WO2011042253A1 - Biosensor apparatus having a self-test device - Google Patents

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WO2011042253A1
WO2011042253A1 PCT/EP2010/062480 EP2010062480W WO2011042253A1 WO 2011042253 A1 WO2011042253 A1 WO 2011042253A1 EP 2010062480 W EP2010062480 W EP 2010062480W WO 2011042253 A1 WO2011042253 A1 WO 2011042253A1
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WO
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detection
test
measuring
biosensor
pressure
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PCT/EP2010/062480
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Andreas Helwig
Christoph Heller
Ulrich Reidt
Alois Friedberger
Thorsten Otto
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Eads Deutschland Gmbh
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Publication date
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    • GPHYSICS
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    • G01N35/08Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor using a stream of discrete samples flowing along a tube system, e.g. flow injection analysis

Definitions

  • the invention relates to a biosensor device for detecting biological particles, which has a fluidic device for conducting fluids and has a detection device for detecting the biological particles.
  • the fluidic device has a plurality of fluidic elements and the detection device has a plurality of detector elements.
  • Such a detection method is described for example in DE 10 2007 021 387 A1.
  • the biological particles are filtered out by means of a filter from the sample to be examined.
  • Fabrics and chemicals needed for different detection steps, such as marking steps to label the particles are directed via a fluidic device to and from the filter.
  • the radiation of the probes marking the particles is detected, with which the particles can be detected.
  • the detection method should be performed automatically.
  • the individual components of the biosensor device are functional,
  • the object of the invention is therefore to provide a biosensor device for the detection of biological particles, with which an automatic detection can be performed reliably.
  • the functional test can also be carried out automatically.
  • a biosensor device especially when it is used for the investigation of drinking water, a functional monitoring is desirable. Furthermore, the drinking water should not be contaminated in case of malfunction. This is achieved in a preferred embodiment of the invention.
  • the biosensor device preferably has a fluidic device, which conducts fluids in the biosensor device and transports them to the intended locations.
  • a detection device in which the biological particles are detected.
  • the fluidic device has at least one fluidic element, preferably a plurality of fluidic elements, and the detection device has at least one detector element, preferably a plurality of detector elements.
  • a self-test device is provided which automatically tests these components.
  • the self-test device preferably uses the components already present in the biosensor device in order to monitor the state of the components as well as the overall system by means of specific sequence programs. Thus, a system monitoring is possible, with no significant expansion of the system is required by additional monitoring devices.
  • the self-test device has at least one test device which is designed for testing the fluidic elements and / or the detector elements. Further preferably, an evaluation device is provided in the self-test device, which receives test signals from the test device and evaluate them, d. H. can judge.
  • USB universal serial bus
  • the USB components are connected via USB connections to the evaluation device.
  • the evaluation device can receive and further process test signals or general signals of the test device and / or the fluidic elements and / or the detector elements.
  • the evaluation device is formed by software which is to be loaded or loaded in a computer unit.
  • the software can then automatically perform the evaluation of the received test signals from the USB devices by means of the evaluation.
  • the self-test device is started by an initialization step of the software. Since the biosensor device is preferably designed for recording samples on its own, it is advantageous if the self-test device is initialized prior to each of such sample pick-ups by starting the software of the computer unit. This means, e.g. Before the biosensor device picks up a sample and starts a measurement, the entire system is tested via the software initialization step. During the initialization step, the USB components can be tested for their functionality and confirm their operational readiness. In addition to using USB ports, however, other interfaces may be used.
  • the self-test device is designed to be able to determine a malfunction of at least one fluidic element and / or at least one detector element. If the self-test device has detected a malfunction in one of the components of the biosensor device, it is advantageously designed to switch off the biosensor device. Thus, further damage or disturbance of the individual components can be avoided and the contamination of the sample source can be prevented.
  • the probes for labeling the biological particles may be present, which attach to the biological particles when the detection fluid is passed through the filter on which the biological particles are immobilized.
  • Cleaning fluids are designed to clean the filter after detection by removing the biological particles that have been immobilized there from the pores.
  • a selection valve is advantageously an eight-way valve with which at least eight different detection and / or cleaning fluids can be selected. Such a selection valve results in a large margin of the available fluids.
  • the fluids, d. H. the detection and / or cleaning fluids transported via a fluidic element in the fluidic device is preferably a pump which pumps the detection and / or cleaning fluids.
  • the pump is a precision micropump.
  • a precision micropump is in particular a pump of reduced size, which is used for microsystems, but has similar flow rates as the classical pumps.
  • a micro-pump can be easily integrated in the reduced space available. Since only very small volumes are pumped, it is advantageous if the micropump is a precision micropump to accurately pump very small volumes.
  • the selection valve which is preferably a multi-way valve, in particular an eight-way valve, connects the pump with the detection and / or cleaning fluids.
  • the pump can precisely pump the detection and / or cleaning fluid to the filter that is needed, be it for detection or for cleaning.
  • a fluid identification device is provided as a test device in the self-test device or as one of several test devices. see. With this fluid identification device, it is possible to detect which detection and / or cleaning fluid is involved.
  • the fluid identification device advantageously has, for example, at least one power measuring device which can measure the power of the pump. If the fluid identification device further advantageously has a rotational speed measuring device of the pump motor axis, and is designed such that it has a rotational speed measurement device.
  • / Power consumption characteristic can create and evaluate, it can calculate from this characteristic, which viscosity has the fluid in question. Thereby it can be identified which fluid is being pumped by the detection and / or cleaning fluids just from the pump.
  • the selection valve d. H. e.g. the multi-way valve such. the eight-way valve
  • the different process fluids with the pump For example, depending on the step being performed in the biosensor device, a particular detection and / or cleaning fluid is introduced into the biosensor device. This may be, for example, a buffer solution or a cleaning solution or the like.
  • the multiway valve e.g. If the eight-way valve is a USB device, it will cause a software failure if it is not operational or is not powered.
  • the selection valve should successfully sequentially connect to all (e.g., eight) input channels.
  • the selector valve may lose the information as to which channel it is currently dialing; H. the channel number does not correspond to the actual selected channel. Therefore, it is advantageous if it can be determined which fluid has just been selected by the selection valve.
  • the different process fluids have different physical and chemical properties. Therefore, it is possible to select the actually selected channel via, for example, the viscosity of the process fluid determine. If the viscosity of two or more channels is compared, the correct information of the selected channel can be identified. As described above, the viscosity of a fluid can be calculated from the rotational speed of the pump and its power consumption. The delivery of liquids with higher viscosities requires a higher power consumption at the same rotational speeds. For this viscosity test, the pump already provided in the biosensor device can be used. Additional sensors are not needed for this.
  • the conductivity which is an easily measured quantity, can be used for identification.
  • the fluid identification device alternatively or additionally on a conductivity measuring device. Therefore, a conductivity test can be used to identify the selected valve channel, if additionally or alternatively, a conductivity measuring device is provided.
  • the fluid identification device alternatively or additionally has a pH value measuring device for measuring the pH.
  • the pH values of the process fluids differ and the fact that a pH value measuring device is provided allows the selected valve channel to be determined. For this purpose, only the pH of the detection and / or cleaning fluid must be measured.
  • an optical detection unit is alternatively or additionally provided in the fluid identification device.
  • the optical density of the detection and / or cleaning fluid can be measured. Since the different process fluids have different optical densities due to their chemical composition, an optical detection unit can measure the optical density and thus identify the correct selected channel.
  • at least one vessel is provided as the fluidic element or as one of several fluidic elements. In this vessel or in these vessels, the detection and / or cleaning fluids can be stored so that they are always available for the Detetkions processes and / or for the cleaning process.
  • the fluidic identification device preferably has at least one pressure and / or level measuring device, the pressure and / or level in the vessel can be measured. With such a structure, it is possible to determine the selected channel, since the pressure and / or level measuring device indicates a change in pressure and / or level when the selection valve selects the vessel with the pressure and / or level gauge and so fluid is taken from it.
  • the fluid identification device is designed such that it stores the test signal of the pressure and / or level measuring device. This can be determined from the vessels even at several sampling steps, where just a fluid is removed. It is always selected exactly the vessel in which the pressure and / or level changes. In order to detect a change, the previous state must be known, which is possible via a storage of the previous test signal.
  • a pump function monitoring device is provided as a test device or as one of several test devices.
  • the precision micropump is responsible for transporting the process fluids through the biosensor device. It is preferably a USB device and then causes a software error if its control can not be initialized and after a certain time issues a signal if the controller does not recognize the pump. Possible errors of the precision micropump are a broken connection or a jammed rotor or other pump actuator.
  • the pump function monitoring device has the flow measuring device or at least one of a plurality of flow measuring devices. If the pump function monitoring device further preferably has the power measuring device, it is possible to detect and evaluate a power consumption / flow rate characteristic.
  • the precision micropump carries its own self-test procedure in its functionality.
  • the pump function monitoring device has a rotational speed measuring device of the motor axis, so that it is designed for detecting and evaluating a rotational speed / flow rate characteristic. Alternatively, it may also evaluate a rotational speed / power consumption characteristic.
  • the pump function monitoring device has at least one pressure measuring device.
  • it is designed to detect and evaluate a power consumption / pressure characteristic and / or a rotational speed / pressure characteristic. By observing these characteristics, it is possible to check the functionality of the micropump. Since the flow rate measuring device and the pressure measuring device are both part of the biosensor device, no additional sensors are needed.
  • a combination of the characteristics, for example, rotational speed against flow and pressure for better monitoring of the pump can be used.
  • the flow meter generates information about the flow rate (volume per time) of the process fluid.
  • the value of the flow meter must be 0. If this is not the case, the flow measuring device does not work correctly. Possible errors can be a damaged cable or a missing power supply.
  • the flow changes its value depending on the following parameters: rotational speed of the pump, power consumption of the pump, viscosity of the process fluid at a predetermined pump rotational speed, pressure in the system at a given pump rotational speed.
  • the functionality test of the flow measuring device is advantageously designed such that the dependence of one of the mentioned parameters with the signal of the flow measuring device is set in dependence, ie, for example, the rotational speed of the pump relative to the flow rate.
  • the functionality of the flow measuring device can be determined in this way. A combination of the mentioned test values is advantageous.
  • the detection device has at least one inlet channel, by means of which advantageously the process fluids, ie the detection and / or cleaning fluids, can be introduced into the detection device.
  • the detection device has two inlet channels for this purpose.
  • at least one outlet channel is provided at the detection device, in particular a plurality, eg four outlet channels are provided.
  • a selection valve for connecting the at least one outlet channel to the at least one inlet channel is provided as the detector element or as one of a plurality of detector elements;
  • a multi-way selector valve in particular a four-way double selection valve is provided, which is designed to connect the plurality, eg two, inlet channels to the plurality, eg four, outlet channels.
  • the selection valve eg, the four-way dual-port valve, is preferably a USB device and causes a software error when it is not operational or when it has no power supply.
  • the selection valve must sequentially successfully connect to all (eg four) exhaust ports and all (eg two) intake ports.
  • a position identification device is preferably provided as a test device or as one of a plurality of test devices. It can identify the position of the selection valve, eg the four-way double selection valve.
  • a filter is preferably provided which filters out the biological particles from the sample for the purpose of detection.
  • the biological particles are immobilized and provided for detection.
  • the self-test device has a filter function monitoring device which monitors the filter.
  • the self-test device advantageously has at least one differential pressure device which measures the differential pressure in front of and behind an element to be monitored, such as the filter.
  • the position of the selection valve can advantageously be identified via the differential pressure measuring device.
  • the differential pressure measuring device preferably has at least one first pressure sensor which is designed to measure a pressure P1 above the filter, more preferably the differential pressure measuring device has two pressure sensors, wherein the second pressure sensor is designed to measure a second pressure P2 over the filter. It is the Pressure sensor P1 arranged in the fluidic system in front of the filter and the pressure sensor P2 in the fluidic system after the filter.
  • the position identification device comprises the pressure P1 of the first pressure sensor and / or the pressure of the second pressure sensor and can advantageously calculate therefrom the differential pressure across the filter and store this differential pressure.
  • the evaluation device is preferably designed for detecting and evaluating a differential pressure / valve position characteristic, it is possible to determine from the pressure difference between the first and the second pressure sensor in which position the selection valve is currently located.
  • the two pressure sensors In order for the two pressure sensors to be located particularly close to the filter, it is advantageous if they are integrated in a detection chamber in which the filter is located.
  • the value of the pressure sensors should be 0. If this is not the case, they will not work correctly. A potential error could be a missing power supply or a faulty cable.
  • different pressures may be applied to the two pressure sensors.
  • the functionality of the pressure sensors can be monitored by comparing the values while changing the position of the selection valve and pumping fluids through the biosensor device. It is also possible to record the flow rate as a function of the pressure, or to set it with different viscosities and selection valve positions depending on. The results show if the pressure sensors are working properly.
  • At least one optical detection device is provided as the detector element or as one of a plurality of detector elements.
  • This preferably has a light source, in particular a light emitting diode (LED).
  • LED light emitting diode
  • a possible fault of the light emitting diode may be due to a missing power supply or a defective cable. Therefore, as a test device or as one of a plurality of test devices, it is preferable to provide a light function monitor for testing the light source on function.
  • This light-function monitoring device advantageously has an energy meter that measures the energy consumption of the light source. This can be used to monitor whether the LED is working electrically. If the LED is off or defective, its energy consumption is zero. If the LED is working, the energy consumption must be within the range specified by the manufacturer. However, it is also of interest how the light characteristics of the LED are. Therefore, the light-function monitoring device advantageously has at least one light-detecting device, which is configured in particular as a photomultiplier (PMT).
  • PMT photomultiplier
  • the light-function monitoring device is advantageously designed such that it sets the energy consumption of the light source with a test signal of the light-detecting device in dependence and / or can store the determined data.
  • a self-test e.g. compared the detected by the light detection device test signals when the LED is turned on and off. If the LED is on, the light detector should be illuminated, if it is off, it should be in the dark. These values of the light signals can be used to determine the functionality of the LED. If the determined data are stored and thus a history is created, the sensitivity properties of the light detection device can also be observed. This information can be further used for other self-tests or for statistical evaluations.
  • An error of the light detecting device in particular of the photomultiplier, may be a missing power supply or a broken cable. Its functionality is tested in the same way as the functionality of the LED.
  • the biosensor device has at least one sample receiving device, with which samples can be taken from drinking water pipes.
  • this sample receiving device advantageously has at least one safety device.
  • This safety device is preferably a check valve. This prevents that already taken drinking water can return to the drinking water pipe and thus pollutes the drinking water with possibly already used process fluids.
  • the self-test device has at least one temperature monitoring device.
  • the temperature in the biosensor device can be monitored. It is particularly advantageous because the detection of biological articles in only a fairly narrow temperature range is feasible. If the temperatures are too low or too high, the functional groups on which the probes attach to the marking can degenerate and no longer exist. Then a detection of the biological particles is no longer possible.
  • a temperature regulating means which regulates the temperature in the biosensor device. If the temperature monitoring device measures too low a temperature in the biosensor device, it is advantageous if the temperature regulating device has a heating device which heats the biosensor device to the desired temperature. If, on the other hand, the biosensor device has too high a temperature, it is advantageous if the temperature regulating device also has a cooling device which cools the biosensor device to the desired temperature.
  • the self-test device has a leak detection device.
  • damage in the fluidic device can be detected directly, and the necessary repair can be indicated by a signal.
  • the leak detection device has a conductivity device. By measuring the conductivity of the exiting fluids, it is possible to detect exactly where a leak is located.
  • the overall fluidic device may have two possible failures, either it has a leak or it is clogged. If it has a leak, fluid will escape, which can be detected by the leak detection device.
  • a blockage on the other hand, can, depending on the position of the blockage in the Fluidic device, are recognized by the self-tests and the comparison of all self-tests of the individual components of the biosensor device.
  • the self-test device preferably has a data acquisition, in particular electronic data acquisition, which records all data and test signals that are regenerated in the self-test.
  • Data acquisition is the heart of electronic signal processing. It preferably collects all the information of the individual components and delivers them to a process unit (CPU).
  • the data acquisition is preferably a USB device and will cause a software error if it is not ready or if power is not available during initialization. If the data acquisition is not working properly, the biosensor device will not be ready.
  • the biosensor device Before commissioning the septum, a self-test run is performed. After all the test signals have been collected in a self-test matrix, the biosensor device is capable of self-detecting blockage in the fluidic device as well as the position of the blockage.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a biosensor device indicated generally by reference numeral 10.
  • the biosensor device 10 has a fluidic device 12 and a detection device 14.
  • the fluidic device 12 is provided for transporting fluids such as detection fluids and / or cleaning fluids and / or a fluid sample through the biosensor device 10.
  • biological particles present in the sample are detected.
  • a sample is first taken from a line 16.
  • a check valve 18 prevents the already taken sample from flowing back into the conduit, thus contaminating the contents of the conduit.
  • the sample is pumped by a pump 20 via a here in the form of a multi-way valve, namely a eight-way valve 22 first selector valve in the fluidic device 12 to the detection device 4.
  • the eight-way valve 22 is further configured to select one of seven vessels 24. In these vessels detection and / or cleaning fluids are stored. Depending on which of the fluids is needed, the eight-way valve 22 selects the respective vessel 24, and since the eight-way valve 22 is connected to the pump 20, the selected fluid in the fluidic device 12 can also be pumped towards the detection device 14.
  • a flow measuring device 26 is provided in the fluidic device 12. With this flow measuring device 26, it is possible to determine which sample volume or volume of the detection fluid has been pumped to the detection device 14.
  • an air bubble sensor 28 is further provided which detects the presence of air bubbles in the fluidic device 12 and outputs a message to remove these bubbles as they interfere with a quantitative analysis of the sample.
  • the sample and / or the detection and / or cleaning fluids to a second selection valve, which is advantageously designed as a multi-way valve and is formed here by a four-way double selection valve 30, pumped.
  • the fluids can take different routes.
  • You can take the path to a filter 38 via a differential pressure measuring device 32 having two pressure sensors 34, 36.
  • the filter 38 is a micromechanical filter, which is used for the detection of particles, in particular of bacteria.
  • This microfilter has or consists of a thin, for example, 1 ⁇ thick membrane, for example of monocrystalline silicon or diamond or has a diamond layer.
  • the membrane is perforated, the holes have a diameter of eg 450 nm, ie the membrane or the microfilter forms a sieve. If, for example, a water sample is pumped through the filter, bacteria of, for example, about 1 ⁇ m in diameter are retained on the filter surface, where they can subsequently be detected.
  • an optical detection device 40 is provided in the detection device 4, which has a light source 42 and a light detection device 44.
  • the particles immobilized on the filter 38 are marked.
  • the light source 42 illuminates the marking probes, they are activated and emit photons in accordance with a fluorescence process during excitation decay. These photons are emitted by the light detector 44, e.g. a photomultiplier is numbered.
  • the fluids may also make their way to a waste 46 in the four-way dual port valve 30.
  • the biosensor device 10 also has a temperature regulating device 48. This comprises a heating device 50 and / or a cooling device 52, which can heat or cool the fluids.
  • a data acquisition 54 is provided in the biosensor device 10.
  • the biosensor device 10 In order to monitor whether the individual components of the biosensor device 10 function correctly, the biosensor device 10 has a self-test function. device 56 on. This is designed for testing the various elements of the fluidic device 12 and / or detection device 14. It has an evaluation device 58, which can evaluate the various test signals. All components of the biosensor device 10 are designed as USB components, and connected via USB connections to the evaluation device 58.
  • the evaluation device 58 is formed by a software 60 processed in a data processing system, which is initialized before each sampling. In this initialization step, all components are tested for functionality. If the self-test device 56 detects a malfunction on one of the components, the biosensor device 10 is switched off.
  • the self-timer 56 is able to detect whether the eight-way valve 22 has selected the correct vessel 24.
  • a power measuring device 64 and a rotational speed measuring device 66 are provided on the pump. From the power and the rotational speed of the pump 20, the viscosity of the pumped fluid can be determined. Since each detection and / or cleaning fluid has a very characteristic viscosity, then it can be recognized from which vessel 24 was selected by the eight-way valve 22.
  • a conductivity meter 68 additionally measures the conductivity of the detection and / or cleaning fluid and can identify it with it.
  • a pH-value measuring device 70 which measures the pH value of the detection and / or cleaning fluid. Due to the characteristic pH values of the fluids can also be identified so which vessel 24 is currently selected.
  • An optical detection unit 72 additionally determines the optical density of the pumped fluid, and can thus identify it.
  • a pressure measuring device 74 and / or a fill level measuring device 76 is provided in each vessel 24, which measures the pressure or the level in the vessel 24. Now, if the corresponding vessel 24 is selected by the eight-way valve 22, and the pump 20 pumps the fluid out of the vessel 24, the value of the pressure measuring device 74 and the fill level measuring device 76 changes a subsequent removal by the pump 20 are closed on which of the vessels 24 is currently selected by the eight-way valve 22.
  • a pump function monitoring device 78 Via various measuring devices, which form a pump function monitoring device 78, the pump 20 is checked for its function.
  • a flow measuring device 80 In addition to the power measuring device 64, a flow measuring device 80, the aforementioned rotational speed measuring device 66 and a pressure measuring device 82 are also provided. These measurement devices pass their test signals to the pump function monitor 78, which is connected to the self-test device 56. In the self-test device 56, various characteristics are determined from the test signals via the evaluation device 58, and thus it is concluded whether the pump 20 is functioning. At the same time it can also be concluded from these data whether the flow measuring device 80 is functional. At a high rotational speed of the pump 20, a high flow rate should also be measured. If this is not the case, the flow measuring device 80 does not work correctly.
  • a position identification device 84 This can be done in the measurement of the differential pressure via the filter 38, which simultaneously acts as a filter function monitoring device 86.
  • test method for identifying the position of the four-way dual selection valve 30 is as follows: Four possible transport routes for the fluids are possible:
  • the fluid is passed directly into the waste 46.
  • the fluid is passed via the first pressure sensor 34 (P1) into a detection chamber 88 having the filter 38 and differential pressure measuring device 32, then flows via the filter 38, and finally into the waste 46 via the second pressure sensor 36 (P2).
  • the fluid is passed via the first pressure sensor 34 (P1) in the detection chamber 88, flows tangentially through the filter 38 and then into the waste 46th
  • the fluid is passed via the second pressure sensor 36 (P2) into the detection chamber 88, flows through the filter 38 in the opposite direction to 2 and then via the first pressure sensor 34 (P1) in the waste 46th
  • the correct position information of the four-way dual selection valve 30 can be identified.
  • the functionality of the first pressure sensor 34 and the second pressure sensor 36 can be checked via such a pressure comparison.
  • the light source 42 is monitored by a light function monitoring device 90 for their functionality. This is done on the one hand via an energy metering device 92, which indicates whether the light source 42 works in principle. At the same time, the light-detecting device 44 outputs data on how much it is illuminated. It can be deduced from these data how many photons the light source 42 emits. It can be concluded that the functionality of the light source 42. Conversely, of course, the light detection device 44 can be checked from the same time.
  • the self-test device 56 also includes a temperature monitor 94. Furthermore, a leak detection device 96 is provided which detects whether there are defects in the fluidic device 12 at which the fluids escape.
  • the fluidic device 12 as a whole can be tested for functionality by comparing and using all other data generated on all other components. From this it can be concluded whether and at which point the fluidic device 12 may possibly have a blockage.
  • the following two tables show two examples of how to detect a clogged fluidic device 12, and thereby identify the position of clogging.
  • Table 1 Case where the fluidic device 12 between the detection chamber 88 and the waste 46 is clogged.
  • Table 2 Case when the fluidic device 12 between the four-way dual selection valve 30 and the detection chamber 88 is clogged. Device test status
  • Dual selection valve 30 channel / pressure measurement error

Abstract

The invention relates to a biosensor apparatus (10) having a self-test device (56) which is designed to detect malfunctions of the individual components of the biosensor apparatus (10). If the self-test device (56) detects a fault in one of the components in the biosensor apparatus (10), said device switches off the biosensor apparatus (10) due to safety reasons.

Description

Biosensorvorrichtung mit Selbsttesteinrichtung  Biosensor device with self-test device
Die Erfindung betrifft eine Biosensorvorrichtung zur Detektion von biologischen Partikeln, die eine Fluidikvorrichtung zur Leitung von Fluiden aufweist sowie eine Detektionseinrichtung zur Detektion der biologischen Partikel hat. Die Fluidikvorrichtung weist mehrere Fluidikelemente auf und die Detektionseinrichtung weist mehrere Detektorelemente auf. The invention relates to a biosensor device for detecting biological particles, which has a fluidic device for conducting fluids and has a detection device for detecting the biological particles. The fluidic device has a plurality of fluidic elements and the detection device has a plurality of detector elements.
Die Detektion von biologischen Partikeln, insbesondere von lebenden Bakterien, ist früher über eine zeitaufwändige Kultivierung der Mikroorganismen durchgeführt worden. Dazu waren geeignete biologische Laborräume sowie eine gewisse Zeit nötig, um die Detektion durchführen zu können. The detection of biological particles, in particular of living bacteria, has previously been carried out by means of a time-consuming cultivation of the microorganisms. For this purpose, suitable biological laboratory rooms and a certain amount of time were necessary to carry out the detection.
Um die Detektion von biologischen Partikeln schneller zu gestalten, wurden neue Methoden entwickelt, mit denen die Detektion schnell und auch ortsunabhängig durchgeführt werden kann. In order to make the detection of biological particles faster, new methods have been developed, with which the detection can be carried out quickly and also independently of location.
Ein solches Detektionsverfahren ist beispielsweise in der DE 10 2007 021 387 A1 beschrieben. Hier werden die biologischen Partikel mittels einem Filter aus der zu untersuchenden Probe ausgefiltert. Stoffe und Chemikalien, die für unterschiedliche Detektionsschritte wie beispielsweise Markierungsschritte zum Markieren der Partikel benötigt werden, werden über eine Fluidikvorrichtung zu dem Filter hin und über ihn hinweg geleitet. Mittels einer Detektionseinrichtung wird die Strahlung der Sonden, die die Partikel markieren, erfasst, womit die Partikel detektiert werden können. Such a detection method is described for example in DE 10 2007 021 387 A1. Here, the biological particles are filtered out by means of a filter from the sample to be examined. Fabrics and chemicals needed for different detection steps, such as marking steps to label the particles, are directed via a fluidic device to and from the filter. By means of a detection device, the radiation of the probes marking the particles is detected, with which the particles can be detected.
Mit einem solchen Verfahren ist eine schnelle und ortsunabhängige Detektion der biologischen Partikel möglich. Vorzugsweise sollte das Detektionsverfahren automatisch durchgeführt werden. Zur automatischen Detektion soll- ten die einzelnen Bauelemente der Biosensorvorrichtung funktionstüchtig sein, With such a method, a rapid and location-independent detection of the biological particles is possible. Preferably, the detection method should be performed automatically. For automatic detection, the individual components of the biosensor device are functional,
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Biosensorvorrichtung zur Detektion von biologischen Partikeln zur Verfügung zu stellen, mit der eine automatische Detektion zuverlässig durchführbar ist. The object of the invention is therefore to provide a biosensor device for the detection of biological particles, with which an automatic detection can be performed reliably.
Diese Aufgabe wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. This object is achieved with the device according to the invention according to claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Aufgrund des Wunsches nach einer automatischen Durchführung der Detektion ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass auch der Funktionstest automatisch durchgeführt werden kann. Due to the desire for automatic detection, it is preferred according to the invention that the functional test can also be carried out automatically.
Eine solche automatische Testeinrichtung ist im Stand der Technik bislang nicht bekannt. Dies führt dazu, dass die bisher bekannten Biosensorvorrichtungen entweder in regelmäßigen Abständen manuell gewartet werden müssen, oder dass sich die Anwender nicht wirklich sicher sein können, ob die von der Biosensorvorrichtung ausgegebenen Ergebnisse korrekt sind, da Fehlfunktionen in der Biosensorvorrichtung zur Verfälschung der Ergebnisse führen können. Such an automatic test device is not known in the prior art. As a result, biosensor devices known heretofore either have to be manually maintained at regular intervals, or users can not really be sure that the results output from the biosensor device are correct, as malfunctions in the biosensor device can lead to falsification of the results ,
Bei einer Biosensorvorrichtung, vor allem wenn sie zur Untersuchung von Trinkwasser herangezogen wird, ist eine Funktionsüberwachung wünschenswert. Weiter sollte bei einer Fehlfunktion das Trinkwasser nicht verunreinigt werden. Dies wird bei bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung erreicht. In a biosensor device, especially when it is used for the investigation of drinking water, a functional monitoring is desirable. Furthermore, the drinking water should not be contaminated in case of malfunction. This is achieved in a preferred embodiment of the invention.
Die erfindungsgemäße Biosensorvorrichtung weist vorzugsweise eine Flui- dikvorrichtung auf, die in der Biosensorvorrichtung Fluide leitet und zu den vorgesehenen Stellen transportiert. Weiter weist die Biosensorvorrichtung vorteilhaft eine Detektionseinrichtung auf, in der die biologischen Partikel detektiert werden. Die Fluidikvorrichtung hat wenigstens ein Fluidikelement, bevorzugt mehrere Fluidikelemente, und die Detektionseinrichtung hat wenigstens ein Detektorelement, bevorzugt mehrere Detektorelemente. Um zu testen, ob die Fluidikelemente und/oder die Detektorelemente korrekt funktionieren, ist eine Selbsttesteinrichtung vorgesehen, die diese Bauelemente automatisch testet. Die Selbsttesteinrichtung verwendet vorzugsweise die in der Biosensorvorrichtung bereits vorhandenen Bauteile, um durch gezielte Ablaufprogramme den Zustand der Bauteile sowie des Gesamtsystems zu überwachen. Damit ist eine Überwachung des Systems möglich, wobei keine wesentliche Erweiterung des Systems durch zusätzliche Überwachungseinrichtungen erforderlich ist. The biosensor device according to the invention preferably has a fluidic device, which conducts fluids in the biosensor device and transports them to the intended locations. Next, the biosensor device Advantageously, a detection device in which the biological particles are detected. The fluidic device has at least one fluidic element, preferably a plurality of fluidic elements, and the detection device has at least one detector element, preferably a plurality of detector elements. In order to test whether the fluidic elements and / or the detector elements function correctly, a self-test device is provided which automatically tests these components. The self-test device preferably uses the components already present in the biosensor device in order to monitor the state of the components as well as the overall system by means of specific sequence programs. Thus, a system monitoring is possible, with no significant expansion of the system is required by additional monitoring devices.
Vorteilhaft weist die Selbsttesteinrichtung wenigstens eine Testvorrichtung auf, die zum Testen der Fluidikelemente und/oder der Detektorelemente ausgebildet ist. Weiter vorzugsweise ist in der Selbsttesteinrichtung eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, die Testsignale von der Testvorrichtung empfängt und diese auswerten, d. h. beurteilen kann. Advantageously, the self-test device has at least one test device which is designed for testing the fluidic elements and / or the detector elements. Further preferably, an evaluation device is provided in the self-test device, which receives test signals from the test device and evaluate them, d. H. can judge.
Bevorzugt ist wenigstens die Testvorrichtung und/oder wenigstens das Fluidikelement und/oder wenigstens das Detektorelement als USB-Bauelement (USB = universal serial bus) ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Bauelemente im laufenden Betrieb miteinander verbunden werden können. Außerdem können ihre Eigenschaften automatisch erkannt werden. Preferably, at least the test device and / or at least the fluidic element and / or at least the detector element is designed as a USB component (USB = universal serial bus). This has the advantage that the individual components can be connected to each other during operation. In addition, their properties can be automatically detected.
Vorteilhaft sind die USB-Bauelemente über USB-Verbindungen mit der Auswerteeinrichtung verbunden. Somit kann die Auswerteeinrichtung Testsignale bzw. allgemeine Signale der Testvorrichtung und/oder der Fluidikelemente und/oder der Detektorelemente empfangen und weiterverarbeiten. Advantageously, the USB components are connected via USB connections to the evaluation device. Thus, the evaluation device can receive and further process test signals or general signals of the test device and / or the fluidic elements and / or the detector elements.
Weiter vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung durch eine Software ausgebildet, die in einer Rechnereinheit zu laden oder geladen ist. Die Software kann dann automatisch die Auswertung der von den USB-Bauelementen empfangenen Testsignalen mittels der Auswerteeinrichtung durchführen. Further preferably, the evaluation device is formed by software which is to be loaded or loaded in a computer unit. The software can then automatically perform the evaluation of the received test signals from the USB devices by means of the evaluation.
Vorteilhaft wird die Selbsttesteinrichtung durch einen Initialisierungsschritt der Software gestartet. Da die Biosensorvorrichtung vorzugsweise zum eigenständigen Aufnehmen von Proben ausgebildet ist, ist es vorteilhaft, wenn die Selbsttesteinrichtung vor jeder einer solchen Probenaufnahme initialisiert wird, indem die Software der Rechnereinheit gestartet wird. Das bedeutet, z.B. bevor die Biosensorvorrichtung eine Probe aufnimmt und eine Messung startet, wird das Gesamtsystem über den Initialisierungsschritt der Software getestet. Während des Initialisierungsschrittes können die USB-Bauteile auf ihre Funktionalität getestet werden und ihre Betriebsbereitschaft bestätigen. Neben der Verwendung von USB-Anschlüssen können jedoch auch andere Schnittstellen verwendet werden. Advantageously, the self-test device is started by an initialization step of the software. Since the biosensor device is preferably designed for recording samples on its own, it is advantageous if the self-test device is initialized prior to each of such sample pick-ups by starting the software of the computer unit. This means, e.g. Before the biosensor device picks up a sample and starts a measurement, the entire system is tested via the software initialization step. During the initialization step, the USB components can be tested for their functionality and confirm their operational readiness. In addition to using USB ports, however, other interfaces may be used.
Vorteilhaft ist die Selbsttesteinrichtung dazu ausgebildet, eine Betriebsstörung wenigstens des einen Fluidikelements und/oder wenigstens des einen Detektorelementes feststellen zu können. Hat die Selbsttesteinrichtung eine Betriebsstörung bei einem der Bauelemente der Biosensorvorrichtung festgestellt, ist sie vorteilhaft dazu ausgebildet, die Biosensorvorrichtung abzuschalten. Damit kann eine weitere Beschädigung oder Störung der einzelnen Bauelemente vermieden und die Kontamination der Probenquelle verhindert werden. Advantageously, the self-test device is designed to be able to determine a malfunction of at least one fluidic element and / or at least one detector element. If the self-test device has detected a malfunction in one of the components of the biosensor device, it is advantageously designed to switch off the biosensor device. Thus, further damage or disturbance of the individual components can be avoided and the contamination of the sample source can be prevented.
Zum Durchführen der Detektion in der Biosensorvorrichtung und/oder zur Reinigung ist wenigstens ein Detektionsfluid und/oder Reinigunsfluid, vorzugsweise aber mehrere Detektions- und/oder Reinigungsfluide vorgesehen. In den Detektionsfluiden können beispielsweise die Sonden zur Markierung der biologischen Partikel vorhanden sein, die sich an den biologischen Partikeln anlagern, wenn das Detektionsfluid über den Filter, auf dem die biologischen Partikel immobilisiert sind, geleitet wird. Reinigungsfluide sind dazu vorgesehen, den Filter nach der Detektion zu reinigen, indem sie die biologischen Partikel, die dort immobilisiert worden sind, aus den Poren entfernen. Welches der Fluide, ob Detetkionsfluid oder Reinigungsfluid, und welches der Detetkionsfluide bzw. welches der Reinigungsfluide gerade benötigt wird, kann vorteilhaft durch ein Anwahlventil ausgewählt werden. Dieses Anwahl- ventil ist vorteilhaft ein Achtwegeventil, mit den wenigstens acht verschiedene Detektions- und/oder Reinigungsfluide angewählt werden können. Durch ein solches Anwahlventil ergibt sich ein großer Spielraum der zur Verfügung stehenden Fluide. For performing the detection in the biosensor device and / or for cleaning at least one detection fluid and / or cleaning fluid, but preferably a plurality of detection and / or cleaning fluids is provided. In the detection fluids, for example, the probes for labeling the biological particles may be present, which attach to the biological particles when the detection fluid is passed through the filter on which the biological particles are immobilized. Cleaning fluids are designed to clean the filter after detection by removing the biological particles that have been immobilized there from the pores. Which of the fluids, whether Detetkionsfluid or cleaning fluid, and which of the Detetkionsfluide or which of the cleaning fluids is currently needed, can be advantageously selected by a selection valve. This selection valve is advantageously an eight-way valve with which at least eight different detection and / or cleaning fluids can be selected. Such a selection valve results in a large margin of the available fluids.
Vorteilhaft werden die Fluide, d. h. die Detektions- und/oder Reinigungsfluide über ein Fluidikelement in der Fluidikvorrichtung transportiert. Dieses Fluidik- element, das vorteilhaft eines von mehreren Fluidikelementen sein kann, ist vorzugsweise eine Pumpe, die die Detektions- und/oder Reinigungsfluide pumpt. Advantageously, the fluids, d. H. the detection and / or cleaning fluids transported via a fluidic element in the fluidic device. This fluidic element, which may advantageously be one of a plurality of fluidic elements, is preferably a pump which pumps the detection and / or cleaning fluids.
Vorzugsweise ist die Pumpe eine Präzisionsmikropumpe. Eine solche Pumpe ist insbesondere eine Pumpe mit reduzierter Baugröße, die für Mikrosys- teme verwendet wird, aber ähnliche Förderleistungen wie die klassischen Pumpen aufweist. Insbesondere in portablen Geräten kann eine solche Mik- ropumpe bei dem reduzierten Bauraum, der zur Verfügung steht, leicht integriert werden. Da nur sehr geringe Volumina gepumpt werden, ist es vorteilhaft, wenn die Mikropumpe eine Präzisionsmikropumpe ist, um präzise sehr kleine Mengen pumpen zu können. Preferably, the pump is a precision micropump. Such a pump is in particular a pump of reduced size, which is used for microsystems, but has similar flow rates as the classical pumps. Especially in portable devices such a micro-pump can be easily integrated in the reduced space available. Since only very small volumes are pumped, it is advantageous if the micropump is a precision micropump to accurately pump very small volumes.
Vorteilhaft verbindet das Anwahlventil, das vorzugsweise ein Mehrwegeventil, insbesondere ein Achtwegeventil ist, die Pumpe mit den Detektions- und/oder Reinigungsfluiden. Mit einer solchen Verbindung kann von der Pumpe genau das Detektions- und/oder Reinigungsfluid zu dem Filter hingepumpt werden, das gerade benötigt wird, sei es zur Detektion oder zur Reinigung. Advantageously, the selection valve, which is preferably a multi-way valve, in particular an eight-way valve, connects the pump with the detection and / or cleaning fluids. With such a connection, the pump can precisely pump the detection and / or cleaning fluid to the filter that is needed, be it for detection or for cleaning.
Vorteilhaft ist als Testvorrichtung in der Selbsttesteinrichtung oder als eine von mehreren Testvorrichtungen eine Fluididentifikationseinrichtung vorge- sehen. Mit dieser Fluididentifikationseinrichtung ist es möglich, zu detektie- ren, um welches Detektions- und/oder Reinigungsfluid es sich handelt. Dazu weist die Fluididentifikationseinrichtung vorteilhaft z.B. wenigstens eine Leistungsmesseinrichtung auf, die die Leistung der Pumpe messen kann. Wenn die Fluididentifkationseinrichtung weiter vorteilhaft eine Drehgeschwindig- keitsmesseinrichtung der Pumpenmotorachse aufweist, und sie derart ausgebildet ist, dass sie eine Drehgeschwindigkeits-Advantageously, as a test device in the self-test device or as one of several test devices, a fluid identification device is provided. see. With this fluid identification device, it is possible to detect which detection and / or cleaning fluid is involved. For this purpose, the fluid identification device advantageously has, for example, at least one power measuring device which can measure the power of the pump. If the fluid identification device further advantageously has a rotational speed measuring device of the pump motor axis, and is designed such that it has a rotational speed measurement device.
/Leistungsverbrauchscharakteristik erstellen und auswerten kann, kann sie aus dieser Charakteristik berechnen, welche Viskosität das betreffende Fluid hat. Dadurch kann identifiziert werden, welches Fluid von den Detektions- und/oder Reinigungsfluiden gerade von der Pumpe gepumpt wird. / Power consumption characteristic can create and evaluate, it can calculate from this characteristic, which viscosity has the fluid in question. Thereby it can be identified which fluid is being pumped by the detection and / or cleaning fluids just from the pump.
Bevorzugt verbindet das Anwahlventil, d. h. z.B. das Mehrwegeventil wie z.B. das Achtwegeventil, die unterschiedlichen Prozessfluide mit der Pumpe. Zum Beispiel, je nach dem Schritt, der in der Biosensorvorrichtung gerade durchgeführt wird, wird ein bestimmtes Detektions- und/oder Reinigungsfluid in die Biosensorvorrichtung eingebracht. Dies kann beispielsweise eine Pufferlösung oder eine Reinigungslösung oder ähnliches sein. Wenn das Mehrwegeventil, z.B. das Achtwegeventil, ein USB-Bauelement ist, verursacht es einen Softwarefehler, falls es nicht funktionsbereit ist oder nicht mit Energie versorgt wird. Während der Initialisierung der Software sollte sich das Anwahlventil vorzugsweise erfolgreich sequentiell mit allen (z.B. acht) Eingangskanälen verbinden. Preferably, the selection valve, d. H. e.g. the multi-way valve such. the eight-way valve, the different process fluids with the pump. For example, depending on the step being performed in the biosensor device, a particular detection and / or cleaning fluid is introduced into the biosensor device. This may be, for example, a buffer solution or a cleaning solution or the like. If the multiway valve, e.g. If the eight-way valve is a USB device, it will cause a software failure if it is not operational or is not powered. Preferably, during software initialization, the selection valve should successfully sequentially connect to all (e.g., eight) input channels.
Im Falle eines Stoßes oder eines Stromausfalls kann das Anwahlventil die Information verlieren, welchen Kanal es gerade anwählt, d. h. die Kanalnummer entspricht nicht dem eigentlichen angewählten Kanal. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn festgestellt werden kann, welches Fluid gerade von dem Anwahlventil angewählt worden ist. In the event of a shock or power failure, the selector valve may lose the information as to which channel it is currently dialing; H. the channel number does not correspond to the actual selected channel. Therefore, it is advantageous if it can be determined which fluid has just been selected by the selection valve.
Die unterschiedlichen Prozessfluide weisen unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften auf. Daher ist es möglich, den tatsächlich angewählten Kanal über beispielsweise die Viskosität des Prozessfluides zu bestimmen. Wird die Viskosität von zwei oder mehreren Kanälen verglichen, kann die korrekte Information des angewählten Kanals identifiziert werden. Wie oben beschrieben, kann die Viskosität eines Fluides aus der Drehgeschwindigkeit der Pumpe und ihrem Leistungsverbrauch berechnet werden. Das Fördern von Flüssigkeiten mit höheren Viskositäten erfordert einen höheren Leistungsverbrauch bei gleichen Drehgeschwindigkeiten. Für diesen Viskositätstest kann die bereits in der Biosensorvorrichtung vorgesehene Pumpe verwendet werden. Weitere Sensoren werden dafür nicht benötigt. The different process fluids have different physical and chemical properties. Therefore, it is possible to select the actually selected channel via, for example, the viscosity of the process fluid determine. If the viscosity of two or more channels is compared, the correct information of the selected channel can be identified. As described above, the viscosity of a fluid can be calculated from the rotational speed of the pump and its power consumption. The delivery of liquids with higher viscosities requires a higher power consumption at the same rotational speeds. For this viscosity test, the pump already provided in the biosensor device can be used. Additional sensors are not needed for this.
Zur Identifikation des gepumpten Fluides können auch andere physikalische und chemische Eigenschaften des Prozessfluides herangezogen werden. Vorteilhaft kann die Leitfähigkeit, die eine leicht zu messende Größe ist, zur Identifikation herangezogen werden. Weiter vorteilhaft weist demnach die Fluididentifikationseinrichtung alternativ oder zusätzlich eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung auf. Daher kann auch ein Leitfähigkeitstest zur Identifikation des angewählten Ventilkanals verwendet werden, wenn dazu zusätzlich oder alternativ eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung vorgesehen ist. For identification of the pumped fluid, other physical and chemical properties of the process fluid can be used. Advantageously, the conductivity, which is an easily measured quantity, can be used for identification. Further advantageously, therefore, the fluid identification device alternatively or additionally on a conductivity measuring device. Therefore, a conductivity test can be used to identify the selected valve channel, if additionally or alternatively, a conductivity measuring device is provided.
Vorzugsweise weist die Fluididentifikationseinrichtung alternativ oder zusätzlich eine pH-Wertmesseinrichtung zum Messen des pH-Wertes auf. Die pH- Werte der Prozessfluide unterscheiden sich und dadurch, dass eine pH- Wertmesseinrichtung vorgesehen ist, kann der angewählte Ventilkanal bestimmt werden. Dazu muss lediglich der pH-Wert des Detektions- und/oder Reinigungsfluides gemessen werden. Preferably, the fluid identification device alternatively or additionally has a pH value measuring device for measuring the pH. The pH values of the process fluids differ and the fact that a pH value measuring device is provided allows the selected valve channel to be determined. For this purpose, only the pH of the detection and / or cleaning fluid must be measured.
Vorzugsweise ist in der Fluididentifikationseinrichtung alternativ oder zusätzlich eine optische Detektionseinheit vorgesehen. Mit einer solchen optischen Detektionseinheit kann die optische Dichte des Detektions- und/oder Reinigungsfluides gemessen werden. Da die unterschiedlichen Prozessfluide unterschiedliche optische Dichten aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung aufweisen, kann eine optische Detektioneinheit die optische Dichte messen und damit den richtigen angewählten Kanal identifizieren. Weiter vorteilhaft ist als Fluidikelement bzw. als eines von mehreren Fluidike- lementen wenigstens ein Gefäß vorgesehen. In diesem Gefäß oder in diesen Gefäßen können die Detektion- und/oder Reinigungsfluide gelagert werden, damit sie für den Detetkionsprozess und/oder für den Reinigungsprozess jederzeit zur Verfügung stehen. Preferably, an optical detection unit is alternatively or additionally provided in the fluid identification device. With such an optical detection unit, the optical density of the detection and / or cleaning fluid can be measured. Since the different process fluids have different optical densities due to their chemical composition, an optical detection unit can measure the optical density and thus identify the correct selected channel. Furthermore, at least one vessel is provided as the fluidic element or as one of several fluidic elements. In this vessel or in these vessels, the detection and / or cleaning fluids can be stored so that they are always available for the Detetkionsprozess and / or for the cleaning process.
Wenn vorzugsweise die Fluidikidentifikationseinrichtung wenigstens eine Druck- und/oder Füllstandsmesseinrichtung aufweist, kann der Druck- und/oder Füllstand in dem Gefäß nachgemessen werden. Mit einem solchen Aufbau ist es möglich, den angewählten Kanal zu bestimmen, da die Druck- und/oder Füllstandsmesseinrichtung eine Änderung des Druckes und/oder des Füllstandes aufzeigt, wenn das Anwahlventil das Gefäß mit den Druck- und/oder Füllstandsmesseinrichtung anwählt und so Fluid daraus entnommen wird. If the fluidic identification device preferably has at least one pressure and / or level measuring device, the pressure and / or level in the vessel can be measured. With such a structure, it is possible to determine the selected channel, since the pressure and / or level measuring device indicates a change in pressure and / or level when the selection valve selects the vessel with the pressure and / or level gauge and so fluid is taken from it.
Vorteilhaft ist die Fluididentifikationseinrichtung derart ausgebildet, dass sie das Testsignal der Druck- und/oder Füllstandsmesseinrichtung speichert. Damit kann auch bei mehreren Entnahmeschritten aus den Gefäßen bestimmt werden, wo gerade ein Fluid entnommen wird. Es ist immer genau das Gefäß angewählt, bei dem sich der Druck- und/oder Füllstand verändert. Um eine Änderung detektieren zu können, muss der vorherige Zustand bekannt sein, was über ein Speichern des vorhergegangenen Testsignals möglich ist. Advantageously, the fluid identification device is designed such that it stores the test signal of the pressure and / or level measuring device. This can be determined from the vessels even at several sampling steps, where just a fluid is removed. It is always selected exactly the vessel in which the pressure and / or level changes. In order to detect a change, the previous state must be known, which is possible via a storage of the previous test signal.
Vorteilhaft ist als Testvorrichtung oder als eine von mehreren Testvorrichtungen eine Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtung vorgesehen. Die Präzisionsmikropumpe ist verantwortlich für den Transport der Prozessfluide durch die Biosensorvorrichtung. Sie ist vorzugsweise ein USB-Bauelement und bewirkt dann einen Softwarefehler, wenn ihre Steuerung nicht initialisiert werden kann und gibt nach einer gewissen Zeit ein Signal aus, wenn die Steuerung die Pumpe nicht erkennt. Mögliche Fehler der Präzisionsmikropumpe sind eine unterbrochene Verbindung oder ein verklemmter Rotor bzw. sonstiger Pumpenaktuator. Vorteilhaft weist die Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtung die Durchflussmesseinrichtung oder wenigstens eine von mehreren Durchflussmess- einrichtungen auf. Weist die Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtung weiter vorzugsweise die Leistungsmesseinrichtung auf, ist es möglich eine Leistungsverbrauch-/ Durchflussmengencharakteristik zu erfassen und auszuwerten. Damit trägt die Präzisionsmikropumpe ihr eigenes Selbsttestverfahren in ihrer Funktionalität. Advantageously, a pump function monitoring device is provided as a test device or as one of several test devices. The precision micropump is responsible for transporting the process fluids through the biosensor device. It is preferably a USB device and then causes a software error if its control can not be initialized and after a certain time issues a signal if the controller does not recognize the pump. Possible errors of the precision micropump are a broken connection or a jammed rotor or other pump actuator. Advantageously, the pump function monitoring device has the flow measuring device or at least one of a plurality of flow measuring devices. If the pump function monitoring device further preferably has the power measuring device, it is possible to detect and evaluate a power consumption / flow rate characteristic. Thus, the precision micropump carries its own self-test procedure in its functionality.
Weiter vorteilhaft weist die Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtung eine Drehgeschwindigkeitsmesseinrichtung der Motorachse auf, so dass sie zum Erfassen und Auswerten einer Drehgeschwindigkeits- /Durchflussmengencharakteristik ausgebildet ist. Alternativ kann sie auch eine Drehgeschwindigkeits- /Leistungsverbrauchscharakteristik auswerten. Further advantageously, the pump function monitoring device has a rotational speed measuring device of the motor axis, so that it is designed for detecting and evaluating a rotational speed / flow rate characteristic. Alternatively, it may also evaluate a rotational speed / power consumption characteristic.
Weiter vorteilhaft weist die Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtung wenigstens eine Druckmesseinrichtung auf. Damit ist sie dazu ausgebildet, eine Leistungsverbrauchs- /Druckcharakteristik und/oder auch eine Drehgeschwindigkeits- /Druckcharakteristik zu erfassen und auszuwerten. Durch die Beobachtung dieser Charakteristiken ist es möglich, die Funktionalität der Mikropumpe zu überprüfen. Da die Durchflussmengenmesseinrichtung und die Druckmesseinrichtung beide Teil der Biosensorvorrichtung sind, werden keine zusätzlichen Sensoren benötigt. Vorteilhaft kann eine Kombination der Charakteristika, beispielsweise Drehgeschwindigkeit gegen Durchfluss und Druck zur besseren Überwachung der Pumpe verwendet werden. Further advantageously, the pump function monitoring device has at least one pressure measuring device. Thus, it is designed to detect and evaluate a power consumption / pressure characteristic and / or a rotational speed / pressure characteristic. By observing these characteristics, it is possible to check the functionality of the micropump. Since the flow rate measuring device and the pressure measuring device are both part of the biosensor device, no additional sensors are needed. Advantageously, a combination of the characteristics, for example, rotational speed against flow and pressure for better monitoring of the pump can be used.
Die Durchflussmesseinrichtung erzeugt Informationen über die Durchflussrate (Volumen pro Zeit) des Prozessfluides. Während der Initialisierung der Software muss der Wert der Durchflussmesseinrichtung 0 sein. Ist dies nicht der Fall, arbeitet die Durchflussmesseinrichtung nicht korrekt. Mögliche Fehler dafür können ein beschädigtes Kabel oder eine fehlende Stromversorgung sein. Der Durchfluss verändert seinen Wert abhängig von den folgenden Parametern: Drehgeschwindigkeit der Pumpe, Leistungsverbrauch der Pumpe, Viskosität des Prozessfluides bei einer vorbestimmten Pumpendrehgeschwindigkeit, Druck in dem System bei einer vorgegebenen Pumpendrehgeschwindigkeit. Der Funktionalitätstest der Durchflussmesseinrichtung ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass die Abhängigkeit eines der erwähnten Parameter mit dem Signal der Durchflussmesseinrichtung in Abhängigkeit gesetzt wird, d. h. beispielsweise die Drehgeschwindigkeit der Pumpe gegenüber der Durchflussmenge. Die Funktionalität der Durchflussmesseinrichtung kann derart bestimmt werden. Eine Kombination der angesprochenen Testwerte ist dabei vorteilhaft. The flow meter generates information about the flow rate (volume per time) of the process fluid. During initialization of the software, the value of the flow meter must be 0. If this is not the case, the flow measuring device does not work correctly. Possible errors can be a damaged cable or a missing power supply. The flow changes its value depending on the following parameters: rotational speed of the pump, power consumption of the pump, viscosity of the process fluid at a predetermined pump rotational speed, pressure in the system at a given pump rotational speed. The functionality test of the flow measuring device is advantageously designed such that the dependence of one of the mentioned parameters with the signal of the flow measuring device is set in dependence, ie, for example, the rotational speed of the pump relative to the flow rate. The functionality of the flow measuring device can be determined in this way. A combination of the mentioned test values is advantageous.
Die Detektionseinrichtung weist wenigstens einen Einlasskanal auf, durch den vorteilhaft die Prozessfluide, d. h. die Detektions- und/oder Reini- gungsfluide in die Detektionseinrichtung eingelassen werden können. Besonders vorzugsweise weist die Detektionseinrichtung dazu zwei Einlasskanäle auf. Weiter vorzugsweise ist an der Detektionseinrichtung wenigstens ein Auslasskanal vorgesehen, insbesondere sind mehrere, z.B. vier Auslasskanäle vorgesehen. Vorzugsweise ist dabei als Detektorelement oder als eines von mehreren Detektorelementen ein Anwahlventil zum Verbinden des wenigstens einen Auslasskanals mit dem wenigstens einen Einlasskanal vorgesehen; insbesondere ist eine Mehrwege-Anwahlventil, insbesondere ein Vierwege-Doppelanwahlventil vorgesehen, das zum Verbinden der mehreren, z.B. zwei, Einlasskanälen mit den mehreren, z.b. vier ,Auslasskanälen ausgebildet ist. Je nach Stellung des Anwahlventils wird einer der (z.B. beiden) Einlasskanäle und einer der (z.B. vier) Auslasskanäle angewählt. Je nach der Stellung des Anwahlventils wird das eindringende Fluid auf unterschiedlichen Wegen durch die Detektionseinrichtung geleitet. Das Anwahlventil, z.B. das Vierwege-Doppelanwahlventil ist vorzugsweise ein USB- Bauelement und bewirkt einen Softwarefehler, wenn es nicht funktionsbereit ist oder wenn es keine Stromzufuhr hat. Während der Initialisierung der Software muss sich das Anwahlventil sequentiell erfolgreich mit allen (z.B. vier) Auslasskanälen und allen (z.B. zwei) Einlasskanälen verbinden. Im Falle eines Stoßes oder eines Stromausfalles kann es möglich sein, dass das Anwahlventil seine Kanalinformation verliert, d. h. die Nummer des Einlasskanals bzw. des Auslasskanals stimmt nicht mehr mit der Nummer des Kanals ein, der angewählt ist. Daher ist es vorteilhaft, wenn identifiziert werden kann, in welcher Stellung sich das Anwahlventil, z.B. das Vierwege- Doppelanwahlventil, gerade befindet. Dazu ist vorzugsweise eine Stellungs- identifikationsvorrichtung als Testvorrichtung oder als eine von mehreren Testvorrichtungen vorgesehen. Sie kann die Stellung des Anwahlventils, z.B. des Vierwege-Doppelanwahlventils, identifizieren. The detection device has at least one inlet channel, by means of which advantageously the process fluids, ie the detection and / or cleaning fluids, can be introduced into the detection device. Particularly preferably, the detection device has two inlet channels for this purpose. Further preferably, at least one outlet channel is provided at the detection device, in particular a plurality, eg four outlet channels are provided. Preferably, a selection valve for connecting the at least one outlet channel to the at least one inlet channel is provided as the detector element or as one of a plurality of detector elements; In particular, a multi-way selector valve, in particular a four-way double selection valve is provided, which is designed to connect the plurality, eg two, inlet channels to the plurality, eg four, outlet channels. Depending on the position of the selection valve, one of the (eg two) inlet channels and one of the (eg four) outlet channels are selected. Depending on the position of the selection valve, the penetrating fluid is passed through the detection device in different ways. The selection valve, eg, the four-way dual-port valve, is preferably a USB device and causes a software error when it is not operational or when it has no power supply. During initialization of the software, the selection valve must sequentially successfully connect to all (eg four) exhaust ports and all (eg two) intake ports. In the event of a shock or power failure, it may be possible for the selector valve to lose its channel information, ie the number of the inlet channel or the outlet channel will no longer coincide with the number of the channel that is selected. Therefore, it is advantageous if it can be identified in which position the selection valve, for example the four-way double selection valve, is currently located. For this purpose, a position identification device is preferably provided as a test device or as one of a plurality of test devices. It can identify the position of the selection valve, eg the four-way double selection valve.
Als Detektorelement oder als eines von mehreren Detektorelementen ist vorzugsweise ein Filter vorgesehen, der die biologischen Partikel aus der Probe zwecks Detektion herausfiltert. So werden die biologischen Partikel immobilisiert und für die Detektion bereitgestellt. As a detector element or as one of a plurality of detector elements, a filter is preferably provided which filters out the biological particles from the sample for the purpose of detection. Thus, the biological particles are immobilized and provided for detection.
Vorteilhaft weist die Selbsttesteinrichtung eine Filterfunktionsüberwachungseinrichtung auf, die den Filter überwacht. Dazu weist die Selbsttesteinrichtung vorteilhaft wenigstens eine Differenzdruckeinrichtung auf, die den Differenzdruck vor und hinter einem zu überwachenden Element, wie beispielsweise dem Filter, misst. Advantageously, the self-test device has a filter function monitoring device which monitors the filter. For this purpose, the self-test device advantageously has at least one differential pressure device which measures the differential pressure in front of and behind an element to be monitored, such as the filter.
Durch die Messung des Differenzdruckes zwischen dem Bereich vor dem Filter und dem Bereich hinter dem Filter, die durch den Filter voneinander getrennt sind, kann über die Differenzdruckmesseinrichtung vorteilhaft die Stellung des Anwahlventils identifiziert werden. By measuring the differential pressure between the area in front of the filter and the area behind the filter, which are separated from each other by the filter, the position of the selection valve can advantageously be identified via the differential pressure measuring device.
Dazu weist die Differenzdruckmesseinrichtung vorzugsweise wenigstens einen ersten Drucksensor auf, der zum Messen eines Druckes P1 über dem Filter ausgebildet ist, noch bevorzugter weist die Differenzdruckmesseinrichtung zwei Drucksensoren auf, wobei der zweite Drucksensor zum Messen eines zweiten Druckes P2 über dem Filter ausgebildet ist. Dabei ist der Drucksensor P1 im Fluidiksystem vor dem Filter angeordnet und der Drucksensor P2 im Fluidiksystem nach dem Filter. For this purpose, the differential pressure measuring device preferably has at least one first pressure sensor which is designed to measure a pressure P1 above the filter, more preferably the differential pressure measuring device has two pressure sensors, wherein the second pressure sensor is designed to measure a second pressure P2 over the filter. It is the Pressure sensor P1 arranged in the fluidic system in front of the filter and the pressure sensor P2 in the fluidic system after the filter.
Vorteilhaft umfasst die Stellungsidentifikationsvorrichtung den Druck P1 des ersten Drucksensors und/oder den Druck den zweiten Drucksensors und kann vorteilhaft daraus den Differenzdruck über dem Filter berechnen und diesen Differenzdruck speichern. Advantageously, the position identification device comprises the pressure P1 of the first pressure sensor and / or the pressure of the second pressure sensor and can advantageously calculate therefrom the differential pressure across the filter and store this differential pressure.
Wird das Vierwege-Doppelanwahlventil verwendet, können z.B. folgende vier Wege eines Fluidtransports möglich sein: If the four-way dual-port valve is used, e.g. following four ways of fluid transport are possible:
1 . Der Transfer des Fluides direkt in einen Abfall, beispielsweise über einen Bypass. 1 . The transfer of the fluid directly into a waste, for example via a bypass.
2. Transport des Fluides zu dem Filter über Drucksensor 1 , über den Filter, über Drucksensor 2, in den Abfall. 2. Transport of the fluid to the filter via pressure sensor 1, via the filter, via pressure sensor 2, into the waste.
3. Transport des Fluides zu dem Filter über Drucksensor 1 , tangential zu dem Filter und in den Abfall. 3. Transport the fluid to the filter via pressure sensor 1, tangential to the filter and into the waste.
4. Transport des Fluides zu dem Filter über Drucksensor 2, über den Filter in gegenläufiger Richtung wie unter 2. und über Drucksensor 1 in den Abfall. 4. Transport of the fluid to the filter via pressure sensor 2, over the filter in the opposite direction as under 2. and via pressure sensor 1 in the waste.
Abhängig von der ausgewählten Anwahlventilstellung, ergeben sich unterschiedliche Druckwerte an dem ersten und dem zweiten Drucksensor. Depending on the selected selection valve position, different pressure values result at the first and the second pressure sensor.
Da die Auswerteeinrichtung vorzugsweise zum Erfassen und Auswerten einer Differenzdruck-/ Ventilstellungscharakteristik ausgebildet ist, ist es möglich, aus der Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Drucksensor zu ermitteln, in welcher Stellung sich das Anwahlventil gerade befindet. Damit sich die beiden Drucksensoren besonders nahe an dem Filter befinden, ist es vorteilhaft, wenn sie in eine Detektionskammer integriert sind, in der sich der Filter befindet. Während der Initialisierung der Software sollte der Wert der Drucksensoren 0 sein. Ist dies nicht der Fall, arbeiten sie nicht korrekt. Ein möglicher Fehler könnte eine fehlende Stromversorgung oder ein defektes Kabel sein. Since the evaluation device is preferably designed for detecting and evaluating a differential pressure / valve position characteristic, it is possible to determine from the pressure difference between the first and the second pressure sensor in which position the selection valve is currently located. In order for the two pressure sensors to be located particularly close to the filter, it is advantageous if they are integrated in a detection chamber in which the filter is located. During initialization of the software, the value of the pressure sensors should be 0. If this is not the case, they will not work correctly. A potential error could be a missing power supply or a faulty cable.
Je nach Stellung des Anwahlventils können an den beiden Drucksensoren unterschiedliche Drücke anliegen. Die Funktionalität der Drucksensoren kann überwacht werden, indem die Werte verglichen werden, während die Stellung des Anwahlventils verändert wird und Fluide durch die Biosensorvorrichtung gepumpt werden. Weiter ist es möglich, die Durchflussrate abhängig vom Druck aufzunehmen, oder auch mit unterschiedlichen Viskositäten und Anwahlventilstellungen in Abhängigkeit zu setzen. Die Ergebnisse zeigen, ob die Drucksensoren korrekt funktionieren. Depending on the position of the selection valve, different pressures may be applied to the two pressure sensors. The functionality of the pressure sensors can be monitored by comparing the values while changing the position of the selection valve and pumping fluids through the biosensor device. It is also possible to record the flow rate as a function of the pressure, or to set it with different viscosities and selection valve positions depending on. The results show if the pressure sensors are working properly.
Vorteilhaft ist als Detektorelement oder als eines von mehreren Detektorelementen wenigstens eine optische Detektionsvorrichtung vorgesehen. Diese weist vorzugsweise eine Lichtquelle, insbesondere eine lichtemittierende Diode (LED) auf. Ein möglicher Fehler der lichtemittierenden Diode kann durch eine fehlende Stromversorgung oder ein defektes Kabel begründet werden. Daher ist als Testvorrichtung oder als eine von mehreren Testvorrichtungen vorzugsweise eine Lichtfunktionsüberwachungseinrichtung zum Testen der Lichtquelle auf Funktion vorgesehen. Advantageously, at least one optical detection device is provided as the detector element or as one of a plurality of detector elements. This preferably has a light source, in particular a light emitting diode (LED). A possible fault of the light emitting diode may be due to a missing power supply or a defective cable. Therefore, as a test device or as one of a plurality of test devices, it is preferable to provide a light function monitor for testing the light source on function.
Diese Lichtfunktionsüberwachungseinrichtung weist vorteilhaft eine Energieverbrauchsmesseinrichtung auf, die den Energieverbrauch der Lichtquelle misst. Dadurch kann überwacht werden, ob die LED elektrisch funktioniert. Ist die LED ausgeschaltet oder defekt, so ist ihr Energieverbrauch gleich null. Bei funktionierender LED muss der Energieverbrauch in dem vom Hersteller angegebenen Bereich liegen. Es ist jedoch auch von Interesse, wie die Leuchteigenschaften der LED sind. Daher weist die Lichtfunktionsüberwachungseinrichtung vorteilhaft wenigstens eine Lichterfassungseinrichtung auf, die insbesondere als Photomul- tiplier (PMT) ausgestaltet ist. This light-function monitoring device advantageously has an energy meter that measures the energy consumption of the light source. This can be used to monitor whether the LED is working electrically. If the LED is off or defective, its energy consumption is zero. If the LED is working, the energy consumption must be within the range specified by the manufacturer. However, it is also of interest how the light characteristics of the LED are. Therefore, the light-function monitoring device advantageously has at least one light-detecting device, which is configured in particular as a photomultiplier (PMT).
Die Lichtfunktionsüberwachungseinrichtung ist vorteilhaft derart ausgestaltet, dass sie den Energieverbrauch der Lichtquelle mit einem Testsignal der Lichterfassungseinrichtung in Abhängigkeit setzt und/oder die ermittelten Daten speichern kann. The light-function monitoring device is advantageously designed such that it sets the energy consumption of the light source with a test signal of the light-detecting device in dependence and / or can store the determined data.
Bei einem Selbsttest werden z.B. die durch die Lichterfassungseinrichtung detektierten Testsignale bei eingeschalteter und ausgeschalteter LED verglichen. Ist die LED eingeschaltet, sollte die Lichterfassungseinrichtung illuminiert sein, ist sie ausgeschaltet, sollte sie sich im Dunkeln befinden. Diese Werte der Lichtsignale können zur Bestimmung der Funktionalität der LED herangezogen werden. Werden die ermittelten Daten gespeichert und damit eine Historie erstellt, können außerdem die Sensitivitätseigenschaften der Lichterfassungseinrichtung beobachtet werden. Diese Information kann weiter verwendet werden für andere Selbsttests oder für statistische Auswertungen. In a self-test, e.g. compared the detected by the light detection device test signals when the LED is turned on and off. If the LED is on, the light detector should be illuminated, if it is off, it should be in the dark. These values of the light signals can be used to determine the functionality of the LED. If the determined data are stored and thus a history is created, the sensitivity properties of the light detection device can also be observed. This information can be further used for other self-tests or for statistical evaluations.
Ein Fehler der Lichterfassungseinrichtung, insbesondere des Photomultipliers, kann eine fehlende Stromversorgung oder ein zerstörtes Kabel sein. Seine Funktionalität wird auf die selbe Weise wie die Funktionalität der LED getestet. An error of the light detecting device, in particular of the photomultiplier, may be a missing power supply or a broken cable. Its functionality is tested in the same way as the functionality of the LED.
Vorteilhaft weist die Biosensorvorrichtung wenigstens eine Probenaufnahmevorrichtung auf, mit der aus Trinkwasserleitungen Proben aufgenommen werden können. Um ein Kontamination des Trinkwassers zu vermeiden, weist diese Probenaufnahmevorrichtung vorteilhaft wenigstens eine Sicherheitseinrichtung auf. Diese Sicherheitseinrichtung ist vorzugsweise ein Rückschlagventil. Damit wird vermieden, dass bereits entnommenes Trinkwasser wieder zurück in die Trinkwasserleitung treten kann und damit das Trinkwasser mit eventuell bereits eingesetzten Prozessfluiden verunreinigt. Weiter vorteilhaft weist die Selbsttesteinrichtung wenigstens eine Temperaturüberwachungseinrichtung auf. Damit kann die Temperatur in der Biosensorvorrichtung überwacht werden. Es ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da die Detektion von biologischen Artikeln in nur einem recht engen Temperaturbereich durchführbar ist. Bei zu niedrigen oder zu hohen Temperaturen können die funktionellen Gruppen, an denen die Sonden sich zur Markierung anlagern, degenerieren und nicht mehr vorhanden sein. Dann ist eine Detektion der biologischen Partikeln nicht mehr möglich. Advantageously, the biosensor device has at least one sample receiving device, with which samples can be taken from drinking water pipes. In order to avoid contamination of the drinking water, this sample receiving device advantageously has at least one safety device. This safety device is preferably a check valve. This prevents that already taken drinking water can return to the drinking water pipe and thus pollutes the drinking water with possibly already used process fluids. Further advantageously, the self-test device has at least one temperature monitoring device. Thus, the temperature in the biosensor device can be monitored. It is particularly advantageous because the detection of biological articles in only a fairly narrow temperature range is feasible. If the temperatures are too low or too high, the functional groups on which the probes attach to the marking can degenerate and no longer exist. Then a detection of the biological particles is no longer possible.
Daher ist vorzugsweise auch eine Temperaturreguliereinrichtung vorgesehen, die die Temperatur in der Biosensorvorrichtung reguliert. Misst die Temperaturüberwachungseinrichtung eine zu niedrige Temperatur in der Bio- sensorvorrichtung, ist es vorteilhaft, wenn die Temperaturreguliereinrichtung eine Heizeinrichtung aufweist, die die Biosensorvorrichtung auf die gewünschte Temperatur aufheizt. Weist die Biosensorvorrichtung dagegen im umgekehrten Fall eine zu hohe Temperatur auf, ist es vorteilhaft, wenn die Temperaturreguliereinrichtung auch eine Kühleinrichtung aufweist, die die Biosensorvorrichtung auf die gewünschte Temperatur abkühlt. Therefore, it is also preferable to provide a temperature regulating means which regulates the temperature in the biosensor device. If the temperature monitoring device measures too low a temperature in the biosensor device, it is advantageous if the temperature regulating device has a heating device which heats the biosensor device to the desired temperature. If, on the other hand, the biosensor device has too high a temperature, it is advantageous if the temperature regulating device also has a cooling device which cools the biosensor device to the desired temperature.
Weiter vorteilhaft weist die Selbsttesteinrichtung eine Leckerkennungseinrichtung auf. Damit können Beschädigungen in der Fluidikvorrichtung direkt erkannt werden, und die notwendige Reparatur durch ein Signal angezeigt werden. Von Vorteil ist es, wenn die Leckerkennungseinrichtung eine Leitfähigkeitseinrichtung aufweist. Durch die Messung der Leitfähigkeit der austretenden Fluide ist es möglich, zu erkennen, wo genau sich gerade ein Leck befindet. Further advantageously, the self-test device has a leak detection device. Thus, damage in the fluidic device can be detected directly, and the necessary repair can be indicated by a signal. It is advantageous if the leak detection device has a conductivity device. By measuring the conductivity of the exiting fluids, it is possible to detect exactly where a leak is located.
Die Fluidikvorrichtung insgesamt kann zwei mögliche Fehler aufweisen, entweder hat sie ein Leck oder sie ist verstopft. Hat sie ein Leck, wird Fluid austreten, das durch die Leckerkennungseinrichtung detektiert werden kann. Eine Verstopfung dagegen kann, je nach der Position der Verstopfung in der Fluidikvorrichtung, über die Selbsttests und dem Vergleich aller Selbsttests der einzelnen Bauelemente der Biosensorvorrichtung erkannt werden. The overall fluidic device may have two possible failures, either it has a leak or it is clogged. If it has a leak, fluid will escape, which can be detected by the leak detection device. A blockage, on the other hand, can, depending on the position of the blockage in the Fluidic device, are recognized by the self-tests and the comparison of all self-tests of the individual components of the biosensor device.
Vorzugsweise weist die Selbsttesteinrichtung eine Datenerfassung auf, insbesondere eine elektronische Datenerfassung, die alle Daten und Testsignale, die in dem Selbsttest regeneriert werden, erfasst. Die Datenerfassung ist das Herz der elektronischen Signalverarbeitung. Sie sammelt vorzugsweise alle Informationen der einzelnen Bauelemente und liefert sie zu einer Prozesseinheit (CPU). Die Datenerfassung ist vorzugsweise ein USB-Bauteil und verursacht einen Softwarefehler, wenn sie nicht bereit ist oder wenn bei der Initialisierung keine Stromversorgung zur Verfügung steht. Wenn die Datenerfassung nicht korrekt arbeitet, ist auch die Biosensorvorrichtung nicht betriebsbereit. The self-test device preferably has a data acquisition, in particular electronic data acquisition, which records all data and test signals that are regenerated in the self-test. Data acquisition is the heart of electronic signal processing. It preferably collects all the information of the individual components and delivers them to a process unit (CPU). The data acquisition is preferably a USB device and will cause a software error if it is not ready or if power is not available during initialization. If the data acquisition is not working properly, the biosensor device will not be ready.
Vor Inbetriebnahme des Septums wird ein Selbsttestlauf durchgeführt. Nachdem alle Testsignale in einer Selbsttestmatrix gesammelt wurden, ist die Biosensorvorrichtung dazu fähig, eine Verstopfung in der Fluidikvorrichtung sowie die Position der Verstopfung eigenständig zu erkennen. Before commissioning the septum, a self-test run is performed. After all the test signals have been collected in a self-test matrix, the biosensor device is capable of self-detecting blockage in the fluidic device as well as the position of the blockage.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert: In the following the invention is explained in more detail with reference to the attached drawing:
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer im gesamten mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Biosensorvorrichtung. FIG. 1 shows an embodiment of a biosensor device indicated generally by reference numeral 10.
Die Biosensorvorrichtung 10 weist eine Fluidikvorrichtung 12 und eine Detektionseinrichtung 14 auf. Die Fluidikvorrichtung 12 ist zum Transport von Fluiden wie beispielsweise Detektionsfluiden und/oder Reinigungsfluiden und/oder einer fluiden Probe durch die Biosensorvorrichtung 10 vorgesehen. In der Detektionseinrichtung 14 werden in der Probe vorhandene biologische Partikel detektiert. Zur Detektion wird zunächst eine Probe aus einer Leitung 16 entnommen. Ein Rückschlagventil 18 verhindert, dass die bereits entnommene Probe wieder zurück in die Leitung fließen kann, und somit den Inhalt der Leitung kontaminieren kann. The biosensor device 10 has a fluidic device 12 and a detection device 14. The fluidic device 12 is provided for transporting fluids such as detection fluids and / or cleaning fluids and / or a fluid sample through the biosensor device 10. In the detection device 14, biological particles present in the sample are detected. For detection, a sample is first taken from a line 16. A check valve 18 prevents the already taken sample from flowing back into the conduit, thus contaminating the contents of the conduit.
Die Probe wird von einer Pumpe 20 über ein hier als Mehrwegeventil, nämlich ein Achtwegeventil 22 ausgebildetes erstes Anwahlventil, in der Fluidikvorrichtung 12 zu der Detektionseinrichtung 4 hingepumpt. Das Achtwegeventil 22 ist weiter dazu ausgelegt, eines von sieben Gefäßen 24 anzuwählen. In diesen Gefäßen sind Detektions- und/oder Reinigungsfluide gelagert. Je nach dem, welches der Fluide benötigt wird, wählt das Achtwegeventil 22 das jeweilige Gefäß 24 an, und da das Achtwegeventil 22 mit der Pumpe 20 verbunden ist, kann das ausgewählte Fluid in der Fluidikvorrichtung 12 ebenfalls in Richtung der Detektionseinrichtung 14 gepumpt werden. The sample is pumped by a pump 20 via a here in the form of a multi-way valve, namely a eight-way valve 22 first selector valve in the fluidic device 12 to the detection device 4. The eight-way valve 22 is further configured to select one of seven vessels 24. In these vessels detection and / or cleaning fluids are stored. Depending on which of the fluids is needed, the eight-way valve 22 selects the respective vessel 24, and since the eight-way valve 22 is connected to the pump 20, the selected fluid in the fluidic device 12 can also be pumped towards the detection device 14.
Damit die Erfassung der biologischen Partikel auch quantitativ erfolgen kann, ist in der Fluidikvorrichtung 12 eine Durchflussmesseinrichtung 26 vorgesehen. Mit dieser Durchflussmesseinrichtung 26 ist es möglich, zu bestimmen, welches Probenvolumen bzw. welches Volumen des Detektionsfluides zu der Detektionseinrichtung 14 hin gepumpt worden ist. So that the detection of the biological particles can also be quantitative, a flow measuring device 26 is provided in the fluidic device 12. With this flow measuring device 26, it is possible to determine which sample volume or volume of the detection fluid has been pumped to the detection device 14.
Um eine genauere quantitative Analyse sicher zu stellen, ist weiter ein Luftblasensensor 28 vorgesehen, der das Vorhandensein von Luftblasen in der Fluidikvorrichtung 12 detektiert und ein Meldung ausgibt, damit diese Luftblasen entfernt werden, da sie sich störend auf eine quantitative Analyse der Probe auswirken. In order to ensure a more accurate quantitative analysis, an air bubble sensor 28 is further provided which detects the presence of air bubbles in the fluidic device 12 and outputs a message to remove these bubbles as they interfere with a quantitative analysis of the sample.
Durch die Pumpe 20 werden die Probe und/oder die Detektions- und/oder Reinigungsfluide zu einem zweiten Anwahlventil, das vorteilhaft als Mehrwegeventil ausgebildet ist und hier durch ein Vierwege-Doppelanwahlventil 30 gebildet ist, gepumpt. Hier können die Fluide verschiedene Wege nehmen. Sie können den Weg über eine Differenzdruckmesseinrichtung 32, die zwei Drucksensoren 34, 36 aufweist, zu einem Filter 38 nehmen. Der Filter 38 ist ein mikromechanischer Filter, der zur Detektion von Partikeln, insbesondere von Bakterien verwendet wird. Dieser Mikrofilter hat eine oder besteht aus einer dünnen, z.B. 1 μητι dicken Membran, z.B. aus einkristallinem Silizium oder aus Diamant oder weist eine Diamantschicht auf. Die Membran ist perforiert, die Löcher haben einen Durchmesser von z.B. 450 nm, d.h. die Membran bzw. der Mikrofilter bildet ein Sieb. Pumpt man z.B. eine Wasserprobe durch den Filter, werden Bakterien von beispielsweise ca. 1 pm Durchmesser auf der Filteroberfläche zurückgehalten, wo sie anschließend detek- tiert werden können. By the pump 20, the sample and / or the detection and / or cleaning fluids to a second selection valve, which is advantageously designed as a multi-way valve and is formed here by a four-way double selection valve 30, pumped. Here the fluids can take different routes. You can take the path to a filter 38 via a differential pressure measuring device 32 having two pressure sensors 34, 36. The filter 38 is a micromechanical filter, which is used for the detection of particles, in particular of bacteria. This microfilter has or consists of a thin, for example, 1 μητι thick membrane, for example of monocrystalline silicon or diamond or has a diamond layer. The membrane is perforated, the holes have a diameter of eg 450 nm, ie the membrane or the microfilter forms a sieve. If, for example, a water sample is pumped through the filter, bacteria of, for example, about 1 μm in diameter are retained on the filter surface, where they can subsequently be detected.
Zur Detektion der biologischen Partikel ist in der Detektionseinrichtung 4 eine optische Detektionsvorrichtung 40 vorgesehen, die eine Lichtquelle 42 und eine Lichterfassungseinrichtung 44 aufweist. Bei einem Partikelnachweis durch Fluoreszenz werden die Partikel, die auf dem Filter 38 immobilisiert sind, markiert. Dadurch, dass die Lichtquelle 42 die markierenden Sonden anstrahlt, werden diese aktiviert, und senden gemäß eines Fluoreszenzprozesses beim Anregungszerfall Photonen aus. Diese Photonen werden von der Lichterfassungseinrichtung 44, die z.B. ein Photomultiplier ist, gezählt. For detecting the biological particles, an optical detection device 40 is provided in the detection device 4, which has a light source 42 and a light detection device 44. Upon detection of the fluorescence of the particles, the particles immobilized on the filter 38 are marked. As a result of the fact that the light source 42 illuminates the marking probes, they are activated and emit photons in accordance with a fluorescence process during excitation decay. These photons are emitted by the light detector 44, e.g. a photomultiplier is numbered.
Die Fluide können in dem Vierwege-Doppelanwahlventil 30 aber auch den Weg zu einem Abfall 46 nehmen. The fluids may also make their way to a waste 46 in the four-way dual port valve 30.
Da die Reaktion der markierenden Sonde mit den biologischen Partikeln bei einer ganz bestimmten Temperatur bevorzugt stattfindet, weist die Biosensorvorrichtung 10 außerdem eine Temperaturreguliereinrichtung 48 auf. Diese umfasst eine Heizeinrichtung 50 und/oder eine Kühleinrichtung 52, die die Fluide heizen bzw. kühlen können. Since the reaction of the labeling probe with the biological particles preferably takes place at a very specific temperature, the biosensor device 10 also has a temperature regulating device 48. This comprises a heating device 50 and / or a cooling device 52, which can heat or cool the fluids.
Weiter ist in der Biosensorvorrichtung 10 eine Datenerfassung 54 vorgesehen. Furthermore, a data acquisition 54 is provided in the biosensor device 10.
Um zu überwachen, ob die einzelnen Bauelemente der Biosensorvorrichtung 10 korrekt funktionieren, weist die Biosensorvorrichtung 10 eine Selbsttest- einrichtung 56 auf. Diese ist zum Testen der verschiedenen Elemente der Fluidikvorrichtung 12 und/oder Detektionseinrichtung 14 ausgebildet. Sie weist eine Auswerteeinrichtung 58 auf, die die verschiedenen Testsignale auswerten kann. Alle Bauelemente der Biosensorvorrichtung 10 sind als USB-Bauelemente ausgestaltet, und über USB-Verbindungen mit der Auswerteeinrichtung 58 verbunden. In order to monitor whether the individual components of the biosensor device 10 function correctly, the biosensor device 10 has a self-test function. device 56 on. This is designed for testing the various elements of the fluidic device 12 and / or detection device 14. It has an evaluation device 58, which can evaluate the various test signals. All components of the biosensor device 10 are designed as USB components, and connected via USB connections to the evaluation device 58.
Die Auswerteeinrichtung 58 ist durch eine in einer Datenverarbeitungsanlage verarbeiteten Software 60 gebildet, die vor jeder Probenahme initialisiert wird. Bei diesem Initialisierungsschritt werden sämtliche Bauelemente auf Funktionalität getestet. Erkennt der Selbsttesteinrichtung 56 eine Betriebsstörung an einem der Bauelemente, wird die Biosensorvorrichtung 10 abgeschaltet. The evaluation device 58 is formed by a software 60 processed in a data processing system, which is initialized before each sampling. In this initialization step, all components are tested for functionality. If the self-test device 56 detects a malfunction on one of the components, the biosensor device 10 is switched off.
Mit einer Fluididentifikationseinrichtung 62 ist die Selbstteseinrichtung 56 in der Lage, zu erkennen, ob das Achtwegeventil 22 das richtige Gefäß 24 angewählt hat. Dazu ist eine Leistungsmesseinrichtung 64 sowie eine Drehge- schwindigkeitsmesseinrichtung 66 an der Pumpe vorgesehen. Aus der Leistung und der Drehgeschwindigkeit der Pumpe 20 kann die Viskosität des gepumpten Fluides ermittelt werden. Da jedes Detektions- und/oder Reini- gungsfluid eine ganz charakteristische Viskosität aufweist, dann kann daraus erkannt werden, welches Gefäß 24 von dem Achtwegeventil 22 angewählt wurde. With a fluid identification device 62, the self-timer 56 is able to detect whether the eight-way valve 22 has selected the correct vessel 24. For this purpose, a power measuring device 64 and a rotational speed measuring device 66 are provided on the pump. From the power and the rotational speed of the pump 20, the viscosity of the pumped fluid can be determined. Since each detection and / or cleaning fluid has a very characteristic viscosity, then it can be recognized from which vessel 24 was selected by the eight-way valve 22.
Eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung 68 misst zusätzlich die Leitfähigkeit des Detektions- und/oder Reinigungsfluids und kann dieses damit identifizieren. A conductivity meter 68 additionally measures the conductivity of the detection and / or cleaning fluid and can identify it with it.
Weiter ist eine pH-Wert-Messeinrichtung 70 vorgesehen, die den pH-Wert des Detektions- und/oder Reinigungsfluids misst. Aufgrund der charakteristischen pH-Werte der Fluide kann auch so identifiziert werden, welches Gefäß 24 gerade angewählt ist. Ein optische Detektionseinheit 72 ermittelt zusätzlich die optische Dichte des gepumpten Fluides, und kann dieses somit identifizieren. Weiter ist in jedem Gefäß 24 eine Druckmesseinrichtung 74 und/oder eine Füllstandsmesseinrichtung 76 vorgesehen, die den Druck bzw. den Füllstand in dem Gefäß 24 misst. Wird nun das entsprechende Gefäß 24 von dem Achtwegeventil 22 angewählt, und die Pumpe 20 pumpt das Fluid aus dem Gefäß 24 heraus, verändert sich der Wert der Druckmesseinrichtung 74 bzw. der Füllstandsmesseinrichtung 76. Da die Fluididentifikationseinrichtung 62 diesen letzten Wert speichert, kann auch bei einer nachfolgenden Entnahme durch die Pumpe 20 darauf geschlossen werden, welches der Gefäße 24 gerade von dem Achtwegeventil 22 angewählt ist. Furthermore, a pH-value measuring device 70 is provided which measures the pH value of the detection and / or cleaning fluid. Due to the characteristic pH values of the fluids can also be identified so which vessel 24 is currently selected. An optical detection unit 72 additionally determines the optical density of the pumped fluid, and can thus identify it. Furthermore, a pressure measuring device 74 and / or a fill level measuring device 76 is provided in each vessel 24, which measures the pressure or the level in the vessel 24. Now, if the corresponding vessel 24 is selected by the eight-way valve 22, and the pump 20 pumps the fluid out of the vessel 24, the value of the pressure measuring device 74 and the fill level measuring device 76 changes a subsequent removal by the pump 20 are closed on which of the vessels 24 is currently selected by the eight-way valve 22.
Über verschiedene Messeinrichtungen, die eine Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtung 78 bilden, wird die Pumpe 20 auf ihre Funktion überprüft. Neben der Leistungsmesseinrichtung 64 ist weiter eine Durchflussmessein- richtung 80, die bereits erwähnte Drehgeschwindigkeitmesseinrichtung 66 und eine Druckmesseinrichtung 82 vorgesehen. Diese Messeinrichtungen geben ihre Testsignale an die Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtung 78 weiter, die mit der Selbsttesteinrichtung 56 verbunden ist. In der Selbsttesteinrichtung 56 werden über die Auswerteeinrichtung 58 verschiedene Charakteristiken aus den Testsignalen ermittelt, und so darauf geschlossen, ob die Pumpe 20 funktioniert. Gleichzeitig kann aus diesen Daten auch darauf geschlossen werden, ob die Durchflussmesseinrichtung 80 funktionstüchtig ist. Bei einer hohen Drehgeschwindigkeit der Pumpe 20 sollte auch ein hoher Durchfluss gemessen werden. Ist dies nicht der Fall, arbeitet die Durchflussmesseinrichtung 80 nicht korrekt. Via various measuring devices, which form a pump function monitoring device 78, the pump 20 is checked for its function. In addition to the power measuring device 64, a flow measuring device 80, the aforementioned rotational speed measuring device 66 and a pressure measuring device 82 are also provided. These measurement devices pass their test signals to the pump function monitor 78, which is connected to the self-test device 56. In the self-test device 56, various characteristics are determined from the test signals via the evaluation device 58, and thus it is concluded whether the pump 20 is functioning. At the same time it can also be concluded from these data whether the flow measuring device 80 is functional. At a high rotational speed of the pump 20, a high flow rate should also be measured. If this is not the case, the flow measuring device 80 does not work correctly.
Es ist weiter auch möglich, über eine Stellungsidentifikationsvorrichtung 84 die Stellung des Vierwege-Doppelanwahlventil zu identifizieren. Dies kann in der Messung des Differenzdrucks über den Filter 38 geschehen, was gleichzeitig als Filterfunktionsüberwachungseinrichtung 86 wirkt. It is also possible to identify the position of the four-way double-selection valve via a position identification device 84. This can be done in the measurement of the differential pressure via the filter 38, which simultaneously acts as a filter function monitoring device 86.
Das Testverfahren zu Identifizierung des Stellung des Vierwege- Doppelanwahlventils 30 erfolgt folgendermaßen: Vier mögliche Transportwege für die Fluide sind möglich: The test method for identifying the position of the four-way dual selection valve 30 is as follows: Four possible transport routes for the fluids are possible:
1. Das Fluid wird direkt in den Abfall 46 geleitet. 1. The fluid is passed directly into the waste 46.
2. Das Fluid wird über den ersten Drucksensor 34 (P1 ) in eine den Filter 38 und Differenzdruckmesseinrichtung 32 aufweisende Detektionskam- mer 88 geleitet, fließt dann über den Filter 38, und schließlich über den zweiten Drucksensor 36 (P2) in den Abfall 46.  2. The fluid is passed via the first pressure sensor 34 (P1) into a detection chamber 88 having the filter 38 and differential pressure measuring device 32, then flows via the filter 38, and finally into the waste 46 via the second pressure sensor 36 (P2).
3. Das Fluid wird über den ersten Drucksensor 34 (P1 ) in die Detekti- onskammer 88 geleitet, fließt tangential über den Filter 38 und dann in den Abfall 46.  3. The fluid is passed via the first pressure sensor 34 (P1) in the detection chamber 88, flows tangentially through the filter 38 and then into the waste 46th
4. Das Fluid wird über den zweiten Drucksensor 36 (P2) in die Detekti- onskammer 88 geleitet, fließt über den Filter 38 in Gegenrichtung zu 2. und dann über den ersten Drucksensor 34 (P1 ) in den Abfall 46.  4. The fluid is passed via the second pressure sensor 36 (P2) into the detection chamber 88, flows through the filter 38 in the opposite direction to 2 and then via the first pressure sensor 34 (P1) in the waste 46th
Je nach angewählter Stellung des Vierwege-Doppelanwahlventils 30 werden unterschiedliche Drücke an den Drucksensoren 34, 36 gemessen. Die folgende Tabelle zeigt die Drücke an den beiden Drucksensoren 34 und 36 in Abhängigkeit von der Stellung des Vierwege-Doppelanwahlventils 30, wobei der maximale Absolutdruck und der Differenzdruck auf vorgegebenen Grenzen beschränkt sind. Werden diese Grenzen überschritten, wird ein Alarm ausgelöst. Depending on the selected position of the four-way double selection valve 30 different pressures at the pressure sensors 34, 36 are measured. The following table shows the pressures at the two pressure sensors 34 and 36 in dependence on the position of the four-way double selection valve 30, wherein the maximum absolute pressure and the differential pressure are limited to predetermined limits. If these limits are exceeded, an alarm is triggered.
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Wird die Stellung des Vierwege-Doppelanwahlventils 30 verändert und die Drücke P1 und P2 des ersten Drucksensors 34 bzw. des zweiten Drucksensors 36 verglichen, während durch die Pumpe 20 Fluide durch das System gepumpt werden, kann die richtige Stellungsinformation des Vierwege- Doppelanwahlventils 30 identifiziert werden. If the position of the four-way dual selection valve 30 is changed and the pressures P1 and P2 of the first pressure sensor 34 and the second pressure sensor 36 compared, while through the pump 20 fluids through the system can be pumped, the correct position information of the four-way dual selection valve 30 can be identified.
Gleichzeitig kann über einen solchen Druckvergleich auch die Funktionstüchtigkeit des ersten Drucksensors 34 und des zweiten Drucksensors 36 überprüft werden. At the same time, the functionality of the first pressure sensor 34 and the second pressure sensor 36 can be checked via such a pressure comparison.
Auch die Lichtquelle 42 wird über eine Lichtfunktionsüberwachungseinrichtung 90 auf ihre Funktionstüchtigkeit überwacht. Dies wird zum einen über eine Energieverbrauchsmesseinrichtung 92 durchgeführt, die anzeigt, ob die Lichtquelle 42 prinzipiell funktioniert. Gleichzeitig gibt die Lichterfassungsein- richtung 44 Daten darüber aus, wie stark sie illuminiert wird. Aus diesen Daten kann zurückgeschlossen werden, wie viele Photonen die Lichtquelle 42 abgibt. Daraus kann auf die Funktionalität der Lichtquelle 42 geschlossen werden. Umgekehrt kann natürlich daraus auch gleichzeitig die Lichterfassungseinrichtung 44 überprüft werden. The light source 42 is monitored by a light function monitoring device 90 for their functionality. This is done on the one hand via an energy metering device 92, which indicates whether the light source 42 works in principle. At the same time, the light-detecting device 44 outputs data on how much it is illuminated. It can be deduced from these data how many photons the light source 42 emits. It can be concluded that the functionality of the light source 42. Conversely, of course, the light detection device 44 can be checked from the same time.
Um allgemein die Temperatur in der Biosensorvorrichtung 10 zu überwachen, weist die Selbsttesteinrichtung 56 außerdem eine Temperaturüberwachungseinrichtung 94 auf. Weiter ist eine Leckerkennungseinrichtung 96 vorgesehen, die erkennt, ob es in der Fluidikvorrichtung 12 Defekte gibt, an denen die Fluide austreten. In order to generally monitor the temperature in the biosensor device 10, the self-test device 56 also includes a temperature monitor 94. Furthermore, a leak detection device 96 is provided which detects whether there are defects in the fluidic device 12 at which the fluids escape.
Die Fluidikvorrichtung 12 im gesamten kann dadurch auf Funktionalität geprüft werden, dass sämtliche andere Daten, die an allen anderen Bauelementen generiert worden sind, verglichen und zu Überprüfung herangezogen werden. Daraus kann geschlossen werden, ob und an welcher Stelle die Fluidikvorrichtung 12 eventuell eine Verstopfung aufweist. Die nachfolgenden beiden Tabellen zeigen zwei Beispiele, wie eine verstopfte Fluidikvorrichtung 12 erkannt werden kann, und dabei die Position der Verstopfung identifiziert werden kann. Tabelle 1 : Fall, bei dem die Fluidikvorrichtung 12 zwischen der Detektionskammer 88 und dem Abfall 46 verstopft ist. The fluidic device 12 as a whole can be tested for functionality by comparing and using all other data generated on all other components. From this it can be concluded whether and at which point the fluidic device 12 may possibly have a blockage. The following two tables show two examples of how to detect a clogged fluidic device 12, and thereby identify the position of clogging. Table 1: Case where the fluidic device 12 between the detection chamber 88 and the waste 46 is clogged.
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Tabelle 2: Fall, wenn die Fluidikvorrichtung 12 zwischen dem Vierwege- Doppelanwahlventil 30 und der Detektionskammer 88 verstopft ist. Bauelement Test StatusTable 2: Case when the fluidic device 12 between the four-way dual selection valve 30 and the detection chamber 88 is clogged. Device test status
Achtwegeventil 22 Initialisierung OK, Eight-way valve 22 Initialization OK,
Viskositätsmessung OK  Viscosity measurement OK
pH-Wert-Messung OK  pH measurement OK
Druckmessung/ OK  Pressure measurement / OK
Füllstandsmessung  level measurement
Pumpe 20 Durchflussmessung/ OK  Pump 20 Flow measurement / OK
Druckmessung  pressure measurement
Leistungsmessung OK  Power measurement OK
Durchflussmessein- Flussmessung/ OK  Flow measurement - flow measurement / OK
richtung 26 Viskositätsmessung Direction 26 Viscosity measurement
Flussmessung/Druckmessung Fehler  Flow measurement / pressure measurement error
Vierwege- Initialisierung OK  Four-way initialization OK
Doppelanwahlventil 30 Kanal/Druckmessung Fehler  Dual selection valve 30 channel / pressure measurement error
Drucksensoren 34, 36 Druckmessung Fehler, absoluter  Pressure sensors 34, 36 pressure measurement error, absolute
Druck P1 zu gering  Pressure P1 too low
LeckerkennungseinKein Warnsignal OK  Leak detection, no warning signal OK
richtung 96 direction 96
Lichtquelle 42 Photonenzahl bei Dunkelheit OK  Light source 42 Photon count in darkness OK
LichterfassungseinPhotonenzahl bei Dunkelheit OK  Light capture photon number at dark OK
richtung 44 direction 44
Datenerfassung 54 Initialisierung, Pumpe 20 OK Data acquisition 54 Initialisation, pump 20 OK
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
Biosensorvorrichtung biosensor
Fluidikvorrichtung  fluidic
Detektionseinrichtung  detection device
Leitung  management
Rückschlagventil  check valve
Pumpe  pump
Achtwegeventil  Eight-way valve
Gefäße  vessels
Durchflussmesseinrichtung  Flow meter
Luftblasensensor  Bubble sensor
Vierwege-Doppelanwahlventil  Four-way double valve selection
Differenzdruckmesseinrichtung  Differential pressure measuring device
erster Drucksensor first pressure sensor
zweiter Drucksensor second pressure sensor
Filter  filter
optische Detektionsvorrichtung optical detection device
Lichtquelle  light source
Lichterfassungseinrichtung  Light detecting means
Abfall  waste
Temperaturreguliereinrichtung  temperature regulating
Heizeinrichtung  heater
Kühleinrichtung  cooling device
Datenerfassung  data collection
Selbsttesteinrichtung  Self-testing device
Auswerteeinrichtung  evaluation
Software  software
Fluididentifikationseinrichtung  Fluid identification device
Leistungsmesseinrichtung  Power measurement device
Drehgeschwindigkeitsmesseinrichtung Rotation speed measuring device
Leitfähigkeitsmesseinrichtung Conductivity measuring device
pH-Wert-Messeinrichtung optische Detektionseinheit pH measuring device optical detection unit
Druckmesseinrichtung  Pressure measuring device
Füllstandsmesseinrichtung  Level measuring device
Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtun Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtun
Durchflussmesseinrichtung Flow meter
Druckmesseinrichtung  Pressure measuring device
Stellungsidentifikationseinrichtung Position identification device
FilterfunktionsüberwachungseinrichtungFilter function monitoring device
Detektionskammer detection chamber
Lichtfunktionsüberwachungseinrichtung Light function monitoring device
EnergieverbrauchsmesseinrichtungEnergy consumption measuring device
TemperaturüberwachungseinrichtungTemperature monitoring device
Leckerkennungseinrichtung Leak detection device

Claims

Patentansprüche claims
1 . Biosensorvorrichtung (10) zur Detektion von biologischen Partikeln mit einer Fluidikvorrichtung (12) zur Leitung von Fluiden in der Biosensorvorrichtung ( 0) und einer Detektionseinrichtung (14) zur Detektion der biologischen Partikel, wobei die Fluidikvorrichtung (12) wenigstens ein Fluidikelement und die Detektionseinrichtung ( 4) wenigstens ein Detektorelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Selbsttesteinrichtung (56) zum automatischen Testen des wenigstens einen Fluidikelements und/oder des wenigstens einen Detektorelements auf Funktionalität vorgesehen ist. 1 . A biosensor device (10) for detecting biological particles comprising a fluidic device (12) for conducting fluids in the biosensor device (0) and a detection device (14) for detecting the biological particles, the fluidic device (12) comprising at least one fluidic element and the detection device (12). 4) has at least one detector element, characterized in that a self-test device (56) is provided for automatically testing the at least one fluidic element and / or the at least one detector element for functionality.
2. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , 2. Biosensing device (10) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttesteinrichtung (56) wenigstens eine Testvorrichtung zum Testen des wenigstens einen Fluidikelements und/oder des wenigstens einen Detektorelements und eine Auswerteeinrichtung (58) aufweist, wobei die Auswerteeinrichtung (58) zum Empfangen von Testsignalen der Testvorrichtung ausgebildet ist. characterized in that the self-test device (56) comprises at least one test device for testing the at least one fluidic element and / or the at least one detector element and an evaluation device (58), wherein the evaluation device (58) is designed to receive test signals of the test device.
3. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 2, 3. biosensor device (10) according to claim 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Testvorrichtung und/oder das wenigstens eine Fluidikelement und/oder das wenigstens eine Detektorelement als USB-Bauelement ausgebildet sind und/oder dass USB- Verbindungen vorgesehen sind, über die das USB-Bauelement mit der Auswerteeinrichtung (58) verbunden ist. characterized in that the at least one test device and / or the at least one fluid element and / or the at least one detector element are designed as USB components and / or USB connections are provided, via which the USB component is connected to the evaluation device (58). connected is.
4. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (58) durch eine in einer Rechnereinheit zu ladende oder geladenen Software ausgebildet ist und/oder dass die Selbsttesteinrichtung (56) zum Starten durch einen Initialisierungsschritt der Software, insbesondere vor jeder Probenaufnahme, ausgebildet ist. 4. Biosensor device (10) according to one of claims 2 or 3, characterized in that the evaluation device (58) is formed by a software to be loaded or loaded in a computer unit and / or that the self-test device (56) for starting by an initialization step of Software, in particular before each sample recording, is formed.
5. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 5. biosensor device (10) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttesteinrichtung (56) zum Feststellen einer Betriebsstörung des wenigstens einen Fluidikelements und/oder des wenigstens einen Detektorelements ausgebildet ist und/oder dass die Selbsttesteinrichtung (56) dazu ausgebildet ist, beim Feststellen einer Betriebsstörung die Biosensorvorrichtung (10) abzuschalten. characterized in that the self-test device (56) is designed to detect a malfunction of the at least one fluidic element and / or the at least one detector element and / or that the self-test device (56) is designed to switch off the biosensor device (10) when a malfunction is detected.
6. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 6. biosensor device (10) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Detektionsfluid und/oder Rei- nigungsfluid zum Durchführen der Detektion in der Biosensorvorrichtung (10) und/oder zum Reinigen, insbesondere mehrere Detektions- und/oder Rein- gungsfluide, vorgesehen sind und/oder dass das wenigstens eine Fluidike- lement ein Anwahlventil, vorzugsweise ein Achtwegeventil (22), zum Anwählen wenigstens eines der Detektions- und/oder Reinigungsfluids ist. characterized in that at least one detection fluid and / or cleaning fluid for carrying out the detection in the biosensor device (10) and / or for cleaning, in particular a plurality of detection and / or cleaning fluid, are provided and / or that the at least one fluid - Lement is a selection valve, preferably a eight-way valve (22), for selecting at least one of the detection and / or cleaning fluid.
7. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 6, 7. Biosensing device (10) according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass als Fluidikelement oder als eines von mehreren Fluidikelementen wenigstens eine Pumpe (20), insbesondere eine Präzisionsmikropumpe, zum Pumpen der Detektions- und/oder Reinigungsfluide vorgesehen ist und/oder dass das Anwahlventil (22) die Pumpe (20) mit den Detektions- und/oder Reinigungsfluiden verbindet und/oder dass als Testvorrichtung oder als eine von mehreren Testvorrichtungen eine Fluididentifikati- onseinrichtung (62) zur Identifikation eines in einem überwachten Bereich vorhandenen Detektions- und/oder Reinigungsfluids vorgesehen ist. characterized in that as the fluidic element or as one of a plurality of fluidic elements at least one pump (20), in particular a precision micropump, for pumping the detection and / or cleaning fluids is provided and / or that the selection valve (22) the pump (20) with the Detection and / or cleaning fluids connects and / or that as a test device or as one of a plurality of test devices a fluid identification device (62) is provided for identifying a present in a monitored area detection and / or cleaning fluid.
8. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 7, 8. biosensor device (10) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Fluididentifikationseinrichtung (62) wenigstens eine Leistungsmesseinrichtung (64) zur Messung der Leistung der Pumpe (20) und/oder wenigstens eine Drehgeschwindigkeitsmesseinrichtung (66) für eine Pumpenachse und/oder zum Erfassen und Auswerten einer Drehgeschwindigkeits-/Leistungsverbrauchscharakteristik und/oder zum Be- rechnen einer Viskosität des von der Pumpe (20) gepumpten Detektions- und/oder Reinigungsfluids aus der Drehgeschwind igkeits- /Leistungsverbrauchscharakteristik und/oder dass die Fluididentifikationsein- richtung (62) wenigstens eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung (68) zur Messung der Leitfähigkeit des Detektions- und/oder Reinigungsfluids und/oder wenigstens eine pH-Wert-Messeinrichtung (70) zum Messen des pH-Wertes des Detektions- und/oder Reinigungsfluids und/oder wenigstens eine optische Detektionseinheit (72) zum Messen der optischen Dichte des Detektions- und/oder Reinigungsfluids aufweist. characterized in that the fluid identification device (62) comprises at least one power measuring device (64) for measuring the power of the pump (20) and / or at least one rotational speed measuring device (66) for a pump axis and / or for detecting and evaluating a rotational speed / power consumption characteristic and / or or for calculating a viscosity of the detection and / or cleaning fluid pumped by the pump (20) from the rotational speed / power consumption characteristic and / or the fluid identification device (62) at least one conductivity measuring device (68) for measuring the conductivity of the detection and / or or cleaning fluid and / or at least one pH value measuring device (70) for measuring the pH value of the detection and / or cleaning fluid and / or at least one optical detection unit (72) for measuring the optical density of the detection and / or cleaning fluid having.
9. Biosensorvorrichtung (10) nach einem Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluidikelement oder als eines von mehreren Fluidikelementen wenigstens ein Gefäß (24) zum Lagern der Detektions- und/oder Reinigungsfluide vorgesehen ist und/oder dass die Fluididentifikati- onseinrichtung (62) wenigstens eine Druck- und/oder Füllstandsmesseinrichtung (74, 76) zum Messen des Drucks und/oder des Füllstandes in dem Gefäß (24) aufweist und/oder dass die Fluididentifikationseinrichtung (62) zum Speichern des Testsignales der Druck- und/oder der Füllstandsmesseinrichtung ausgebildet ist. 9. biosensor device (10) according to any one of claims 7 or 8, characterized in that at least one vessel (24) for storing the detection and / or cleaning fluids is provided as the fluidic element or as one of a plurality of fluidic elements and / or that the fluididentifica- onseinrichtung (62) at least one pressure and / or level measuring device (74, 76) for measuring the pressure and / or the level in the vessel (24) and / or that the fluid identification means (62) for storing the test signal of the pressure and / or the level measuring device is formed.
10. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Testvorrichtung oder als eine von mehreren Testvorrichtungen eine Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtung (78) vorgesehen ist und/oder dass die Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtung (78) eine Durchflussmesseinrichtung (80) oder wenigstens eine von mehreren Durchflussmesseinrichtungen und/oder wenigstens eine Druckmesseinrichtung (82) aufweist und/oder die Leistungsmesseinrichtung (64) und/oder die Drehgeschwindigkeitsmesseinrichtung (66) umfasst. 10. Biosensor device (10) according to any one of claims 8 or 9, characterized in that as a test device or as one of a plurality of test devices, a pump function monitoring device (78) is provided and / or that the pump function monitoring device (78) comprises a flow meter (80) or at least one of a plurality of flow measuring devices and / or at least one pressure measuring device (82) and / or the power measuring device (64) and / or the rotational speed measuring device (66).
1 1 . Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 10, 1 1. Biosensing device (10) according to claim 10,
dass die Pumpenfunktionsüberwachungseinrichtung (78) zum Erfassen und Auswerten einer Leistungsverbrauchs-/Durchflussmengencharakteristik und/oder einer Drehgeschwindigkeits-/Durchflussmengencharakteristik und/oder einer Drehgeschwindigkeits-/Leistungscharakteristik und/oder einer Leistungsverbrauchs-/Druckcharakteristik und/oder einer Drehgeschwindig- keits-/Druckcharakteristik ausgebildet ist. in that the pump function monitoring device (78) detects and evaluates a power consumption / flow rate characteristic and / or a rotational speed / flow rate characteristic and / or a rotational speed / power characteristic and / or a power consumption / pressure characteristic and / or a Drehgeschwindig- keits- / pressure characteristic is formed.
12. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 12. Biosensor device (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (14) wenigstens einen Einlasskanal, insbesondere zwei Einlasskanäle, und wenigstens einen Auslasskanal, insbesondere vier Auslasskanäle je Einlasskanal aufweist und/oder dass als Detektorelement oder als eines von mehreren Detektorelementen ein Anwahlventil, insbesondere ein Vierwege-Doppelanwahlventil (30), vorgesehen ist, das je nach Stellung zum Verbinden der zwei Einlasskanäle mit den jeweils vier Auslasskanälen und/oder ein Filter (38) zum Herausfiltern der biologischen Partikel aus der Probe zwecks Detektion ausgebildet ist und/oder dass als Testvorrichtung oder als eine von mehreren Testvorrichtungen eine Stellungsidentifikationsvorrichtung (84) zum Identifizieren der Stellung des Vierwege-Doppelanwahlventils (30) und/oder Filterfunktionsüberwachungseinrichtung (86) zum Überwachen des Filters (38) vorgesehen ist. characterized in that the detection device (14) has at least one inlet channel, in particular two inlet channels, and at least one outlet channel, in particular four outlet channels per inlet channel and / or that as a detector element or as one of a plurality of detector elements, a selection valve, in particular a four-way double selection valve (30 ), which is designed depending on the position for connecting the two inlet channels with the respective four outlet channels and / or a filter (38) for filtering out the biological particles from the sample for the purpose of detection and / or as a test device or as one of several Test devices, a position identification device (84) for identifying the position of the four-way double selection valve (30) and / or filter function monitoring device (86) for monitoring the filter (38) is provided.
13. Biosensorvorrichtung (10) nach Anspruch 12, 13. Biosensing device (10) according to claim 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttesteinrichtung (56) wenigstens eine Differenzdruckmesseinrichtung (32) zum Messen eines Differenzdrucks vor und hinter einem zu überwachenden Element aufweist und/oder dass die Filterfunktionsüberwachungseinrichtung (86) die Differenzdruckmesseinrichtung (32) oder eine von mehreren Differenzdruckmesseinrichtungen umfasst und/oder dass die Stellungsidentifikationsvorrichtung (84) die Differenzdruckmesseinrichtung (32) oder eine von mehreren Differenzdruckmessein- richtungen zum Messen eines Differenzdruckes zwischen dem Bereich vor dem Filter (38) und dem Bereich hinter dem Filter (38), die sich gegenüberliegen, aufweist und/oder dass die Differenzdruckmesseinrichtung (32) wenigstens einen ersten Drucksensor (34) zum Messen eines Druckes P1 über dem Filter, insbesondere einen ersten und einen zweiten Drucksensor (36) zum Messen zweier Drücke P1 und P2 der sich gegenüberliegenden Bereiche des Filters, aufweist und/oder dass die Stellungsidentifikationsvorrich- tung (84) zum Erfassen des Druckes P1 des ersten Drucksensors (32) und/oder zum Erfassen des Druckes P2 des zweiten Drucksensors (34) und/oder zum Berechnen des Differenzdrucks aus den Drücken P1 und P2 und/oder zum Speichern der ermittelten Daten ausgebildet ist und/oder dass die Auswerteeinrichtung (58) zum Erfassen und Auswerten einer Differenz- druck-/Ventilstellungscharakteristik ausgebildet ist. characterized in that the self-test device (56) comprises at least one differential pressure measuring device (32) for measuring a differential pressure in front of and behind an element to be monitored and / or that the filter function monitoring device (86) comprises the differential pressure measuring device (32) or one of a plurality of differential pressure measuring devices and / or in that the position identification device (84) has the differential pressure measuring device (32) or one of a plurality of differential pressure measuring devices for measuring a differential pressure between the area in front of the filter (38) and the area behind the filter (38) facing each other, and / or the differential pressure measuring device (32) at least one first pressure sensor (34) for measuring a pressure P1 above the filter, in particular a first and a second pressure sensor (36) for measuring two pressures P1 and P2 of the opposing regions of the filter, and / or that the position identification device (84) for detecting the pressure P1 of the first pressure sensor (32) and / or for detecting the pressure P2 of the second pressure sensor (34 ) and / or for calculating the differential pressure from the pressures P1 and P2 and / or for storing the determined data is formed and / or that the evaluation device (58) is designed for detecting and evaluating a differential pressure / valve position characteristic.
14. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Detektorelement oder als eines von mehreren Detektorelementen wenigstens eine optische Detektionsvorrichtung (40) vorgesehen ist und/oder dass die optische Detektionsvorrichtung (40) wenigstens eine Lichtquelle (42), insbesondere eine lichtemittierenden Diode (LED) aufweist und/oder dass als Testvorrichtung oder als eine von mehreren Testvorrichtungen eine Lichtfunktionsüberwachungseinrichtung (90) zum Testen der Lichtquelle (42) auf Funktion vorgesehen ist und/oder dass die Lichtfunktionsüberwachungseinrichtung (90) eine Energieverbrauchsmesseinrichtung (92) zum Messen des Energieverbrauchs der Lichtquelle (42) und/oder wenigstens eine Lichterfassungseinrichtung (44), insbesondere einen Photomultiplier (PMT), aufweist und/oder dass die Lichtfunktionsüberwachungseinrichtung (90) dazu ausgebildet ist, den Energieverbrauch der Lichtquelle (42) mit einem Testsignal der Lichterfassungseinrichtung (44) in Abhängigkeit zu setzen und/oder die ermittelten Daten zu speichern. 14. Biosensor device (10) according to one of claims 2 to 13, characterized in that at least one optical detection device (40) is provided as the detector element or as one of a plurality of detector elements and / or that the optical detection device (40) at least one light source (42 ), in particular a light emitting diode (LED), and / or that a light function monitoring device (90) for testing the light source (42) is provided as a test device or as one of a plurality of test devices and / or that the light function monitoring device (90) comprises an energy meter ( 92) for measuring the energy consumption of the light source (42) and / or at least one light detection device (44), in particular a photomultiplier (PMT), and / or that the light function monitoring device (90) is adapted to the energy consumption of the light source (42) a test signal of the Lichtseinseinseinr (44) depending on set and / or store the data obtained.
15. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der voranstehende Ansprüche, 15. Biosensing device (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Biosensorvorrichtung (10) wenigstens eine Probenaufnahmevorrichtung zur Probenaufnahme aus Trinkwasserleitungen aufweist und/oder dass die Probenaufnahmevorrichtung wenigstens eine Sicherheitseinrichtung zur Vermeidung der Kontamination von Trinkwasser und/oder ein Rückschlagventil aufweist, das als Sicherheitseinrichtung gebildet ist. characterized in that the biosensor device (10) has at least one sample receiving device for sample intake from drinking water pipes and / or that the sample receiving device has at least one safety device for preventing the contamination of drinking water and / or a check valve, which is formed as a safety device.
16. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 16. Biosensing device (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttesteinrichtung (56) wenigstens eine Temperaturüberwachungseinrichtung (94) zum Überwachen der Temperatur in der Biosensorvorrichtung (10) aufweist und/oder dass wenigstens eine Temperaturreguliereinrichtung (48) zum Regulieren der Temperatur in der Biosensorvorrichtung (10) vorgesehen ist und/oder dass die Temperaturreguliereinrichtung (48) mit einer Heiz (50)- und/oder einer Kühleinrichtung (52) zum Heizen und/oder Kühlen der Biosensorvorrichtung (10) gebildet ist. characterized in that the self-test device (56) has at least one temperature monitor (94) for monitoring the temperature in the biosensor device (10) and / or at least one temperature regulator (48) is provided for regulating the temperature in the biosensor device (10) and / or that the temperature regulating device (48) is formed with a heating (50) and / or a cooling device (52) for heating and / or cooling the biosensor device (10).
17. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 17. Biosensing device (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttesteinrichtung (56) wenigstens eine Leckerkennungseinrichtung (96) zum Erkennen von Beschädigungen der Fluidikvorrichtung (12) und/oder eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung aufweist, die als Leckerkennungseinrichtung ausgebildet ist. characterized in that the self-test device (56) has at least one leak detection device (96) for detecting damage to the fluidic device (12) and / or a conductivity measuring device which is designed as a leak detection device.
18. Biosensorvorrichtung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche, 18. Biosensor device (10) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Selbsttesteinrichtung (56) wenigstens eine Datenerfassung (54), insbesondere eine elektronische Datenerfassung (54), zum Erfassen aller Daten und Signale, insbesondere Testsignale, die in der Selbsttesteinrichtung (56) generiert werden, aufweist. characterized in that the self-test device (56) at least one data acquisition (54), in particular an electronic data acquisition (54), for detecting all data and signals, in particular test signals, which are generated in the self-test device (56).
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