DE102004042729B4

DE102004042729B4 - Bio-Chip mit einem Elektrodenarray auf einem Substrat

Info

Publication number: DE102004042729B4
Application number: DE102004042729.1A
Authority: DE
Inventors: Franz Laermer; Heinz Eisenschmid; Michael Stumber; Marko Rocznik; Dick Scholten
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2024-09-04
Also published as: FR2875007A1; DE102004042729A1; US20060105449A1; FR2875007B1; ITMI20051622A1

Abstract

Bio-Chip (1) mit einem Elektrodenarray (2) auf einem Substrat (5) zur elektrischen, insbesondere kapazitiven Detektion von biochemischen Molekülen, wobei Elektroden (E1, E2) des Elektrodenarrays (2) jeweils aber einen elektrischen Leiter (10) durch das Substrat (5) hindurch mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktfläche (15) verbunden sind und die Kontaktflächen (15) auf der dem Elektrodenarray (2) abgewandten Seite (20) des Substrates (5) angeordnet sind und auf dieser Seite (20) die äußerste Ebene des Substrates (5) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (E1, E2) auf einer ersten Isolationsschicht (39) aus Si-Oxid angeordnet oder innerhalb der ersten Isolationsschicht (3) eingebettet sind, wobei die Kontaktflächen (15) und das Substrat (5) durch eine zwischen ihnen angeordnete zweite Isolierungsschicht (35) aus Si-Oxid voneinander getrennt sind und die Leiter (10) durch eine Seitenwandpassivierung aus einem Oxid von dem Substrat (5) elektrisch isoliert sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Bio-Chip mit einem Elektrodenarray auf einem Substrat zur elektrischen, insbesondere kapazitiven Detektion von biochemischen Molekülen und Verfahren zur Herstellung eines solchen Bio-Chips. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bio-Chips.
Zum Nachweis von biochemischen Molekülen werden derzeit überwiegend optische Methoden, insbesondere Fluoreszenzmethoden, eingesetzt. An die zu detektierenden Moleküle werden dabei in einem Vorgang, der Farbstoffmarkierung genannt wird, auf chemischen Wege fluoreszierende Moleküle angehangt. Damit sind die zu detektierenden Moleküle mit fluoreszierenden Molekülen gekennzeichnet oder „gelabelt”. Werden solche Moleküle mit UV- oder sichtbarem Licht bestrahlt, absorbieren sie Energie aus dem Licht und geraten in einen elektronisch angeregten Zustand. Über einen oder mehrere Übergänge von höheren Energieniveaus zurück zu niedrigeren Zuständen gelangen sie wieder in ihren elektronischen Grundzustand, wobei sie das sogenannte Fluoreszenz-Licht mit einer bestimmten Wellenlänge emittieren. Entsprechend werden sie auch als Farbstoffmoleküle bezeichnet. Mittels eines Fluoreszenzmikroskops kann das emittierte Licht des Farbstoffmoleküls detektiert werden, und damit letztlich die biochemischen Moleküle, die mit den Farbstoffmolekülen markiert worden sind.
Obwohl solche optische Methoden eine hohe Empfindlichkeit aufweisen, sind sie für eine breite Massenanwendung nicht optimal. Die Apparaturen, die für eine optische Detektion notwendig sind, sind relativ kompliziert und kostspielig, und die richtige Bedienung erfordert speziell geschultes Personal. Weiter sind sie typischerweise schwer und lassen sich nur stationär in einem Labor installieren. Gerade bei Untersuchungen, bei denen mehrere, etwa Hunderte oder gar Tausende von biologische Proben mit biochemischen Molekülen in Parallelmessungen überprüft werden müssen, besteht der Bedarf nach einer einfacheren Detektionsmethode.
Möglichkeiten einer nicht-optischen Detektion von biochemischen Molekülen sind beispielsweise aus DE 199 16 921 A1 bekannt. In dieser Schrift wird ein Chip mit einem elektrischen Sensorarray vorgestellt, bei dem auf einem planaren Träger mindestens paarweise Ultramikroelektroden in einer Rasterform, ähnlich dem Muster auf einem Schachbrett, angeordnet sind. Wird eine Lösung mit den Analytmolekülen, d. h. mit den zu detektierenden biochemischen Molekülen, auf die Elektroden aufgebracht, dann kann der Nachweis der Analytmoleküle über elektrische Messungen erbracht werden. Zu den bekannten elektrischen Methoden zahlen voltametrische und impedimetrische Detektionsverfahren wie Redox-Recycling oder Impedanzmessungen. Sind beim Redox-Recycling-Verfahren noch die Analytmoleküle mit bestimmten Enzymen anzuhängen, können bei Impedanzmessungen auch markierungsfreie Analytmoleküle nachgewiesen werden. Bei einer Anlagerung von Analytmolekülen ändert sich die Impedanz zwischen den Elektroden. Sie ist eine verlustbehaftete Kapazität, die mit Wechselspannung gemessen und nach Real- und Imaginärteil aufgelöst werden kann.
Um elektrische Messungen durchführen zu können, wird in der oben genannten Schrift vorgeschlagen, die Elektroden durch direkte metallische Leiterbahnen unter einer Isolationsschicht zu individuellen Kontaktflächen zu leiten. Die Kontaktflächen sind dabei auf der Oberseite, d. h. auf der gleichen Seite wie die Elektroden, und gleichzeitig am Rande des Chips angeordnet und bieten die Möglichkeit eines elektrischen Anschlusses zu einer externen Auswerteelektronik. Weiter wird vorgeschlagen, zur individuellen Auslesung der einzelnen Positionen des Sensorarrays zusätzliche elektronische Elemente wie Transistoren, Dioden, Widerstände und andere übliche elektronische Komponenten positionsbezogen in den Chips zu integrieren.
Bedenkt man, dass die Chips üblicherweise immer nur einmal verwendet und danach entsorgt werden, damit bei einer nachfolgenden Benutzung keine Verfälschungen durch nach der ersten Messung eventuell verbliebenen Reste auftreten können, dann kann die im Stand der Technik vorgestellte Ausführung des Bio-Chips hinsichtlich einer einfacheren und effizienteren Bedienung hier noch verbessert werden.
Aus DE 197 08 529 C1 , DE 100 15 818 A1 und US 6,602,400 B1 sind jeweils Bio-Sensoren zur elektrischen Sensierung von Bio-Molekülen mit Hilfe eines Elektrodenarrays bekannt.
Aus WO 99/63596 A1 ist ebenfalls ein Bio-Sensor zur elektrischen Sensierung von Bio-Molekülen bekannt.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Bio-Chip mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass eine leichtere Bedienbarkeit mit geringer Fehleranfälligkeit errreicht wird. Insbesondere wird durch die Erfindung ein vereinfachtes und zuverlässiges Konzept zur Kontaktierung der zahlreichen Elektroden des Elektrodenarrays mit einer externen Auswerteelektronik bereitgestellt. Weiter wird durch erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, auf eine einfache und kostengünstige Weise den Bio-Chip herzustellen.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Bio-Chips sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform des Bio-Chips im Querschnitt,
2 und 3 eine zweite bzw. eine dritte Ausführungsform des Bio-Chips im Querschnitt,
4a und 4b eine vierte Ausführungsform des Bio-Chips vor vor bzw. nach seiner Fertigstellung im Querschnitt,
5 eine fünfte Ausführungsform des Bio-Chips im Querschnitt,
6a, 6b und 6c eine erste, zweite bzw. dritte Ausführungsform der Elektroden des Elektrodenarrays jeweils in Draufsicht, und
7a bis 7d ein Herstellungsverfahren des Bio-Chips jeweils im Querschnitt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Zunächst wird der Aufbau und danach das Funktionsprinzip eines erfindungsgemäßen Bio-Chips erläutert. Der in 1 im Querschnitt dargestellte Bio-Chip 1 weist auf einem Substrat 5 ein Elektrodenarray 2, d. h. eine rasterförmige Anordnung von Elektroden E1, E2, zur elektrischen Detektion von biochemischen Molekülen auf. Während die Elektroden E1, E2 aus Gold oder Aluminium oder aus einem anderen elektrisch leitfähigen Material gebildet sind, besteht das Substrat 5 in 1 aus Silizium. Zur gegenseitigen Isolierung ist zwischen dem Substrat 5 aus Silizium und den Elektroden E1, E2 eine erste Isolationsschicht 3, insbesondere Si-Oxid, angeordnet. Im Kontrast zu den Ausführungen aus dem Stand der Technik sind die Elektroden E1, E2 des Elektrodenarrays 2 jeweils über einen elektrischen Leiter 10 durch das Substrat 5 hindurch mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktfläche 15 verbunden, wobei die Kontaktflächen 15 auf der dem Elektrodenarray 2 abgewandten Seite 20 angeordnet sind und auf dieser Seite 20 die äußerste Ebene des Bio-Chips 1 bilden. Diese dem Elektrodenarray 2 abgewandte Seite 20 wird als Rückseite des Bio-Chips 1 definiert. Bevorzugt bestehen die elektrischen Leiter 10 und die Kontaktflächen 15 aus dem selben Material wie die Elektroden E1, E2, im vorliegenden Beispiel also aus Gold oder Aluminium. Weiter sind die Kontaktflächen 15 und das Substrat 5 durch eine zwischen ihnen angeordnete zweite Isolierungsschicht 35 voneinander getrennt. Schließlich sind auch die Leiter 10 durch eine Seitenwandpassivierung aus einem Oxid vom dem Substrat 5 elektrisch isoliert.
Um mit dem oben beschriebenen Bio-Chip 1 biochemische Moleküle detektieren zu können, müssen diese Molekule zunächst auf dem Elektrodenarray 2 gebunden, d. h. immobilisiert werden. Dabei ist es zu gewährleisten, dass nur die gesuchte Zielsubstanz an den einzelnen Elektroden E1, E2 festgehalten wird, aber alle anderen Moleküle beispielsweise bei einem Reinigungsschritt weggespült werden. Deshalb wendet man ein hochselektives „Schlüssel-Schloss-Prinzip” an. Das Kernstück aller biologischen Substanzen sind DNA-Ketten (Desoxyribonukleinäuren). In einer Doppelhelix stehen sich als Grundbausteine jeweils zwei komplementäre Aminosäuren gegenüber – entweder Adenin und Thymin oder Cytosin und Guanin. Für jede Position in der Kette stehen also vier verschiedene Möglichkeiten zur Auswahl. Um die biochemischen Moleküle mit den DNA-Strängen an die Elektroden E1, E2 zu binden, bringt man auf deren Oberfläche so genannte Fängermoleküle an – kürzere DNA-Ketten mit einer genau komplementären Abfolge zu der, die man abfragen will. In diesem Zusammenhang spricht man auch von einem Rezeptor-Ligand-System. Enthalten nun die biochemischen Moleküle, die typischerweise in Probenlösungen 4 gelöst auf die Elektroden E1, E2 aufgetropft oder auf eine andere Weise aufgebracht werden, auf ihrer DNA-Kette ein Teilstück, das auf das Fängermolekül passt, dann lagert es sich daran an – es „hybridisiert”.
Die eben geschilderte Hybridisierungsreaktion kann nun nachgewiesen werden, in dem man die dadurch hervorgerufene Änderung der elektrischen Impedanz zwischen den Elektroden E1 und E2 misst. Für diese Messung sind die Elektroden E1, E2 elektrisch mit einer Auswerteelektronik, typischerweise angeordnet in einem externen Messgerät, zu verbinden. Da die Elektroden E1, E2 erfindungsgemäß jeweils über einen Leiter 10 durch das Substrat 5 hindurch mit einer Kontaktfläche 15 auf der Rückseite des Bio-Chips 1 verbunden sind, kann ihre Kontaktierung bequem von der Rückseite her erfolgen. Dadurch wird offensichtlich vermieden, dass die Kontaktierung der zahlreichen Kontaktflächen 15 mit elektrischen Anschlussstellen externer Auswerteelektronik auf der gleichen Seite des Bio-Chips 1 durchgeführt werden muss, auf der auch die Elektroden E1, E2 angeordnet sind. Damit nicht aus Versehen beim Versuch der Kontaktierung das Elektrodenarray 2, die Analytmoleküle oder andere empfindliche Stellen auf der Vorderseite beschädigt werden, muss man während der Kontaktierung beim Stand der Technik mit großer Sorgfalt vorgehen, was natürlicherweise eine höhere Zeit in Anspruch nimmt. Dieser Aufwand ist gerade bei einem Chip, der wie bereits geschildert nur einmal genutzt und danach entsorgt wird, in der Praxis sehr störend. Hingegen sorgen erfindungsgemäß die Kontaktflächen 15 auf der Rückseite 20 des Bio-Chips 1 für ihre schnelle und leichtere Kontaktierung mit einer Auswerteelektronik.
Bei einer zweiten Ausführungsform des Bio-Chips 1 sind die Elektroden E1, E2 nicht auf der ersten Isolierungsschicht 3 angeordnet, sondern wie die 2 zeigt, innerhalb der ersten Isolierungsschicht 3 eingebettet und somit von der Umgebung isoliert. Üblicherweise erfolgt in dieser Ausführung noch eine biokompatible organische Beschichtung der Isolierungsschicht 3, bevor die Rezeptormoleküle immobilisiert werden. Dabei kann die erste Isolierungsschicht 3 bei einer dritten Ausführungsform wie in 3 dargestellt, Vertiefungen oder Erhebungen oder eine andere regelmäßige Struktur 7 aufweisen, wodurch voneinander getrennte Messbereiche 25 ausgebildet werden. Die regelmäßige Struktur 7 definiert dadurch Messbereiche 25 genau in ihrer Form und Größe, und verhindert zusätzlich, dass die Probenlösungen 4 von benachbarten Messbereichen 25 vermischt werden. Pro Messbereich 25 sind zwei Elektroden E1, E2 zugeordnet. Die Pfeile zwischen den Elektroden E1 und E2 in 3 zeigen den Feldlinienverlauf an. Offensichtlich verlaufen die Feldlinien während einer Messung durch die Probenlösung 4 mit den Analytmolekülen. Natürlich kann die erste Isolierungsschicht 3 auch dann eine regelmäßige Struktur 7 aufweisen, wenn die Elektroden E1, E2 nicht in ihr eingebettet, sondern wie in 1 auf ihr angeordnet ist.
Ausgehend von der dritten Ausführungsform des Bio-Chips 1 gelangt man zu einer vierten Ausführungsform, wenn zusätzlich eine gemeinsame Gegenelektrode E für die Elektroden E1, E2 vorgesehen ist, die auf die regelmäßige Struktur 7 aufgesetzt wurde. 4a zeigt den Bio-Chip 1 mit der Gegenelektrode E vor und 4b nach seiner Fertigstellung. In bestimmten Fällen, abhängig vom Verhältnis der Dielektrizitätskonstanten der Analytmoleküle und der ersten Isolationsschicht 3, kann es nämlich vorteilhaft sein, die Kapazität über eine gemeinsame Gegenelektrode E zu bestimmen, wobei bei der Messung die Probenlösung 4 mit den Analytmolekülen zwischen der Gegenelektrode E und den Elektroden E1, E2 angeordnet ist. Dadurch kann der Abstand zwischen den Elektroden E1 und E2 vergrößert werden, und folglich verringert sich die durch die Elektroden E1 und E2 verursachte parasitäre Kapazität. Zudem kann die Dicke der ersten Isolationsschicht 3 dünner ausgebildet werden. Während der Messung kann das Potential auf der Gegenelektrode E zwischen dem von Elektrode E1 und dem von Elektrode E2 liegen. Zur Verdeutlichung sind in 4b wiederum die Feldlinien als Pfeile zwischen den Elektroden E1, E2 und der Gegenelektrode E eingezeichnet. Diese Ausführungsform hat weiter den Vorteil, dass damit besonders einfach eine differentielle Auslesung realisiert werden kann. Hierfür wird die Elektrode E1, oder bei einer eingebetteten Elektrode die entsprechende Stelle, mit einer aktiven Rezeptorschicht präpariert, während die Elektrode E2 oder die entsprechende Stelle mit einer inaktiven Referenzschicht präpariert wird. Wichtig ist dabei, dass Rezeptorschicht und Referenzschicht den gleichen Wert an relativer Dielektrizitätskonstante aufweisen. Nun ist eine elektronische Auswertung nach Art einer Differentialkondensatoranordnung möglich.
Weiter kann die Gegenelektrode E elektrisch leitend mit der biologischen Probenlösung verbunden sein, vorzugsweise wenn potentiometrische Messungen vorgesehen sind. Sie kann dann als Referenzelektrode dienen.
Eine fünfte Ausführungsform des Bio-Chips 1 zeigt 5, bei der wiederum eine gemeinsame Gegenelektrode E für alle Elektroden E1 aus dem Elektrodenarray 2, jedoch pro Messbereich 25 jeweils nur eine Elektrode E1 vorgesehen ist. Der Anordnung nach wird ein Plattenkondensator gebildet. Die Messung bestimmt also nur die Kapazität des von Gegenelektrode E und Elektrode E1 gebildeten Kondensators mit der Lösung als Dielektrikum.
Die Elektroden E1, E2 selbst können verschiedene Formen aufweisen. Je nach Anwendung und Bedarf sind die Elektroden E1, E2 wie in 6a, 6b und 6c in Draufsicht dargestellt, beispielsweise als interdigitale Kamm-Elektroden 27, kreisförmige Bänder 28 oder punktförmige Elektroden 29 ausgebildet.
Nun wird ein erstes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bio-Chips 1 mit Hilfe der 7a bis 7d erläutert. Ausgangsmaterial ist ein Substrat 5 aus Silizium, auf welchem eine erste Isolationsschicht 3, vorzugsweise aus Siliziumoxid, abgeschieden wird. Weiter wird eine Metallschicht, vorzugsweise aus Gold, auf die erste Isolationsschicht 3 aufgebracht und zu Elektroden E1, E2 strukturiert. Wahlweise kann die erste Isolationsschicht 3 durch eine Zusatzschicht 4 ergänzt, d. h. verdickt und danach strukturiert werden. Das Material der Zusatzschicht 4 ist gleich dem Material der dadurch verdickten ersten Isolationsschicht 3. Auf der den Elektroden E1, E2 abgewandten Seite 20 des Si-Substrates wird eine zweite Isolationsschicht 35, vorzugsweise aus Siliziumoxid, gebildet und zur Bildung von Offnungen 40 strukturiert.
Gemäß 7b werden über die Öffnungen 40 Gräben 45 durch das Si-Substrat hindurch bis zu den Elektroden E1, E2 gebildet. Zur Schaffung der tiefen Gräben 45 wird das anisotrope Ätzverfahren nach DE 42 41 045 C1 angewendet, wonach der Ätzvorgang vorzugsweise in separaten, jeweils alternierend aufeinanderfolgenden Ätz- und Polymerisationsschritten getrennt durchgeführt wird. Dabei werden auch Teile der ersten Isolationsschicht 3 entfernt. Die Seitenwände der Gräben werden dann durch ein Oxid 50 passiviert.
Schließlich wird, wie die 5c zeigt, zur Bildung von elektrischen Leitern 10 und Kontaktflächen 15 zuerst eine Maskierungsschicht 55 und danach ein Metall auf die den Elektroden E1, E2 abgewandten Seite 20 des Si-Substrates abgeschieden. Die Abscheidung des Metalls kann durch einen Sputter-Vorgang oder auch galvanisch erfolgen. Das Metall selbst ist bevorzugt aus dem gleichen Material wie die Elektroden E1, E2.
In der 5d ist der fertige Bio-Chip 1 nach Entfernung der Maskierungsschicht 55 dargestellt. Mit dem vorgestellten Verfahren ist es möglich, einen Bio-Chip 1 mit rückseitenkontaktierbaren Elektroden E1, E2 kostengünstig herzustellen.
Der erfindungsgemäße Bio-Chip 1 kann grundsätzlich ein Substrat 5 nicht nur aus Silizium, sondern auch aus Glas oder aus einem Kunststoffmaterial aufweisen. Der Begriff „Chip” wird im Bereich der Biosensorik im allgemeinen nicht beschränkt auf ein Silizium-Substrat. Unter einem Bio-Chip wird allgemein ein dünner Träger verstanden, auf dem viele verschiedene biologische Proben an bestimmten Stellen eines Rasters angeordnet sind. In der Literatur werden neben den Begriff „Bio-Chip” je nach Ausführungsform und Analyseprinzip auch Bezeichnungen wie „Mikroarray”, „DNA-Chip”, „Protein-Chip”, „Genome-Chip”, „Gene-Chip” oder „Gene array” gebraucht. Die in dieser Schrift genutzte Bezeichnung „Bio-Chip” ist als Oberbegriff zu verstehen.
Wird als Substrat 5 des Bio-Chips 1 ein Kunststoffmaterial ausgewählt, erfolgt die Strukturierung des Bio-Chips 1 mittels einer Abformtechnik. Wahlweise kann das Substrat 5 einen Teil eines Gehäuses für den Bio-Chip 1 einschließen. Das Gehäuse kann als ein stabiler Chip-Träger fungieren und insbesondere beim Transport und Kontaktierung mit einer Auswerteelektronik eine zuverlässige Handhabung und Bedienung ermöglichen. Die Metallisierung des Bio-Chips 1 wird dann vorzugsweise in MID-Technik („molded interconnect device”-Technik) durchgeführt, so dass erfindungsgemäß Elektroden E1, E2 eines Elektrodenarrays 2 gebildet werden, die jeweils über einen elektrischen Leiter 10 durch das Substrat 5 hindurch mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktfläche 15 verbunden sind, wobei die Kontaktflächen 15 auf der dem Elektrodenarray 2 abgewandten Seite 20 des Substrates 5 angeordnet sind und auf dieser Seite 20 die äußerste Ebene des Substrates 5 bilden.
Um eine gute sowie passgenaue Kontaktierung der Kontaktflächen 15 des Bio-Chips 1 mit einer Auswerteelektronik zu erleichtern und sicherzustellen, wird vorgeschlagen, die externe Auswerteelektronik mit einer Anordnung von elektrischen Kontaktstellen wie beispielsweise einen Kontaktkopf, eine Nadelspinne oder Federstiften zu versehen. Dabei stimmt die Anordnung der elektrischen Kontaktstellen der Auswerteelektronik mit der von Kontaktflächen 15 des Bio-Chips 1 derart überein, dass beim Zusammenfügen beider Anordnungen automatisch die richtigen Kontakte resultieren. Zuerst wird der Bio-Chip 1 durch ein Gehäuse oder eine Halterung lateral über den Kontaktstellen der Auswertelektronik positioniert. Durch eine kontrollierte vertikale Verschiebung des Bio-Chips 1 oder der Anordnung von elektrischen Kontaktstellen der Auswerteelektronik. wird der elektrische Kontakt zwischen ihnen hergestellt. Diese einfache und schnelle Kontaktierung wird erst ermöglicht durch den rückseitenkontaktierbaren Bio-Chip 1.

Claims

Bio-Chip (1) mit einem Elektrodenarray (2) auf einem Substrat (5) zur elektrischen, insbesondere kapazitiven Detektion von biochemischen Molekülen, wobei Elektroden (E1, E2) des Elektrodenarrays (2) jeweils aber einen elektrischen Leiter (10) durch das Substrat (5) hindurch mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktfläche (15) verbunden sind und die Kontaktflächen (15) auf der dem Elektrodenarray (2) abgewandten Seite (20) des Substrates (5) angeordnet sind und auf dieser Seite (20) die äußerste Ebene des Substrates (5) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (E1, E2) auf einer ersten Isolationsschicht (39) aus Si-Oxid angeordnet oder innerhalb der ersten Isolationsschicht (3) eingebettet sind, wobei die Kontaktflächen (15) und das Substrat (5) durch eine zwischen ihnen angeordnete zweite Isolierungsschicht (35) aus Si-Oxid voneinander getrennt sind und die Leiter (10) durch eine Seitenwandpassivierung aus einem Oxid von dem Substrat (5) elektrisch isoliert sind.
Bio-Chip (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolationsschicht (3) Vertiefungen oder Erhebungen oder eine andere regelmäßige Struktur (7) aufweist, wodurch voneinander getrennte Messbereiche (25) ausgebildet werden.
Bio-Chip (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Gegenelektrode (E) für die Elektroden (E1, E2) vorgesehen ist, die auf der regelmäßigen Struktur (7) aufgesetzt ist.
Bio-Chip (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass einem Messbereich (25) jeweils eine (E1) oder zwei Elektroden (E1, E2) zugeordnet sind.
Bio-Chip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (E1, E2) als interdigitale Kamm-Elektroden (27), kreisförmige Bänder (28) oder punktförmige Elektroden (29) ausgebildet sind.
Bio-Chip (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (5) aus einem Halbleitermaterial wie Silizium besteht.
Verfahren zur Herstellung eines Bio-Chips (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei – auf einem Si-Substrat eine erste Isolationsschicht (3) aus Si-Oxid abgeschieden wird, – auf die erste Isolationsschicht (3) eine Metallschicht, vorzugsweise aus Gold, aufgebracht und zu Elektroden (E1, E2) strukturiert wird, – wahlweise die erste Isolationsschicht (3) durch eine Zusatzschicht (4) verdickt und strukturiert wird, – auf der den Elektroden (E1, E2) abgewandten Seite (20) des Si-Substrates eine zweite Isolationsschicht (35) aus Si-Oxid gebildet und zur Bildung von Öffnungen (40) strukturiert wird, – über die Öffnungen (40) Gräben (45) durch das Si-Substrat hindurch bis zu den Elektroden (E1, E2) gebildet werden mittels eines anisotropen Ätzvorgangs, der vorzugsweise in separaten, jeweils alternierend aufeinanderfolgenden Ätz- und Polymerisationsschritten getrennt durchgeführt wird, – die Seitenwände der Gräben (45) durch ein Oxid (50) passiviert werden, und – zur Bildung von elektrischen Leitern (10) und Kontaktflächen (15) mit Hilfe einer zwischenzeitlichen Maskierungsschicht (55) ein Metall auf die den Elektroden (E1, E2) abgewandten Seite (20) des Si-Substrates abgeschieden wird.