Patent DE 10 2020 123 949

In verschiedensten vor allem bioanalytischen Anwendungen in der Medizin bei der DNA-Sequenzierung, DNA-Hybridisierung oder Detektion von Antikörper-Antigen-Reaktionen besteht der Bedarf zur Charakterisierung eines Stoffes oder Analyten in einem Medium. Dies kann beispielsweise durch den Nachweis von Ladungsträgern (z.B. Ionen bzw. geladene Teilchen, beispielsweise H⁺, Na⁺ und Cl^- Ionen) sowie der Änderung der Anzahl der Ladungsträger erfolgen.

Herkömmliche Systeme (mit z.B. ISFETs) zur beschriebenen Charakterisierung von Stoffen benötigen ein zusätzliches Bezugssystem in Form einer Referenzelektrode. Als Referenzelektroden werden beispielsweise Standardwasserstoffelektroden, Kalomelelektroden, Ag/AgCl-Elektroden oder Edelmetallelektroden verwendet. Das Erfordernis von Referenzelektroden hat generell den Nachteil, dass dadurch auch immer die Messung an der Messelektrode beeinflusst wird und dass es z.B. zum unerwünschten Austausch von Ladungsträgern durch Drift oder Potenzialverschiebung kommt. Das Gesamtsystem wird durch die Referenzelektrode komplex und teuer. Die Referenzelektroden verschleißen zudem mit der Zeit, sodass der Wartungsaufwand entsprechender Sensoren steigt.

Die Idee der Erfindung besteht darin, einen fotoelektrischen Sensor artfremd zur Bestimmung von Ladungsträgern in einem Medium einzusetzen. Der fotoelektrische Sensor wird dabei nicht als optischer Sensor verwendet, sondern stattdessen werden besondere elektrochemische Effekte genutzt, die an der elektrisch isolierten (passivierten) Sensorfläche des fotoelektrischen Sensors, insbesondere an einer Fotodiode auftreten, wenn dort ein Ladungsträger enthaltendes Medium aufgebracht wird. Dieser fotoelektrische Sensor benötigt kein zusätzliches Referenzsystem.

Die Sensoranordnung umfasst eine fotoelektrische Sensorfläche, eine Zuspeiseanordnung, über welche das Medium unmittelbar auf die fotoelektrische Sensorfläche aufbringbar ist, und eine Auswerteschaltung, welche eine durch die Ladungsträger im aufgebrachten Medium hervorgerufene Änderung des Sensorstroms an der fotoelektrischen Sensorfläche bestimmt.