ist, wenn diese Reinigung automatisch erfolgt und so einen möglichst geringen Wartungsaufwand erfordert.Further preferably, a cleaning device for automatically cleaning the filter is provided. Only by cleaning the filter, it is possible that this can be used several times, and it is advantageous if this cleaning takes place automatically and thus requires the lowest possible maintenance.

Vorzugsweise weist der Filter eine Heizvorrichtung auf, mit der Fluide wie Reinigungsflüssigkeiten und/oder Detektionsflüssigkeiten wie z. B. Farbstoffe lokal temperiert werden können. Vorteilhaft weist der Filter dazu wenigstens eine Heizerstruktur auf, die besonders bevorzugt eine Leiterbahn als Heizmäander umfasst, und die vorzugsweise durch eine Passivierungsschicht aus SiO2, Al2O3, SiC oder diamantähnlichen Schichten geschützt werden kann. Vorteilhafterweise erfolgt auch die Temperaturmessung am Filter, besonders bevorzugt durch den Heizmäander und/oder durch einen separaten Leitermäander und/oder ein integriertes Thermoelement und/oder einen pn-Übergang.Preferably, the filter has a heating device, with the fluids such as cleaning fluids and / or detection fluids such. B. dyes can be tempered locally. Advantageously, the filter for this purpose has at least one heater structure, which particularly preferably comprises a conductor track as Heizmäander, and which can preferably be protected by a passivation layer of SiO 2 , Al 2 O 3 , SiC or diamond-like layers. Advantageously, the temperature measurement is also carried out on the filter, particularly preferably by the heating meander and / or by a separate conductor meander and / or an integrated thermocouple and / or a pn junction.

Da der Filter vorzugsweise durch Quer- und/oder Durchspülen mit Fluiden gereinigt wird, sind vorteilhaft mehrere Gefäße in der Biosensorvorrichtung vorgesehen, in denen diese Fluide gelagert werden. Durch diese Lagerung wird ein automatischer Betrieb der Reinigungseinrichtung ermöglicht, da so, je nach Größe des Gefäßes, nur selten die Fluide aufgefüllt werden müssen.Since the filter is preferably cleaned by transverse and / or flushing with fluids, advantageously several vessels are provided in the biosensor device in which these fluids are stored. By this storage, an automatic operation of the cleaning device is made possible, as so, depending on the size of the vessel, rarely the fluids must be replenished.

Damit wenigstens eines der in den mehreren Gefäßen gelagerten Fluide zur Reinigung des Filters herangezogen werden kann, ist es von Vorteil, wenn dieses Fluid eine Reinigungsflüssigkeit ist. Sie kann zu dem Filter transportiert werden, wenn wenigstens das Gefäß, in dem sie gelagert ist, z. B. über ein Ventil mit der Reinigungseinrichtung verbunden ist. Vorzugsweise ist ein Ventil vorgesehen, das mehrere Gefäße anwählen kann. Damit können, je nach Ventilstellung, auch unterschiedliche Reinigungsflüssigkeiten zu der Reinigungseinrichtung bzw. zu dem Filter transportiert werden. Es können damit sowohl mehrere nacheinander folgende Reinigungsschritte mit verschiedenen Flüssigkeiten durchgeführt werden, aber auch der Reinigungsprozess auf die Anforderungen je nach der Art der detektierten biologischen Partikel angepasst werden.So that at least one of the fluids stored in the plurality of vessels can be used to clean the filter, it is advantageous if this fluid is a cleaning fluid. It can be transported to the filter if at least the vessel in which it is stored, for. B. is connected via a valve with the cleaning device. Preferably, a valve is provided which can select multiple vessels. Thus, depending on the valve position, also different cleaning fluids can be transported to the cleaning device or to the filter. It can thus both several successive cleaning steps are performed with different liquids, but also the cleaning process can be adapted to the requirements depending on the nature of the detected biological particles.

Zum Transport der Reinigungsflüssigkeit ist es von Vorteil, wenn die Reinigungseinrichtung eine Pumpe aufweist. Diese Pumpe kann die Reinigungsflüssigkeit aus dem Gefäß, in dem sie gelagert ist, zu dem Filter pumpen. Für einen einfachen Aufbau der Biosensorvorrichtung ist es vorteilhaft, wenn die Pumpe nicht nur zum Pumpen der Reinigungsflüssigkeit aus ihrem Gefäß zum Filter vorgesehen ist, sondern auch andere Funktionen übernehmen kann. Darunter fallen nicht nur das Pumpen sämtlicher Fluide, die in den mehreren Gefäßen gelagert sind, sondern auch das Pumpen der fluiden Probe. Um Kontaminationen zu verhindern, können aber auch mehrere Pumpen in der Biosensorvorrichtung vorgesehen sein, je nach dem, welche Bedürfnisse die Biosensorvorrichtung erfüllen soll. Soll sie beispielsweise transportabel sein und in Fahrzeuge integrierbar sein, ist es von Vorteil, wenn sie möglichst kleine Ausmaße aufweist. Bei einer festen Verwendung oder einer Verwendung in größeren Fahrzeugen, kann sie auch größere Ausmaße haben. Dann ist es möglich, mehrere Pumpen in der Biosensorvorrichtung vorzusehen.For transporting the cleaning liquid, it is advantageous if the cleaning device has a pump. This pump can pump the cleaning fluid from the vessel in which it is stored to the filter. For a simple construction of the biosensor device, it is advantageous if the pump is not only provided for pumping the cleaning liquid from its vessel to the filter, but can also assume other functions. This does not only include the pumping of all Fluids stored in the several vessels, but also pumping the fluid sample. In order to prevent contamination, but also several pumps may be provided in the biosensor device, depending on what needs to meet the biosensor device. If, for example, it is to be transportable and to be able to be integrated into vehicles, it is advantageous if it has the smallest possible dimensions. For fixed use or for use in larger vehicles, it may also be larger in size. Then it is possible to provide several pumps in the biosensor device.

Vorzugsweise ist die Pumpe derart ausgebildet, dass sie die Reinigungsflüssigkeit sowohl über den Filter pumpen, als sie auch rück- und/oder querspülen kann. Das heißt, die Pumpe sollte zum Pumpen in wenigstens zwei verschiedene Richtungen ausgebildet sein.Preferably, the pump is designed such that they both pump the cleaning fluid through the filter, as they can also backwash and / or backwash. That is, the pump should be designed to pump in at least two different directions.

Vorzugsweise ist die Pumpe der Filterüberwachungseinrichtung als Pumpe zum Pumpen der Reinigungsflüssigkeit ausgebildet. So kann die Pumpe mehrere Funktionen erfüllen, nämlich zur Überwachung des Filters dienen, ob dieser verstopft oder beschädigt ist, und gleichzeitig die Reinigungsfllüssigkeit von dem Gefäß zur Lagerung zu dem Filter hin transportieren. Durch einen solchen Aufbau kann Platz in der Biosensorvorrichtung eingespart werden.Preferably, the pump of the filter monitoring device is designed as a pump for pumping the cleaning liquid. Thus, the pump can perform several functions, namely to monitor the filter, whether it is clogged or damaged, and at the same time transport the cleaning liquid from the vessel for storage to the filter. Such a construction can save space in the biosensor device.

Vorzugsweise ist die Reinigungsflüssigkeit auch gleichzeitig eine Reaktionsflüssigkeit, die bei der Detektion der biologischen Partikel in der Biosensorvorrichtung verwendet wird. Auch dadurch kann Platz in der Biosensorvorrichtung gespart werden, da statt vieler Gefäße, einige für Reinigungsflüssigkeiten und einige für Reaktionsflüssigkeiten, nur wenige Gefäße zur Lagerung ausgewählter Flüssigkeiten vorhanden sein müssen.Preferably, the cleaning liquid is also at the same time a reaction liquid used in the detection of the biological particles in the biosensor device. Also, this space can be saved in the biosensor device, since instead of many vessels, some for cleaning fluids and some for reaction liquids, only a few vessels for storage of selected fluids must be present.

Vorteilhaft ist die Reinigungsflüssigkeit eine Säure oder eine Base oder ein Alkohol oder ein Detergenz. Je nach der Art der Verunreinigung des Filters ist es vorteilhaft, wenn unterschiedliche funktionelle Reinigungsflüssigkeiten verwendet werden können. Um den Filter möglichst schonend zu reinigen, kann die Säure oder die Base eine schwache Säure oder eine schwache Base sein. Reicht dies zur Reinigung des Filters jedoch nicht aus, ist es auch möglich, eine stärkere oder starke Säure bzw. eine starke Base zur Reinigung des Filters zu verwenden. Organische Verunreinigungen werden vorzugsweise durch Alkohole oder Detergentien entfernt. Es ist auch vorstellbar, mehrere Reinigungsschritte durchzuführen, bei denen unterschiedliche Reinigungsflüssigkeiten nacheinander über den Filter gespült werden.Advantageously, the cleaning fluid is an acid or a base or an alcohol or a detergent. Depending on the type of contamination of the filter, it is advantageous if different functional cleaning fluids can be used. In order to clean the filter as gently as possible, the acid or the base may be a weak acid or a weak base. If this is not enough to clean the filter, it is also possible to use a stronger or stronger acid or a strong base to clean the filter. Organic contaminants are preferably removed by alcohols or detergents. It is also conceivable to carry out several cleaning steps in which different cleaning liquids are rinsed successively over the filter.

Vorteilhaft ist eine Temperiereinrichtung zum Temperieren der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen. Ein Erhitzen kann den Reinigungsprozess des Filters beschleunigen. Gleichzeitig kann jedoch auch eine Kühlung des Filters nötig sein, wenn die Reaktion der Reinigungsflüssigkeit mit dem biologischen Material Hitze freisetzt und somit den Filter angreifen könnte. Die Temperiereinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie auf den Reinigungsprozess des Filters mit der Reinigungsflüssigkeit optimiert ist. Je nach Art der verwendeten Reinigung ist es von Vorteil, wenn die zur Reinigung verwendete Flüssigkeit in temperierter Form zugeführt werden kann. Hierzu sollte die Detektionskammer und/oder die Messkammer z. B. durch Heizpatronen heizbar sein. Auch eine Temperierung der Flüssigkeit durch eine Schlauchheizung ist möglich.A tempering device for tempering the cleaning liquid is advantageously provided. Heating can speed up the cleaning process of the filter. At the same time, however, a cooling of the filter may be necessary if the reaction of the cleaning fluid with the biological material releases heat and thus could attack the filter. The tempering device is preferably designed such that it is optimized for the cleaning process of the filter with the cleaning liquid. Depending on the type of cleaning used, it is advantageous if the liquid used for cleaning can be supplied in tempered form. For this purpose, the detection chamber and / or the measuring chamber z. B. be heated by cartridge heaters. A temperature of the liquid by a hose heating is possible.

Vorzugsweise sind zur Vermeidung von Überhitzung und Unterkühlung Temperatursensoren an den Gefäßen und dem Filter vorgesehen. Um die genaue Temperatur der Flüssigkeit bestimmen zu können, wird ein Temperatursensor vorteilhafterweise direkt in den Fluss eingebracht. Am meisten bevorzugt sitzt der Temperatursensor in unmittelbarer Nähe zum Mikrofilter. Ein Temperatursensor lässt sich auch auf dem Filter integrieren. Dies kann erfolgen durch Implantation einer PN-Diode in einer Siliziummembran, Aufbringen von Leiterbahnen unterschiedlicher Materialien, um ein Thermoelement zu bilden, oder Aufbringen eines Leiterbahnmäanders, der in Form einer temperaturabhängigen Widerstandsänderung die Temperaturmessung ermöglicht. Die Temperatursensoren können jeweils durch eine Passivierungsschicht geschützt sein.Preferably, temperature sensors are provided on the vessels and the filter to avoid overheating and hypothermia. In order to be able to determine the exact temperature of the liquid, a temperature sensor is advantageously introduced directly into the flow. Most preferably, the temperature sensor sits in close proximity to the microfilter. A temperature sensor can also be integrated on the filter. This can be done by implanting a PN diode in a silicon membrane, applying traces of different materials to form a thermocouple, or applying a Leiterbahnmäanders that allows in the form of a temperature-dependent change in resistance temperature measurement. The temperature sensors can each be protected by a passivation layer.

Vorteilhaft ist eine Recycling-Einrichtung zur Wiederaufbereitung der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen. Um den Vorrat an Reinigungsflüssigkeit so gering wie möglich zu halten, ist es sinnvoll, die Reinigungsflüssigkeit nach Verwendung zu recyclen. Dazu kann diese in einem extra Behälter aufgefangen werden und vor der nächsten Verwendung durch ein Partikelsieb gereinigt werden (klassischer Filter).Advantageously, a recycling device is provided for the reprocessing of the cleaning liquid. In order to keep the supply of cleaning liquid as low as possible, it makes sense to recycle the cleaning liquid after use. This can be collected in an extra container and cleaned before use by a particle sieve (classic filter).

Vorzugsweise weist die Recycling-Einrichtung ein Partikelsieb und/oder Aktivkohle auf. Filter und Reinigungsflüssigkeit sind vorteilhaft nach einer maximalen Anzahl von Verwendungen auswechselbar. Es ist auch möglich, zunächst mit recycelter Reinigungsflüssigkeit zu reinigen und als letzten Reinigungsschritt noch mit einer geringen Menge frischer Lösung nachzureinigen.Preferably, the recycling device has a particle screen and / or activated carbon. Filter and cleaning fluid are advantageously interchangeable after a maximum number of uses. It is also possible first to clean with recycled cleaning liquid and then to clean with a small amount of fresh solution as the last cleaning step.

Vorteilhaft weist die Reinigungseinrichtung einen Schallgenerator, insbesondere eine Ultraschalleinheit, bzw. eine Megaschalleinheit, zum Beaufschlagen des Filters mit Schallwellen auf. Die Reinigung von Siliziumwafern und anderen Oberflächen mittels Megaschall ist eine etablierte Methode in der Halbleiter- und Mikroelektronikindustrie. Bislang wird diese Technologie jedoch ausschließlich zur Reinigung glatter Oberflächen eingesetzt. Hier jedoch wird der Einsatz von Megaschall zur Reinigung von Filtern vorgeschlagen. Durch die vom Megaschall hervorgerufene Kavitation ist es möglich, Filteroberflächen effektiv zu reinigen. Diese mechanische Reinigung kann zusätzlich durch den Einsatz von Detergentien unterstützt werden. Megaschall eignet sich insbesondere zur Reinigung glatter Filteroberflächen, wie sie beispielsweise bei mikromechanischen Filtern oder bei sog. track-etched-Filtermembranen vorkommen. Je nach Auslegung der Filterelemente bzw. des Megaschall-Transducers ist jedoch auch eine Tiefenreinigung vorstellbar. Durch die effektive Reinigung kann ein Filterelement recycled, also wieder verwendet werden. Ein weiterer Einsatz der Megaschalltechnik ist bereits während der Filtration vorstellbar. Hierbei werden zum einen Luftblasen, die die Filtration behindern können, gelöst und gleichzeitig verhindert, dass sich Partikel festsetzen. Bei geeigneter Wahl der Megaschallfrequenz werden Partikel einer bestimmten Größenordnung in Bewegung versetzt und dadurch am Festsetzen gehindert. Megaschall unterstützt auf diese Weise den Filtrationsprozess und verlängert die Standzeit des Filters.Advantageously, the cleaning device has a sound generator, in particular an ultrasound unit, or a megasonic unit, for applying sound waves to the filter. The cleaning of silicon wafers and other surfaces by means of megasonic is an established method in the semiconductor and microelectronics industry. So far, however, this technology is used exclusively for Cleaning smooth surfaces used. Here, however, the use of megasonic for cleaning filters is proposed. Due to the cavitation caused by the cavitation, it is possible to effectively clean filter surfaces. This mechanical cleaning can be additionally supported by the use of detergents. Megasonic is particularly suitable for cleaning smooth filter surfaces, as they occur for example in micromechanical filters or in so-called. Track-etched filter membranes. Depending on the design of the filter elements or of the megasonic transducers, however, deep cleaning is also conceivable. Due to the effective cleaning, a filter element can be recycled, ie reused. Another use of megasonic technology is already conceivable during filtration. On the one hand, air bubbles, which can hinder the filtration, are dissolved and at the same time, particles are prevented from settling. With a suitable choice of megasonic frequency particles of a certain magnitude are set in motion and thereby prevented from settling. Megasound thus supports the filtration process and extends the service life of the filter.

Vorzugsweise weist daher die Ultraschalleinheit einen Schallgenerator auf. Der Schallgenerator erzeugt Ultraschall (Frequenz ca. 20 kHz bis 1 GHz), insbesondere Megaschall (Frequenz ca. 400 kHz bis 4 MHz), mit dem der Filter zur Reinigung beaufschlagt werden kann.Therefore, the ultrasound unit preferably has a sound generator. The sound generator generates ultrasound (frequency about 20 kHz to 1 GHz), in particular megasonic (frequency about 400 kHz to 4 MHz), with which the filter can be applied for cleaning.

Die Detektionseinrichtung weist weiter vorzugsweise eine Detektionskammer auf, in der der Filter untergebracht ist.The detection device further preferably has a detection chamber in which the filter is accommodated.

Diese Detektionskammer weist vorzugsweise einen separaten Reaktor zum Vorfärben des Probenmaterials auf. Damit kann anstelle des Vorgangs Filtern der Wasserprobe (bedeutet Anreichern der Bakterien auf der Filteroberfläche), Zugabe der Sonden, Reaktion der Sonden mit beispielsweise den Bakterien, Spülen ungebundener Sonden, Detektion, das Färben auch vorab in dem separaten Reaktor stattfinden. Dieser kann temperierbar bzw. temperaturgeregelt sein. Damit verändert sich der Vorgang zu Füllen mit der Wasserprobe, Zugabe der Sonden, evtl. Durchmischung und Temperierung (Reaktion Sonden mit beispielsweise Bakterien), Pumpen durch den Filter (entspricht Anreichern der Bakterien auf der Filteroberfläche), ggf. Spülen, Detektion. Ein Vorfärben des Probenmaterials in dem separaten Reaktor kann die Reaktion der Sonden mit beispielsweise den Bakterien vereinfachen, da ein einfacheres Durchmischen möglich ist, als wenn die Bakterien bereits auf der Filteroberfläche immobilisiert sind.This detection chamber preferably has a separate reactor for pre-staining the sample material. Thus, instead of the process, filtering of the water sample (meaning enrichment of the bacteria on the filter surface), addition of the probes, reaction of the probes with, for example, the bacteria, flushing of unbound probes, detection, staining may also take place in advance in the separate reactor. This can be tempered or temperature controlled. This changes the process to filling with the water sample, addition of the probes, possible mixing and tempering (reaction probes with, for example, bacteria), pumps through the filter (corresponds to accumulation of bacteria on the filter surface), if necessary rinsing, detection. Pre-staining the sample material in the separate reactor can simplify the reaction of the probes with, for example, the bacteria, since easier mixing is possible than if the bacteria are already immobilized on the filter surface.

Vorteilhaft weist die Detektionskammer eine begrenzende Kammerwand auf. Damit ist der Bereich der Detektion vorteilhaft vom Rest der Biosensorvorrichtung abgetrennt. Eine Kontamination unterschiedlicher Biosensorvorrichtungsbereiche kann somit verhindert werden.Advantageously, the detection chamber has a limiting chamber wall. Thus, the range of detection is advantageously separated from the rest of the biosensor device. Contamination of different biosensor device areas can thus be prevented.

Vorteilhaft ist der Schallgenerator an der Detektionskammer der Detektionseinheit angebracht. Damit kann der Megaschall in die Detektionskammer bzw. auf den Filter beaufschlagt werden.The sound generator is advantageously attached to the detection chamber of the detection unit. Thus, the megasonic in the detection chamber or on the filter can be applied.

Weiter vorteilhaft ist an der Detektionskammer eine Düse zum Austreten von mit Megaschall beaufschlagtem Fluid durch die Kammerwand in die Detektionskammer angeordnet. Aus der Düse tritt dann das mit Megaschall beaufschlagte Fluid auf die Filteroberfläche und reinigt diese.Further advantageously, at the detection chamber, a nozzle for exiting by megasonic impacted fluid through the chamber wall is arranged in the detection chamber. From the nozzle then enters the acted upon with megasonic fluid on the filter surface and cleans them.

Weiter vorteilhaft kann aber auch der Filter als Schallgenerator ausgebildet sein. Damit ist der Mikrofilter selbst ein aktives Element, d. h. er kann als Ultraschallerzeuger, insbesondere als Megaschallerzeuger, ausgebildet sein. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn die Biosensorvorrichtung möglichst platzsparend aufgebaut sein soll.Further advantageously, however, the filter can also be designed as a sound generator. Thus, the microfilter itself is an active element, i. H. it can be designed as an ultrasound generator, in particular as a megasonic generator. This may be particularly advantageous if the biosensor device should be constructed as space-saving.

Vorteilhaft ist dann der Filter aus einem piezoelektrischen Material gebildet oder eine piezoelektrische Schicht ist auf den Filter aufgebracht. Insbesondere kann beispielsweise PZT (Bleizirconattitanat) oder AlN (Aluminiumnitrat) als piezoelektrische Schicht aufgebracht werden.Advantageously, the filter is then formed from a piezoelectric material or a piezoelectric layer is applied to the filter. In particular, for example, PZT (lead zirconate titanate) or AlN (aluminum nitrate) may be applied as a piezoelectric layer.

Weist der Filter Elektroden, insbesondere Interdigital-Elektroden auf, kann das piezoelektrische Material vorteilhaft angeregt werden.If the filter has electrodes, in particular interdigital electrodes, the piezoelectric material can be advantageously excited.

Das piezoelektrische Material kann vorzugsweise durch eine weitere Schicht, eine Passivierungsschicht, gegenüber Umwelteinflüssen, insbesondere Reinigungsmedien, geschützt werden.The piezoelectric material may preferably be protected by a further layer, a passivation layer, from environmental influences, in particular cleaning media.

Weiterhin lässt sich die Geometrie von Membran und den unter der Membran befindlicher mechanischer Unterstützungsstrukturen anpassen, damit das Schwingungsverhalten der Membran bei der gewählten Schwingungsfrequenz günstig ist.Furthermore, the geometry of the membrane and the underlying mechanical support structures under the membrane can be adjusted so that the vibration behavior of the membrane is favorable at the selected oscillation frequency.

Unmittelbar nach oder auch während der Megaschallreinigung kann das Fluidiksystem aktiviert werden, um Quer- oder Rückspülung durchzuführen und damit die Reinigungsprozedur zu verbessern.Immediately after or even during the megasonic cleaning, the fluidic system can be activated to carry out a cross-flow or backwash, thus improving the cleaning procedure.

Weiter vorteilhaft weist die Reinigungseinrichtung eine EHD-Einheit zur elektrohydrodynamischen Atomisierung der Reinigungsflüssigkeit auf. Die elektrohydrodynamische Atomisierung ist ein Verfahren, bei dem ein Leitungsfluid aufgebrochen und dispergiert wird, so dass ein Strahl aus geladenen Nanotröpfchen entsteht. Um einen EHD-Strahl auszulösen, wird elektrostatischer Stress an dem Fluidmeniskus ausgeübt, der die Oberflächenspannung, die den Meniskus intakt hält, übersteigt.Further advantageously, the cleaning device has an EHD unit for electrohydrodynamic atomization of the cleaning liquid. Electrohydrodynamic atomization is a process in which a conduit fluid is broken up and dispersed to form a charged nanotube beam. To trigger an EHD beam, electrostatic stress on the Fluid meniscus exerted that exceeds the surface tension, which keeps the meniscus intact.

Vorteilhaft weist die EHD-Einheit eine Kapillare zum Einleiten der Reinigungsflüssigkeit aus einem Gefäß in die EHD-Einheit, eine Druckbeaufschlagung zum Einbringen und Durchleiten der Reinigungsflüssigkeit in und durch die Kapillare und einen elektrischen Kontakt zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes am Ende der Kapillare auf. In einem typischen EHD-System lagert ein kleines Fluidreservoir die leitfähige Prozesschemikalie, die versprüht werden soll, und ein elektrischer Kontakt in dem Reservoir unterwirft das Fluid einem Potential. Eine pneumatische Kontrolleinheit bringt einen kontrollierten Druck auf das Fluid ein, das sich in dem Reservoir befindet. Daraus resultiert ein Fluss von dem Reservoir über ein Kapillarrohr in das elektrostatische Feld an dem Ende der Kapillare, an dem das Fluid versprüht wird.Advantageously, the EHD unit has a capillary for introducing the cleaning liquid from a vessel into the EHD unit, a pressurization for introducing and passing the cleaning liquid into and through the capillary and an electrical contact for generating an electrostatic field at the end of the capillary. In a typical EHD system, a small fluid reservoir stores the conductive process chemical that is to be sprayed, and electrical contact in the reservoir subjects the fluid to potential. A pneumatic control unit applies a controlled pressure to the fluid that is in the reservoir. This results in a flow from the reservoir via a capillary tube into the electrostatic field at the end of the capillary where the fluid is sprayed.

Die elektrohydrodynamische Atomisierung benötigt nur geringe Fluidvolumina. Verwendungsraten können typischerweise in dem Bereich von 0,6 bis 2 μl/Minute/Düse liegen. Damit könnten bei der Verwendung von EHD in signifikanter Weise Kosten eingespart werden, da hohe Volumina von Prozesschemikalien und ihre Verwerfung nach der Verwendung vermieden werden.The electrohydrodynamic atomization requires only small volumes of fluid. Use rates may typically be in the range of 0.6 to 2 μl / minute / nozzle. This could significantly save costs when using EHD, since high volumes of process chemicals and their rejection after use are avoided.

Vorteilhaft ist die EHD-Einheit zum Bilden von Nanotröpfchen aus der Reinigungsflüssigkeit und/oder zu deren Beaufschlagung auf die Filteroberfläche ausgebildet. Beim Start der EHD fließt Strom durch das leitfähige Fluid in die Kapillare. Zusätzlich wandern geladene Ionen in dem Fluid in gegenüberliegender Richtungen in der Kapillare, was in einer ungleichmäßigen Verteilung der Ladung resultiert. Ionen mit derselben Polarität wie der auf das Reservoir eingebrachten Spannung, wandern zu dem äußersten Ende der Kapillare. Dort übersteigt das elektrostatische Feld die Oberflächenspannung des Meniskus und resultiert im Zusammenbruch des Meniskus unter Bildung eines EHD-Nanotröpfchen-Strahls.Advantageously, the EHD unit is designed to form nanodroplets from the cleaning fluid and / or to act on the filter surface. At the start of the EHD, current flows through the conductive fluid into the capillary. In addition, charged ions migrate in the fluid in opposite directions in the capillary, resulting in an uneven distribution of the charge. Ions of the same polarity as the voltage applied to the reservoir travel to the extremity of the capillary. There, the electrostatic field exceeds the surface tension of the meniscus and results in the collapse of the meniscus to form an EHD nanodroplet beam.

Da die durch den EHD-Prozess hergestellten Nanotröpfchen mehrfach geladen sind, kann ihre Beschleunigung durch das elektrische Feld zwischen dem Austritt der Kapillare und dem zu reinigenden Gegenstand kontrolliert werden.Since the nanodroplets produced by the EHD process are multiply charged, their acceleration can be controlled by the electric field between the exit of the capillary and the object to be cleaned.

Vorteilhaft ist die Kapillare der EHD-Einheit in der Wand der Detektionskammer angeordnet. Damit können die Nanotröpfchen direkt auf den Filter beaufschlagt werden.Advantageously, the capillary of the EHD unit is arranged in the wall of the detection chamber. This allows the nanotubes to be applied directly to the filter.

Während EHD-Nanotröpfchen sehr klein sind, sind sie im Vergleich zu Ionen und Ionenstrahlen extrem groß. EHD-Nanotröpfchen verteilen ihre Energie über einen ausgedehnten Bereich des Zielobjektes, wodurch sie gleichzeitig ein Ablösen und Entfernen von Partikeln im Mikrometer- und Submikrometer-Bereich bewirken. Dies können organische Filme und/oder metallische Verunreinigungen sein. Die Energie eines EHD-Nanotröpfchens wird durch die große Anzahl von Kernen in dem Nanotröpfchen getragen. Das resultiert in Energien unterhalb von Material-Sputtergrenzen, und verhindert ein direktes Ätzen oder Beschädigungen der Oberflächen, während die Verunreinigung entfernt wird.While EHD nanodroplets are very small, they are extremely large compared to ions and ion beams. EHD nanodroplets distribute their energy over a broad area of the target, causing them to simultaneously detach and remove micron and submicron particles. These may be organic films and / or metallic impurities. The energy of an EHD nanodroplet is carried by the large number of nuclei in the nanodroplet. This results in energies below material sputtering limits and prevents direct etching or damage to the surfaces while the contaminant is being removed.

Die Kontrolle der EHD-Nanotröpfchen ist elektrisch implementiert, indem das Fluid bis zu einem bestimmten Bereich aufgeladen Wird, an der Kapillare austritt und durch das elektrische Feld manipuliert wird. Die Geschwindigkeit und Größe können verändert werden, was in einem großen Bereich von Prozesseinstellungen resultiert, um so die Nanotröpfchen auf die Verunreinigungen und das Substrat anzupassen. Nanotröpfchen können so hergestellt werden, dass sie einen optimalen Impuls auf die Partikel übertragen.The control of the EHD nanodroplets is implemented electrically by charging the fluid to a certain range where capillary leaks out and is manipulated by the electric field. The speed and size can be changed, resulting in a wide range of process settings, so as to match the nanodroplets to the contaminants and substrate. Nanodroplets can be made to impart an optimal momentum to the particles.

Durch Einbringen einer Mikrokapillare durch die Wand der Detektionskammer lässt sich die Filteroberfläche reinigen. Dabei wird eine Reinigungswirkung erzielt, ohne hohe Energien einzubringen, d. h. die Membran wird mechanisch sehr wenig beansprucht. Unmittelbar nach oder auch während der EHD-Reinigung kann das Fluidiksystem aktiviert werden, um Quer- oder Rückspülung durchzuführen und damit die Reinigungsprozedur zu verbessern.By introducing a microcapillary through the wall of the detection chamber, the filter surface can be cleaned. In this case, a cleaning effect is achieved without introducing high energies, d. H. the membrane is mechanically stressed very little. Immediately after or even during EHD cleaning, the fluidic system can be activated to perform cross or backflushing to improve the cleaning procedure.

Vorteilhaft weist die Reinigungseinrichtung eine elektrische Reinigungseinrichtung zur elektrochemischen Reinigung des Filters auf. Insbesondere wird die Reinigung des Filters durch Elektrophorese und/oder Elektroosmose und/oder Elektrolyse durchgeführt.Advantageously, the cleaning device has an electrical cleaning device for electrochemical cleaning of the filter. In particular, the cleaning of the filter is carried out by electrophoresis and / or electroosmosis and / or electrolysis.

Bei der Elektrophorese bzw. der Dielektrophorese ist es möglich, geladene Partikel mit Hilfe von elektrischen Feldern von der Filteroberfläche herunterzuziehen. Hierbei wird ein hohes elektrisches Feld an der Oberfläche des Filters erzeugt. Geladene Schmutzpartikel und Bakterien werden durch das elektrische Feld zur entgegengesetzt gepolten Elektrode gezogen und reißen auf ihrem Weg auch ungeladene Partikel mit.In electrophoresis or dielectrophoresis, it is possible to pull charged particles away from the filter surface by means of electric fields. In this case, a high electric field is generated at the surface of the filter. Charged dirt particles and bacteria are drawn by the electric field to the opposite polarity electrode and also carry uncharged particles on their way.

Vorteilhaft sind auf dem Filter daher Elektroden zur Durchführung der elektrochemischen Reinigungsverfahren, insbesondere als Interdigital-Elektroden, ausgebildet. Elektrodenbreite und -abstand können z. B. 1 bis 10 μm betragen. Sie können mit einer Passivierungsschicht geschützt und auch elektrisch isoliert werden. Dabei kann auch das Fluidiksystem aktiviert werden, um Quer- oder Rückspülung durchzuführen und damit die Reinigungsprozedur zu verbessern. Insbesondere beim Rückspülen durch den Filter (durch Betrieb des Fluidiksystems) können die Partikel weggespült werden, sobald sie durch den Elektrophorese- bzw. Dielektrophoreseprozess quer über die Filteroberfläche transportiert werden und eine Pore passieren.Therefore, electrodes for carrying out the electrochemical cleaning methods, in particular as interdigital electrodes, are advantageously formed on the filter. Electrode width and spacing can be z. B. 1 to 10 microns. They can be protected with a passivation layer and also electrically insulated. In this case, the fluidic system can be activated in order to perform cross or backwashing and thus to improve the cleaning procedure. Especially during backwashing through the filter (by operation of the fluidic system) the particles are rinsed away as soon as they are transported across the filter surface by the electrophoresis or dielectrophoresis process and pass through a pore.

Weiterhin kann der bekannte Effekt der Elektroosmose angewendet werden (elektroosmotischer Fluss in Mikrokanälen). Insbesondere bei geringer Höhe der Detektionskammer, z. B. 100 bis 200 μm, lässt sich die darin befindliche Flüssigkeit pumpen, wenn über Elektroden ein elektrisches Feld angelegt wird, das quer über die Filteroberfläche abfällt. Dadurch lässt sich die Flüssigkeit und mit ihr die darin befindlichen Partikel bewegen. Der Reinigungseffekt lässt sich erhöhen, wenn ein Wechselfeld angelegt wird. Dieses Hin- und Herpumpen entspricht einem mechanischen Mischen und lässt sich mit höherer Frequenz durchführen als eine ständige Flussrichtungsumkehr beim Querspülen durch das Fluidiksystem mit der konventionellen mechanischen Pumpe. Zusätzlich kann das Fluidiksystem aktiviert werden, um Quer- oder Rückspülung durchzuführen und damit die Reinigungsprozedur zu verbessern.Furthermore, the known effect of electroosmosis can be applied (electroosmotic flow in microchannels). Especially at low height of the detection chamber, z. B. 100 to 200 microns, can pump the liquid therein when an electric field is applied across electrodes, which drops across the filter surface. This allows the liquid and with it the particles contained therein to move. The cleaning effect can be increased if an alternating field is applied. This reciprocation corresponds to a mechanical mixing and can be performed at a higher frequency than a constant flow direction reversal in the cross-flushing by the fluidic system with the conventional mechanical pump. In addition, the fluidic system can be activated to perform cross or backflushing to improve the cleaning procedure.

Auch die Elektrolyse unter Gasbildung (z. B. von Wasser) kann als Reinigung der Filteroberfläche fungieren. Hierzu wird an der Filteroberfläche (Ausführung als Elektrode) unter Zuführung elektrischer Spannung eine Flüssigkeit in Gase gespalten. Diese aufsteigenden Gase lösen die Partikel an der Filteroberfläche und machen einen Abtransport der Verunreinigungen möglich. Die Gegenelektrode kann an der Wand der Detektionskammer angebracht sein. Wenn die Elektroden auf der Filteroberfläche angebracht sind, insbesondere als Interdigital-Elektroden, ist eine Elektrodenbreite und ein Elektrodenabstand von beispielsweise 1 bis 10 μm vorteilhaft. Dann lässt sich die benötigte Spannung minimieren, selbst bei elektrisch schlecht leitenden Elektrolyten (z. B. Wasser).The electrolysis with gas formation (eg of water) can also act as a cleaning of the filter surface. For this purpose, a liquid is split into gases on the filter surface (design as electrode) while supplying electrical voltage. These rising gases dissolve the particles on the filter surface and make it possible to remove the impurities. The counter electrode may be attached to the wall of the detection chamber. When the electrodes are mounted on the filter surface, in particular as interdigital electrodes, an electrode width and an electrode spacing of, for example, 1 to 10 μm are advantageous. Then the required voltage can be minimized, even with electrically poorly conducting electrolytes (eg water).

Vorzugsweise sind die Interdigital-Elektroden aus Platin und/oder im Siebdruckverfahren oder durch Aufdampfen oder Sputtern gebildet. Dadurch werden die Elektroden besonders robust, da Platin ein Edelmetall ist.Preferably, the interdigital electrodes are formed of platinum and / or by screen printing or by vapor deposition or sputtering. This makes the electrodes particularly robust, since platinum is a precious metal.

Vorzugsweise weist die Reinigungseinrichtung wenigstens eine Reinigungssteuerungseinrichtung auf. Damit wird der Reinigungsprozess bzw. die verschiedenen Reinigungsprozesse gesteuert und auf die Verunreinigung durch bestimmte biologische Partikel angepasst.Preferably, the cleaning device has at least one cleaning control device. Thus, the cleaning process or the various cleaning processes is controlled and adapted to the contamination by certain biological particles.

Daher ist es von Vorteil, wenn die Reinigungssteuerungseinrichtung zum Aktivieren und Deaktivieren der Ultraschalleinheit und/oder der EHD-Einheit und/oder der elektrochemischen Reinigung und/oder der Pumpe ausgebildet ist. Die Reinigungssteuerungseinrichtung kann damit sämtliche Reinigungsprozesse gleichzeitig starten, oder sie nacheinander oder sie in gewählter Kombination starten. Durch die Kontrolle der Pumpe ist es möglich, auch während eines Reinigungsschrittes mit beispielsweise Ultraschall oder mit elektrohydrodynamischer Atomisierung den Filter mit Reinigungsflüssigkeit zu spülen, um so die Reinigung noch zu verbessern.Therefore, it is advantageous if the cleaning control device is designed to activate and deactivate the ultrasound unit and / or the EHD unit and / or the electrochemical cleaning and / or the pump. The cleaning control device can thus start all cleaning processes at the same time, or they start one after the other or in a selected combination. By controlling the pump, it is possible, even during a cleaning step with, for example, ultrasound or electrohydrodynamic atomization to rinse the filter with cleaning fluid, so as to improve the cleaning yet.

Vorteilhaft wird die Reinigungssteuerungseinrichtung durch die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung aktiviert. Wenn die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung eine Verunreinigung des Filters anzeigt, ist es von Vorteil, wenn der Filter daraufhin sofort gereinigt werden kann. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Reinigung durch die Reinigungssteuerungseinrichtung direkt nach Erkennen einer Verunreinigung gestartet wird.Advantageously, the cleaning control device is activated by the filter monitoring control device. If the filter monitoring controller indicates contamination of the filter, it is advantageous if the filter can then be cleaned immediately. Therefore, it is advantageous if the cleaning by the cleaning control device is started immediately after detecting an impurity.

Damit die Biosensorvorrichtung automatisch betrieben werden kann, ist es vorteilhaft, wenn eine Probennahmevorrichtung vorgesehen ist, die insbesondere fluides Probenmaterial direkt aus einer Leitung aufnehmen kann.In order for the biosensor device to be operated automatically, it is advantageous if a sampling device is provided which in particular can receive fluid sample material directly from a line.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Probennahmevorrichtung eine Ausleit-/Durchleitvorrichtung aufweist, die das Probenmaterial permanent aus der Leitung ausleiten kann und gleichzeitig das Probenmaterial permanent durch die Probennahmevorrichtung durchleiten kann.It is advantageous if the sampling device has a diverting / passage device which can permanently discharge the sample material from the line and at the same time be able to pass the sample material permanently through the sampling device.

Vorteilhaft wird das Probenmaterial über einen an die Leitung angeschlossenen Bypass in die Probennahmevorrichtung eingeleitet, strömt tangential zum Filter durch die Detektionskammer und über ein Mehrwegventil wieder in die Leitung zurück.Advantageously, the sample material is introduced into the sampling device via a bypass connected to the line, flows back into the line tangentially to the filter through the detection chamber and via a multi-way valve.

Dabei ist von Vorteil, wenn der Bypass einen schaltbaren Druckminderer aufweist, der den Fluss des Probenmaterials durch die Probennahmevorrichtung und die Detektionskammer konstant hält bzw. den Fluss während einer Messung untersagt.It is advantageous if the bypass has a switchable pressure reducer, which keeps the flow of the sample material through the sampling device and the detection chamber constant or prohibits the flow during a measurement.

Durch eine solche Vorrichtung wird ein Permanentfluss erzeugt. Bei der Umsetzung mit Permanentfluss wird ein Teil des beispielsweise Trinkwassers aus der Versorgungsleitung in einen Bypass geleitet. Ein schaltbarer Druckminderer reduziert in diesem Bypass den Druck und gleichzeitig die Flussrate. Ist die Fluidikeinrichtung aktiv, wird also ein konstanter Fluss an beispielsweise Trinkwasser durch den Bypass geleitet, durchströmt die Detektionskammer tangential und wird über ein Mehrwegeventil wieder der Trinkwasserleitung zugefügt. Der Fluss durch den Bypass ist permanent gegeben. Es können keine Rückstände in den Leitungen bleiben. Während einer Messung untersagt der Druckminderer den Fluss aus der Versorgungsleitung. Nach der Messung öffnet der Druckminderer wieder und der Fluss durch den Bypass wird freigegeben.By such a device, a permanent flow is generated. In the implementation with permanent flow of a part of, for example, drinking water from the supply line is passed into a bypass. A switchable pressure reducer reduces the pressure and simultaneously the flow rate in this bypass. Is the Fluidikeinrichtung active, so a constant flow of, for example, drinking water is passed through the bypass, flows through the detection chamber tangentially and is added via a multi-way valve back to the drinking water pipe. The flow through the bypass is permanent. There can be no residues left in the pipes. During a measurement, the pressure reducer prohibits the flow from the supply line. After the measurement, the pressure reducer opens again and the flow through the bypass is released.

Durch einen solchen Aufbau ist die Probennahmevorrichtung mit der Fluidikeinrichtung mit der Detektionskammer verbunden. So kann die fluide Probe, beispielsweise Trinkwasser, ohne Umwege in die Detektionskammer eingeleitet werden, wo dann eine zuverlässige Messung der Belastung mit biologischen Partikeln durchgeführt werden kann. By such a construction, the sampling device is connected to the fluidic device with the detection chamber. Thus, the fluid sample, for example, drinking water can be introduced without detours in the detection chamber, where then a reliable measurement of exposure to biological particles can be performed.

Vorteilhaft ist in der Fluidikeinrichtung ein Luftblasensensor zur Detektion von Luftblasen vorgesehen. Luftblasen wirken sich störend aus, insbesondere wenn die Detektion der biologischen Partikel auf einer quantitativen Basis erfolgen soll. Sind Luftblasen in einer Probe vorhanden, kann dann nicht mehr auf die Konzentration in dem Volumen zurückgeschlossen werden. Daher ist es vorteilhaft, wenn das Vorhandensein von Luftblasen über einen Luftblasensensor erkannt wird, und eine Meldung ausgegeben wird, dass Luftblasen vorhanden sind. So können diese vorteilhaft aus der Biosensorvorrichtung entfernt werden, bevor die Detektion der biologischen Partikel erfolgt.Advantageously, an air bubble sensor for detecting air bubbles is provided in the fluidic device. Air bubbles are troublesome, especially if the detection of biological particles is to be on a quantitative basis. If air bubbles are present in a sample, then it is no longer possible to deduce the concentration in the volume. Therefore, it is advantageous if the presence of air bubbles is detected via an air bubble sensor, and a message is issued that air bubbles are present. Thus, these can advantageously be removed from the biosensor device before the detection of the biological particles takes place.

Um Kontaminationen der fluiden Probe, beispielsweise einer Wasserprobe, zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn die Probennahmevorrichtung ein Schaltventil aufweist, das zwischen zwei Betriebsarten der Biosensorvorrichtung unterscheidet. In einer ersten Stellung leitet das Schaltventil das Probenmaterial der Fluidikeinrichtung zu, während es es in einer zweiten Stellung an der Fluidikeinrichtung vorbei leitet. Dadurch ist eine direkte Probennahme aus der beispielsweise Trinkwasserleitung möglich, und es entstehen keine Leitungen mit stehendem Wasser, in dem sich biologische Partikel mit der Zeit aufkonzentrieren können. Ein solches Aufkonzentrieren könnte zu einem verfälschten Messergebnis führen. Weiter können durch eine solche Einstellung sämtliche Verbindungen zwischen beispielsweise der Trinkwasserleitung und dem Filter keimfrei gehalten werden.In order to prevent contaminations of the fluid sample, for example a water sample, it is advantageous if the sampling device has a switching valve which distinguishes between two operating modes of the biosensor device. In a first position, the switching valve directs the sample material to the fluidics device while directing it past the fluidic device in a second position. As a result, a direct sampling of the example drinking water pipe is possible, and there are no pipes with stagnant water in which biological particles can be concentrated over time. Such concentration could lead to a falsified measurement result. Furthermore, by means of such a setting, all connections between, for example, the drinking water line and the filter can be kept germ-free.

Weiter vorteilhaft weist die Probennahmevorrichtung eine Dreheinrichtung auf, die wenigstens einen Durchlass und wenigstens eine Aufnahmeposition für den Filter aufweist. Eine solche Dreheinrichtung kann derart gebildet sein, dass sie direkt in die beispielsweise Trinkwasserleitung eingedreht werden kann.Further advantageously, the sampling device has a rotating device which has at least one passage and at least one receiving position for the filter. Such a rotating device may be formed such that it can be screwed directly into the example drinking water line.

Vorteilhaft kann sie dabei in wenigstens zwei Stellungen in die Leitung eingedreht werden, in einer ersten Stellung wird dabei der Filter in die Trinkwasserleitung eingedreht, und in einer zweiten Stellung der Durchlass. Mit einem solchen Aufbau kann der Filter direkt in die interessierende Probe eingebracht werden, ohne irgendwelche Leitungen dazwischen, in denen sich Kontaminationen und damit verfälschende Ergebnisse ausbilden können.Advantageously, it can be screwed into at least two positions in the line, in a first position while the filter is screwed into the drinking water pipe, and in a second position of the passage. With such a construction, the filter can be introduced directly into the sample of interest, without any lines in between, in which contaminations and thus falsifying results can form.

Um einen permanenten Fluss durch die beispielsweise Trinkwasserleitung zu ermöglichen, ist es von Vorteil, wenn die Dreheinrichtung auch einen Durchlass aufweist, der in die Trinkwasserleitung eingedreht wird, wenn gerade kein Filter zur Probenaufnahme in der Trinkwasserleitung vorhanden ist.In order to enable a permanent flow through the drinking water pipe, for example, it is advantageous if the rotating device also has a passage which is screwed into the drinking water line when no filter for sample intake in the drinking water pipe is currently available.

Vorteilhaft ist eine Sicherheitseinrichtung vorgesehen, die eine Kontamination der Leitung im Störfall der Biosensorvorrichtung verhindert. Eine solche Sicherheitseinrichtung sollte vorzugsweise derart gestaltet sein, dass sie einen Rückfluss der bereits entnommenen Probe in die Leitung verhindert.Advantageously, a safety device is provided which prevents contamination of the line in the event of a malfunction of the biosensor device. Such a safety device should preferably be designed such that it prevents backflow of the sample already taken into the line.

Dies wird vorteilhaft dadurch gelöst, dass die Sicherheitsvorrichtung ein Rückschlagventil ist. Mit einem solchen Rückschlagventil in der Leitung, kann die bereits entnommene Probe nicht mehr in die Trinkwasserleitung zurückweichen. Liegt in der Biosensorvorrichtung ein technisches Problem vor, können damit auch keine Detektions- und/oder Reinigungsfluide aus der Biosensorvorrichtung in die Trinkwasserleitung eintreten.This is advantageously achieved in that the safety device is a check valve. With such a check valve in the line, the already taken sample can no longer retreat into the drinking water pipe. If there is a technical problem in the biosensor device, then no detection and / or cleaning fluids from the biosensor device can enter into the drinking water line.

Um Risse im Filter zu vermeiden bzw. dessen Lebensdauer zu erhöhen, ist es von Vorteil, wenn ein hoher Differenzdruck verhindert wird. Dieser Differenzdruck wird durch die Differenzdruckmesseinrichtung überwacht. Da Druckschwankungen nicht abrupt sondern möglichst langsam erfolgen sollten, ist es vorteilhaft, wenn die Pumpe über die Differenzdruckmesseinrichtung geregelt wird. Damit erfolgen die Druckschwankungen im System sanft. Insbesondere bei mikromechanischen Filtern aus relativ spröden Materialien, z. B. Silizium, führt dies zu Verbesserungen.To avoid cracks in the filter or to increase its service life, it is advantageous if a high differential pressure is prevented. This differential pressure is monitored by the differential pressure measuring device. Since pressure fluctuations should not occur abruptly but as slowly as possible, it is advantageous if the pump is controlled by the differential pressure measuring device. Thus, the pressure fluctuations in the system are gentle. In particular, in micromechanical filters made of relatively brittle materials, eg. As silicon, this leads to improvements.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:In the following the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 eine Übersichtsdarstellung einer Biosensorvorrichtung; 1 an overview of a biosensor device;

2 eine Übersichtsdarstellung einer Probennahmevorrichtung der Biosensorvorrichtung; 2 an overview of a sampling device of the biosensor device;

3 die Funktion eines Schaltventiles in der Probenahmevorrichtung im Normalbetrieb der Biosensorvorrichtung; 3 the function of a switching valve in the sampling device during normal operation of the biosensor device;

4 die Funktion des Schaltventils der Probenahmevorrichtung bei der Detektion; 4 the function of the switching valve of the sampling device in the detection;

5 das Einfahren eines Membranfilters in eine Leitung, in der eine interessierende Probe fließt und die nachfolgende Detektion der auf dem Membranfilter vorhandenen biologischen Partikel. 5 the retraction of a membrane filter into a conduit in which a sample of interest flows and the subsequent detection of the biological particles present on the membrane filter.

1 zeigt eine im gesamten mit den Bezugszeichen 10 bezeichnete Biosensorvorrichtung zur Detektion von biologischen Partikeln. Die Biosensorvorrichtung 10 weist eine Detektionseinrichtung 12 auf, die einen Filter 14 zum Sammeln von biologischen Partikeln zwecks Detektion aufweist. 1 shows a whole with the reference numerals 10 designated biosensor device for the detection of biological particles. The biosensor device 10 has a detection device 12 on that a filter 14 for collecting biological particles for detection.

In der DE 10 2006 026 559 A1 , der DE 10 2007 021 387 A1 und der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2008 035 772 ist beschrieben, wie ein solcher, insbesondere mikromechanischer Filter 14 zur Detektion von Partikeln, insbesondere von Bakterien, verwendet werden kann. Die Verwendung des mikromechanischen Filters 14 wird hiermit mit Bezug auf diese drei Offenbarungen in diese Anmeldung mit inkorporiert. Diese sogenannten Mikrofilter bestehen aus einer dünnen, z. B. 1 μm dicken Membran, z. B. aus einkristallinem Silizium oder eventuell aus Diamant oder mit Diamantüberzug. Die Membran ist perforiert, die Löcher haben einen Durchmesser von z. B. 450 nm, d. h. die Membran bzw. der Mikrofilter bildet ein Sieb. Pumpt man z. B. eine Wasserprobe durch den Filter 14, werden Bakterien (z. B. 1 μm Durchmesser) auf der Filteroberfläche zurückgehalten, wo sie anschließend detektiert werden können. Diese Mikrofilter sind in ein Gesamtsystem eingebunden, inklusive Fluidik, Optik, Elektronik, wodurch ein Biosensorsystem entsteht, das insbesondere zur Detektion von Bakterien in Wasser verwendet werden kann. Es können aber auch andere biologische Partikel wie Sporen, Pilze, etc., detektiert werden. Neben Wasser können auch andere Fluide, wie z. B. Luft, analysiert werden.In the DE 10 2006 026 559 A1 , of the DE 10 2007 021 387 A1 and the unpublished patent application DE 10 2008 035 772 is described as such, in particular micromechanical filter 14 can be used for the detection of particles, in particular of bacteria. The use of the micromechanical filter 14 is hereby incorporated into this application with respect to these three disclosures. These so-called microfilters consist of a thin, z. B. 1 micron thick membrane, z. B. of monocrystalline silicon or possibly of diamond or diamond coating. The membrane is perforated, the holes have a diameter of z. B. 450 nm, ie the membrane or the microfilter forms a sieve. You pump z. B. a water sample through the filter 14 , bacteria (eg 1 μm in diameter) are retained on the filter surface where they can subsequently be detected. These microfilters are integrated into an overall system, including fluidics, optics, electronics, creating a biosensor system that can be used in particular for the detection of bacteria in water. However, other biological particles such as spores, fungi, etc., can be detected. In addition to water, other fluids, such. As air, are analyzed.

Eine Fluidikeinrichtung 16 leitet eine fluide Probe über den Filter 14. Der Filter 14 ist als Filtermembran 18 ausgestaltet, die ein Zurückhalten der Bakterien auf dem Filter 14 nicht mehr gewährleisten kann, wenn es zu einem Bruch der Filtermembran 18 kommt. Daher muss eine Beschädigung des Filters 14 unter allen Umständen festgestellt werden.A fluidic device 16 passes a fluid sample over the filter 14 , The filter 14 is as a filter membrane 18 designed to hold back the bacteria on the filter 14 can no longer guarantee if there is a rupture of the filter membrane 18 comes. Therefore, there must be damage to the filter 14 be ascertained in all circumstances.

Um Risse im Filter 14 zu vermeiden, bzw. dessen Lebensdauer zu erhöhen, soll ein zu hoher Differenzdruck zwischen einem ersten Bereich 20 vor dem Filter 14 und einem zweiten Bereich 22 nach dem Filter 14 verhindert werden. Außerdem sollen Druckschwankungen nicht abrupt, sondern langsam erfolgen. Daher wird eine Pumpe 24, die die Probe durch die Fluidikeinrichtung 16 zu dem Filter 14 pumpt, über eine Differenzdruckmesseinrichtung 26 geregelt. Die Differenzdruckmesseinrichtung weist in der gezeigten Ausführungsform zwei Drucksensoren 28, 30 auf. Der erste Drucksensor 28 ist zum Messen des Druckes im ersten Bereich 20 vor dem Filter 14 ausgestaltet, während der zweite Drucksensor 30 zum Messen des Druckes in dem zweiten Bereich 22 nach dem Filter 14 ausgestaltet ist. Die Differenzdruckmesseinrichtung 26 bildet einen ersten Teil einer Filterüberwachungseinrichtung 32, die zur Überwachung des Filters 14 ausgestaltet ist.To cracks in the filter 14 To avoid or increase its life, too high a differential pressure between a first range 20 in front of the filter 14 and a second area 22 after the filter 14 be prevented. In addition, pressure fluctuations should not be abrupt, but slow. Therefore, a pump 24 passing the sample through the fluidics device 16 to the filter 14 pumps, via a differential pressure measuring device 26 regulated. The differential pressure measuring device has two pressure sensors in the embodiment shown 28 . 30 on. The first pressure sensor 28 is for measuring the pressure in the first area 20 in front of the filter 14 configured while the second pressure sensor 30 for measuring the pressure in the second area 22 after the filter 14 is designed. The differential pressure measuring device 26 forms a first part of a filter monitoring device 32 to monitor the filter 14 is designed.

Bezüglich der Filtermembran 18 können beim Betrieb zwei mögliche Fehler auftreten: Die Filtermembran 18 ist verstopft oder die Filtermembran 18 ist beschädigt.Regarding the filter membrane 18 During operation, two possible errors may occur: The filter membrane 18 is clogged or the filter membrane 18 is damaged.

Die Filterüberwachungseinrichtung 32 weist neben der Differenzdruckmesseinrichtung 26 weiter eine Flussmengenmesseinrichtung 34 auf. Diese ist zur Messung der Flussrate durch den Filter 14 ausgestaltet, und weist einen Flusssensor 36 auf. Die Überwachung des Filters 14 kann durch gleichzeitige Messung der Flussrate und des Differenzdruckes geschehen. Dies kann durch ein weiteren Parameter, beispielsweise den Strom der Pumpe 24 bzw. deren Leistungsverbrauch oder deren Drehmoment, ergänzt werden. Dadurch lassen sich z. B. Verstopfungen oder Teilverstopfungen des Filters 14 oder von Bereichen der Fluidikeinrichtung 16 erkennen. Bei durch Regelung der Pumpe 24 konstant gehaltener Flussrate würde sich z. B. der Differenzdruck bei zunehmender Verstopfung erhöhen.The filter monitoring device 32 points next to the differential pressure measuring device 26 further a flow quantity measuring device 34 on. This is for measuring the flow rate through the filter 14 designed, and has a flow sensor 36 on. The monitoring of the filter 14 can be done by simultaneously measuring the flow rate and the differential pressure. This can be done by another parameter, for example the flow of the pump 24 or their power consumption or their torque to be supplemented. This can be z. As blockages or partial blockages of the filter 14 or areas of the fluidic device 16 detect. By by regulating the pump 24 constant flow rate would z. B. increase the differential pressure with increasing constipation.

Das Verstopfen der Filtermembran 18 hängt beispielsweise bei Untersuchung von Trinkwasser von der Wasserqualität des untersuchten Wassers und der Reinigungseffektivität ab. Enthält das zu untersuchende Wasser zahlreiche Partikel, ist eine Verstopfung des Filters 14 wahrscheinlicher.The clogging of the filter membrane 18 For example, when drinking water is analyzed, it depends on the water quality of the water under investigation and the effectiveness of cleaning. If the water to be analyzed contains numerous particles, this is a blockage of the filter 14 likely.

Kommt es zu einer Verstopfung der Filtermembran 18, kann dies folgendermaßen festgestellt werden:
Ein tangentialer Fluss über die Filteroberfläche funktioniert einwandfrei. Bei einem Fluss durch die Filtermembran 18 tritt wenigstens eine der folgenden Störungen auf:

  • 1. Die beiden Drucksensoren 28, 30 zeigen extrem hohen Differenzdruck an.
  • 2. Der Flusssensor 36 zeigt keinen oder nur einen geringen Fluss an.
  • 3. Eine Lastmesseinrichtung 38, die zur Messung der auf die Pumpe 24 wirkenden Last ausgebildet ist, zeigt an, dass die Pumpe 24 auf Volllast steht.
  • 4. Eine in der Filterüberwachungseinrichtung 32 implementierte Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40, die zum Empfangen und/oder Verarbeiten von Signalen ausgebildet ist, und eine Auswerteeinrichtung 42 zum Auswerten der empfangenen Signale aufweist, kann eine Fluss-/Druckcharakteristik nicht aktualisieren oder auswerten.
If there is a blockage of the filter membrane 18 , this can be stated as follows:
A tangential flow across the filter surface works properly. When flowing through the filter membrane 18 at least one of the following disturbances occurs:
  • 1. The two pressure sensors 28 . 30 indicate extremely high differential pressure.
  • 2. The flow sensor 36 indicates little or no flow.
  • 3. A load measuring device 38 for measuring the pump 24 acting load is formed, indicates that the pump 24 is on full load.
  • 4. One in the filter monitor 32 implemented filter monitoring control device 40 , which is designed for receiving and / or processing of signals, and an evaluation device 42 for evaluating the received signals, a flow / pressure characteristic can not update or evaluate.

Eine Beschädigung der Filtermembran 18 kann folgendermaßen festgestellt werden:
Der am meisten bevorzugte Weg, einen Riss in der Filtermembran 18 festzustellen, ist es, Sensoren auf der Oberfläche oder in der Filtermembran 18 vorzusehen. In bevorzugter Ausgestaltung sind dies Leitungspfade 44, die die aktive Oberfläche der Filtermembran 18 bedecken. Weist die Filtermembran 18 einen Bruch auf, werden auch die Leitungspfade 44 zerstört und verlieren ihre Leitfähigkeit.
Damage to the filter membrane 18 can be determined as follows:
The most preferred way, a crack in the filter membrane 18 It is, sensors, on the surface or in the filter membrane 18 provided. In a preferred embodiment, these are conduction paths 44 containing the active surface of the filter membrane 18 cover. Indicates the filter membrane 18 a break on, are also the conduction paths 44 destroys and loses its conductivity.

Vorzugsweise ist zur Erkennung einer gerissenen Filtermembran 18 eine optische Detektionseinheit 46 vorgesehen, die die Photonenanzahl, die von einer Lichquelle 48 ausgehen, zählt. Die Lichtquelle 48 ist vor dem ersten Bereich 20 vor dem Filter 14 angeordnet, während sich die optische Detektionseinheit 46 mit dem zweiten Bereich 22 nach dem Filter 14 befindet. Wird das Licht, das durch die Filtermembran 18 scheint, mit beispielsweise einen Photomultiplier der optischen Detektionseinheit 46 gemessen, sollte niemals eine Zunahme der Lichtintensität festgestellt werden, wenn der Filter 14 intakt ist. Nur im Falle eines Risses der Filtermembran 18 nimmt die von der optischen Detektionseinheit 46 gemessene Lichtintensität zu.Preferably, to detect a cracked filter membrane 18 an optical detection unit 46 provided that the number of photons coming from a Lichquelle 48 go out, counts. The light source 48 is in front of the first area 20 in front of the filter 14 arranged while the optical detection unit 46 with the second area 22 after the filter 14 located. Will the light passing through the filter membrane 18 appears with, for example, a photomultiplier of the optical detection unit 46 measured, an increase in light intensity should never be detected when the filter 14 is intact. Only in case of a crack of the filter membrane 18 takes the from the optical detection unit 46 measured light intensity too.

Weiter hängt die Flussrate durch den Filter 14 von vielen unterschiedlichen Parametern ab. Wesentliche Einflussfaktoren sind unter anderem die Filterporosität, die Dicke der Filtermembran 18 und der angelegte Druck.Furthermore, the flow rate depends on the filter 14 from many different parameters. Significant influencing factors include the filter porosity, the thickness of the filter membrane 18 and the applied pressure.

Ein weiteres Indiz für eine defekte Filtermembran 18 ist der Strömungswiderstand, der durch die Filtermembran 18 aufgebaut wird. Dieser Widerstand hängt unter anderem von der Porosität des Filters 14 ab. Kommt es zu einer Rissbildung, erhöht sich die Porosität schlagartig und der Strömungswiderstand nimmt ab. Die Erhöhung der Porosität wird in der bevorzugten Ausgestaltung über die Veränderung der Flussrate bzw. den Differenzdruck detektiert.Another indication of a defective filter membrane 18 is the flow resistance passing through the filter membrane 18 is built. This resistance depends, among other things, on the porosity of the filter 14 from. If cracking occurs, the porosity increases abruptly and the flow resistance decreases. The increase in porosity is detected in the preferred embodiment via the change in the flow rate or the differential pressure.

Die Filterüberwachungseinrichtung 32 weist weiter eine Spannungsmesseinrichtung 52 auf, die zum Messen einer mechanischen Spannung am Filter 14 ausgebildet ist. Sie misst die Durchbiegung bzw. die Spannungen in der Filtermembran 18. Bei mikromechanischen Filtern 14 ist dies möglich durch Integration piezoelektrischer Elemente 54 oder DMS-Sensoren, die bei Rissen in der Filtermembran 18 eine veränderte mechanische Spannung anzeigen.The filter monitoring device 32 further includes a voltage measuring device 52 which is used to measure a mechanical stress on the filter 14 is trained. It measures the deflection or the stresses in the filter membrane 18 , For micromechanical filters 14 this is possible by integration of piezoelectric elements 54 or strain gage sensors, which cause cracks in the filter membrane 18 show an altered mechanical tension.

Einen großen Einfluss auf die Stabilität der Filtermembran 18 hat das verwendete Material. Dies ist gekennzeichnet durch die Materialkonstanten Elastizitätmodul, Poissonzahl, d. h. Querkontraktionszahl, und Zugfestigkeit, wobei die Bruchfestigkeit der Filtermembran 18 in erster Linie von der Dicke der Filtermembran 18 abhängt. Ein weiterer Einflussfaktor ist das Seitenverhältnis der Filtermembran 18. Optimale Stabilitätswerte erhält man bei einem Seitenverhältnis von 1 zu 1. Ein Mikrofilter besteht normalerweise immer aus der Filtermembran 18 und einer rückseitigen Stützstruktur. Da die Filtermembran 18 mit der Stützstruktur verbunden ist, bedingt diese die Abmessung der aktiven Filterfläche und somit das Seitenverhältnis der Membran. Löst man die Filtermembran 18 von der Stützstruktur ab, hat man die Möglichkeit, durch ein geeignetes Design der Vorderseite, d. h. der Filtermembran 18, das Seitenverhältnis der Filtermembran 18 unabhängig von der Stützstruktur zu gestalten. Somit kann man die Stabilitätswerte optimieren.A big influence on the stability of the filter membrane 18 has the material used. This is characterized by the material constants elasticity modulus, Poisson's ratio, ie transverse contraction number, and tensile strength, wherein the breaking strength of the filter membrane 18 primarily on the thickness of the filter membrane 18 depends. Another influencing factor is the aspect ratio of the filter membrane 18 , Optimum stability values are obtained with an aspect ratio of 1 to 1. A microfilter usually always consists of the filter membrane 18 and a back support structure. Because the filter membrane 18 connected to the support structure, this causes the dimension of the active filter surface and thus the aspect ratio of the membrane. Dissolve the filter membrane 18 From the support structure, one has the opportunity, by a suitable design of the front, ie the filter membrane 18 , the aspect ratio of the filter membrane 18 regardless of the support structure. Thus one can optimize the stability values.

Gleichzeitig können durch Anpassen der Rückseite, d. h. der Stützstruktur, verbesserte Flusseigenschaften verwirklicht werden.At the same time, by adjusting the back side, i. H. the support structure, improved flow characteristics are realized.

Die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40 ist zum Empfang von Signalen sowohl der Differenzdruckmesseinrichtung 26, als auch von Signalen der Flussmengenmesseinrichtung 34, der Spannungsmesseinrichtung 52, der Leitungspfade 44, der optischen Detektionseinheit 46 und der Lastmesseinrichtung 38 ausgebildet. Wertet die Auswerteeinrichtung 42 ein fehlerhaftes Signal in einem der zuvor genannten Bauelemente aus, ist die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40 zur Ausgabe eines Abschaltbefehls für die Biosensorvorrichtung 10 ausgestaltet.The filter monitoring controller 40 is for receiving signals from both the differential pressure measuring device 26 , as well as signals of the flow quantity measuring device 34 , the voltage measuring device 52 , the leadership path 44 , the optical detection unit 46 and the load-measuring device 38 educated. Evaluates the evaluation device 42 an erroneous signal in one of the aforementioned components is the filter monitoring control means 40 for issuing a shutdown command for the biosensor device 10 designed.

Außer bei der Detektion nur geringer Bakterienkonzentrationen können die Sensorinformationen des Systems, d. h. Druck, Flussrate, Last, usw. zur Beurteilung des Detektionssignals in der optischen Detektionseinheit 46 herangezogen werden. Ein Alarmsignal wegen Bakterienverunreinigung des Wassers kann z. B. unterdrückt werden, wenn die Sensoren nicht eine gewisse Belegung des Filters 14 anzeigen. Die Bakterien müssen schließlich zu einer Kontamination führen. Wenn diese nicht erkennbar ist, kann von einem Fehler in der optischen Detektionseinheit 46 bzw. im Markierungsverfahren ausgegangen werden. Diese Prüfung kann vor allem dann angewendet werden, wenn das zu analysierende Medium partikelarm ist.Apart from the detection of only low bacterial concentrations, the sensor information of the system, ie pressure, flow rate, load, etc., can be used to evaluate the detection signal in the optical detection unit 46 be used. An alarm signal due to bacterial contamination of the water may, for. B. are suppressed when the sensors are not a certain occupancy of the filter 14 Show. The bacteria must eventually lead to contamination. If this is not recognizable, it may be due to an error in the optical detection unit 46 or in the marking process. This test can be used especially if the medium to be analyzed is low in particles.

Die Sensorinformationen der Filterüberwachungseinrichtung 32 liefern über die Bestimmung des Verstopfens des Filters 14 Informationen über die Partikelbelastung des zu analysierenden Mediums. Diese Informationen lassen sich weiterverarbeiten, um z. B. eine Warnmeldung abzugeben.The sensor information of the filter monitoring device 32 deliver on determination of clogging of the filter 14 Information about the particle load of the medium to be analyzed. This information can be further processed to z. B. to give a warning.

Partikel in dem zu untersuchenden Medium wirken störend, unter anderem da sie die mögliche zu filtrierende Probenmenge einschränken. Eine Vorfiltration zum Aussondern großer Partikel ist manchmal nicht gewünscht, da z. B. Bakterien in Biofilmen an größeren Partikeln anhaften und durch die Vorfiltration zurückgehalten und dadurch nicht mehr detektiert werden könnten. Eine Möglichkeit, trotz Partikel größere Volumina zu analysieren und trotzdem keine möglichen Bakterien auszusondern, besteht darin, zwei oder mehrere Filter 14 unterschiedlicher Porendurchmesser zu verwenden. Insbesondere kann, z. B. im Fall von Trinkwasser, die Probe durch ein Filter 14 mit 1,5 μm Porengröße gepumpt werden. Das den Filter 14 passierende Medium wird durch einen weiteren Filter 14 mit 450 nm Porengröße gepumpt. Auf beiden Filtern 14 findet die Detektion statt. Das analysierbare Probenvolumen ist größer als bei Verwendung nur eines Filters 14 mit 450 nm Porengröße, da bei dem vorgeschlagenen Verfahren die Porengröße des ersten Filters 14 deutlich größer ist und die Probe für den zweiten Filter 14 durch den ersten vorbereitet wird. Durch Verschieben auf einem Lineartisch ist es möglich, kostengünstig, ohne die Notwendigkeit eines weiteren optischen Systems, beide Filter 14 zu analysieren.Particles in the medium to be examined are troublesome, among other things because they limit the possible amount of sample to be filtered. A prefiltration to remove large particles is sometimes not desirable because z. B. bacteria in biofilms attached to larger particles and retained by the prefiltration and thus could not be detected. One way to analyze despite volume larger volumes and yet eliminate any possible bacteria, there is in it, two or more filters 14 to use different pore diameter. In particular, z. For example, in the case of drinking water, the sample through a filter 14 be pumped with 1.5 micron pore size. That's the filter 14 passing medium is replaced by another filter 14 pumped with 450 nm pore size. On both filters 14 the detection takes place. The analyzable sample volume is larger than when using only one filter 14 with 450 nm pore size, as in the proposed method, the pore size of the first filter 14 is significantly larger and the sample for the second filter 14 is prepared by the first one. By moving on a linear stage, it is possible to inexpensively, without the need for a further optical system, both filters 14 analyze.

Die Detektion biologisch relevanter Partikel kann durch Lumineszenz anstelle von Fluoreszenz erfolgen. Dadurch lassen sich Störffekte wie beispielsweise Eigenfluoreszenz von Partikeln minimieren.The detection of biologically relevant particles can be done by luminescence instead of fluorescence. As a result, noise effects such as self-fluorescence of particles can be minimized.

Anstelle der Detektion durch einen Photomultiplier oder ähnlichem zum Messen der Gesamtintensität, kann mit einem bildgebendem Verfahren, z. B. einer CCD-Kamera, auch die Oberfläche des Filters 14 abgebildet werden. Dazu kann ein optisches System zur Vergrößerung des Bildes der Filteroberfläche eingesetzt werden. Durch Daten- und Bildverarbeitung kann eine automatische Detektion der Zielorganismen erfolgen.Instead of detection by a photomultiplier or the like for measuring the total intensity, with an imaging method, for. As a CCD camera, and the surface of the filter 14 be imaged. For this purpose, an optical system for enlarging the image of the filter surface can be used. Through data and image processing, an automatic detection of the target organisms can take place.

In der bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Filter 14 in einer Detektionskammer 56, die durch eine Kammerwand 58 zur Umgebung hin begrenzt ist. Die Detektionskammer 56 kann temperiert werden, insbesondere kann sie geheizt werden. Die Temperatur kann somit überwacht bzw. geregelt werden.In the preferred embodiment, the filter is located 14 in a detection chamber 56 passing through a chamber wall 58 is limited to the environment. The detection chamber 56 can be tempered, in particular, it can be heated. The temperature can thus be monitored or regulated.

Um die Filtermembran 18 nach einer Analyse wieder in voller Güte verwenden zu können, sollte eine effektive Reinigungsprozedur gefunden werden. Es sollten weder bereits detektierte Bakterien noch Schmutz auf der Filteroberfläche zurückbleiben.To the filter membrane 18 After an analysis to be able to use in full goodness, an effective cleaning procedure should be found. There should be no bacteria or dirt left on the filter surface.

Daher ist in der bevorzugten Ausführungsform eine Reinigungseinrichtung 60 zum automatischen Reinigen des Filters 14 vorgesehen. Die Reinigungseinrichtung 60 weist mehrere Gefäße 62 zum Lagern von Fluiden auf. Unter anderem werden in den Gefäßen 62 auch die Reinigungsflüssigkeiten gelagert, die zum Reinigen des Filters 14 benötigt werden. Die Reinigungseinrichtung 60 ist über ein Ventil 64 mit den Gefäßen 62 verbunden. Das Ventil 64 ist derart ausgestaltet, dass es verschiedene Gefäße 62 getrennt voneinander anwählen und mit der Reinigungseinrichtung 60 verbinden kann. Die Pumpe 24 pumpt das angewählte Fluid aus dem Gefäß 62 zu dem Filter 14. Sie ist derart ausgestaltet, dass sie das Fluid nicht nur zum Filter 14 hinpumpen kann, sondern das ausgewählte Fluid, beispielsweise die Reinigungsflüssigkeit, auch über den Filter 14 rück-/und querspülen kann.Therefore, in the preferred embodiment, a cleaning device 60 for automatic cleaning of the filter 14 intended. The cleaning device 60 has several vessels 62 for storing fluids. Among other things, in the vessels 62 also stored the cleaning fluids used to clean the filter 14 needed. The cleaning device 60 is over a valve 64 with the vessels 62 connected. The valve 64 is designed such that it has different vessels 62 select separately from each other and with the cleaning device 60 can connect. The pump 24 pumps the selected fluid out of the vessel 62 to the filter 14 , It is designed so that it not only the fluid to the filter 14 can pump down, but the selected fluid, such as the cleaning fluid, also on the filter 14 back and / and can rinse.

Die Reinigungsflüssigkeit fließt dazu über ein Flusssystem 66, das von einem Vierwege-Doppelanwahlventil 68 kontrolliert wird. Dieses leitet das von der Pumpe 24 gepumpte Fluid entweder über einen der Drucksensoren 28, 30 auf den Filter 14, oder in einen Abfall 70.The cleaning fluid flows through a flow system 66 that of a four-way double-selection valve 68 is controlled. This directs that from the pump 24 pumped fluid either via one of the pressure sensors 28 . 30 on the filter 14 , or in a trash 70 ,

Um den Vorrat an Reinigungsflüssigkeit so gering wie möglich zu halten, ist es sinnvoll, die Reinigungsflüssigkeit in einer Recyclingeinrichtung 71 zu recyceln. Das bedeutet, Reinigungsflüssigkeit, die nach der Reinigung des Filters 14, zurück zum Vierwege-Doppelanwahlventil 68 fließt, wird in einem extra Behälter aufgefangen, hier der Abfall 70. In diesem befindet sich ein Partikelsieb, in dem die Reinigungsflüssigkeit gereinigt werden kann. Zusätzlich kann ist Aktivkohle in dem Behälter vorhanden.In order to keep the supply of cleaning liquid as low as possible, it makes sense to the cleaning liquid in a recycling facility 71 to recycle. That means cleaning fluid after cleaning the filter 14 , back to the four-way double-selection valve 68 flows, is collected in an extra container, here the waste 70 , In this there is a particle screen, in which the cleaning fluid can be cleaned. In addition, activated carbon is present in the container.

In der bevorzugten Ausgestaltung wird die zur Reinigung verwendete Flüssigkeit in temperierter Form zugeführt. Dazu ist in der Reinigungseinrichtung 60 eine Temperiereinrichtung 72 zum Temperieren der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen.In the preferred embodiment, the liquid used for cleaning is supplied in tempered form. This is in the cleaning device 60 a tempering device 72 provided for tempering the cleaning fluid.

Zur Vermeidung von Überhitzung und Unterkühlung weist die Temperiereinrichtung 72 daher einen ersten Temperatursensor 74 an den Gefäßen 62 und einen zweiten Temperatursensor 76 an dem Filter 14 auf.To avoid overheating and hypothermia, the tempering device 72 therefore a first temperature sensor 74 on the vessels 62 and a second temperature sensor 76 on the filter 14 on.

Zur noch besseren Reinigung des Filters 14 weist die Reinigungseinrichtung 60 weiter einen Schallgenerator, bevorzugt eine Ultraschalleinheit 78 bevorzugt eine Megaschalleinheit 80 zum Beaufschlagen von Megaschall auf den Filter 14 auf. Mit diesem Schallgenerator 82 wird Megaschall erzeugt, der eine Kavitation hervorruft, mit der es möglich ist, die Filteroberfläche effektiv zu reinigen.For even better cleaning of the filter 14 has the cleaning device 60 furthermore a sound generator, preferably an ultrasound unit 78 preferably a megasonic unit 80 for applying megasonic to the filter 14 on. With this sound generator 82 Megasound is generated which causes cavitation, with which it is possible to effectively clean the filter surface.

Zusätzlich ist auch der Filter 14 als Schallgenerator 82 ausgebildet. Er ist aus einem piezoelektrischen Material gebildet und weist Elektroden, die als Interdigitalelektroden ausgestaltet sind, zum Anregen des piezoelektrischen Materials auf. Eine Passivierungsschicht 88 schützt das piezoelektrische Material vor äußeren Einflüssen, die es zerstören könnten.In addition, the filter is also 14 as a sound generator 82 educated. It is formed of a piezoelectric material and has electrodes configured as interdigital electrodes for exciting the piezoelectric material. A passivation layer 88 protects the piezoelectric material from external influences that could destroy it.

Zur noch besseren Reinigung weist die Reinigungseinrichtung 60 eine EHD-Einheit 90 auf, die eine elektrohydrodynamische Atomisierung der Reinigungsflüssigkeit durchführt und damit den Filter 14 reinigt. Die EHD-Einheit 90 weist eine Kapillare 92 auf, die die Reinigungsflüssigkeit aus einem der Gefäße 62 in die EHD-Einheit 90 leitet. Durch Beaufschlagung von Druck auf die Reinigungsflüssigkeit wird diese in die Kapillare 92 eingebracht und durch diese hindurch geleitet und in ein elektrostatisches Feld 94 am Ende der Kappillare 92 eingebracht, das von einem elektrischen Kontakt 96 erzeugt wird. Aus der Reinigungsflüssigkeit bilden sich Nanotröpfchen, die auf dem Filter 14 beaufschlagt werden, und den Filter 14 somit reinigen.For even better cleaning, the cleaning device 60 an EHD unit 90 on, which performs an electrohydrodynamic atomization of the cleaning liquid and thus the filter 14 cleans. The EHD unit 90 has a capillary 92 put on the cleaning fluid from one of the vessels 62 into the EHD unit 90 passes. By Applying pressure to the cleaning fluid will cause this into the capillary 92 introduced and passed through it and into an electrostatic field 94 at the end of the capillary 92 introduced by an electrical contact 96 is produced. From the cleaning liquid, nanotubes form on the filter 14 be charged, and the filter 14 thus clean.

Um eine noch bessere Reinigungswirkung der Reinigungseinrichtung 60 zu erzielen, sind Elektrochemiereinigungseinrichtungen zur elektrochemischen Reinigung des Filters 14 vorgesehen. Die Elektrochemiereinigungseinrichtung 100 ist zur Durchführung einer Elektrophorese oder einer Elektroosmose oder einer Elektrolyse ausgebildet. Sie weist Elektroden 102 auf, die in besonderer Ausgestaltung auf dem Filter 14 als Interdigitalelektroden ausgebildet sind. Die Interdigitalelektroden sind aus Platin gebildet, da dies besonders widerstandsfähig gegenüber äußeren Einflüssen ist.For an even better cleaning effect of the cleaning device 60 are to achieve electrochemical cleaning equipment for electrochemical cleaning of the filter 14 intended. The electrochemical cleaning device 100 is designed to carry out electrophoresis or electroosmosis or electrolysis. It has electrodes 102 on, in a special embodiment on the filter 14 are formed as interdigital electrodes. The interdigital electrodes are made of platinum, since this is particularly resistant to external influences.

Um die verschiedenen Reinigungsmöglichkeiten der Reinigungseinrichtung 60 zu steuern, ist eine Reinigungssteuerungseinrichtung 104 vorgesehen, die die einzelnen Reinigungsprozesse aktivieren und deaktivieren kann. Sie kann z. B. gleichzeitig die Ultraschalleinheit und die Pumpe 14 aktivieren, während die EHD-Einheit 90 und die Elektrochemiereinigungseinrichtung 100 deaktiviert sind. Auch andere Kombinationen der Reinigung sind möglich.To the various cleaning options of the cleaning device 60 to control is a cleaning control device 104 provided that can activate and deactivate the individual cleaning processes. You can z. B. simultaneously the ultrasonic unit and the pump 14 activate while the EHD unit 90 and the electrochemical cleaning device 100 are disabled. Other combinations of cleaning are possible.

Die Reinigungssteuerungseinrichtung 104 wird über die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40 aktiviert. Wenn die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung 40 erkannt hat, dass der Filter 14 einer Reinigung bedarf, z. B. weil er verstopft ist, gibt sie ein Signal an die Reinigungssteuerungseinrichtung 104, die dann die dementsprechenden Reinigungsprozesse startet. Bei der Detektion in der Biosensorvorrichtung 10 als auch bei der Reinigung wirken sich Blasen in der Reinigungsflüssigkeit negativ aus. Daher ist in der Fluidikeinrichtung 16 ein Luftblasensensor 106 vorgesehen, der das Auftreten von Blasen erkennt und eine Meldung ausgibt, damit diese Blasen entfernt werden können.The cleaning control device 104 is via the filter monitoring controller 40 activated. When the filter monitoring controller 40 has recognized that the filter 14 requires cleaning, z. B. because it is clogged, it gives a signal to the cleaning control device 104 , which then starts the corresponding cleaning processes. Upon detection in the biosensor device 10 as well as during cleaning, bubbles in the cleaning fluid have a negative effect. Therefore, in the fluidic device 16 an air bubble sensor 106 provided that detects the occurrence of bubbles and outputs a message, so that these bubbles can be removed.

Die Biosensorvorrichtung 10 ist zur Entnahme einer Probe aus der Wasserleitung durch die Probennahmevorrichtung 108 ausgebildet. Diese ist derart ausgestaltet, dass sie Probenmaterial direkt aus einer Leitung entnehmen kann, und weist dazu vorzugsweise einen Druckminderer 110 auf.The biosensor device 10 is for taking a sample from the water line through the sampling device 108 educated. This is designed such that it can take sample material directly from a line, and has for this purpose preferably a pressure reducer 110 on.

2 zeigt eine Übersichtsdarstellung, in der die Probennahmevorrichtung 108 gezeigt ist. Sie weist einen Bypass 112 auf, der das Ausleiten der Probe, hier des Trinkwassers, direkt aus der Leitung 114 möglich macht. Die Probennahmevorrichtung weist eine Ausleit-/Durchleitvorrichtung 116 auf, die permanent Probenmaterial aus der Leitung 114 in die Biosensorvorrichtung 10 ausleitet. Gleichzeitig leitet sie permanent Probenmaterial durch die Probennahmevorrichtung 108 in die Detektionskammer 56 und durch ein Mehrwegeventil 118. Von diesen Mehrwegeventil 118 kann das abgeleitete Wasser entweder wieder in die Leitung 114 zurückgeleitet werden oder dem Abfall 70 zugeführt werden. Der Bypass 112 weist den Druckminderer 110 auf, der schaltbar ist, und der derart geschaltet werden kann, dass er entweder den Fluss des Probenmaterials durch die Probennahmevorrichtung 108 konstant hält, oder den Fluss untersagt. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn in der Detektionskammer 56 eine Messung durchgeführt wird. Ein Fluss des Probenmaterials durch die Detektionskammer 56 würde sich dabei nur störend auswirken, weshalb der Fluss während dieser Zeit untersagt werden muss. Bei der Detektion ist es vorteilhaft, dass die Detektionskammer 56 einen separaten Reaktor 120 aufweist, in dem das Probenmaterial vorgefärbt wird. Dadurch wird die Reaktion der Sonden mit den Bakterien vereinfacht, und eine schnellere Detektion auf der Filtermembran 18 wird ermöglicht. Die Probennahmevorrichtung 108 ist über die Fluidikeinrichtung 16 mit der Detektionskammer 56 verbunden. Über die Fluidikeinrichtung 16 können die Reaktionsflüssigkeiten aus den Gefäßen 62 mittels des Ventils 64 in die Detektionskammer 56 eingebracht werden. Eine zusätzlich eingebrachte Pumpe 122 ist zum Auspumpen des Probenmaterials aus der Detektionskammer 56 in den Abfall 70 vorgesehen. Nach einer Messung muss ein gewisses Spülvolumen über das Mehrwegeventil 118 in den Abfall 70 geleitet werden, um eine Verunreinigung des Trinkwassers mit Prozessflüssigkeiten zu verhindern. 2 shows an overview in which the sampling device 108 is shown. It has a bypass 112 on, the discharge of the sample, here the drinking water, directly from the line 114 makes possible. The sampling device has a diverting / passing device 116 on, the permanent sample material from the line 114 into the biosensor device 10 rejects them. At the same time, it permanently passes sample material through the sampling device 108 into the detection chamber 56 and through a multiway valve 118 , From this multi-way valve 118 The discharged water can either be returned to the line 114 be returned or the waste 70 be supplied. The bypass 112 indicates the pressure reducer 110 which is switchable and which may be switched to either flow the sample material through the sampling device 108 keeps constant, or forbids the river. This is especially the case when in the detection chamber 56 a measurement is performed. A flow of sample material through the detection chamber 56 This would only interfere, which is why the river must be prohibited during this time. In the detection, it is advantageous that the detection chamber 56 a separate reactor 120 in which the sample material is pre-dyed. This simplifies the reaction of the probes with the bacteria, and faster detection on the filter membrane 18 is possible. The sampling device 108 is about the Fluidikeinrichtung 16 with the detection chamber 56 connected. About the fluidic device 16 can the reaction liquids from the vessels 62 by means of the valve 64 into the detection chamber 56 be introduced. An additional pump 122 is for pumping out the sample material from the detection chamber 56 in the trash 70 intended. After a measurement, a certain flushing volume must be via the multiway valve 118 in the trash 70 be routed to prevent contamination of the drinking water with process fluids.

Die 3 und 4 zeigen eine bevorzugte Ausgestaltung, in der die Zuleitung zu der Biosensorvorrichtung 10 reinigbar ist. Nach der Trinkwasserverordnung bzw. nach DIN EN ISO 19458 ist vorgesehen, dass die Wasserprobe möglichst direkt zum Analysenelement, also zum Filter 14 gelangen soll, um Kontaminationen durch Keime, die nicht in der eigentlichen Probe sondern in beispielsweise den Schläuchen vorhanden sind, zu vermeiden. Sämtliche Probennahmegefäße müssen keimfrei sein. Eine erste Möglichkeit eine Kontamination zu verhindern, ist in den 3 und 4 gezeigt. Ein Schaltventil 124 wird im Normalbetrieb der Biosensorvorrichtung 10, der in 3 dargestellt ist, derart geschaltet, dass das Probenmaterial an der Fluidikeinrichtung 16 und damit an der Detektionskammer 56 vorbeigeleitet wird. Gleichzeitig kann die Biosensorvorrichtung 10 und insbesondere die Fluidikeinrichtung 16 mittels geeigneter Desinfektionsmittel keimfrei gehalten werden. Bei einer Probennahme, die in 4 dargestellt ist, wird das Schaltventil 124 derart geschaltet, dass das Probenmaterial der Fluidikeinrichtung 16 und damit der Detektionskammer 56 zugeleitet wird. Das Probenmaterial durchströmt dabei ausschließlich zuvor desinfizierte Fluidikelemente, bevor es zum Filter gelangt.The 3 and 4 show a preferred embodiment in which the supply line to the biosensor device 10 is cleanable. According to the Drinking Water Ordinance or nach DIN EN ISO 19458 it is provided that the water sample as directly as possible to the analysis element, so the filter 14 should come to avoid contamination by germs that are not present in the actual sample but in, for example, the hoses. All sampling containers must be germ-free. A first way to prevent contamination is in the 3 and 4 shown. On-off valve 124 becomes in normal operation of the biosensor device 10 who in 3 is shown, switched such that the sample material at the Fluidikeinrichtung 16 and thus at the detection chamber 56 is bypassed. At the same time, the biosensor device 10 and in particular the fluidics device 16 be kept germ-free by means of suitable disinfectants. For a sample taken in 4 is shown, the switching valve 124 switched such that the sample material of Fluidikeinrichtung 16 and thus the detection chamber 56 is forwarded. The sample material flows through previously disinfected fluidic elements before it reaches the filter.

Wie der Filter 14 direkt in eine von der Probe durchströmte Leitung 126 eingebracht werden kann, ist in 5 in vier Schritten dargestellt. Dabei weist die Probennahmevorrichtung 108 eine Dreheinrichtung 128 auf. Diese hat vier verschiedene Positionen, die durch Drehen der Dreheinrichtung 128 in die Leitung 126 eingebracht werden können. In dem ersten Schritt 130 wird eine Aufnahmeposition für den Filter 14 in die Leitung 126 eingedreht. Damit befindet sich der Filter 14 direkt im Trinkwasserstrom und kann biologische Partikel einfangen. Mit den weiteren Schritten 132 bis 136 wird der Filter 14 zu verschiedenen Positionen hingedreht, an welchen verschiedene Prozesse stattfinden können, beispielsweise die Sichtbarmachung der Bakterien in Schritt 132, der Detektionsschritt in Schritt 134 und der Waschschritt in Schritt 136.Like the filter 14 directly into a line through which the sample flows 126 can be introduced is in 5 shown in four steps. In this case, the sampling device 108 a rotating device 128 on. This has four different positions, by turning the rotator 128 into the pipe 126 can be introduced. In the first step 130 becomes a recording position for the filter 14 into the pipe 126 screwed. This is the filter 14 directly in the drinking water stream and can trap biological particles. With the further steps 132 to 136 becomes the filter 14 turned to different positions, where various processes can take place, such as the visualization of the bacteria in step 132 , the detection step in step 134 and the washing step in step 136 ,

Die Dreheinrichtung 128 ist derart ausgestaltet, dass sie für jeden dieser Schritte 130 bis 136 einen Durchlass 138 aufweist, der bei der Stellung der Dreheinrichtung 128 in die Leitung 126 eingedreht wird. So ist ein permanenter, ungestörter Weiterfluss des Trinkwassers gewährleistet.The turning device 128 is designed to suit each of these steps 130 to 136 a passage 138 that at the position of the rotating device 128 into the pipe 126 is screwed in. This ensures a permanent, undisturbed flow of drinking water.

Um zu vermeiden, dass im Störfall der Biosensorvorrichtung 10 Trinkwasser in der Leitung 114 durch beispielsweise Reaktionsflüssigkeiten oder ähnliches kontaminiert wird, ist eine Sicherheitseinrichtung in Form eines Rückschlagventils vorgesehen. Damit kann kein bereits abgeleitetes Wasser wieder zurück in die Leitung 114 fließen und das Trinkwasser damit kontaminieren.To avoid that in case of failure of the biosensor device 10 Drinking water in the pipe 114 is contaminated by, for example, reaction liquids or the like, a safety device in the form of a check valve is provided. Thus, no already derived water back into the pipe 114 flow and contaminate the drinking water.

Die Biosensorvorrichtung 10 und ihre Komponenten sind thermisch isoliert und weisen Temperatursensoren 74, 76 zur Kontrolle der Temperatur der Reinigungs- und Reaktionsflüssigkeiten auf. Sämtliche Fluide sowie das Gesamtsystem und die Komponenten in der Biosensorvorrichtung 10, genauso wie die Detektionskammer 56 und sämtliche Zuleitungen werden temperiert.The biosensor device 10 and their components are thermally insulated and have temperature sensors 74 . 76 for controlling the temperature of the cleaning and reaction liquids. All fluids and the overall system and components in the biosensor device 10 , as well as the detection chamber 56 and all leads are tempered.

In der Detektionskammer kann eine Probe untersucht werden, nachdem die Probe aus einer Wasserleitung entnommen worden ist, wobei bei Bedarf ein Druckminderer 110 eingesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist das Vorhandensein eines Rückschlagventils, das im Störfall die Kontamination des Trinkwassers verhindert.In the detection chamber, a sample can be examined after the sample has been taken from a water pipe, with a pressure reducer if required 110 is used. Particularly advantageous is the presence of a check valve, which prevents contamination of the drinking water in case of failure.

Das Gesamtsystem wird überwacht durch die Messung der Druckdifferenz über dem Filter 14, insbesondere über zwei Drucksensoren 28, die in der Detektionskammer 56 integriert sind. Dadurch werden Messfehler durch einen Druckabfall zwischen der Filteroberfläche und der Messstelle außerhalb der Detektionskammer 56 vermieden.The overall system is monitored by measuring the pressure difference across the filter 14 , in particular via two pressure sensors 28 that are in the detection chamber 56 are integrated. As a result, measurement errors are caused by a pressure drop between the filter surface and the measuring point outside the detection chamber 56 avoided.

Weiter wird das System über den Flusssensor 36, der nach der Pumpe 24 geschaltet ist, überwacht.The system continues via the flow sensor 36 that after the pump 24 switched, monitored.

Überall in der Biosensorvorrichtung 10, im Gehäuse, in der Detektionskammer 56, im Fluidiksystem 16 sind Temperatursensoren vorhanden, die eine optimale Temperierung von Reagenzien, Medien und Komponenten ermöglichen und die Überhitzung sowie eine zu geringe Temperatur vermeiden.Everywhere in the biosensor device 10 , in the housing, in the detection chamber 56 , in the fluidic system 16 Temperature sensors are available that allow for optimal temperature control of reagents, media and components and avoid overheating and too low a temperature.

Weiter ist ein Luftblasensensor 106 vorgesehen, der Blasen in der Fluidikeinrichtung 16 erkennen und melden kann.Next is an air bubble sensor 106 provided, the bubbles in the Fluidikeinrichtung 16 recognize and report.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Biosensorvorrichtungbiosensor
1212
Detektionseinrichtungdetection device
1414
Filterfilter
1616
Fluidikeinrichtungfluidic
1818
Filtermembranfilter membrane
2020
erster Bereichfirst area
2222
zweiter Bereichsecond area
2424
Pumpepump
2626
DifferenzdruckmesseinrichtungDifferential pressure measuring device
2828
erster Drucksensorfirst pressure sensor
3030
zweiter Drucksensorsecond pressure sensor
3232
FilterüberwachungseinrichtungFilter monitoring device
3434
FlussmengenmesseinrichtungFlow rate measuring device
3636
Flusssensorflow sensor
4040
FilterüberwachungssteuerungseinrichtungFilter monitoring control device
4242
Auswerteeinrichtungevaluation
4444
Leitungspfadeconduction paths
4646
optische Detektionseinheitoptical detection unit
4848
Lichtquellelight source
5252
SpannungsmesseinrichtungVoltage measuring device
5454
piezoelektrische Elementepiezoelectric elements
5656
Detektionskammerdetection chamber
5858
Kammerwandchamber wall
6060
Reinigungseinrichtungcleaning device
6262
Gefäßevessels
6464
VentilValve
6666
Flußsystemriver system
6868
Vierwege-DoppelanwahlventilFour-way double valve selection
7070
Abfallwaste
7171
Recyclingeinrichtungrecycling facility
7272
Temperiereinrichtungtempering
7474
erster Temperatursensorfirst temperature sensor
7676
zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
7878
Ultraschalleinheitultrasound unit
8080
MegaschalleinheitMegasonic unit
8282
Schallgeneratorsound generator
8888
Passivierungsschichtpassivation
9090
EHD-EinheitEHD unit
9292
Kapillarecapillary
9494
elektrostatisches Feldelectrostatic field
96 96
elektrischer Kontaktelectric contact
100100
ElektrochemiereinigungseinrichtungElectrochemistry cleaning device
104104
ReinigungssteuerungseinrichtungCleaning control device
106106
LuftblasensensorBubble sensor
108108
ProbennahmevorrichtungSampling device
110110
Druckmindererpressure reducer
112112
Bypassbypass
114114
Leitungmanagement
116116
Ausleit-/DurchleitvorrichtungAusleit- / Durchleitvorrichtung
118118
MehrwegeventilMulti-way valve
120120
Reaktorreactor
122122
Pumpepump
124124
Schaltventilswitching valve
126126
Leitungmanagement
128128
Dreheinrichtungrotator
130130
Schritt 1Step 1
132132
Schritt 2step 2
134134
Schritt 3step 3
136136
Schritt 4Step 4
138138
Durchlasspassage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2005/102528 A1 [0004] WO 2005/102528 A1 [0004]
  • WO 03/005013 A1 [0004] WO 03/005013 Al [0004]
  • US 5726026 [0005] US 5726026 [0005]
  • US 2006/0257941 A1 [0005] US 2006/0257941 A1 [0005]
  • DE 102008035772 [0007, 0092] DE 102008035772 [0007, 0092]
  • WO 2008/135452 A2 [0008] WO 2008/135452 A2 [0008]
  • DE 102006026559 A1 [0092] DE 102006026559 A1 [0092]
  • DE 102007021387 A1 [0092] DE 102007021387 A1 [0092]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • DIN EN ISO 19458 [0127] DIN EN ISO 19458 [0127]

Claims (15)

Biosensorvorrichtung (10) zur Detektion von biologischen Partikeln mit einer Detektionseinrichtung (12) zur Detektion der in der Probe vorhandenen biologischen Partikel, wobei die Detektionseinrichtung (12) einen Filter (14) zum Sammeln von biologischen Partikeln zwecks Detektion aufweist, gekennzeichnet durch eine Filterüberwachungseinrichtung (32) zum automatischen Überwachen der Funktion des Filters (14).Biosensor device ( 10 ) for the detection of biological particles with a detection device ( 12 ) for detecting the biological particles present in the sample, wherein the detection device ( 12 ) a filter ( 14 ) for collecting biological particles for detection, characterized by a filter monitoring device ( 32 ) for automatically monitoring the function of the filter ( 14 ). Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterüberwachungseinrichtung (32) wenigstens eine Differenzdruckmesseinrichtung (26) zur Messung eines Differenzdruckes über dem Filter (14) und/oder wenigstens eine Flussmengenmesseinrichtung (34) zur Messung eines Flusses durch den Filter (14) und/oder eine Spannungsmesseinrichtung (52) zur Messung einer mechanischen Spannung an dem Filter (14) aufweist, wobei vorzugsweise die Spannungsmesseinrichtung (52) ein piezoelektrisches Element (54) aufweist und/oder wobei vorzugsweise die Filterüberwachungseinrichtung (32) einen Leitungspfad (44) zur Herstellung einer Leitfähigkeit auf dem Filter (14) und/oder eine optische Detektionseinheit (46) und eine Lichtquelle (48) auf einer der optischen Detektionseinheit (46) abgewandten Seite des Filters (14) aufweist und/oder zur Detektion der Porosität des Filters (14) ausgebildet und/oder wenigstens einer Pumpe (24) zum Transportieren von Fluiden zugeordnet ist und/oder mit der Pumpe (24) verbunden ist und/oder eine Lastmesseinrichtung (38) zur Messung der auf die Pumpe (24) wirkenden Last aufweist.Biosensor device ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the filter monitoring device ( 32 ) at least one differential pressure measuring device ( 26 ) for measuring a differential pressure across the filter ( 14 ) and / or at least one flow quantity measuring device ( 34 ) for measuring a flow through the filter ( 14 ) and / or a voltage measuring device ( 52 ) for measuring a mechanical stress on the filter ( 14 ), wherein preferably the voltage measuring device ( 52 ) a piezoelectric element ( 54 ) and / or wherein preferably the filter monitoring device ( 32 ) a conduction path ( 44 ) for producing a conductivity on the filter ( 14 ) and / or an optical detection unit ( 46 ) and a light source ( 48 ) on one of the optical detection unit ( 46 ) facing away from the filter ( 14 ) and / or for detecting the porosity of the filter ( 14 ) and / or at least one pump ( 24 ) is assigned for transporting fluids and / or with the pump ( 24 ) and / or a load measuring device ( 38 ) for measuring the pump ( 24 ) has acting load. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterüberwachungseinrichtung (32) eine Filterüberwachungssteuerungseinrichtung (40) zum Empfangen und/oder Verarbeiten von Signalen und/oder zur Ausgabe eines Abschaltbefehls für die Biosensorvorrichtung (10) aufweist und/oder dass die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung (40) zum Empfang von Signalen der Differenzdruckmesseinrichtung (26) und/oder der Flussmengenmesseinrichtung (34) und/oder der Spannungsmesseinrichtung (52) und/oder des Leitungspfads (44) und/oder der optischen Detektionseinheit (46) und/oder der Lastmesseinrichtung (38) ausgebildet ist und/oder wenigstens eine Auswerteeinrichtung (42) zum Auswerten der von der Filterüberwachungssteuerungseinrichtung (40) empfangenen Signale aufweistBiosensor device ( 10 ) according to claim 2, characterized in that the filter monitoring device ( 32 ) a filter monitoring control device ( 40 ) for receiving and / or processing signals and / or for outputting a shutdown command for the biosensor device ( 10 ) and / or that the filter monitoring control device ( 40 ) for receiving signals of the differential pressure measuring device ( 26 ) and / or the flow quantity measuring device ( 34 ) and / or the voltage measuring device ( 52 ) and / or the management path ( 44 ) and / or the optical detection unit ( 46 ) and / or the load measuring device ( 38 ) is formed and / or at least one evaluation device ( 42 ) for evaluating the filter monitoring control device ( 40 ) received signals Biosensorvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungseinrichtung (60) zum automatischen Reinigen des Filters (14) vorgesehen ist.Biosensor device ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a cleaning device ( 60 ) for automatically cleaning the filter ( 14 ) is provided. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gefäße (62) zum Lagern von Fluiden, insbesondere zum Lagern einer Reinigungsflüssigkeit, vorgesehen sind und/oder dass wenigstens ein Gefäß (62) zum Lagern von Fluiden über ein Ventil (64) mit der Reinigungseinrichtung (60) verbunden ist.Biosensor device ( 10 ) according to claim 4, characterized in that a plurality of vessels ( 62 ) are provided for storing fluids, in particular for storing a cleaning liquid, and / or that at least one vessel ( 62 ) for storing fluids via a valve ( 64 ) with the cleaning device ( 60 ) connected is. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (60) eine Pumpe (24) zum Pumpen der Reinigungsflüssigkeit aus dem wenigstens einen Gefäß (62) zu dem Filter (14) aufweist und/oder dass die Pumpe (24) zum Rück- und Querspülen der Reinigungsflüssigkeit über den Filter (14) und/oder die Pumpe (24) der Filterüberwachungseinrichtung (32) als Pumpe (24) zum Pumpen der Reinigungsflüssigkeit ausgebildet istBiosensor device ( 10 ) according to claim 5, characterized in that the cleaning device ( 60 ) a pump ( 24 ) for pumping the cleaning liquid from the at least one vessel ( 62 ) to the filter ( 14 ) and / or that the pump ( 24 ) for back and forth flushing of the cleaning liquid through the filter ( 14 ) and / or the pump ( 24 ) of the filter monitoring device ( 32 ) as a pump ( 24 ) is designed for pumping the cleaning liquid Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit eine Reaktionsflüssigkeit zur Verwendung bei der Detektion von biologischen Partikeln in der Biosensorvorrichtung (10) und/oder eine Säure oder eine Base oder ein Alkohol oder ein Detergenz ist und/oder dass eine Temperiereinrichtung (72) zum Temperieren der Reinigungsflüssigkeit und/oder zur Vermeidung von Überhitzung und Unterkühlung Temperatursensoren (74, 76) an den Gefäßen (62) und dem Filter (14) vorgesehen sind.Biosensor device ( 10 ) according to one of claims 5 or 6, characterized in that the cleaning liquid comprises a reaction liquid for use in the detection of biological particles in the biosensor device ( 10 ) and / or an acid or a base or an alcohol or a detergent and / or that a tempering device ( 72 ) for tempering the cleaning fluid and / or to prevent overheating and hypothermia temperature sensors ( 74 . 76 ) on the vessels ( 62 ) and the filter ( 14 ) are provided. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Recyclingeinrichtung (71) zum Reinigen der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen ist und/oder dass die Recyclingeinrichtung (71) ein Partikelsieb und/oder Aktivkohle aufweist.Biosensor device ( 10 ) according to one of claims 5 to 7, characterized in that a recycling device ( 71 ) is provided for cleaning the cleaning liquid and / or that the recycling device ( 71 ) has a particle screen and / or activated carbon. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungeinrichtung (60) eine Ultraschalleinheit (78), insbesondere eine Megaschalleinheit (80), mit einem Schallgenerator (82) zum Beaufschlagen des Filters (14) mit Schallwellen aufweist und/oder dass die Detektionseinrichtung (12) eine den Filter und/oder einen separaten Reaktor (120) zum Vorfärben des Probenmaterials und/oder eine begrenzende Kammerwand (58) aufweisende Detektionskammer (56) aufweist und/oder dass der Schallgenerator (82) an der Detektionskammer (56) der Detektionseinrichtung (12) angebracht ist und/oder dass eine Düse zum Austreten von mit Megaschall beaufschlagtem Fluid durch die Kammerwand (58) in die Detektionskammer (56) an der Detektionskammer (56) angeordnet ist und/oder der Filter (14) als Schallgenerator (82) und/oder aus einem piezoelektrischen Material gebildet ist oder eine Schicht aus piezoelektrischem Material, insbesondere aus PZT oder AlN, aufweist und/oder Elektroden, insbesondere Interdigitalelektroden, zum Anregen des piezoelektrischen Materials und/oder eine Passivierungsschicht (88) zum Schützen des piezoelektrischen Materials aufweist.Biosensor device ( 10 ) according to one of claims 4 to 8, characterized in that the cleaning device ( 60 ) an ultrasound unit ( 78 ), in particular a megasonic unit ( 80 ), with a sound generator ( 82 ) for applying the filter ( 14 ) with sound waves and / or that the detection device ( 12 ) one the filter and / or a separate reactor ( 120 ) for pre-staining the sample material and / or a limiting chamber wall ( 58 ) having detection chamber ( 56 ) and / or that the sound generator ( 82 ) at the detection chamber ( 56 ) of the detection device ( 12 ) and / or that a nozzle for the escape of megasonic-loaded fluid through the chamber wall ( 58 ) into the detection chamber ( 56 ) at the detection chamber ( 56 ) and / or the filter ( 14 ) as a sound generator ( 82 ) and / or is formed from a piezoelectric material or has a layer of piezoelectric material, in particular of PZT or AlN, and / or electrodes, in particular interdigital electrodes, for exciting the piezoelectric material Material and / or a passivation layer ( 88 ) for protecting the piezoelectric material. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (60) eine EHD-Einheit (90) zur elektrohydrodynamischen Atomisierung der Reinigungsflüssigkeit aufweist und/oder dass die EHD-Einheit (90) eine Kapillare (92) zum Einleiten der Reinigungsflüssigkeit aus einem Gefäß (62) in die EHD-Einheit (90), eine Druckbeaufschlagung zum Einbringen und Durchleiten der Reinigungsflüssigkeit in und durch die Kapillare (92) und einen elektrischen Kontakt (96) zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes (94) am Ende der Kapillare (92) aufweist und/oder dass die EHD-Einheit (90) zum Bilden von Nanotröpfchen aus der Reinigungsflüssigkeit und/oder zu deren Beaufschlagung auf die Filteroberfläche ausgebildet ist und/oder dass die Kapillare (92) der EHD-Einheit (90) in der Kammerwand (58) der Detektionskammer (56) angeordnet ist.Biosensor device ( 10 ) according to one of claims 4 to 9, characterized in that the cleaning device ( 60 ) an EHD unit ( 90 ) for electrohydrodynamic atomization of the cleaning liquid and / or that the EHD unit ( 90 ) a capillary ( 92 ) for introducing the cleaning liquid from a vessel ( 62 ) into the EHD unit ( 90 ), a pressurization for introducing and passing the cleaning liquid into and through the capillary ( 92 ) and an electrical contact ( 96 ) for generating an electrostatic field ( 94 ) at the end of the capillary ( 92 ) and / or that the EHD unit ( 90 ) is formed to form nanodroplets from the cleaning fluid and / or to act upon the filter surface and / or that the capillaries ( 92 ) of the EHD unit ( 90 ) in the chamber wall ( 58 ) of the detection chamber ( 56 ) is arranged. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (60) eine Elektrochemiereingungseinrichtung (100) zur elektrochemischen Reinigung des Filters (14), insbesondere mittels Elektrophorese und/oder Elektroosmose und/oder Elektrolyse, aufweist und/oder dass Elektroden zur Durchführung der elektrochemischen Reinigungsverfahren auf dem Filter (14), insbesondere als Interdigitalelektroden und/oder aus Platin und/oder im Siebdruckverfahren oder durch Aufdampfen oder Sputtern, ausgebildet sind.Biosensor device ( 10 ) according to one of claims 4 to 10, characterized in that the cleaning device ( 60 ) an electrochemical device ( 100 ) for electrochemical cleaning of the filter ( 14 ), in particular by means of electrophoresis and / or electroosmosis and / or electrolysis, and / or that electrodes for carrying out the electrochemical purification processes on the filter ( 14 ), in particular as interdigital electrodes and / or made of platinum and / or by screen printing or by vapor deposition or sputtering. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung (60) wenigstens eine Reinigungssteuerungseinrichtung (104) aufweist und/oder dass die Reinigungssteuerungseinrichtung (104) zum Aktivieren und Deaktivieren der Ultraschalleinheit (78) und/oder der EHD-Einheit (90) und/oder der elektrochemischen Reinigung und/oder der Pumpe (24) ausgebildet ist und/oder dass die Reinigungssteuerungseinrichtung (104) durch die Filterüberwachungssteuerungseinrichtung (40) aktiviert wird.Biosensor device ( 10 ) according to one of claims 9, 10 or 11, characterized in that the cleaning device ( 60 ) at least one cleaning control device ( 104 ) and / or that the cleaning control device ( 104 ) for activating and deactivating the ultrasound unit ( 78 ) and / or the EHD unit ( 90 ) and / or the electrochemical cleaning and / or the pump ( 24 ) and / or that the cleaning control device ( 104 ) by the filter monitoring control device ( 40 ) is activated. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Probennahmevorrichtung (108) vorgesehen ist, zum Aufnehmen von, insbesondere fluidem, Probenmaterial direkt aus einer Leitung (114) und/oder dass die Probennahmevorrichtung (108) eine Ausleit-/Durchleitvorrichtung (116) zum permanenten Ausleiten des Probenmaterials aus der Leitung (114) und zum permanenten Durchleiten des Probenmaterials durch die Probennahmevorrichtung (108) aufweist und/oder dass das Probenmaterial über einen an die Leitung (114) angeschlossenen Bypass (112) in die Probennahmevorrichtung (108) strömt, die Detektionskammer (56) tangential durchströmt und über ein Mehrwegeventil (118) wieder in die Leitung (114) eingeleitet wird und/oder dass der Bypass (112) einen schaltbaren Druckminderer (110) aufweist, der den Fluss des Probenmaterials durch die Probennahmevorrichtung (108) und die Detektionskammer (56) konstant hält und den Fluss während einer Messung untersagt.Biosensor device ( 10 ) according to one of claims 9 to 12, characterized in that a sampling device ( 108 ) is provided for receiving, in particular fluid, sample material directly from a line ( 114 ) and / or that the sampling device ( 108 ) a diversion / transit device ( 116 ) for permanent discharge of the sample material from the line ( 114 ) and for the permanent passage of the sample material through the sampling device ( 108 ) and / or that the sample material via a to the line ( 114 ) connected bypass ( 112 ) into the sampling device ( 108 ) flows, the detection chamber ( 56 ) flows tangentially and via a multi-way valve ( 118 ) back into the line ( 114 ) and / or that the bypass ( 112 ) a switchable pressure reducer ( 110 ), which controls the flow of the sample material through the sampling device ( 108 ) and the detection chamber ( 56 ) and prevents the flow during a measurement. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Probennahmevorrichtung (108) mit der Fluidikeinrichtung (16) zur Herstellung einer Verbindung zwischen der Probennahmevorrichtung (108) und Detektionskammer (56) verbunden ist und/oder ein Schaltventil (124) aufweist, das das Probenmaterial in einer ersten Stellung der Fluidikeinrichtung (16) zuleitet und in einer zweiten Stellung das Probenmaterial an der Fluidikeinrichtung (16) vorbeileitet und/oder eine Dreheinrichtung (128) aufweist, wobei die Dreheinrichtung (128) mit wenigstens einem Durchlass (138) und mit wenigstens einer Aufnahmeposition für wenigstens einen Filter (14) gebildet ist und/oder dass die Dreheinrichtung (128) in wenigstens zwei Stellungen in die Leitung (126) eingedreht werden kann, wobei der wenigstens eine Filter (14) in einer ersten Stellung in der Leitung (126) positioniert ist und in einer zweiten Stellung der wenigstens eine Durchlass (138) in der Leitung (126) positioniert ist.Biosensor device ( 10 ) according to claim 13, characterized in that the sampling device ( 108 ) with the fluidic device ( 16 ) for establishing a connection between the sampling device ( 108 ) and detection chamber ( 56 ) and / or a switching valve ( 124 ) having the sample material in a first position of the fluidic device ( 16 ) and in a second position the sample material at the fluidic device ( 16 ) and / or a rotating device ( 128 ), wherein the rotating device ( 128 ) with at least one passage ( 138 ) and at least one receiving position for at least one filter ( 14 ) is formed and / or that the rotating device ( 128 ) in at least two positions in the line ( 126 ), wherein the at least one filter ( 14 ) in a first position in the line ( 126 ) and in a second position the at least one passage ( 138 ) in the line ( 126 ) is positioned. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Luftblasensensor (106) in der Fluidikeinrichtung (16) zur Detektion von Luftblasen und zum Ausgeben einer Meldung und/oder eine Sicherheitseinrichtung (140) vorgesehen ist, die eine Kontamination der Leitung (114) im Störfall verhindert und/oder dass ein Rückschlagventil (142) vorgesehen ist, das die Sicherheitsvorrichtung (140) bildet und/oder dass die wenigstens eine Differenzdruckmesseinrichtung (26) zum Regeln der Pumpe (24) ausgebildet ist.Biosensor device ( 10 ) according to claim 14, characterized in that at least one air bubble sensor ( 106 ) in the fluidic device ( 16 ) for the detection of air bubbles and for issuing a message and / or a safety device ( 140 ), which is a contamination of the line ( 114 ) in case of failure and / or that a check valve ( 142 ) is provided, the safety device ( 140 ) and / or that the at least one differential pressure measuring device ( 26 ) for controlling the pump ( 24 ) is trained.
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