[go: up one dir, main page]

WO2014064040A1 - System for carrying out a contactless measurement on a sample and sample carrier - Google Patents

System for carrying out a contactless measurement on a sample and sample carrier Download PDF

Info

Publication number
WO2014064040A1
WO2014064040A1 PCT/EP2013/071952 EP2013071952W WO2014064040A1 WO 2014064040 A1 WO2014064040 A1 WO 2014064040A1 EP 2013071952 W EP2013071952 W EP 2013071952W WO 2014064040 A1 WO2014064040 A1 WO 2014064040A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heating
substrate
sample
sample carrier
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/071952
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Anna Ohlander
Gerhard Klink
Karlheinz Bock
Arman RUSSOM
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority to EP13783510.4A priority Critical patent/EP2895268B8/en
Publication of WO2014064040A1 publication Critical patent/WO2014064040A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0673Handling of plugs of fluid surrounded by immiscible fluid
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14Process control and prevention of errors
    • B01L2200/141Preventing contamination, tampering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/06Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627Sensor or part of a sensor is integrated
    • B01L2300/0645Electrodes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0816Cards, e.g. flat sample carriers usually with flow in two horizontal directions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/18Means for temperature control
    • B01L2300/1805Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1827Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using resistive heater
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/002Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements
    • H05B2203/007Heaters using a particular layout for the resistive material or resistive elements using multiple electrically connected resistive elements or resistive zones

Definitions

  • the present invention relates to non-contact measurements on samples such as e.g. biological and / or chemical samples, systems for such measurements, and sample carriers suitable for such systems.
  • ⁇ 8 Micro Total Analysis Systems
  • lab-on chips are used in areas such as microsystems. global health and medical research will play an important role. You reduce costs and time for testing and analysis. The limitation that they are disposable, material selection, design, and manufacturing are all aspects that must be considered in order to keep chip costs low and thus produce a device with marketability. Numerous biological and chemical assays are temperature dependent, e.g. PCR (Polymerase Chain Reaction) and MCA (Melting Curve Analysis). When such a study is scaled down to micro size, precise temperature control and thermal homogeneity of integrated miniaturized heating and sensing elements in microfluidic features become critical factors for a functional device.
  • PCR Polymerase Chain Reaction
  • MCA Melting Curve Analysis
  • Microheating devices are ubiquitous in various MEMS and microfluidic devices. The latter provide various functions in physical or chemical sensors (SC Roth, YM Choi and SY Kim Sensors Actuators A, 2006, 128, 1-6, D. Briand, S. Colin and A. Gangadharaiah, Sensors Actuators A, 2006, 132, 317-24), chemical reactors (T. Becker, S. Muhlberger and W. Benecke, J. Microelectromech., Syst. 200, 9, 478-84, A. Splinter, J. Sturmann and O. Bartels, Sensors Actuators B, 2002, 83, 169-74) or pumps (Z. Yin and A. Prosperetti, J.
  • a typical layout of a micro-heater is a thin metallic or doped Si layer, which is patterned in a serpentine form on a dielectric substrate.
  • a temperature measurement can be made possible by integration of a second trace or by a four-point measurement.
  • Different applications have different limitations, but generally thermal homogeneity across the heated surface is important for accurate measurements and controls. But that is not easy to achieve on the basis of physical facts.
  • Material selection and heater design are factors that may be modified to affect heat distribution in the heated area (W.-J. Hwang, KS Shin, and JH Roh. Sensors, 2011, 11, 2580-2591, D. Caputo, G. de Cesare and M. Nardini, IEEE SENSORS JOURNAL, 2012, 12 (5), 1209-13, http://www.allflexheaters.com/Profiled Heaters.cfm).
  • Transparent heating elements for lab-on-chip applications were prepared by patterning ITO (indium tin oxide) on glass (K. Sun, A. Yamaguchi and Y. Ishida, Sensor and Actuators B, 2002, 84, 283 -289, J.-Y. Cheng, M.-H. Yen and C.-T. Kuo, Biomicrofluidics, 2008, 2, 024105- (1-12), J.-L. Lin, M.-H. Wu and C.Y. Kuo, Biomed Microdevices, 2010, 12, 389-398, S. Kumar Jha, R. Chand and D. Han, Lab Chip, 2012, doi: 10.1039 / C2LC40727B).
  • ITO indium tin oxide
  • Transparent electrodes are also used in a large range of optoelectronic components, such as organic LEDs, photovoltaic cells and liquid crystal displays, essential elements that serve to generate voltage for the optoelectronic or electro-optical conversion.
  • metal meshes have been used as semi-transparent electrode materials to replace the commonly used ITO in the search for a more favorable electrode material (M.G. Kang and LJ Guo, Advanced Materials, 2007, 19 (10), 1391-1396, M G-Kang, MS, Kim and J Kim, Advanced Materials, Adv. Mater., 2008, 20, 4408-4413) or to reduce resistance and improve electrical homogeneity of the material (S. Choi, WJ Potscavage, Jr. and B.
  • the object of the present invention is therefore to provide a system and a method for carrying out a non-contact measurement of a sample as well as a sample carrier with improved characteristics.
  • a sample carrier when carrying out a non-contact measurement on a sample, a sample carrier is used, in which the heating paths on the substrate form a parallel connection between the first and the second heating termination, so that when by applying a voltage between the first and the second heating terminal is heated, a sample applied to the sample carrier, the heating properties of the sample carrier are not affected even if individual interruptions of the heating paths due to, for example, process variations in the production of the heating tracks are present.
  • heating paths even form a two-dimensional lattice structure, isolated interruptions and cross-sectional constrictions of the heating lanes have a less negative effect on homogeneity of the sample heating via the heating region of the substrate covered by the heating lanes, since their occurrence in individual lugs of the two-dimensional lattice is limited by the lattice structure or lattice structure adjacent bridges are bridged. It is thus possible to reduce the manufacturing tolerances in favor of lower production costs. Furthermore, it is possible to make the heating paths optically intransparent, and nevertheless to maintain a semitransparency of the sample carrier with any transparency of the substrate present, since the grid interspaces or meshes of the two-dimensional lattice preserve the transparency of the substrate in the thickness direction of the substrate.
  • a sample carrier in which the heating tracks are arranged in such a way that the area density of the heating tracks increases from the center of the substrate to the outside. That way it's possible to do the otherwise often occurring inhomogeneities of the heating profile across the substrate, after which usually the heating decreases at the edge of the substrate to avoid.
  • FIG. 1 is a schematic drawing of a system for carrying out a contactless measurement on a sample according to an embodiment
  • FIG. 2 is a schematic plan view of a sample carrier according to an embodiment
  • FIG. FIG. 3 shows a schematic plan view of a sample carrier according to an alternative exemplary embodiment with outwardly increasing heater path density
  • FIG. 4a shows a schematic plan view of a sample carrier according to an alternative embodiment with non-rectilinear grid bars
  • 4b is a schematic plan view of a sample carrier 14 according to an embodiment with complete representation of the substrate front side;
  • 4c is a schematic plan view of a sample carrier according to an exemplary embodiment with non-linear extension of the Schubahngitternetzes;
  • 4 shows a schematic side sectional view of a sample carrier according to an embodiment, in which a protective layer covers the heating paths;
  • 4e shows a schematic view of a sample carrier according to an embodiment, in which the side of the substrate provided with the heating paths together with a cover element forms at least one channel or chamber to which the heating area adjoins;
  • 5 shows a flow chart of a method for carrying out a non-contact measurement on a sample according to an exemplary embodiment;
  • 6a and 6b show a schematic plan view and an associated heating distribution of a sample carrier with a meandering guided heating path;
  • FIGS. 7a and 7b show a schematic top view and an associated heating distribution of a sample carrier with exemplary square meshes in the heating grid lattice:
  • FIGS. 7a and 7b show a schematic plan view and an associated heating distribution of a sample carrier with narrower square heating grid systems than FIGS. 7a and 7b.
  • sample 12 may be, for example, a liquid, such as a solution, a suspension or the like.
  • sample 12 contains a particular analyte.
  • sample 12 could also be a solid, such as a sediment.
  • the analyte mentioned above can be atoms, molecules or other substances of any kind, such as biological cells, DNA, gene-antigen compounds, etc. The following is without limitation and merely for the sake of clarity assumed that it Sample 12 is a biological / chemical sample.
  • the system includes a sample carrier 14 having a substrate 15, first and second heating ports 16 and 18, and heating paths 20.
  • the heating paths 20 are disposed on the substrate 15, such as a front side 22 thereof.
  • the heating connections 16 and 18 can also be arranged on the same front side 22, but according to an alternative, the latter are arranged on a rear side 24 of the substrate 15 facing away from the front side 22 or on a side surface of the substrate 15.
  • the heating tracks 20 on the substrate form a parallel connection between the heating terminals 16 and 18, so that the biological / chemical sample can be heated after applying the same to the sample carrier 14 by applying a voltage between the heating terminals 16 and 18.
  • the system 10 further comprises a measuring arrangement 26 for carrying out a contactless measurement on the biological / chemical sample 12.
  • FIG. 1 it is indicated as an optical measuring arrangement with a light source 28 and an optical system 30 for carrying out a transmissive optical measurement, namely for the optical Observation through A user of the system, but there are a variety of alternatives, such as other optical measurements, such as reflective measurements, interferometric measurements, or non-optical measurements.
  • other optical measurements such as reflective measurements, interferometric measurements, or non-optical measurements.
  • the sample 12 was shown as being applied to the front side 22 and the heating tracks 20, the application for carrying out the non-contact measurement could also take place on the rear side 16. In any case, the application is made such that, in a projection along a thickness direction of the substrate 15, the sample 12 and the heating area 32 laterally covered by the heating paths 20 overlap.
  • FIG. 2 shows by way of example a plan view of the front side 22 of the substrate 15 in order to show a possible embodiment of the heating tracks 20 and their guidance on the front side 22. 2 shows the heating connections 16 and 18 and the heating paths 20 between them.
  • the heating paths 20 form a two-dimensional lattice structure of conductor lattice web sections 34 which meet at lattice nodes and grid interspaces or meshes 36, which are enclosed by not further reducible loops of webs 34, and in which the grid of heating paths 20, the substrate 15 can be exposed.
  • the grid interstices 36 are exemplified to be square in shape, but in alternative embodiments could also have other shapes, such as rectangular, circular, hexagonal, or similar shapes.
  • the webs 34 may, depending on which mesh shape is present, have a cross section that is constant along their length between the respective lattice nodes 40 or a variable cross section, for example, but a constant thickness, especially in a direction transverse to their length.
  • the number of lattice webs 34 meeting in the lattice node 40 may differ among the nodes 36, depending, for example, on whether the node is at the edge of the lattice or not.
  • the shapes of the meshes 36 may be congruent to one another, but need not. They also need not have a similar shape, as is still the case in an embodiment described below.
  • FIG. 2 shows a sample carrier in which the heating paths 20 form a two-dimensional lattice structure, which in turn forms a regular lattice in which a surface density of the heating lanes 20 across the surface 22 of the substrate in the region 32 is constant laterally constant surface density may not necessarily be.
  • the two-dimensional lattice structure forms an irregular lattice in which an areal density of the heating lanes 20 increases outwardly from a lateral center of the irregular lattice, that is, the meshes 36 become smaller from the inside of the lattice toward the outside.
  • the mesh does not necessarily have to have similar shapes to each other. Rather, the shapes of the meshes can also differ from each other.
  • FIG. 4a shows, for example, that the webs 32 surrounding the meshes 36 of the lattice formed by the heating lanes 20 do not necessarily have to extend in a straight line between the lattice nodes 40, but may also be laterally curved.
  • 4b shows that the heating connections 16 and 18 could be formed by electrodes which are arranged in opposite edge regions 42 and 44 of the rectangular or cuboid substrate 15 on the rectangular front side 22, for example.
  • the heating area 32 is laterally between the heating ports 16 and 18. It may, as illustrated in Fig.
  • 4b be elongate to extend along its length between the heating ports 16 and 18 extend so that the latter are located at the two ends of the area 32.
  • 4c shows an alternative in which the heating region 32 is elongated but bent along its length so as to extend non-rectilinearly like a web across the front face 22, with the thickness across the web width and the web length of the region 32 Heating paths 20 formed grids from one heating connection 16 to the other heating connection 18 extends.
  • the main connection 16 and the main connection 18 are located in the vicinity of the same shorter edge of the front side 22, which is rectangular by way of example here, by way of example.
  • FIG. 4 d merely shows an alternative embodiment of a sample carrier to FIG. 1, according to which a protective layer 46 covers the front side 22 of the substrate 15 and the heating paths 20 arranged thereon and, as is the case here by way of example, the electrodes 16 and 18.
  • 4e still shows that the front side 22 of the substrate 15 does not necessarily have to be completely exposed for the sample. Rather, it is possible that the front side 22 is covered by, for example, a lid member 90, such that between Front side 22 of the substrate 15 and cover member 90, a channel or a chamber 92 is formed along the front side 22 along or adjacent to the front, in such a way that the heating region 32 adjacent to the channel or the chamber 92.
  • the example liquid sample can be passed through the channel 92 to the heating region 32 or brought by filling in the chamber to the heating region 32.
  • the lid member 90 may be, for example, a substrate of also transparent material. It may be glued to the front 22 or otherwise secured.
  • the exemplary embodiment of FIG. 4e can be combined with the exemplary embodiment of FIG. 4d, ie it is also possible to provide the protective layer 22 for covering the heating tracks 20, wherein the protective layer can be, for example, an inert material.
  • the material of the protective layer 22 may be, for example, a curable material such as polymer.
  • the substrate 15 of FIG. 1 is a substrate, preferably transparent to the light of the optical measuring system, of a transparent material, such as glass or the like. Of course, in the case of other measuring arrangements which work non-optically, the transparency could also be absent.
  • the material of the heating sheets 20 does not necessarily have to be selected in terms of transparency. It does not necessarily consist of ITO.
  • the material for the heating tracks 20 may be metal or a suitable semiconductor material. The application can be done by microlithography or otherwise.
  • the substrate 15 may be rigid or flexible.
  • the sample carrier in order to carry out a four-point measurement, can additionally also have electrodes 50 and 52, which are formed integrally with the electrodes 16 and 18, respectively.
  • a dashed line symbolized in Fig. 2 readout circuit 54 could detect a sensor value via these two electrodes 50 and 52, which could be a measure of a resistance of the heating paths 20.
  • the readout circuit could be part of the system of FIG. 5 shows by way of example the sequence of a method for carrying out a non-contact measurement in a sample according to an exemplary embodiment. First, in a step 56, one of the sample carriers described above is provided. Subsequently, in a step 58, the sample is applied to the sample carrier.
  • the application can take place on the front side 22 or on the rear side 24, but each overlap laterally with the heating region 32.
  • the sample is heated by applying a voltage between the electrodes 16 and 18 and causing a current to flow through the heating paths 20.
  • one step 62 is then performed in the heated state of the sample, the non-contact measurement on the same.
  • the above embodiments have shown examples of a sample carrier that could serve as a heating element in biological or chemical applications.
  • material for the heating tracks 20 metal could be used.
  • the metal mesh structure would then form an array of regular or gradually varying openings 36 in the form of, for example, squares or rectangles, as shown above, or circles or any kind of regular polygons .
  • the heating tracks could in particular be formed from an electrically conductive thin-film layer, for example by structuring the same.
  • the thin film layer could be applied to the transparent, rigid or flexible substrate 15 in different ways, for example.
  • the structuring can also be done in different ways.
  • the applications of the above embodiments include samples in biology or chemistry.
  • Biological applications such as Proteomics, genetics and cell samples as well as bioreactors with the need for heating and optical transparency may be considered.
  • Other applications may be hydrogels and other polymer systems that require temperature control.
  • a network structure represents a higher manufacturing robustness compared to a meander / serpentine. If an interruption of a conductor in a meander would occur, the heater or sample carrier would lose its function while a network heater structure would still function because the electrical line is distributed over only a plurality of conductors or lands 32.
  • the net heater is more tolerant of compensating for deviations from the design geometry of the conductor. For example, lead constraints due to etch defects lead to local high resistances and hot spots in a meandering structure. Instead, the network structure attempts to compensate for the source of nonuniformity by passing current away from the high resistance regions.
  • a meandering heater has a more circular hot spot when heated, while a mesh has a more rectangular shape, which is significant.
  • the mesh expands heat more efficiently relative to its own heater surface than a meander heater.
  • a larger surface area can be uniformly heated. See for example Fig. 6 and 7.
  • Fig. 6a shows a meandering device with 15 ⁇ line / heating and 150 ⁇ space on a PEN film substrate and
  • Fig. 6b shows their corresponding heat profile in a substrate on the thermochromic liquid crystal layer at 62 ° C.
  • the heater surface is 1.5 x 3 mm.
  • FIG. 7a shows a network heating device or a sample carrier with 15 ⁇ m line / heating path and 150 ⁇ m space on a PEN film substrate
  • FIG. 7b shows its corresponding heat profile, as it results in a thermochromic liquid crystal layer at 62 ° C.
  • the heater surface is 1, 5 x 3 mm 2 . As can be seen, the heat distributes more evenly in the case of Fig. 7b.
  • the heat distribution on the overall heater surface can be further improved by using the array of gradually varying size geometries as in FIG. 3, where heat losses at the periphery of the heater can be compensated by increasing the number of heating lines.
  • a heating device may be mounted on a substrate of low thermal conductivity, such as e.g. Glass or polymer, in only one metallization step; i.e. no additional heat spreading layer is required, which increases the manufacturing costs and limits the transparency.
  • Fig. 8a shows in comparison with Fig. 7a a Netzer tediousnnungsvortechnisch with 5 ⁇ line and 50 ⁇ space on a PEN film substrate and Fig. 8b shows their corresponding heat profile, as it results in a thermochromic liquid crystal layer at 62 ° C.
  • the heater surface is 1.5 x 3 mm.
  • one or more metal layers eg vapor-deposited or sputtered
  • one or more very thin layers will be sufficient to achieve the adequate resistance. This is particularly advantageous for samples where the heater topography interferes with further processing or, if integrated into fluidic structures, could interfere with flow characteristics in channels, such as in the case of Fig. 4e.
  • the heating tracks do not have to be made of ITO, which is expensive. This consequently promotes cost-effective production, which is essential for diagnostic products.
  • a net has less resistance than a meander. Therefore, less voltage must be applied to the grid for a given heating power than to a meandering heater. This is an advantage for low supply voltage systems, especially battery powered portable devices.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

A sample carrier (14) is used for performing contactless measurement on a sample (12), on which sample carrier the heating tracks (20) on the substrate (15) form a parallel circuit between the first and the second heating terminal (16, 18), such that when a sample (12) placed on the sample carrier (14) is heated by application of a voltage between the first and the second heating terminal (16, 18) the heating properties of the sample carrier (14) are not impaired even if isolated breaks are present in the heating tracks (20) because of process variations in the production of the heating tracks (20) for instance. In one example of a sample carrier (14), the density of the heating tracks (20) increases from the centre of the substrate (15) area outwards. In this way, it is possible to avoid the otherwise frequently occurring inhomogeneities in the heating profile across the substrate (15), according to which the heating generally declines towards the edge of the substrate (15).

Description

System zur Durchführung einer berührungslosen Messung an einer Probe und Probenträger  System for carrying out a non-contact measurement on a sample and sample carrier

Beschreibung description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf berührungslosen Messungen an Proben bzw. Probenmaterialien, wie z.B. biologischen und/oder chemischen Proben, Systeme für solche Messungen sowie Probenträger, die für solche Systeme geeignet sind. The present invention relates to non-contact measurements on samples such as e.g. biological and / or chemical samples, systems for such measurements, and sample carriers suitable for such systems.

Es wird davon ausgegangen, dass μΤΑ8 (Micro Total Analysis Systems = Mikrogesamt- analysensysteme) oder Lab-on-Chips in Bereichen, wie z.B. globaler Gesundheits- und Medizinforschung, eine wichtige Rolle spielen werden. Sie reduzieren Kosten und Zeit für Tests und Analysen. Die Beschränkung, dass dieselben Einwegartikel sind, die Materialauswahl, der Entwurf und die Herstellung sind alles Aspekte, die berücksichtigt werden müssen, um die Chipkosten niedrig zu halten und somit ein Bauelement mit Marktfähigkeit zu produzieren. Zahlreiche biologische und chemische Untersuchungen sind temperaturabhängig, wie z.B. PCR (Polymerase Chain Reaction = Polymerase-Kettenreaktion) und MCA (Melting Curve Analysis = Schmelzkurvenanalyse). Wenn eine solche Untersuchung auf Mikrogröße herunterskaliert wird, werden eine präzise Temperatursteuerung und eine thermische Homogenität integrierter miniaturisierter Erwärmungs- und Erfassungselemente in mikrofluidischen Merkmalen zu kritischen Faktoren für ein funktionsfähiges Bauelement. It is believed that μΤΑ8 (Micro Total Analysis Systems) or lab-on chips are used in areas such as microsystems. global health and medical research will play an important role. You reduce costs and time for testing and analysis. The limitation that they are disposable, material selection, design, and manufacturing are all aspects that must be considered in order to keep chip costs low and thus produce a device with marketability. Numerous biological and chemical assays are temperature dependent, e.g. PCR (Polymerase Chain Reaction) and MCA (Melting Curve Analysis). When such a study is scaled down to micro size, precise temperature control and thermal homogeneity of integrated miniaturized heating and sensing elements in microfluidic features become critical factors for a functional device.

Mikroerwärmungsvorrichtungen sind allgegenwärtig in verschiedenen MEMS- und mikrofluidischen Bauelementen. Letztere stellen verschiedene Funktionen in physikalischen oder chemischen Sensoren (S-C Roth, Y-M Choi und S-Y Kim Sensors Actuators A, 2006, 128, 1-6, D. Briand, S. Colin und A. Gangadharaiah, Sensors Actuators A, 2006, 132, 317-24), chemischen Reaktoren (T. Becker, S. Muhlberger und W. Benecke, J. Microelectromech. Syst. 200, 9, 478-84, A. Splinter, J. Sturmann und O. Bartels, Sensors Actuators B, 2002, 83, 169-74) oder Pumpen ( Z. Yin und A. Prosperetti, J. Micromech. Microeng. 2005, 1683-91) usw. bereit. Ein typisches Layout einer Mikroerwärmungsvorrichtung ist eine dünne metallische oder dotierte Si-Schicht, die in einer Serpentinenform auf einem die- lektrischen Substrat strukturiert ist. Eine Temperatur-Messung kann durch Integration einer zweiten Leiterbahn oder durch eine Vierpunktmessung ermöglicht werden. Unterschiedliche Anwendungen haben unterschiedliche Beschränkungen, aber allgemein ist eine thermische Homogenität über die erwärmte Oberfläche hinweg wichtig für genaue Messungen und Steuerungen. Das aber ist aufgrund physikalischer Tatsachen nicht ohne weiteres zu erreichen. Materialauswahl und Erwärmungsvorrichtungsentwurf sind Faktoren, die modifiziert werden können, um die Wärmeverteilung in dem erwärmten Bereich zu beeinträchtigen (W.-J. Hwang, K-S. Shin, und J-H Roh. Sensors, 2011, 11, 2580-2591 , D. Caputo, G. de Cesare und M. Nardini, IEEE SENSORS JOURNAL, 2012, 12(5), 1209-13, http://www.allflexheaters.com/Profiled Heaters.cfm). Microheating devices are ubiquitous in various MEMS and microfluidic devices. The latter provide various functions in physical or chemical sensors (SC Roth, YM Choi and SY Kim Sensors Actuators A, 2006, 128, 1-6, D. Briand, S. Colin and A. Gangadharaiah, Sensors Actuators A, 2006, 132, 317-24), chemical reactors (T. Becker, S. Muhlberger and W. Benecke, J. Microelectromech., Syst. 200, 9, 478-84, A. Splinter, J. Sturmann and O. Bartels, Sensors Actuators B, 2002, 83, 169-74) or pumps (Z. Yin and A. Prosperetti, J. Micromech., Microeng., 2005, 1683-91), etc. A typical layout of a micro-heater is a thin metallic or doped Si layer, which is patterned in a serpentine form on a dielectric substrate. A temperature measurement can be made possible by integration of a second trace or by a four-point measurement. Different applications have different limitations, but generally thermal homogeneity across the heated surface is important for accurate measurements and controls. But that is not easy to achieve on the basis of physical facts. Material selection and heater design are factors that may be modified to affect heat distribution in the heated area (W.-J. Hwang, KS Shin, and JH Roh. Sensors, 2011, 11, 2580-2591, D. Caputo, G. de Cesare and M. Nardini, IEEE SENSORS JOURNAL, 2012, 12 (5), 1209-13, http://www.allflexheaters.com/Profiled Heaters.cfm).

Für biologische Anwendungen ermöglicht eine optische Transparenz des Substrats eine Online-Überwachung und -Beobachtung der Probe. Transparente Erwärmungselemente für Lab-on-Chip- Anwendungen wurden hergestellt durch Strukturieren von ITO (Indium-Tin- Oxide = Indiumzinnoxid) auf Glas ( K. Sun, A. Yamaguchi und Y. Ishida, Sensors und Actuators B, 2002, 84, 283-289, J.-Y. Cheng, M.-H. Yen und C.-T. Kuo, Biomicrofluidics, 2008, 2, 024105-(1-12), J.-L. Lin, M.-H. Wu und C.-Y. Kuo, Biomed Microdevices, 2010, 12, 389-398, S. Kumar Jha, R. Chand und D. Han, Lab Chip, 2012, doi:10.1039/C2LC40727B). Aufgrund seines geringen Vorkommens in der Erdkruste ist ITO jedoch relativ teuer und folglich ungeeignet für kostengünstige Diagnosen. For biological applications, optical transparency of the substrate allows on-line monitoring and observation of the sample. Transparent heating elements for lab-on-chip applications were prepared by patterning ITO (indium tin oxide) on glass (K. Sun, A. Yamaguchi and Y. Ishida, Sensor and Actuators B, 2002, 84, 283 -289, J.-Y. Cheng, M.-H. Yen and C.-T. Kuo, Biomicrofluidics, 2008, 2, 024105- (1-12), J.-L. Lin, M.-H. Wu and C.Y. Kuo, Biomed Microdevices, 2010, 12, 389-398, S. Kumar Jha, R. Chand and D. Han, Lab Chip, 2012, doi: 10.1039 / C2LC40727B). However, due to its low abundance in the earth's crust, ITO is relatively expensive and therefore unsuitable for low cost diagnostics.

Transparente Elektroden sind auch bei einem großen Bereich von optoelektronischen Bauelementen, wie z.B. organische LEDs, Fotovoltaikzellen und Flüssigkristallanzeigen, we- sentliche Elemente, die zur Spannungserzeugung für die optoelektronische bzw. elektroop- tische Wandlung dienen. In diesen Bereichen wurden Metallgitter als halbtransparente Elektrodenmaterialien verwendet, um auf der Suche nach einem günstigeren Elektrodenmaterial das üblicherweise verwendete ITO zu ersetzen ( M.-G. Kang und L. J. Guo, Advanced Materials, 2007, 19(10), 1391-1396, M.-G. Kang, M-S. Kim und J. Kim, Advanced Materials, Adv. Mater. 2008, 20, 4408-4413) oder um den Widerstand zu verringern und elektrische Homogenität des Materials zu verbessern (S. Choi, W. J. Potscavage, Jr. und B. Kippelen, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 2009, 106, 054507). Die Firma PolylC hat eine Patentanmeldung für transparente leitfähige Oberflächen inne, die aus Metallnetzen hergestellt sind, für Anwendungen in der Fotovoltaik, bei Anzeigen und LED-Bereichen (WO 2010/108692 A2). Ferner wurden Metallnetze seit Jahrzehnten (J. Zhang, P. A. R. Ade und P. Mauskopf, Appl. Opt. 201 1 , 50(21), 3750-7; P. A. R. Ade, G. Pisano und C. Tucker, Proc. oßPIE Vol. 6275 62750U-1) in FIR und Submillimeterastronomieinstru- menten verwendet. Wie im Vorhergehenden erwähnt, gibt es bereits Probenträger, bei denen eine Heizbahn mäanderförmig auf einem Substrat gebildet ist. Das Problem bei diesen Probenträgern besteht allerdings darin, dass eine Unterbrechung der Leiterbahn für die Erwärmungsvorrichtung unweigerlich zur Folge hätte, dass letztere ihre Funktion verliert. Dies erhöht den Herstellungsaufwand, denn entweder müssen bei der Herstellung Abmessungen, Materialauftrag usw. mit mehr Sicherheitsabständen zu ansonsten möglichen Grenzwerten eingestellt werden, oder die Produktion muss aufwendig überwacht werden, was wiederum dem Ziel nach möglichst geringen Herstellungskosten entgegensteht. Ein weiterer Nachteil ei- ner mäanderförmigen Führung der Heizbahn über das Substrat des Probenträgers hinweg besteht in der inhärent auftretenden Flächendichteerhöhung an denjenigen Rändern des Substrates, an denen die Mäanderform ihre Schleifenumkehrpunkte aufweist. Transparent electrodes are also used in a large range of optoelectronic components, such as organic LEDs, photovoltaic cells and liquid crystal displays, essential elements that serve to generate voltage for the optoelectronic or electro-optical conversion. In these areas, metal meshes have been used as semi-transparent electrode materials to replace the commonly used ITO in the search for a more favorable electrode material (M.G. Kang and LJ Guo, Advanced Materials, 2007, 19 (10), 1391-1396, M G-Kang, MS, Kim and J Kim, Advanced Materials, Adv. Mater., 2008, 20, 4408-4413) or to reduce resistance and improve electrical homogeneity of the material (S. Choi, WJ Potscavage, Jr. and B. Kippelen, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, 2009, 106, 054507). PolylC has filed a patent application for transparent conductive surfaces made of metal meshes for photovoltaic, display and LED applications (WO 2010/108692 A2). Further, metal nets have been used for decades (J. Zhang, PAR Ade and P. Mauskopf, Appl. Opt 201 1, 50 (21), 3750-7; PAR Ade, G. Pisano and C. Tucker, Proc. OssPIE Vol. 6275 62750U-1) in FIR and sub-millimeter astronomy instruments. As mentioned above, there are already sample carriers in which a heating track is formed meandering on a substrate. The problem with these sample carriers, however, is that interrupting the conductor path for the heating device would inevitably result in the latter losing its function. This increases the Production costs, because either in the manufacture dimensions, material order, etc. must be set with more safety margins to otherwise possible limits, or the production must be monitored consuming, which in turn precludes the goal of the lowest possible production costs. A further disadvantage of a meandering guidance of the heating track over the substrate of the sample carrier is the inherent surface density increase at those edges of the substrate where the meandering shape has its loop reversal points.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein System und ein Ver- fahren zur Durchführung einer berührungslosen Messung einer Probe sowie einen Probenträger mit verbesserten Charakteristika zu schaffen. The object of the present invention is therefore to provide a system and a method for carrying out a non-contact measurement of a sample as well as a sample carrier with improved characteristics.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einer Durchführung einer berührungslosen Messung an einer Probe ein Probenträger verwendet, bei dem die Heizbahnen auf dem Substrat eine Parallelschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Heizabschluss bilden, so dass, wenn durch Anlegen einer Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Heizanschluss eine auf dem Probenträger aufgebrachte Probe erwärmt wird, die Erwärmungseigenschaften des Probenträgers auch dann nicht beeinträchtigt werden, wenn einzelne Unterbrechungen der Heizbahnen aufgrund von beispielsweise Prozessschwankungen bei der Herstellung der Heizbahnen vorhanden sind. This object is solved by the subject matters of the independent claims. According to a first aspect of the present invention, when carrying out a non-contact measurement on a sample, a sample carrier is used, in which the heating paths on the substrate form a parallel connection between the first and the second heating termination, so that when by applying a voltage between the first and the second heating terminal is heated, a sample applied to the sample carrier, the heating properties of the sample carrier are not affected even if individual interruptions of the heating paths due to, for example, process variations in the production of the heating tracks are present.

Bilden die Heizbahnen sogar eine zweidimensionale Gitterstruktur, so wirken sich verein- zelte Unterbrechungen und Querschnittverjüngungen der Heizbahnen weniger negativ auf eine Homogenität der Probenerwärmung über die durch die Heizbahnen abgedeckte Erwärmungsregion des Substrats aus, da deren Auftreten in einzelnen Stegen des zweidimensionalen Gitters durch die Gitterstruktur bzw. benachbarte Stege überbrückt werden. Es ist also möglich, die Herstellungstoleranzen zu Gunsten geringerer Herstellungskosten zu re- duzieren. Ferner ist es möglich, die Heizbahnen optisch intransparent auszuführen, und dennoch eine Semitransparenz des Probenträgers bei eventuell vorhandener Transparenz des Substrats beizubehalten, da die Gitterzwischenräume beziehungsweise Maschen des zweidimensionalen Gitters die Transparenz des Substrats in Dickerichtung des Substrats bewahren. If the heating paths even form a two-dimensional lattice structure, isolated interruptions and cross-sectional constrictions of the heating lanes have a less negative effect on homogeneity of the sample heating via the heating region of the substrate covered by the heating lanes, since their occurrence in individual lugs of the two-dimensional lattice is limited by the lattice structure or lattice structure adjacent bridges are bridged. It is thus possible to reduce the manufacturing tolerances in favor of lower production costs. Furthermore, it is possible to make the heating paths optically intransparent, and nevertheless to maintain a semitransparency of the sample carrier with any transparency of the substrate present, since the grid interspaces or meshes of the two-dimensional lattice preserve the transparency of the substrate in the thickness direction of the substrate.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Probenträger geschaffen, bei dem die Heizbahnen derart angeordnet sind, dass die Flächendichte der Heizbahnen von einer Flächenmitte des Substrats nach außen hin zunimmt. Auf diese Weise ist es möglich, die ansonsten häufig auftretenden Inhomogenitäten des Erwärmungsprofils über das Substrat hinweg, wonach meistens die Erwärmung am Rand des Substrats hin abnimmt, zu vermeiden. According to a further aspect, a sample carrier is provided in which the heating tracks are arranged in such a way that the area density of the heating tracks increases from the center of the substrate to the outside. That way it's possible to do the otherwise often occurring inhomogeneities of the heating profile across the substrate, after which usually the heating decreases at the edge of the substrate to avoid.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden zudem nachfolgend Bezug nehmend auf die Figuren näher erläutert, unter welchen Further preferred embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims. Preferred embodiments of the present invention will be further explained below with reference to the figures, in which

Fig. 1 eine schematische Zeichnung eines Systems zur Durchführung einer berührungslo- sen Messung an einer Probe gemäß einem Ausführungsbeispiel; 1 is a schematic drawing of a system for carrying out a contactless measurement on a sample according to an embodiment;

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf einen Probenträger gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf einen Probenträger gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel mit nach außen hin zunehmender Heizbahnendichte; FIG. 2 is a schematic plan view of a sample carrier according to an embodiment; FIG. FIG. 3 shows a schematic plan view of a sample carrier according to an alternative exemplary embodiment with outwardly increasing heater path density; FIG.

Fig. 4a eine schematische Draufsicht auf einen Probenträger gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel mit nicht-geradlinigen Gitterstegen; 4a shows a schematic plan view of a sample carrier according to an alternative embodiment with non-rectilinear grid bars;

Fig. 4b eine schematische Draufsicht auf einen Probenträger 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel unter vollständiger Darstellung der Substratvorder seite; 4b is a schematic plan view of a sample carrier 14 according to an embodiment with complete representation of the substrate front side;

Fig. 4c eine schematische Draufsicht auf einen Probenträger gemäß einem Ausfuhrungs- beispiel mit nicht-geradliniger Erstreckung des Heizbahngitternetzes; 4c is a schematic plan view of a sample carrier according to an exemplary embodiment with non-linear extension of the Heizbahngitternetzes;

Fig. 4deine schematische Seitenschnittansicht eines Probenträgers gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei welchem eine Schutzschicht die Heizbahnen abdeckt; Fig. 4e eine schematische Raumansicht eines Probenträgers gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei welchem die mit den Heizbahnen versehene Seite des Substrats zusammen mit einem Deckelelement zumindest einen Kanal oder eine Kammer bildet, an den bzw. die der Erwärmungsbereich angrenzt; Fig. 5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Durchführung einer berührungslosen Messung an einer Probe gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 6a und 6b eine schematische Draufsicht und eine dazugehörige Erwärmungsverteilung eines Probenträgers mit einer mäanderförmig geführten Heizbahn; 4 shows a schematic side sectional view of a sample carrier according to an embodiment, in which a protective layer covers the heating paths; 4e shows a schematic view of a sample carrier according to an embodiment, in which the side of the substrate provided with the heating paths together with a cover element forms at least one channel or chamber to which the heating area adjoins; 5 shows a flow chart of a method for carrying out a non-contact measurement on a sample according to an exemplary embodiment; 6a and 6b show a schematic plan view and an associated heating distribution of a sample carrier with a meandering guided heating path;

. 7a und 7b eine schematische Draufsicht und eine dazugehörige Erwärmungsverteilung eines Probenträgers mit exemplarisch quadratischen Maschen im Heizbahngitternetz: und , FIGS. 7a and 7b show a schematic top view and an associated heating distribution of a sample carrier with exemplary square meshes in the heating grid lattice: and FIGS

Fig. 8a und 8b eine schematische Draufsicht und eine dazugehörige Erwärmungsverteilung eines Probenträgers mit engmaschigeren quadratischen Heizbahngitternetzen als Fig. 7a und 7b zeigt. 8a and 8b show a schematic plan view and an associated heating distribution of a sample carrier with narrower square heating grid systems than FIGS. 7a and 7b.

Fig. 1 zeigt ein System 10 zur Durchführung einer berührungslosen Messung an einer beispielsweise biologischen und/oder chemischen Probe 12. Bei der Probe kann es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit handeln, wie zum Beispiel eine Lösung, eine Suspension oder dergleichen. Beispielsweise enthält die Probe 12 einen bestimmten Analyten. Bei der Probe 12 könnte es sich allerdings auch um einen Feststoff handeln, wie zum Beispiel ein Sediment. Bei dem vorerwähnten Analyten kann es sich um Atome, Moleküle oder andere Stoffe jeglicher Art handeln, wie zum Beispiel biologische Zellen, DNA, Gen-Antigen- Verbindungen usw. Im folgenden wird ohne Einschränkung und lediglich zu Veranschau- lichung davon ausgegangen, dass es sich bei der Probe 12 um eine biologische/chemische Probe handelt. 1 shows a system 10 for performing a non-contact measurement on, for example, a biological and / or chemical sample 12. The sample may be, for example, a liquid, such as a solution, a suspension or the like. For example, sample 12 contains a particular analyte. However, sample 12 could also be a solid, such as a sediment. The analyte mentioned above can be atoms, molecules or other substances of any kind, such as biological cells, DNA, gene-antigen compounds, etc. The following is without limitation and merely for the sake of clarity assumed that it Sample 12 is a biological / chemical sample.

Das System umfasst einen Probenträger 14 mit einem Substrat 15, einem ersten und einem zweiten Heizanschluss 16 und 18 sowie Heizbahnen 20. Die Heizbahnen 20 sind auf dem Substrat 15 angeordnet, wie zum Beispiel einer Vorderseite 22 desselben. Auf eben jener Vorderseite 22 können auch die Heizanschlüsse 16 und 18 angeordnet sein, wobei gemäß einer Alternative letztere aber auf einer der Vorderseite 22 abgewandten Rückseite 24 des Substrats 15 angeordnet sind oder auf einer Seitenfläche des Substrats 15. Wie es im Folgenden noch näher beschrieben werden wird, bilden die Heizbahnen 20 auf dem Substrat eine Parallelschaltung zwischen den Heizanschlüssen 16 und 18, so dass die biologische/chemische Probe nach Aufbringen derselben auf den Probenträger 14 durch Anlegen einer Spannung zwischen den Heizanschlüssen 16 und 18 erwärmbar ist. Das System 10 umfasst ferner eine Messanordnung 26 zur Durchführung einer berührungslosen Messung an der biologischen/chemischen Probe 12. In Fig. 1 ist sie als eine optische Messanordnung mit einer Lichtquelle 28 und einer Optik 30 zur Durchführung einer transmissiven optischen Messung angedeutet, nämlich zur optischen Beobachtung durch einen Benutzer des Systems, aber hierzu existieren eine Vielzahl von Alternativen, wie zum Beispiel andere optische Messungen, wie zum Beispiel reflektive Messungen, interfe- rometrische Messungen, oder nicht-optische Messungen. Es wird darauf hingewiesen, dass, obwohl in Fig. 1 die Probe 12 so dargestellt wurde, als ob sie auf der Vorderseite 22 beziehungsweise auf den Heizbahnen 20 aufgebracht sei, die Aufbringung zur Durchführung der berührungslosen Messung auch auf der Rückseite 16 erfolgen könnte. In jedem Fall erfolgt die Aufbringung so, dass in einer Projektion entlang einer Dickerichtung des Substrats 15 die Probe 12 und der durch die Heizbahnen 20 lateral abgedeckte Erwärmungsbereich 32 überlappen. The system includes a sample carrier 14 having a substrate 15, first and second heating ports 16 and 18, and heating paths 20. The heating paths 20 are disposed on the substrate 15, such as a front side 22 thereof. The heating connections 16 and 18 can also be arranged on the same front side 22, but according to an alternative, the latter are arranged on a rear side 24 of the substrate 15 facing away from the front side 22 or on a side surface of the substrate 15. As will be described in more detail below is, the heating tracks 20 on the substrate form a parallel connection between the heating terminals 16 and 18, so that the biological / chemical sample can be heated after applying the same to the sample carrier 14 by applying a voltage between the heating terminals 16 and 18. The system 10 further comprises a measuring arrangement 26 for carrying out a contactless measurement on the biological / chemical sample 12. In FIG. 1 it is indicated as an optical measuring arrangement with a light source 28 and an optical system 30 for carrying out a transmissive optical measurement, namely for the optical Observation through A user of the system, but there are a variety of alternatives, such as other optical measurements, such as reflective measurements, interferometric measurements, or non-optical measurements. It should be noted that, although in Fig. 1, the sample 12 was shown as being applied to the front side 22 and the heating tracks 20, the application for carrying out the non-contact measurement could also take place on the rear side 16. In any case, the application is made such that, in a projection along a thickness direction of the substrate 15, the sample 12 and the heating area 32 laterally covered by the heating paths 20 overlap.

Fig. 2 zeigt exemplarisch eine Draufsicht auf die Vorderseite 22 des Substrats 15, um eine mögliche Ausführungsform der Heizbahnen 20 und deren Führung auf der Vorderseite 22 zu zeigen. Zu sehen sind in Figur 2 die Heizanschlüsse 16 und 18 und die dazwischen be- fmdlichen Heizbahnen 20. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 bilden die Heizbahnen 20 eine zweidimensionale Gitterstruktur aus Leiterbahngitterstegabschnitten 34, die sich in Gitterknotenpunkten treffen, und Gitterzwischenräumen beziehungsweise Maschen 36, die von nicht weiter verkleinerbaren Schleifen aus Stegen 34 umschlossen sind, und in welchen das Gitter aus Heizbahnen 20 das Substrat 15 freilegen lässt. In dem Fall von Fig. 2 sind die Gitterzwischenräume 36 exemplarisch quadratisch gebildet, sie könnten allerdings gemäß alternativen Ausführungsformen auch andere Formen aufweisen, wie zum Beispiel rechteckige, kreisförmige, sechseckige oder ähnliche Formen besitzen. Die Stege 34 können je nachdem, welche Maschenform vorliegt, zwischen den jeweiligen Gitterknoten 40, die sie verbinden, einen entlang ihrer Länge konstanten Querschnitt besitzen oder einen variablen, vor allem einen in einer Richtung quer zu ihrer Länge variierenden Querschnitt bei beispielsweise aber konstanter Dicke. Die Anzahl der sich in den Gitterknoten 40 treffenden Gitterstege 34 kann sich unter den Knoten 36 unterscheiden, je nachdem beispielsweise, ob sich der Knoten am Rand des Gitters befindet oder nicht. Die Formen der Maschen 36 können zueinander deckungsgleich sein, müssen dies aber nicht. Sie müssen auch keine ähnliche Form aufweisen, wie dies bei einem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel noch der Fall ist. FIG. 2 shows by way of example a plan view of the front side 22 of the substrate 15 in order to show a possible embodiment of the heating tracks 20 and their guidance on the front side 22. 2 shows the heating connections 16 and 18 and the heating paths 20 between them. According to the exemplary embodiment of FIG. 2, the heating paths 20 form a two-dimensional lattice structure of conductor lattice web sections 34 which meet at lattice nodes and grid interspaces or meshes 36, which are enclosed by not further reducible loops of webs 34, and in which the grid of heating paths 20, the substrate 15 can be exposed. In the case of Figure 2, the grid interstices 36 are exemplified to be square in shape, but in alternative embodiments could also have other shapes, such as rectangular, circular, hexagonal, or similar shapes. The webs 34 may, depending on which mesh shape is present, have a cross section that is constant along their length between the respective lattice nodes 40 or a variable cross section, for example, but a constant thickness, especially in a direction transverse to their length. The number of lattice webs 34 meeting in the lattice node 40 may differ among the nodes 36, depending, for example, on whether the node is at the edge of the lattice or not. The shapes of the meshes 36 may be congruent to one another, but need not. They also need not have a similar shape, as is still the case in an embodiment described below.

Dadurch, dass die Heizbahnen 20 gemäß Fig. 2 eine zweidimensionale Gitterstruktur bilden, können eventuell auftretende Unterbrechungen der Heizbahnen 20, wie sie exempla- risch in Fig. 2 bei 38 in einem Steg des Gitters dargestellt sind, oder Querschnittverjüngungen der Heizbahnen 20 in Stegen des Gitters überbrückt werden, so dass keine negativen Auswirkungen auf die Erwärmungshomogenität über dem Erwärmungsbereich 32 hinweg auftreten beziehungsweise selbige gelindert werden. Während in Fig. 2 ein Probenträger gezeigt ist, bei dem die Heizbahnen 20 eine zweidimensionale Gitterstruktur bilden, die wiederum ein regelmäßiges Gitter bildet, bei dem eine Flächendichte der Heizbahnen 20 über die Fläche 22 des Substrats hinweg in dem Bereich 32 konstant ist, muss diese lateral konstante Flächendichte nicht unbedingt sein. Fig. 3 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel, bei dem die zweidimensionale Gitterstruktur ein unregelmäßiges Gitter bildet, bei dem eine Flächendichte der Heizbahnen 20 von einer lateralen Mitte des unregelmäßigen Gitters nach außen hin zunimmt, d.h. die Maschen 36 vom Inneren des Gitters nach außen hin kleiner werden. Auch hier gilt, dass die Maschen nicht unbedingt zueinander ähnliche Formen aufweisen müssen. Vielmehr können sich die Formen der Maschen auch voneinander unterscheiden. As a result of the fact that the heating paths 20 according to FIG. 2 form a two-dimensional lattice structure, any interruptions of the heating paths 20, as shown by way of example in FIG. 2 at 38 in a web of the lattice, or cross-sectional constrictions of the heating lanes 20 in webs of the web Be bridged so that no negative effects on the heating homogeneity over the heating region 32 away or are mitigated. While FIG. 2 shows a sample carrier in which the heating paths 20 form a two-dimensional lattice structure, which in turn forms a regular lattice in which a surface density of the heating lanes 20 across the surface 22 of the substrate in the region 32 is constant laterally constant surface density may not necessarily be. 3 shows an embodiment in which the two-dimensional lattice structure forms an irregular lattice in which an areal density of the heating lanes 20 increases outwardly from a lateral center of the irregular lattice, that is, the meshes 36 become smaller from the inside of the lattice toward the outside. Again, the mesh does not necessarily have to have similar shapes to each other. Rather, the shapes of the meshes can also differ from each other.

In den nachfolgend kurz beschriebenen Figuren sind verschiedene weitere Varianten exemplarisch dargestellt. Fig. 4a zeigt beispielsweise, dass die die Maschen 36 umgebenden Stege 32 des aus den Heizbahnen 20 gebildeten Gitters nicht notwendigerweise geradlinig zwischen den Gitterknotenpunkten 40 verlaufen müssen, sondern auch lateral gekrümmt sein können. Fig. 4b zeigt, dass die Heizanschlüsse 16 und 18 durch Elektroden gebildet sein könnten, die in gegenüberliegenden Randbereichen 42 und 44 des beispielsweise rechteckigen beziehungsweise quaderförmigen Substrats 15 auf der rechteckigen Vorderseite 22 angeordnet sind. In anderen Worten ausgedrückt, befindet sich in dem Fall von Fig. 4b der Erwärmungsbereich 32 lateral zwischen den Heizanschlüssen 16 und 18. Er kann, wie es in Fig. 4b veranschaulicht ist, länglich sein, um sich entlang seiner Länge zwischen den Heizanschlüssen 16 und 18 zu erstrecken, so dass sich letztere an den beiden Enden des Bereiches 32 befinden. Fig. 4c zeigt hierzu eine Alternative, wonach der Erwärmungsbereich 32 zwar länglich ist, aber entlang seiner Länge gebogen, um sich nichtgeradlinig wie eine Bahn über die Vorderseite 22 zu erstrecken, wobei sich über die Bahnbreite und die Bahnlänge des Bereichs 32 hinweg das durch die Heizbahnen 20 gebildete Gitter von einem Heizanschluss 16 zu dem anderen Heizanschluss 18 erstreckt. In Fig. 4c sind auf diese Weise exemplarisch der Hauptanschluss 16 und der Hauptanschluss 18 in der Nähe der gleichen kürzeren Kante der hier exemplarisch rechteckigen Vorderseite 22 lokalisiert. In the figures briefly described below, various other variants are shown by way of example. 4a shows, for example, that the webs 32 surrounding the meshes 36 of the lattice formed by the heating lanes 20 do not necessarily have to extend in a straight line between the lattice nodes 40, but may also be laterally curved. 4b shows that the heating connections 16 and 18 could be formed by electrodes which are arranged in opposite edge regions 42 and 44 of the rectangular or cuboid substrate 15 on the rectangular front side 22, for example. In other words, in the case of Fig. 4b, the heating area 32 is laterally between the heating ports 16 and 18. It may, as illustrated in Fig. 4b, be elongate to extend along its length between the heating ports 16 and 18 extend so that the latter are located at the two ends of the area 32. 4c shows an alternative in which the heating region 32 is elongated but bent along its length so as to extend non-rectilinearly like a web across the front face 22, with the thickness across the web width and the web length of the region 32 Heating paths 20 formed grids from one heating connection 16 to the other heating connection 18 extends. In FIG. 4c, the main connection 16 and the main connection 18 are located in the vicinity of the same shorter edge of the front side 22, which is rectangular by way of example here, by way of example.

Fig. 4d zeigt schließlich lediglich noch eine alternative Ausführungsform eines Probenträgers zu Fig. 1 , wonach eine Schutzschicht 46 die Vorderseite 22 des Substrats 15 sowie die darauf angeordneten Heizbahnen 20 und, wie hier exemplarisch der Fall, die Elektroden 16 und 18 bedeckt. Fig. 4e zeigt noch, dass die Vorderseite 22 des Substrats 15 nicht unbedingt für die Probe komplett freiliegend sein muss. Vielmehr ist es möglich, dass die Vorderseite 22 durch beispielsweise ein Deckelelement 90 bedeckt ist, derart, dass zwischen Vorderseite 22 des Substrats 15 und Deckelement 90 ein Kanal oder eine Kammer 92 gebildet wird, der entlang der Vorderseite 22 entlangführt bzw. die an die Vorderseite angrenzt, und zwar so, dass der Erwärmungsbereich 32 an den Kanal bzw. die Kammer 92 angrenzt. Auf diese Weise kann die beispielsweise flüssige Probe durch den Kanal 92 an den Erwärmungsbereich 32 vorbeigeführt werden bzw. durch Einfüllen in die Kammer an den Erwärmungsbereich 32 gebracht werden. Das Deckelelement 90 kann beispielsweise ein Substrat aus ebenfalls transparentem Material sein. Es kann an die Vorderseite 22 geklebt oder anderweitig befestigt sein. Das Ausführungsbeispiel von Fig. 4e ist natürlich mit dem Ausführungsbeispiel von 4d kombinierbar, d.h. es kann auch die Schutzschicht 22 zur Bedeckung der Heizbahnen 20 vorgesehen sein, wobei die Schutzschicht beispielsweise ein inertes Material sein kann. Das Material der Schutzschicht 22 kann beispielsweise ein aushärtbares Material, wie zum Beispiel Polymer, sein. Finally, FIG. 4 d merely shows an alternative embodiment of a sample carrier to FIG. 1, according to which a protective layer 46 covers the front side 22 of the substrate 15 and the heating paths 20 arranged thereon and, as is the case here by way of example, the electrodes 16 and 18. 4e still shows that the front side 22 of the substrate 15 does not necessarily have to be completely exposed for the sample. Rather, it is possible that the front side 22 is covered by, for example, a lid member 90, such that between Front side 22 of the substrate 15 and cover member 90, a channel or a chamber 92 is formed along the front side 22 along or adjacent to the front, in such a way that the heating region 32 adjacent to the channel or the chamber 92. In this way, the example liquid sample can be passed through the channel 92 to the heating region 32 or brought by filling in the chamber to the heating region 32. The lid member 90 may be, for example, a substrate of also transparent material. It may be glued to the front 22 or otherwise secured. Of course, the exemplary embodiment of FIG. 4e can be combined with the exemplary embodiment of FIG. 4d, ie it is also possible to provide the protective layer 22 for covering the heating tracks 20, wherein the protective layer can be, for example, an inert material. The material of the protective layer 22 may be, for example, a curable material such as polymer.

Bei dem Substrat 15 von Fig. 1 handelt es sich um ein für das Licht des optischen Messsys- tems vorzugsweise transparentes Substrat aus einem transparenten Material, wie zum Beispiel Glas oder dergleichen. In dem Fall anderer Messanordnungen, die nicht-optisch arbeiten, könnte die Transparenz natürlich auch fehlen. Das Material der Heizbahnen 20 muss nicht notwendigerweise nach Gesichtspunkten der Transparenz ausgewählt werden. Es muss also nicht unbedingt aus ITO bestehen. Das Material für die Heizbahnen 20 kann Metall oder ein geeignetes Halbleitermaterial sein. Die Aufbringung kann mikrolithographisch erfolgen oder aber auf andere Weise. Das Substrat 15 kann starr oder flexibel sein. The substrate 15 of FIG. 1 is a substrate, preferably transparent to the light of the optical measuring system, of a transparent material, such as glass or the like. Of course, in the case of other measuring arrangements which work non-optically, the transparency could also be absent. The material of the heating sheets 20 does not necessarily have to be selected in terms of transparency. It does not necessarily consist of ITO. The material for the heating tracks 20 may be metal or a suitable semiconductor material. The application can be done by microlithography or otherwise. The substrate 15 may be rigid or flexible.

Wie es in Fig. 2 noch exemplarisch dargestellt ist, kann zur Durchführung einer Vierpunktmessung der Probenträger zusätzlich auch Elektroden 50 und 52 aufweisen, die mit den Elektroden 16 beziehungsweise 18 einstückig gebildet sind. Eine in Fig. 2 gestrichelt versinnbildlichte Ausleseschaltung 54 könnte über diese beiden Elektroden 50 und 52 einen Sensorwert erfassen, der ein Maß für einen Widerstand der Heizbahnen 20 sein könnte. Die Ausleseschaltung könnte Teil des Systems von Fig. 1 sein. Fig. 5 zeigt exemplarisch den Ablauf eines Verfahrens zur Durchführung einer berührungslosen Messung in einer Probe gemäß einem Ausführungsbeispiel. Zunächst wird in einem Schritt 56 eine der im Vorhergehenden beschriebenen Probenträger bereitgestellt. Daraufhin wird in einem Schritt 58 die Probe auf dem Probenträger aufgebracht. Wie gesagt, kann die Aufbringung auf der Vorderseite 22 oder auf der Rückseite 24 erfolgen, allerdings je- weils lateral mit dem Erwärmungsbereich 32 überlappen. In einem Schritt 60 wird daraufhin die Probe erwärmt, indem eine Spannung zwischen den Elektroden 16 und 18 angelegt und damit ein Strom durch die Heizbahnen 20 zum Fließen gebracht wird. In einem Schritt 62 wird dann in dem aufgewärmten Zustand der Probe die berührungslose Messung an derselben durchgeführt. As is shown by way of example in FIG. 2, in order to carry out a four-point measurement, the sample carrier can additionally also have electrodes 50 and 52, which are formed integrally with the electrodes 16 and 18, respectively. A dashed line symbolized in Fig. 2 readout circuit 54 could detect a sensor value via these two electrodes 50 and 52, which could be a measure of a resistance of the heating paths 20. The readout circuit could be part of the system of FIG. 5 shows by way of example the sequence of a method for carrying out a non-contact measurement in a sample according to an exemplary embodiment. First, in a step 56, one of the sample carriers described above is provided. Subsequently, in a step 58, the sample is applied to the sample carrier. As stated, the application can take place on the front side 22 or on the rear side 24, but each overlap laterally with the heating region 32. Thereafter, in a step 60, the sample is heated by applying a voltage between the electrodes 16 and 18 and causing a current to flow through the heating paths 20. In one step 62 is then performed in the heated state of the sample, the non-contact measurement on the same.

In anderen Worten ausgedrückt, zeigten obige Ausführungen Beispiele für einen Proben- träger, der als Erwärmungselement bei biologischen bzw. chemischen Anwendungen dienen könnte. Als Material für die Heizbahnen 20 könnte Metall verwendet werden. In dem Fall der Ausführung in Form eines Netzes bildete dann die Metallnetzstruktur ein Array von regelmäßigen oder allmählich in der Größe variierenden Öffnungen 36 in der Form von beispielsweise Quadraten oder Rechtecken, wie es im Vorhergehenden gezeigt wurde, oder von Kreisen oder jeglicher Art von regelmäßigen Polygonen. Die Heizbahnen könnten insbesondere aus einer elektrisch leitenden Dünnfilmschicht gebildet sein, wie zum Beispiel durch Strukturierung derselben. Die Dünnfilmschicht könnte auf das beispielsweise transparente, starre oder flexible Substrat 15 auf unterschiedliche Weise aufgebracht sein. Auch die Strukturierung kann auf unterschiedliche Art erfolgen. In other words, the above embodiments have shown examples of a sample carrier that could serve as a heating element in biological or chemical applications. As material for the heating tracks 20 metal could be used. In the case of meshing, the metal mesh structure would then form an array of regular or gradually varying openings 36 in the form of, for example, squares or rectangles, as shown above, or circles or any kind of regular polygons , The heating tracks could in particular be formed from an electrically conductive thin-film layer, for example by structuring the same. The thin film layer could be applied to the transparent, rigid or flexible substrate 15 in different ways, for example. The structuring can also be done in different ways.

Die Anwendungen obiger Ausführungsbeispiele umfassen Proben in der Biologie oder Chemie. Biologische Anwendungen, wie z.B. Proteomik, Genetik und Zellenproben sowie Bioreaktoren mit dem Bedarf an Erwärmung und optischer Transparenz können in Betracht gezogen werden. Andere Anwendungen können Hydrogels und andere Polymersys- teme sein, die Temperatursteuerung benötigen. The applications of the above embodiments include samples in biology or chemistry. Biological applications, such as Proteomics, genetics and cell samples as well as bioreactors with the need for heating and optical transparency may be considered. Other applications may be hydrogels and other polymer systems that require temperature control.

Im Vergleich zu herkömmlichen Einzeldrahterwärmungstechnologien besitzen obige Ausführungsbeispiele, die eine Netzstruktur aus Heizbahnen verwenden, folgende Vorteile: Eine Netzstruktur stellt eine höhere Herstellungsrobustheit dar im Vergleich zu einem/einer Mäander/Serpentine. Falls eine Unterbrechung eines Leiters in einem Mäander auftreten würde, würde die Erwärmungsvorrichtung beziehungsweise der Probenträger ihre/seine Funktion verlieren, während eine Netzerwärmungsvorrichtungsstruktur nach wie vor funktionieren würde, da die elektrische Leitung anstatt nur über einen über mehrere Leiter beziehungsweise Stege 32 verteilt ist. Außerdem ist die Netzerwärmungsvorrichtung toleranter in Bezug auf die Kompensation von Abweichungen von der Entwurfsgeometrie des Leiters. Beispielsweise führen Leiterbeschränkungen aufgrund von Ätzdefekten zu lokalen hohen Widerständen und heißen Punkten in einer Mäanderstruktur. Die Netzstruktur versucht stattdessen die Quelle der Nicht-Einheitlichkeit zu kompensieren, indem sie Strom von den Hochwiderstandsbereichen weg leitet. Compared with conventional single-wire heating technologies, the above embodiments using a network structure of heating tracks have the following advantages: A network structure represents a higher manufacturing robustness compared to a meander / serpentine. If an interruption of a conductor in a meander would occur, the heater or sample carrier would lose its function while a network heater structure would still function because the electrical line is distributed over only a plurality of conductors or lands 32. In addition, the net heater is more tolerant of compensating for deviations from the design geometry of the conductor. For example, lead constraints due to etch defects lead to local high resistances and hot spots in a meandering structure. Instead, the network structure attempts to compensate for the source of nonuniformity by passing current away from the high resistance regions.

Eine Mäandererwärmungsvorrichtung hat einen kreisförmigeren heißen Punkt (hot spot), wenn dieselbe erwärmt ist, während ein Netz einen eher rechteckigen aufweist, was bedeu- tet, dass das Netz die Wärme effizienter ausbreitet relativ zu ihrer eigenen Erwärmungs- vorrichtungsoberfläche als eine Mäandererwärmungsvorrichtung. Folglich kann unter Verwendung eines Netzes eine größere Oberfläche einheitlich erwärmt werden. Vergleiche beispielsweise Fig. 6 und 7. Fig. 6a zeigt eine Mäander erwärmungsvorrichtung mit 15 μιτι Leitung/Heizbahn und 150 μηι Platz auf einem PEN-Foliensubstrat und Fig. 6b zeigt ihr entsprechendes Wärmeprofil in einer auf dem Substrat befindlichen thermochromischen Flüssigkristallschicht bei 62°C. Die Erwärmungsvorrichtungsoberfläche ist 1,5 x 3 mm . Fig. 7a zeigt demgegenüber eine Netzerwärmungsvorrichtung beziehungsweise einen Probenträger mit 15 μιη Leitung/Heibahn und 150 μηι Platz auf einem PEN-Foliensubstrat und Fig. 7b zeigt ihr entsprechendes Wärmeprofil, wie es sich in einer thermochromischen Flüssigkristallschicht bei 62°C ergibt. Die Erwärmungsvorrichtungsoberfläche ist 1 ,5 x 3 mm2. Wie es zu sehen ist, verteilt sich die Wärme in dem Fall der Fig. 7b gleichmäßiger. A meandering heater has a more circular hot spot when heated, while a mesh has a more rectangular shape, which is significant. For example, the mesh expands heat more efficiently relative to its own heater surface than a meander heater. Thus, using a mesh, a larger surface area can be uniformly heated. See for example Fig. 6 and 7. Fig. 6a shows a meandering device with 15 μιτι line / heating and 150 μηι space on a PEN film substrate and Fig. 6b shows their corresponding heat profile in a substrate on the thermochromic liquid crystal layer at 62 ° C. , The heater surface is 1.5 x 3 mm. In contrast, FIG. 7a shows a network heating device or a sample carrier with 15 μm line / heating path and 150 μm space on a PEN film substrate, and FIG. 7b shows its corresponding heat profile, as it results in a thermochromic liquid crystal layer at 62 ° C. The heater surface is 1, 5 x 3 mm 2 . As can be seen, the heat distributes more evenly in the case of Fig. 7b.

Die Wärmeverteilung auf der Gesamterwärmungsvorrichtungsoberfläche kann weiter ver- bessert werden unter Verwendung des Arrays von Geometrien mit allmählich variierender Größe wie in Fig. 3, wo Wärmeverluste an der Peripherie der Erwärmungsvorrichtung kompensiert werden kann durch Erhöhen der Anzahl von Erwärmungsleitungen. The heat distribution on the overall heater surface can be further improved by using the array of gradually varying size geometries as in FIG. 3, where heat losses at the periphery of the heater can be compensated by increasing the number of heating lines.

Durch Reduzieren der Netzgröße (dünnere Leitungen beziehungsweise Stege 32 und klei- nere Öffnungen beziehungsweise Maschen 32) kann thermische Homogenität auf der Mik- roskala (definiert durch Abmessungen, die viel geringer sind als die Substratdicke) erreicht werden (vgl. Fig. 7 und 8). Auf diese Weise kann eine Erwärmungsvorrichtung auf einem Substrat mit geringer thermischer Leitfähigkeit, wie z.B. Glas oder Polymer, in nur einem Metallisierungsschritt hergestellt werden; d.h. keine zusätzliche Wärmeausbreitungs- schicht, die die Herstellungskosten erhöht und die Transparenz begrenzt, ist nötig. Fig. 8 a zeigt im Vergleich mit Fig. 7a eine Netzerwännungsvorrichtung mit 5 μιη Leitung und 50 μηι Platz auf einem PEN-Foliensubstrat und Fig. 8b zeigt ihr entsprechendes Wärmeprofil, wie es sich in einer thermochromischen Flüssigkristallschicht bei 62°C ergibt. Die Erwär- mungsvorrichtungsoberfläche ist 1,5 x 3 mm . By reducing the mesh size (thinner lines or ridges 32 and smaller openings or meshes 32), thermal homogeneity on the micro-scale (defined by dimensions that are much smaller than the substrate thickness) can be achieved (compare FIGS ). In this way, a heating device may be mounted on a substrate of low thermal conductivity, such as e.g. Glass or polymer, in only one metallization step; i.e. no additional heat spreading layer is required, which increases the manufacturing costs and limits the transparency. Fig. 8a shows in comparison with Fig. 7a a Netzerwännungsvorrichtung with 5 μιη line and 50 μηι space on a PEN film substrate and Fig. 8b shows their corresponding heat profile, as it results in a thermochromic liquid crystal layer at 62 ° C. The heater surface is 1.5 x 3 mm.

Falls eine oder mehrere Metallschichten (z.B. aufgedampft oder gesputtert) zur Bildung der Bahnen 20 verwendet wird, ist/sind eine oder mehrere sehr dünne Schichten ausreichend, um die angemessene Widerstandsfähigkeit zu erreichen. Dies ist besonders vorteilhaft für Proben, wo die Erwärmungsvorrichtungstopografie eine weitere Verarbeitung stört, oder, wenn dieselbe in fluidische Strukturen integriert ist, Flusscharakteristika in Kanälen stören könnte, wie z.B. in dem Fall von Fig. 4e. Die Heizbahnen müssen nicht aus ITO gebildet sein, was teuer ist. Das fördert folglich eine kostengünstige Herstellung, die für Diagnoseprodukte wesentlich ist. If one or more metal layers (eg vapor-deposited or sputtered) is used to form the tracks 20, one or more very thin layers will be sufficient to achieve the adequate resistance. This is particularly advantageous for samples where the heater topography interferes with further processing or, if integrated into fluidic structures, could interfere with flow characteristics in channels, such as in the case of Fig. 4e. The heating tracks do not have to be made of ITO, which is expensive. This consequently promotes cost-effective production, which is essential for diagnostic products.

Ein Netz hat eine geringere Widerstandsfähigkeit als ein Mäander. Daher muss für eine gegebene Erwärmungsleistung an das Netz weniger Spannung angelegt werden als an eine Mäandererwärmungsvorrichtung. Dies ist ein Vorteil für Systeme mit niedrigen Versorgungsspannungen, insbesondere batteriebetriebene tragbare Vorrichtungen. A net has less resistance than a meander. Therefore, less voltage must be applied to the grid for a given heating power than to a meandering heater. This is an advantage for low supply voltage systems, especially battery powered portable devices.

Weitere Alternativen zu obigen Ausführungsbeispielen wären natürlich denkbar. Other alternatives to the above embodiments would of course be conceivable.

Claims

Patentansprüche claims 1. System zur Durchführung einer berührungslosen Messung an einer Probe, mit folgenden Merkmalen: einem Probenträger (14) mit einem Substrat (20) ; einem ersten und einem zweiten Heizanschluss (16, 18); und A system for performing a non-contact measurement on a sample, comprising: a sample carrier (14) having a substrate (20); a first and a second heating port (16, 18); and Heizbahnen (20), die auf dem Substrat (20) angeordnet sind und eine Parallelschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Heizanschluss (16, 18) bilden, so dass eine auf dem Probenträger (14) aufgebrachte Probe durch Anlegen einer Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Heizanschluss (16, 18) erwärmbar ist; und einer Messanordnung (26) zur Durchführung einer berührungslosen Messung an der Probe. Heating tracks (20) which are arranged on the substrate (20) and form a parallel connection between the first and the second heating connection (16, 18), so that a sample applied to the sample carrier (14) by applying a voltage between the first and the second heating connection (16, 18) can be heated; and a measuring arrangement (26) for performing a non-contact measurement on the sample. 2. Das System nach Anspruch 1, wobei die Heizbahnen (20) eine zweidimensionale Gitterstruktur bilden, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss erstreckt. The system of claim 1, wherein the heater tracks (20) form a two-dimensional grid structure extending between the first and second terminals. 3. Das System nach Anspruch 2, wobei die zweidimensionale Gitterstruktur eine regelmäßige Anordnung von Gitterzwischenräumen (36) aufweist, wobei die Gitterzwischenräume (36) eine gleiche Form aus einer quadratischen, rechteckigen oder kreisförmigen Form aufweisen. The system of claim 2, wherein the two-dimensional grid structure comprises a regular array of grid spaces (36), the grid spaces (36) having a similar shape of a square, rectangular or circular shape. 4. Das System nach Anspruch 2 oder 3, wobei die zweidimensionale Gitterstruktur ein regelmäßiges Gitter bildet, bei dem eine Flächendichte der Heizbahnen (20) lateral konstant ist. The system according to claim 2 or 3, wherein the two-dimensional lattice structure forms a regular lattice in which an areal density of the heater lanes (20) is laterally constant. 5. Das System nach Anspruch 2 oder 3, wobei die rweidimensionale Gitterstruktur ein unregelmäßiges Gitter bildet, bei dem eine Flächendichte der Heizbahnen (20) von einer lateralen Mitte des unregelmäßigen Gitters nach außen hin zunimmt. 5. The system according to claim 2 or 3, wherein the two-dimensional lattice structure forms an irregular lattice in which an areal density of the heater lanes (20) increases outwardly from a lateral center of the irregular lattice. 6. Das System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste und der zweite Heizanschluss (16, 18) durch eine erste und eine zweite Elektrode gebildet werden, wobei die erste und die zweite Elektrode in gegenüberliegenden Randbereichen des Substrats (20) angeordnet sind. The system of any one of claims 1 to 5, wherein the first and second heater terminals (16, 18) are formed by a first and a second electrode, the first and second electrodes disposed in opposite edge areas of the substrate (20) are. 7. Das System nach Anspruch 6, wobei die erste Elektrode einstückig mit einer dritten Elektrode verbunden ist, die seitlich neben der erste Elektrode auf dem Substrat (20) angeordnet ist, und die zweite Elektrode einstückig mit einer vierten Elektrode verbunden ist, die seitlich neben der zweiten Elektrode auf dem Substrat (20) angeordnet ist, so dass eine elektrische Messung zwischen der dritten und vierten Elektrode möglich ist. The system of claim 6, wherein the first electrode is integrally connected to a third electrode disposed laterally adjacent to the first electrode on the substrate (20) and the second electrode is integrally connected to a fourth electrode laterally adjacent of the second electrode is arranged on the substrate (20), so that an electrical measurement between the third and fourth electrode is possible. 8. Das System nach Anspruch 7, wobei das System ferner eine Steuerung und eine Ausleseschaltung aufweist, wobei die Steuerung ausgebildet ist, um über die erste und die zweite Elektrode (A, B) eine Spannung für einen Heizstrom durch die Heizbahnen (20) anzulegen, wobei die Ausleseschaltung ausgebildet ist, um über die dritte und die vierte Elektrode einen Sensorwert zu erfassen, der ein Maß für einen Widerstand der Heizbahnen (20) ist. The system of claim 7, wherein the system further comprises a controller and a readout circuit, wherein the controller is configured to apply a voltage for a heating current through the heater tracks (20) via the first and second electrodes (A, B) wherein the readout circuit is adapted to detect via the third and the fourth electrode a sensor value which is a measure of a resistance of the heating tracks (20). 9. Das System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Heizbahnen (20) aus einer strukturierten elektrisch leitfähigen Dünnfilmschicht auf dem Substrat (20) gebildet sind. The system of any one of claims 1 to 8, wherein the heater tracks (20) are formed of a patterned electrically conductive thin film layer on the substrate (20). 10. Das System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Messanordnung (26) ausgebildet ist, eine Messung an der Probe mittels Licht durchzuführen, und das Substrat ,(20) des Probenträgers (14) für das Licht transparent ist. 10. The system according to one of claims 1 to 9, wherein the measuring arrangement (26) is designed to perform a measurement on the sample by means of light, and the substrate (20) of the sample carrier (14) is transparent to the light. 1 1. Das System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Substrat (20) des Probenträgers (14) biegsam ist. The system of any one of claims 1 to 10, wherein the substrate (20) of the sample carrier (14) is flexible. 12. Verfahren zur Durchführung einer berührungslosen Messung an einer Probe, mit folgenden Schritten: 12. A method for performing a non-contact measurement on a sample, comprising the following steps: Bereitstellen eines Probenträgers (14) mit einem Substrat (20); einem ersten und einem zweiten Heizanschluss (16, 18); und mehreren Heizbahnen (20), die auf dem Substrat (20) angeordnet sind und eine Parallelschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Heizanschluss (16. 18) bilden; Providing a sample carrier (14) with a substrate (20); a first and a second heating port (16, 18); and a plurality of heater tracks (20) disposed on the substrate (20) forming a parallel connection between the first and second heater terminals (16, 18); Aufbringen der Probe auf den Probenträger (14); Applying the sample to the sample carrier (14); Erwärmen der Probe durch Anlegen einer Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Heizanschluss (16, 18); und Heating the sample by applying a voltage between the first and second heater terminals (16, 18); and Durchführung der berührungslosen Messung an der Probe. Carrying out the non-contact measurement on the sample. 13. Probenträger (14) für eine Probe, mit folgenden Merkmalen: einem Substrat (20); einem ersten und einem zweiten Heizanschluss (16, 18); und A sample carrier (14) for a sample comprising: a substrate (20); a first and a second heating port (16, 18); and Heizbahnen (20), die auf dem Substrat angeordnet sind und eine Parallelschaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Heizanschluss (16, 18) bilden, wobei die Heizbahnen (20) derart angeordnet sind, dass eine Flächendichte der Heizbahnen (20) von einer Flächenmitte des Substrats nach außen hin zunimmt. Heating tracks (20) which are arranged on the substrate and form a parallel connection between the first and the second heating connection (16, 18), wherein the heating paths (20) are arranged such that an areal density of the heating paths (20) from a center of the area Substrate increases towards the outside. 14. Probenträger ( 14) nach Anspruch 13 , wobei die Heizbahnen (20) eine zweidimensionale Gitterstruktur bilden, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss erstreckt. The sample carrier (14) of claim 13, wherein the heater tracks (20) form a two-dimensional grid structure extending between the first and second terminals. 15. Probenträger (14) nach Anspruch 14, wobei die zweidimensionale Gitterstruktur eine Anordnung von Gitterzwischenräumen (36), die eine gleiche Form aus einer quadratischen, rechteckigen oder kreisförmigen Form aufweisen. The sample carrier (14) of claim 14, wherein the two-dimensional grid structure comprises an array of grid interspaces (36) having a similar shape of a square, rectangular or circular shape. 16. Probenträger (14) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die zweidimensionale Gitterstruktur ein unregelmäßiges Gitter bildet, bei dem eine Flächendichte der Heizbahnen (20) von einer lateralen Mitte des unregelmäßigen Gitters nach außen hin zunimmt. The sample carrier (14) according to claim 14 or 15, wherein the two-dimensional lattice structure forms an irregular lattice in which an areal density of the heater lanes (20) increases outwardly from a lateral center of the irregular lattice. 17. Probenträger (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der erste und der zweite Heizanschluss (16, 18) durch eine erste und eine zweite Elektrode gebildet werden, wobei die erste und die zweite Elektrode in gegenüberliegenden Randbereichen des Substrats (20) angeordnet sind. The sample carrier (14) according to any one of claims 1 to 16, wherein the first and second heater terminals (16, 18) are formed by first and second electrodes, the first and second electrodes being disposed in opposite edge portions of the substrate (20 ) are arranged. 18. Probenträger (14) nach Anspruch 17, wobei die erste Elektrode einstückig mit einer dritten Elektrode verbunden ist, die seitlich neben der erste Elektrode auf dem Substrat (20) angeordnet ist, und die zweite Elektrode einstückig mit einer vierten Elektrode verbunden ist, die seitlich neben der zweiten Elektrode auf dem Substrat (20) angeordnet ist, so dass eine elektrische Messung zwischen der dritten und vierten Elektrode möglich ist. The sample carrier (14) according to claim 17, wherein the first electrode is integrally connected to a third electrode disposed laterally adjacent to the first electrode on the substrate (20), and the second electrode is integrally connected to a fourth electrode is arranged laterally next to the second electrode on the substrate (20), so that an electrical measurement between the third and fourth electrode is possible. 19. Probenträger ( 14) nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Heizbahnen (20) aus einer strukturierten elektrisch leitfähigen Dünnfilmschicht auf dem Substrat (20) gebildet sind. 19. Sample carrier (14) according to one of claims 13 to 18, wherein the heating tracks (20) are formed from a structured electrically conductive thin-film layer on the substrate (20). 20. Das System nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei das Substrat (20) des Probenträgers (14) biegsam ist. The system of any one of claims 13 to 19, wherein the substrate (20) of the sample carrier (14) is flexible.
PCT/EP2013/071952 2012-10-26 2013-10-21 System for carrying out a contactless measurement on a sample and sample carrier Ceased WO2014064040A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13783510.4A EP2895268B8 (en) 2012-10-26 2013-10-21 System zur durchführung einer berührungslosen messung an einer probe und probenträger

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012219656.0A DE102012219656A1 (en) 2012-10-26 2012-10-26 SYSTEM FOR CARRYING OUT TOUCH-FREE MEASUREMENT ON A SAMPLE AND SAMPLE CARRIER
DE102012219656.0 2012-10-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014064040A1 true WO2014064040A1 (en) 2014-05-01

Family

ID=49510120

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/071952 Ceased WO2014064040A1 (en) 2012-10-26 2013-10-21 System for carrying out a contactless measurement on a sample and sample carrier

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2895268B8 (en)
DE (1) DE102012219656A1 (en)
WO (1) WO2014064040A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016211356B4 (en) 2016-06-24 2024-12-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Analysis system and method for performing an analysis

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014221734A1 (en) 2014-10-24 2016-04-28 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Measuring device and system for melting curve analysis of a DNA microarray, and use of a fluorescence detector array for analysis
JP6546691B2 (en) 2015-04-07 2019-07-17 セル アイディー ピーティーイー リミテッドCell Id Pte Ltd DC heater

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009019658A2 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Integrated microfluidic device with local temperature control
US20090211336A1 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 Qinetiq Limited Heater device
WO2010108692A2 (en) 2009-03-27 2010-09-30 Polyic Gmbh & Co. Kg Electrical functional layer, production method and use thereof
US20110056926A1 (en) * 2007-08-29 2011-03-10 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Microfluidic devices with integrated resistive heater electrodes including systems and methods for controlling and measuring the temperatures of such heater electrodes

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1498074A (en) * 1975-03-10 1978-01-18 Orbaiceta Electric resistance heating devices
GB2154403A (en) * 1984-01-31 1985-09-04 Glaverbel Heatable glazing panels
DE4019357C1 (en) * 1990-06-18 1991-08-01 G. Bopp & Co Ag, Zuerich, Ch Flexible, electrically heatable, transparent panel - has heating grid embedded in sheet of thermoplastic material suitable for rear window of convertible car
FR2765967B1 (en) * 1997-07-11 1999-08-20 Commissariat Energie Atomique CHIP ANALYSIS DEVICE COMPRISING LOCALIZED HEATING ELECTRODES
HK1046381A1 (en) * 1999-07-02 2003-01-10 Clondiag Chip Technologies Gmbh Microchip matrix device for duplicating and characterizing nucleic acids
DE102006045514B4 (en) * 2006-08-16 2012-04-05 Saint-Gobain Sekurit Deutschland Gmbh & Co. Kg Transparent surface electrode
US20080199861A1 (en) * 2007-02-15 2008-08-21 Honeywell International, Inc. Real-time microarray apparatus and methods related thereto

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009019658A2 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Koninklijke Philips Electronics N.V. Integrated microfluidic device with local temperature control
US20110056926A1 (en) * 2007-08-29 2011-03-10 Canon U.S. Life Sciences, Inc. Microfluidic devices with integrated resistive heater electrodes including systems and methods for controlling and measuring the temperatures of such heater electrodes
US20090211336A1 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 Qinetiq Limited Heater device
WO2010108692A2 (en) 2009-03-27 2010-09-30 Polyic Gmbh & Co. Kg Electrical functional layer, production method and use thereof

Non-Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. SPLINTER; J. STURMANN; O. BARTELS, SENSORS ACTUATORS B, vol. 83, 2002, pages 169 - 74
D. BRIAND; S. COLIN; A. GANGADHARAIAH, SENSORS ACTUATORS A, vol. 132, 2006, pages 317 - 24
D. CAPUTO; G. DE CESARE; M. NARDINI, IEEE SENSORS JOURNAL, vol. 12, no. 5, 2012, pages 1209 - 13
DOMENICO CAPUTO ET AL: "Monitoring of Temperature Distribution in a Thin Film Heater by an Array of a-Si:H Temperature Sensors", IEEE SENSORS JOURNAL, IEEE SERVICE CENTER, NEW YORK, NY, US, vol. 12, no. 5, 1 May 2012 (2012-05-01), pages 1209 - 1213, XP011441122, ISSN: 1530-437X, DOI: 10.1109/JSEN.2011.2167506 *
J. ZHANG; P. A. R. ADE; P. MAUSKOPF, APPL. OPT., vol. 50, no. 21, 2011, pages 3750 - 7
J.-L. LIN; M.-H. WU; C.-Y. KUO, BIOMED MICRODEVICES, vol. 12, 2010, pages 389 - 398
J.-Y. CHENG; M.-H. YEN; C.-T. KUO, BIOMICROFLUIDICS, vol. 2, no. 1-12, 2008, pages 024105
K. SUN; A. YAMAGUCHI; Y. ISHIDA, SENSORS UND ACTUATORS B, vol. 84, 2002, pages 283 - 289
M.-G. KANG; L. J. GUO, AD- VANCED MATERIALS, vol. 19, no. 10, 2007, pages 1391 - 1396
M.-G. KANG; M-S. KIM; J. KIM, ADVANCED MATERIALS, ADV. MATER., vol. 20, 2008, pages 4408 - 4413
P. A. R. ADE; G. PISANO; C. TUCKER, PROC. OFSPIE, vol. 6275, pages 62750U - 1
S. CHOI; W. J. POTSCAVAGE, JR.; B. KIPPELEN, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 106, 2009, pages 054507
S. KUMAR JHA; R. CHAND; D. HAN, LAB CHIP, 2012
S-C ROTH; Y-M CHOI; S-Y KIM, SENSORS ACTUATORS A, vol. 128, 2006, pages 1 - 6
T. BECKER; S. MUHLBERGER; W. BENECKE, J. MICROELECTROMECH. SYST., vol. 200, no. 9, pages 478 - 84
W.-J. HWANG; K-S. SHIN; J-H ROH., SENSORS, vol. 11, 2011, pages 2580 - 2591
Z. YIN; A. PROSPERETTI, J. MICROMECH. MICROENG., 2005, pages 1683 - 91

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016211356B4 (en) 2016-06-24 2024-12-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Analysis system and method for performing an analysis

Also Published As

Publication number Publication date
EP2895268A1 (en) 2015-07-22
DE102012219656A1 (en) 2014-04-30
EP2895268B1 (en) 2017-03-29
EP2895268B8 (en) 2017-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2641452B1 (en) Panel heater with temperature monitoring
EP2394156B1 (en) Arrangement and method for electrochemically measuring biochemical reactions and method for producing the arrangement
DE102013200277A1 (en) Heating device has measuring device that is connected to planar electrode and heating conductor, for detecting temperature dependent current flow between heating conductor and covering layer and/or dielectric insulation layer
DE102013110291A1 (en) Method for producing a soot sensor with a laser beam
EP2895268B1 (en) System zur durchführung einer berührungslosen messung an einer probe und probenträger
EP3546931B1 (en) Thermoresistive gas sensor, flow sensor and thermal conductivity sensor
EP2169391A1 (en) Sample chamber and device for mounting said chamber
DE102012112575A1 (en) Sensor element, thermometer and method for determining a temperature
DE102004017750B4 (en) Analysis array with heatable electrodes
DE10059152A1 (en) Microsystem for the dielectric and optical manipulation of particles
EP3042186B1 (en) Sensor for detecting oxidizable gases
DE102008006831A1 (en) Hot-film sensor
EP2739965B1 (en) Electrochemical sensor
EP3671195B1 (en) Thermoresistive gas sensor
WO2013117413A1 (en) Arrangement and method for the electrochemical analysis of liquid samples by means of lateral flow assays
DE102014204676A1 (en) Thermal sensor and method of making a thermal sensor
DE102009033420B4 (en) Device for determining the oxygen content in a gas
DE10241099B3 (en) Reactor to apply a liquid sample of DNA strands in spots at a carrier, e.g. a glass slide or biochip, has a reaction chamber with channels for a consistent flow and interaction with immobilized materials
DE102018130547A1 (en) Sensor element, method for its production and thermal flow sensor
DE102016201193A1 (en) Printed sensor device for detecting media
DE102006050041B4 (en) Radiation sensor with an array of several thermopiles on a substrate with membrane surfaces
WO2009056328A1 (en) Active fiber-optic moisture sensor device
DE19701798C2 (en) Flow electrochemical cell
DE102009001920A1 (en) Infrared light detector with high resolution and high density
DE102022213874A1 (en) Sample cartridge for carrying out an analysis process using fluorescence analysis

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13783510

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2013783510

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013783510

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE