Magnetische Durchflusszytometrie für hohen Probendurchsatz Die vorliegende Erfindung betrifft die magnetische Zelldetek ^¬ tion im Durchfluss.

Im Bereich der Zellmessung und Zelldetektion sind neben optischen Messverfahren, wie Streulicht- oder Fluoreszenzmessung, auch magnetische Detektionsverfahren bekannt, bei denen die zu detektierende Zellsorte mittels magnetischer Labels mar ^¬ kiert wird.

Insbesondere sind zur magnetbasierten Messung Verfahren bekannt, bei denen magnetisch markierte Zellen mittels Magne- tophorese aus einer komplexen Zellsuspension, z.B. einer Blutprobe, aussortiert werden. Dazu müsste diese komplexe Suspension erst dementsprechend aufbereitet werden, dass zu detektierenden Zellen daraus abgetrennt werden können. Die magnetische Markierung erfolgt insbesondere dadurch, dass zellspezifische Marker in die komplexe Zellprobe eingeführt werden. Magnetophorese wird bisher zur Sortierung von magnetisch markierten Zellen oder allgemein magnetischen Partikeln verwendet .

Im Bereich der magnetoresistiven Sensorik für Zelldetektion ist es aber auch möglich, magnetisch markierte Zellen in einer komplexen Suspension im Durchfluss dynamisch zu zählen. Dazu ist es wichtig, dass die Zellen vereinzelt nacheinander über den Sensor fließen und dass die magnetisch markierten Zellen in ausreichender Nähe zum magnetoresistiven Sensor über diesen hinweggeführt werden.

In einem magnetischen Durchflusszytometer werden markierte Zellen in einem Kanal daher oberflächennah über einen Magnetsensor transportiert. Die Nähe einer magnetisch markierten Zelle zum Sensor ist entscheidend, da das magnetische Streu ^¬ feld der magnetischen Marker, anhand dessen die markierte Zelle letztlich durch den Sensor detektiert wird, mit der dritten Potenz zum Abstand abfällt.

Um sicherzustellen, dass eine markierte Zelle den Sensor in unmittelbarer Nähe passiert, ist es grundsätzlich denkbar, den Durchmesser des Kanals, durch den die Zellprobe strömt, möglichst klein zu gestalten. D.h. im Extremfall ist der Ka ^¬ naldurchmesser gerade so groß, dass einzelne Zellen passieren können. Problematisch wirkt sich hierbei natürlich aus, dass die Anwesenheit von Verunreinigungen bzw. störenden Partikeln sehr schnell zu einer Verstopfung des Kanals führt.

Wird der Kanal dagegen größer ausgelegt, steigt auch die Wahrscheinlichkeit, dass einige markierte Zellen den Sensor außerhalb von dessen Reichweite passieren und somit nicht de ^¬ tektiert werden. Dem kann dadurch entgegen gewirkt werden, dass die magnetisch markierten Zellen am Sensor angereichert werden: Es hat sich gezeigt, dass sich eine möglichst lange Anreicherungsstrecke durch einen Mikrofluidikkanal von bis zu 1 cm Länge positiv darauf auswirkt, dass am Ende der Anrei ^¬ cherungsstrecke nahezu 100 % der magnetisch markierten Zellen aus der komplexen Suspension so am Kanalboden angereichert sind, dass eine Erfassung durch einen Magnetsensor möglich ist. Eine derart lange Anreicherungsstrecke auf einem Halb- leitersubstrat , auf welchem das magnetoresistive Bauteil aus ^¬ gebildet ist anzuordnen, führt jedoch zu einem hohen Aspektverhältnis des Substrats, welches neben hohen Kosten für die Gesamtfläche des Halbleitersubstrats, insbesondere für Sili ^¬ zium Dies, auch zu Problemen bei der Prozessierung im Her- stellungsprozess führt. Je höher die Geschwindigkeit des

Durchflusses und je höher die Zellkonzentration in der Probe, desto länger muss die Ausrichtungsstrecke gewählt werden, um zu einer ausreichend ausreichenden Anreicherung der magnetisch markierten Zellen zum Zeitpunkt des Sensorübertritts zu gewährleisten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur magnetischen Zelldetektion zu schaffen, die eine Verklei- nerung des Halbleiter-Chips bei Erhöhung des Probendurchsatzvolumens ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur magnetischen Durchflusszytometrie gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ein dazu ^¬ gehöriges Herstellungsverfahren wird in Patentanspruch 10 angegeben. Ein Verfahren zur magnetischen Zelldetektion wird in Patentanspruch 15 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur magnetischen Durchfluss- zytometrie umfasst einen magnetoresistiven Sensor auf einem Substrat und eine Anreicherungsstrecke. Dabei ist die Anrei ^¬ cherungsstrecke in einen ersten und zweiten Abschnitt aufge ^¬ teilt. Der zweite Abschnitt der Anreicherungsstrecke ist auf dem Substrat angeordnet, der erste Abschnitt der Anreiche ^¬ rungsstrecke ist neben dem Substrat auf einem Träger angeord ^¬ net, so dass die Anreicherungsstrecke über einen Rand des Substrats hinweg verläuft.

Um eine möglichst lange Anreicherungsstrecke auszubilden, oh ^¬ ne dafür das Halbleitersubstrat, auf dem der magnetoresistive Sensor aufgebaut ist, unnötig zu vergrößern, wird die Anrei ^¬ cherungsstrecke neben dem Substrat ausgebildet. Insbesondere teilen sich Anreicherungsstrecke und Substrat einen gemeinsa ^¬ men Träger, z.B. eine Leiterplatine. Auf diese Leiterplatine wird das Halbleitersubstrat mit dem Sensor aufgebracht, elektrisch angebunden und so in ein Package eingebracht, das die elektrischen Kontakte isoliert und vor Korrosion sowie vor mechanischer Beschädigung geschützt sind. Auf diesem Trägersubstrat, beziehungsweise auf dem Packaging-Material , das auf das Trägersubstrat aufgebracht ist, kann die Anreiche ^¬ rungsstrecke nun beliebig lang ausgeführt werden. Beispiels ^¬ weise kann die Anreicherungsstrecke mäanderförmig ausgestal ^¬ tet sein und in mehreren Bahnen die über Krümmungen verbunden sind, verlaufen, bis sie den Halbleiterchip mit dem Sensor erreicht. Insbesondere wird für die Ausbildung eine Durch ^¬ flusskammer, durch die eine Zellprobe fließen kann, das Pa- ckaging-Material verwendet. Das Packaging erfolgt insbesonde ^¬ re in einem Spritzgussverfahren, durch das eine Durchflusskammer hergestellt werden kann. Vorteilhafterweise umfasst die Anreicherungsstrecke magneti ^¬ sche Führungsstreifen, die insbesondere ferromagnetisch sind. Als ferromagnetisches Material für die Führungsstreifen kommt beispielsweise Nickel in Frage. Auch ferromagnetische Legie ^¬ rungen sind dazu einsetzbar.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Durchflusskammer, insbesondere ein Mikrofluidikkanal , so ent ^¬ lang der Anreicherungsstrecke ausgebildet, dass eine durch den Mikrofluidikkanal strömende magnetisch markierte Zellpro- be an den magnetischen Führungsstreifen der Anreicherungsstrecke ausgerichtet wird. D.h. die magnetischen Führungs ^¬ streifen und die magnetisch markierten Zellen wechselwirken so, dass die Zellen eine Ausrichtung innerhalb der Zellsus ^¬ pension erfahren, so dass das Streufeld ihrer magnetischen Labels zu einem möglichst hohen Signal über dem Sensor führt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Magneten, der so angeordnet ist, dass eine durch den Mikrofluidikkanal strömende magne- tisch markierte Zellprobe durch das Magnetfeld dieses Magne ^¬ ten am Kanalboden angereichert wird. D.h., dass zusätzlich zur Führung durch die magnetischen Führungsstreifen das Magnetfeld eines Magneten, insbesondere eines Permanentmagneten, auf die markieren Zellen innerhalb der Zellsuspension eine magnetische Kraft ausübt und diese in eine Richtung aus der Zellsuspension zum Kanalboden hin bewegt.

Diese Anreicherung und Ausrichtung der magnetisch markierten Zellen hat den Vorteil, dass die Konzentration der magnetisch markierten Zellen nahe am Kanalboden und so nahe am magneto- resistiven Sensor erhöht wird. Der Sensor ist zweckdienlicherweise so am Kanalboden angebracht, dass dieser im Wesentli ^¬ chen alle markierten Zellen detektieren kann. Sind die Zellen vor der Anreicherung und Ausrichtung noch im gesamten Proben- volumen gleich verteilt, so führt die Anreicherung und Aus- richtung dazu, dass eine Einzelzelldetektion am Sensor ge- währleistet wird.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind ein erster Abschnitt und ein zweiter Abschnitt des Mikrofluidik- kanals sowie der magnetoresistive Sensor so angeordnet, das eine durch den Mikrofluidikkanal strömende magnetisch mar ^¬ kierte Zellprobe zunächst durch den ersten Abschnitt des Mikrofluidikkanals über den ersten Abschnitt der Anreiche ^¬ rungsstrecke und dann durch den zweiten Abschnitt des Mikro- fluidikkanals über den zweiten Abschnitt der Anreicherungs ^¬ strecke und über den Sensor geführt wird. Dabei sind die je ^¬ weils zweiten Abschnitte von Mikrofluidikkanal und Anreiche ^¬ rungsstrecke so ausgestaltet, dass diese einen Versatz zu den jeweils ersten Abschnitten von Mikrofluidikkanal und Anrei ^¬ cherungsstrecke korrigieren können. Ein derartiger Versatz kann bei der Zusammenführung von dem Substrat, auf dem der magnetoresistive Sensor angeordnet ist und dem Träger, auf dem wiederum das Substrat angeordnet wird, zustande kommen. Die jeweils zweiten Abschnitte von Mikrofluidikkanal und An ^¬ reicherungsstrecke bewirken, dass zumindest im Bezug auf die Anreicherung und Ausrichtung der strömenden magnetisch markierten Zellprobe, dieser Versatz korrigiert wird. D.h., das die am Sensor ankommenden magnetisch markierten Zellen so am Kanalboden angereichert und so ausgerichtet sind, als ob kein Versatz innerhalb der Anreicherungsstrecke durch den Übergang vom Träger auf das Substrat vorhanden wäre.

Insbesondere hat die Anreicherungsstrecke eine Mindestlänge von 15000 μπι. Dabei aber hat das Substrat insbesondere eine größte Ausdehnung von höchstens 18000 μπι. Da insbesondere Halbleitersubstrate wie Silizium sehr hohe Kosten haben, ist der geringe Flächenbedarf von großem Vorteil. Die geringe be ^¬ nötigte Fläche an Halbleitersubstrat wird dadurch gewährleis ^¬ tet, dass nur ein gerade so langer Anreicherungsstreckenab ^¬ schnitt auf dem Substrat vorhanden sein muss, das ein Versatz bei der Montage von Substrat auf Träger ausgeglichen wird. Der Hauptteil der Anreicherung und Ausrichtung kann jedoch in dem ersten Abschnitt der Anreicherungsstrecke auf dem Träger passieren .

Es hat sich gezeigt, dass die Mindestlänge der Anreicherungs ^¬ strecke den Vorteil hat, dass auch hochkonzentrierte Zellpro ^¬ ben am Ende der Anreicherungsstrecke so am Kanalboden ange ^¬ reichert und so entlang der magnetischen Führungslinien der Anreicherungsstrecke ausgerichtet werden können, dass zum Zeitpunkt des Überstreichen des magnetoresistiven Sensors eine Einzelzellerkennung gewährleistet ist.

Bei der Zusammenführung von Halbleiterchip und Träger kann es zu einem geringen Offset, einem Versatz kommen, der typischerweise geringer als 100 μπι ist. D.h. der erste Teil der Anreicherungsstrecke ist auf einen anderen Punkt ausgerichtet als dann tatsächlich der magnetoresistive Sensor angeordnet ist. Um dies auszugleichen, ist auch auf dem Halbleiterchip, auf dem letzten Teil des Mikrofluidikkanals zum Sensor, noch eine Anreicherungsstrecke ausgebildet, welche ferromagneti- sche Streifen aufweist, durch die die angereicherten und ausgerichteten Zellen auf den Sensor hin konzentriert werden. Die Zellen folgen insbesondere dem laminaren Strömungsprofil. Für die Anreicherung der Zellen am Kanalboden, möglichst nahe an der Sensoroberfläche, werden die magnetischen Zellen in einem magnetischen Gradientenfeld ausgesetzt, welches z.B. durch einen Permanentmagneten unterhalb der Bauteilanordnung erzeugt wird, oder durch zwei Magnete ober- und unterhalb des Durchflusszytometers .

Der magnetoresistive Sensor der Vorrichtung ist insbesondere ein GMR-Sensor (GMR = Giant Magneto Resistance bzw. Riesen- magnetowiderstand) , Beispielsweise ist der magnetoresistive Sensor der Vorrichtung ein TMR-Sensor (TMR = Tunnel Magneto Resistance bzw. Tunnelmagnetowiderstand) oder der magnetore ^¬ sistive Sensor der Vorrichtung ist ein AMR-Sensor (AMR = Anisotroper Magnetowiderstand) . Die Herstellung einer oben beschriebenen Vorrichtung umfasst die Schritte der Herstellung des magnetoresistiven Sensors auf einem Halbleitersubstrat, die Aufbringung des zweiten Ab- Schnitts der Anreicherungsstrecke auf das Halbleitersubstrat, das Packaging des Halbleitersubstrats auf einen Träger sowie das Herausführen der elektrischen Kontakte des magnetoresistiven Sensors auf den Träger und schließlich die Ausformung eines ersten Abschnitts der Anreicherungsstrecke. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass eine geringe Halbleitersub ^¬ stratfläche so genutzt wird, dass eine große Anreicherungs ^¬ strecke aufgebaut werden kann. Das Packaging des Halbleiterchips ist ein gängiges Verfahren der Mikrosystemtechnik, das zur Isolation, zum Korrosionsschutz sowie zum Schutz gegen Beschädigung der Kontakte und zur Befestigung des Halbleiterchips auf einem Träger z.B. einer Leiterplatte dient. Das Pa ^¬ ckaging und der Träger werden beispielsweise weiter so genutzt, dass auf dem Träger ein langer Abschnitt der Anreiche ^¬ rungsstrecke so ausgeformt wird, dass darauf die hauptsächli- che Anreicherung und Ausrichtung erfolgt bevor die Zellsuspension auf den Halbleiterchip mit dem Sensor geleitet wird.

Der Vorteil liegt insbesondere darin, dass so für niedrig konzentrierte Proben von etwa 1 Zelle pro μΐ große Anreiche- rungsstrecken mit großem Volumendurchsatz realisiert werden können, bei niedrigem Silizium-Verbrauch . Der Silizium-Die Footprint wird demnach so weit wie möglich reduziert. Als „Die" wird beispielsweise der ungehäuste Halbleiter-Chip, ein integriertes elektronisches Bauelement, das Halbleiter- oder Sensor-Substrat bezeichnet. Nach der Fertigstellung der integrierten Sensor-Schaltung auf dem Halbleiterchip, wird diese in einem „Package" verkapselt, um sie gegen Beschädigung oder Korrosion zu schützen. Dazu wird der Halbleiterchip zunächst auf ein Trägersubstrat aufgebracht und es werden die elektrischen Kontakte der integrierten Schaltung auf das Trägersubstrat herausgeführt. Dies geschieht beispielsweise durch Drahtbonden oder mittels Durchkontaktierungen . Als Material für das Packaging werden beispielsweise Keramiken oder Polymere, wie Epoxide verwendet. Das Packaging ist demnach ein notwendiger Verfahrensschritt um ein Bauteil zu schaffen, das Umwelteinflüssen ausgesetzt werden kann. Dieses Beispiel für eine Aus führungs form der Erfindung bietet nun den großen Vorteil dieses Packaging doppelt zu nutzen, indem zum einen die zusätzliche Fläche für die Anordnung der Anreicherungs ^¬ strecke darauf ausgenutzt wird, zum anderen das Packaging- Material selbst zur Ausbildung der Durchflusskammer dient und dies insbesondere in einem einzelnen Verfahrensschritt pas- siert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in dem Verfahren in dem Packaging-Schritt des Halbleitersub ^¬ strats aus dem Packaging-Material ein Mikrofluidikkanal aus- geformt. Der Packaging-Schritt kann insbesondere mittels

Spritzgießen erfolgen. Damit kann mittels Spritzgießtechnik ein Mikrofluidikkanal ausgeformt werden.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die magnetischen Führungsstreifen der Anreicherungsstrecke insbesondere des ersten Abschnitts der Anreicherungsstrecke direkt auf den Kanalboden abgeschieden. Dazu werden beispielsweise Verfahren wie thermisches Verdampfen oder Sputtern verwendet. Durch die Ausgestaltung des Mikrofluidikkanals auf das Packa- ging-Material wird also die magnetische Führung durch die Führungsstreifen innerhalb des Kanals angeordnet.

Für den Teil der Anreicherungsstrecke, der auf dem Halblei ^¬ tersubstrat angeordnet ist, können die magnetischen Führungs- streifen wiederum direkt auf das Halbleitersubstrat abge ^¬ schieden werden. Dazu können wiederum thermisches Verdampfen oder ein Sputter-Prozess dienen.

Zu einem Verfahren zur magnetischen Zelldetektion wird eine magnetisch markierte Zellprobe in eine oben beschriebene Vor ^¬ richtung mit Anreicherungsstrecke auf einem zusätzlichen Trä ^¬ gersubstrat neben dem Halbleitersubstrat injiziert. Die Anreicherung über ein externes Feld, z.B. das Feld eines Permanentmagneten, und die magnetophoretische Ausrichtung mittels der ferromagnetischen Führungsbahnen erfolgt bevorzugt in-situ während des Messvorgangs. Daher ist eine ausrei ^¬ chend lange Ausrichtungsstrecke für die magnetisch markierten Zellen erforderlich, um eine gewünschte Wiederfindungsrate von den markierten Zellen von im Wesentlichen 100 % zu gewährleisten. Einflussfaktoren auf die genaue erforderliche Länge der Anreicherungs- und Ausrichtungsstrecke mit den fer- romagnetischen Bahnen sind

1. die Geschwindigkeit mit der die Zellprobe durch den

Mikrofluidikkanal gepumpt wird,

2. die Magnetfeldstärke des angelegten Anreicherungsmagnet ^¬ felds ,

3. die Konzentration der superparamagnetisch markierten Zellen in der Suspension, sowie

4. die magnetischen Eigenschaften der eingesetzten Marker,

5. die Zusammensetzung und rehologischen Eigenschaften der Zellsuspension, d.h. z.B. deren Fließeigenschaft und

6. die Sorte der markierten Zellen und deren Isotopenanzahl auf der Zelloberfläche und damit die Anzahl paramagneti ^¬ scher Marker pro Zelle, die Stärke des zu detektierenden Streufelds bestimmt. Die Zellsuspension wird insbesondere mittels eines Druckge ^¬ fälles durch den Mikrofluidikkanal gepumpt. Das Druckgefälle kann beispielsweise durch manuelle Bedienung einer Spritze oder eines Spritzensystems erzeugt werden. Dadurch ist ge ^¬ währleistet, dass sich eine laminare Strömung der Zellprobe ohne Rezirkulation einstellt. Da die Zellen und das die Zel ^¬ len umgebende komplexe Medium näherungsweise die gleiche Dichte aufweisen, tritt auch in den Krümmungsbereichen des mäanderförmigen Fluidikkanals nur eine geringe Fliehkraft auf und die markierten Zellen können auf ihrer Bahn verbleiben.

Bei der magnetischen Durchflusszytometrie ist also entschei ^¬ dend, dass die magnetisch markierten Zellen sehr nah am magnetoresistiven Sensor vorbeitransportiert werden. Da die Zellprobe durch eine Durchflusskammer, z.B. einem Mikroflui- dikkanal fließt, müssen die markierten Zellen in dieser

Durchflusskammer nahe an deren Innenfläche transportiert wer ^¬ den, wo der magnetoresistive Sensor angebracht ist. Insbeson- dere ist die Kanalwand in direktem Kontakt über dem Magnet ^¬ sensor angebracht. In alternativen Aus führungs formen ist der magnetoresistive Sensor in die Kanalwand eingebettet. Als magnetische Markierung dienen bevorzugt superparamagnetische Labels. Als magnetoresistive Sensoren kommen GMR-, TMR- oder AMR-Sensoren in Frage. Die Nähe der magnetisch markierten

Zelle zum Sensor ist deshalb so entscheidend, da das magneti ^¬ sche Streufeld der magnetischen Markierung im Nahfeldbereich mit dritter Potenz zum Abstand abfällt. Zusätzlich zur Anreicherung der magnetisch markierten Zellen an der Sensorober- fläche wirkt sich eine Ausrichtung der magnetisch markierten Zellen positiv auf deren Detektierbarkeit aus. Dabei werden die magnetisch markierten Zellen vorzugsweise so in Durchflussrichtung ausgerichtet, dass das Magnetfeld der magneti ^¬ schen Markierung ein möglichst deutliches Signal im Sensor hervorruft. Bei der magnetischen Durchflusszytometrie ist eine möglichst genaue Differenzierung zwischen falschpositi ^¬ ven und positiven Signalen erforderlich. Dazu muss für positive Signale ein möglichst hoher Schwellwert für das Signal gesetzt werden können um sie von Rauschsignalen zu unter- scheiden.

Im Gegensatz zur Methode, die magnetisch markierten Zellen vereinzelt über einen Sensor zu führen, indem sie in einem Mikrofluidikkanal durch dessen Durchmesser so eingeengt wer- den, dass nur einzelne Zellen diesen passieren können, weist das Verfahren den Vorteil auf, eine im Wesentlichen 100%ige Einzelzelldetektion zu ermöglichen, direkt aus der unvorbereiteten komplexen Suspension heraus. Somit ist der große Nachteil der sozusagen mechanischen Vereinzelung der Zellen überwunden, dass diese zu Verstopfungen des Fluidiksystems führt. Auch könnten in einer derartigen Messvorrichtung keine magnetisch markierten Zellen von unterschiedlichem Durchmesser exakt einzeln bestimmt werden. Die Zellen haben bei- spielsweise Durchmesser im Bereich von ca. 3 bis 30 μπι. Bevorzugt werden sie durch einen sehr viel breiteren Mikroflui- dikkanal geführt, der im Durchmesser das 10- bis lOOOfach beträgt. Der Sensor oder eine Sensor-Array ist dabei quer zur Flussrichtung angeordnet und beträgt beispielsweise 30 μπι Breite entsprechend dem Zelldurchmesser.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Aus führungs formen der vorliegenden Erfindung werden in exem plarischer Weise mit Bezug auf die Figuren 1 bis 6 der ange hängten Zeichnung beschrieben:

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch Mikrofluidikkanal und

Substrat,

Figur 2 zeigt die dazugehörige Draufsicht mit Magnetlinien, Figur 3 zeigt wiederum einen Querschnitt durch Mikroflui- dikkanal und Substrat und

Figur 4 die dazugehörige Draufsicht mit den Magnetlinien. Figur 5 zeigt einen weiteren Querschnitt durch Mikroflui- dikkanal und Substrat und

Figur 6 zeigt einen weiteren Querschnitt durch Mikroflui- dikkanal und Substrat,

Figur 7 zeigt eine mäanderförmige Anreicherungsstrecke, Figur 8 zeigt die magnetischen Führungslinien in der ersten

Krümmung der Anreicherungsstrecke.

Die Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungs ^¬ form der Messvorrichtung und die Figur 2 die dazugehörige Draufsicht. Die Figur 3 zeigt ein alternatives Ausführungs ^¬ beispiel der Erfindung im Querschnitt und die Figur 4 die d zugehörige Draufsicht.

Der Halbleiterchip 12, der als Substrat für den Messsensor 20 dient, ist auf eine Trägerplatte 13 aufgebracht. Die Träger ^¬ platte 13 ist beispielsweise eine Leiterplatte für elek ^¬ tronische Bauteile, insbesondere eine Kupferleiterplatte. Diese Leiterplatte 13 weist Kontakte 17 auf, die beispiels- weise, wie in den Figuren la und 2a gezeigt, Durchführungen durch die Trägerplatte 13 darstellen. D.h. sie verbinden die Oberseite und Rückseite der Trägerplatte 13 elektrisch. An diese Durchkontaktierungen oder Kontakte 17 werden die Kon- takte des Messsensors 20 auf dem Halbleiterchip 12 durch

Drahtbonden und dementsprechend elektrische Drahtverbindungen 18 verbunden wie in Figur 1 gezeigt oder alternativ wie in Figur 3 gezeigt mit sogenannten Through Silicon vias 28 elektrisch mit den Kontakten 17 der Trägerplatte 13 verbun- den.

Über einen Teil des Halbleiterchips 12, insbesondere den Teil mit den elektrischen Kontakten 18, 28 wird das Packaging- Material 16 abgeschieden und verbindet somit den Halbleiter- chip 12 mit der Trägerplatine 13. Die Kontakte 17, 18, 28 sind über das Packaging-Material 16 elektrisch isoliert sowie vor Korrosion oder mechanischer Beschädigung geschützt. Der Teil des Halbleiterchips 12 der vom Packaging-Material 16 frei bleibt, weist den magnetoresistiven Sensor 20 auf. Über das Packaging-Material 16 hinweg kann nun eine Zellprobe 90 auf diesen freigelassenen Bereich des Halbleiterchips mit dem Sensor 20 fließen. Dazu ist die Anreicherungsstrecke 10 über den Rand des Substrats 12 hinweg angeordnet. Wie durch die magnetisch markierten Zellen 90 und die gestrichelten Pfeile angedeutet, wird eine Strömung der Zellprobe 90 über den Sen ^¬ sor 20 hinweg erzeugt. Dazu ist insbesondere ober- oder un ^¬ terhalb der Messvorrichtung ein Permanentmagnet angeordnet, in dessen Magnetfeld die markierten Zellen 90 auf dem Packaging-Material 16 und auf dem Halbleiterchip 12 angereichert werden, d.h. in dem Magnetfeld an das Packaging-Material 16 und den Halbleiterchip 12 hin geführt werden. Neben der Anreicherung der Zellen 90 an der Sensoroberfläche werden die Zellen 90 zusätzlich entlang magnetischer Führungslinien 15 ausgerichtet, die in den Figuren la bis 2b auch jeweils im Querschnitt und in der Draufsicht zu sehen sind. Im Quer ^¬ schnitt sieht man nur, dass die einzelnen magnetischen Führungslinien 15 auf eine Mittenspur der Anreicherungsstrecke 10 in Richtung des Magnetsensors 20 führen. In der Draufsicht in den Figuren lb und 2b ist die bevorzugte Anordnungsgestal ^¬ tung der Magnetführungslinien 15 gezeigt, die wie ein Fischgrätenmuster aussieht. Die magnetischen Führungslinien 15 weisen in einem Winkel von weniger als 90° auf die Mittenli- nie der Anreicherungsstrecke 10 hin und führen somit die mag ^¬ netisch markierten Zellen 90 vom Rand der Anreicherungsstrecke 10 hin zum zentralen Weg der Anreicherungsstrecke 10, so dass diese zentral über den magnetoresistiven Widerstand 20 geführt werden können.

Der Großteil der Anreicherungsstrecke 10, die über den Rand des Substrats 12 hinausragt, liegt auf dem Packaging-Material 16, welches beliebig großflächig abgeschieden werden kann. D.h. die Grundträgerplatte 13 bestimmt die Gesamtgröße der Messvorrichtung. Darauf sind sehr einfach und kostengünstig große Anreicherungsstrecken 10 realisierbar. Erreichen die magnetisch markierten Zellen 90 den Halbleiterchip 12 mit dem Sensor 20, sind diese schon an der Sensoroberfläche angerei ^¬ chert und entsprechend ausgerichtet. Die kurze Strecke auf dem Halbleiterchip 12 vor dem Sensor 20 weist aber wiederum eine kurze Anreicherungsstrecke 600 auf, die dazu dient, dass ein eventueller Versatz 601 der Anreicherungsstrecke auf dem Packaging-Material 16 zum Sensor 20 hin ausgeglichen werden kann. Ein derartiger Versatz 601, wie in der Figur 4 mar- kiert, kann bei der Montage des Halbleiterchips 12 auf dem

Träger 13 passieren. Geringe Offsets 601 können jedoch durch eine kurze Anreicherungsstrecke 600 ausgeglichen werden, ohne dass eine weitere lange Anreicherungsstrecke 10 nötig ist. Somit reichen kurze Anreicherungsstrecken 600 auf dem Halb- leiterchip 12 aus, die dessen Gesamtgröße nicht wesentlich erhöhen, die magnetisch markierten Zellen 90 jedoch zentral über den Sensor 20 führen.

In Figur 5 ist eine mögliche Aus führungs form des Mikroflui- dikkanals 50 auf einer Messvorrichtung gezeigt. Wiederum zeigt die Figur 5 ein Trägersubstrat 13 auf das der Halblei ^¬ terchip 12 mittels Drahtbonden 18 kontaktiert wird. Auch ist wiederum das Packaging 16 gezeigt, welches die elektrischen Kontakte 17, 18 isoliert und schützt. Des Weiteren ist der Querschnitt durch die magnetischen Führungslinien 15 gezeigt, entlang derer die magnetisch markierten Zellen 90 geführt werden. Die Oberfläche von Packaging-Material 16 und Halblei- terchip 12 stellt sozusagen den Boden des Mikrofluidikkanals 50 dar, an dem die magnetisch markierten Zellen 90 angereichert werden. Das Packaging-Material 16 wird insbesondere in einem Spritzgussverfahren so aufgetragen, dass ein Mikroflui- dikkanal 50 entsteht, durch den die Zellprobe 90 geleitet werden kann. Insbesondere weist dieser Kanal 50 Ein- und Aus ^¬ lässe 11 für die Zellprobe 90 auf, die in der Figur 5 durch ein- und ausweisende Pfeile gekennzeichnet sind. Die Figur 5 zeigt ein Beispiel in dem die Kanalwand durch das Packaging- Material 16 realisiert ist und in dem die Messvorrichtung, bzw. der Mikrofluidikkanal 50, durch eine Verkapselung 19 von oben her verschlossen wird.

Die Figur 6 zeigt wiederum einen Querschnitt durch eine al ^¬ ternative Aus führungs form. Im Unterschied zur Figur 5 ist hierfür nicht das Packaging-Material 16 als Kanalwand ausges ^¬ taltet, sondern nach dem Packaging-Schritt , der die elektri ^¬ schen Kontakte 17, 18 verschließt, wird auf die Trägerplatte 13 und über das Packaging-Material 16 ein weiteres durch Spritzguss zu verarbeitendes Material 49 abgeschieden, aus dem der Mikrofluidikkanal 50 ausgebildet wird.

Der Querschnitt zeigt, dass der Mikrofluidikkanal 50 wieder von oben her geschlossen ist und lediglich einen Ein- und einen Auslass 11 aufweist, der durch Pfeile gekennzeichnet ist. Auch ist gezeigt, dass die magnetisch markierten Zellen 90 wiederum am Kanalboden, d.h. auf dem Substrat 12, insbesondere dem magnetischen Führungslinien 15 und anschließend auf dem Halbleiterchip 12 und dem Sensor 20 angereichert sind. Die Figur 7 zeigt eine Draufsicht auf eine mäanderförmige An ^¬ reicherungsstrecke 10. Die Anreicherungsstrecke 10 weist drei gerade Teilstrecken auf, die über zwei Krümmungen Kl, K2 miteinander verbunden sind. Die Anreicherungsstrecke 10 ist zum einen zur Ausrichtung aber auch zur Anreicherung von magnetisch markierten Zellen 90 am Kanalboden ausgestaltet. D.h. die Figur 7 zeigt einen Mikrofluidikkanal 50, der so entlang der Anreicherungsstrecke 10 angebracht ist, dass eine Zell- probe 90, die durch diesen Mikrofluidikkanal 50 geleitet wird, die magnetischen Kräfte eines Permanentmagneten zur Anreicherung am Kanalboden sowie auch die magnetische Wechsel ^¬ wirkung mit den magnetischen Führungslinien 15 erfährt. Die in Figur 7 gezeigten magnetischen Führungslinien 15 laufen entlang der Anreicherungsstrecke 10 direkt auf dem Substrat

12, welches insbesondere die Oberfläche eines Halbleiterchips ist. Entlang der ersten geraden Teilstrecke laufen die magnetischen Führungslinien 15 in einem spitzen Winkel auf eine Mittellinie der Anreicherungsstrecke 10 zu und führen somit die magnetisch markierten Zellen 90 in die Kanalmitte. Entlang der ersten Krümmung Kl laufen die magnetischen Führungslinien 15 von dem Rand der Anreicherungsstrecke 10, d.h. auch vom Rand des Mikrofluidikkanals 50 zur Mitte der Anreiche ^¬ rungsstrecke 10 hin. In diesem Beispiel ist eine zentrale magnetische Führungslinie gezeigt, die stets entlang der Ka ^¬ nalmitte angeordnet ist. Des Weiteren zeigt die Figur 7 in der Draufsicht auf die Anreicherungsstrecke 10, einen Einlass 11 für eine Zellprobe in den Mikrofluidikkanal . In der Figur 8 ist ein Ausschnitt der Anreicherungsstrecke 10 gezeigt mit der ersten Krümmung der Anreicherungsstrecke Kl. In der Figur 8 ist eine alternative Aus führungs form der magnetischen Führungslinien 15 gezeigt. Diese können anstatt fächerförmig auf die Mittenlinie zuzulaufen auch halbkreisför- mige Linien unterschiedlicher Radien sein, die jeweils in einem festen Abstand zu den Kanalwänden des Mikrofluidikkanals 50 eine Bahn beschreiben. In diesem Beispiel werden die magnetisch markierten Zellen 90 in der Zellprobe auf diesen Bahnen durch die Krümmung Kl geleitet. Die Pfeile deuten die Strömungsrichtung der Zellprobe durch die Krümmung Kl der Anreicherungsstrecke 10 an.