Patent DE 10 2018 218 122

Anwendungsspezifische Integrierte Schaltungen mit Sensorik für die patientennahe Labordiag-nostik, auch als Point-of-Care-Testing (PoCT) bekannt, sowie die so genannte In-vitro-Diagnostik (IVD) stehen im Fokus der Forschung und Entwicklung am IMMS. Die Erfindung leistet einen Beitrag zur Verbesserung der medizinischen Diagnostik in PoCT- und IVD-Anwendungen, da ein Großteil der technischen Komplexität in das mikroelektronische Sensorsystem integriert ist.

Die Idee der Erfindung beinhaltet nachfolgend beschriebene Vorrichtung und ein Verfahren insbesondere zur optischen Analyse biologischer, chemischer und biochemischer Substanzen und Bindungsreaktionen mithilfe von mikroelektronischen Sensor-ASICs mit denen ein schneller, präziser und zuverlässiger Nachweis von klinisch relevanten Analyten erfolgen kann.

Die Vorrichtung umfasst ein mikroelektronisches Sensorsystem mit 

• Halbleitersensor (4)
• anwendungsspezifischer integrierter Schaltung zur Signalverarbeitung des Sensorsignals
• technischer Schnittstelle zur Aufbringung biologischer, chemischer oder biochemischer Substanzen
• Einstellvorrichtung zur Einstellung des Dynamikbereichs und der Signalauflösung des Sensor-signals mit einer Integratorschaltung (10.1), welche eine einstellbare elektrische Kapazität (CINT) umfasst, welche mit dem mittels des zumindest einen Halbleitersensors (4) generierten elektrischen Signal beaufschlagbar ist,
• Komparatorschaltung (10.2), welche das Ansteigen der aus der Aufladung der einstellbaren elektrischen Kapazität (CINT) der Integratorschaltung (10.1) resultierenden elektrischen In-tegrationsspannung (VINT) erfasst und den Wert der resultierenden elektrischen Integrationsspannung (VINT) mit zwei unterschiedlichen Signalschwellen (VKS1, VKS2) vergleicht
• Zählerschaltung (10.4), welche bei Erreichen einer ersten Signalschwelle (VKS1) der resultierenden elektrischen Integrationsspannung (VINT) einen Zeitzählvorgang in Abhängigkeit des in das mikroelektronische Sensorsystem eingespeisten Takts mit definierter Frequenz startet und bei Erreichen einer höheren zweiten Signalschwelle (VKS2) den Zeitzählvorgang stoppt

Das Verfahren nutzt die beschriebene Vorrichtung, in dem eine biologische, chemische oder biochemische Substanz auf die technische Schnittstelle aufgebracht wird, für welche mittels des Halbleitersensors eine in Abhängigkeit der Substanz ausgebildete Substanzinformation erfasst und ein mit der Substanzinformation korrespondierendes elektrisches Signal generiert wird.

Die Vorrichtung ermöglicht aufgrund der Einstellung von Dynamikbereich und Signalauflösung die Durchführung einer Vielzahl physikalisch unterschiedlicher Analyseverfahren, wobei die Anzahl notwendiger Vorbereitungsschritte und damit die Zeitdauer des gesamten Analyseverfahrens, der Materialverbrauch zur Probenaufbereitung und die Anzahl technischer, beispielsweise optischer Komponenten signifikant reduziert werden können.