專利名稱：磁傳感器裝置的校準(zhǔn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁傳感器裝置，它包括至少一個磁性激勵場發(fā)生器和 至少一個磁傳感器元件。此外，本發(fā)明還涉及這種磁傳感器裝置的使用以
及一種利用這種磁傳感器裝置檢測磁性顆粒的方法。
背景技術(shù)：
從WO 2005/010543 Al和WO 2005/010542 A2中，獲知了一種磁傳感 器裝置，它例如可以在微流體生物傳感器中使用，以對利用磁珠作標(biāo)記的 分子(例如，生物分子)進(jìn)行檢測。微型傳感器裝置具有傳感器單元陣列， 其包括用于產(chǎn)生磁場的導(dǎo)線以及用于檢測由磁珠產(chǎn)生的雜散場的巨磁電阻 裝置(GMR)。于是，GMR的電阻指示傳感器單元附近的磁珠的數(shù)量。
上述種類的磁生物傳感器的問題在于磁阻元件的靈敏度以及(因此) 整個測量裝置的有效增益對無法控制的參數(shù)非常靈敏，這些無法控制的參 數(shù)例如是傳感器中的磁性不穩(wěn)性、外部磁場、老化、溫度等。

發(fā)明內(nèi)容
基于這種情況，本發(fā)明的目的是提供一種手段，使得磁傳感器裝置的 測量相對于傳感器增益的變化更加魯棒。
該目的由根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置、根據(jù)權(quán)利要求2所述 的方法和根據(jù)權(quán)利要求16所述的使用來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求中，披露了 優(yōu)選實施例。
根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器裝置用于檢測研究區(qū)(例如相鄰樣品室)中的 磁性顆粒。在本語境中，術(shù)語"磁性顆粒"應(yīng)當(dāng)指在暴露于磁場時能夠被 磁化的任何種類的材料(分子、合成物，尤其是納米顆粒)。磁性顆粒例如
可以充當(dāng)實際感興趣的目標(biāo)分子的標(biāo)記。該磁傳感器裝置包括下列部件
a)至少一個用于在所述研究區(qū)中產(chǎn)生磁性激勵場的磁性激勵場發(fā)生器°
b) 至少一個用于在所述研究區(qū)中產(chǎn)生磁性校準(zhǔn)場的磁性校準(zhǔn)場發(fā)生 器，其中所述校準(zhǔn)場至少臨時具有足夠大的強度以改變所述研究區(qū)中存在 的磁性顆粒的磁化特性。
C)至少一個磁傳感器元件，用于對由所述研究區(qū)中的磁性顆粒響應(yīng)于 所述磁性激勵場和/或所述磁性校準(zhǔn)場而產(chǎn)生的磁性反應(yīng)場進(jìn)行測量(或進(jìn) 行其它操作)。
c) 評估單元，用于基于所述元件的測量來校準(zhǔn)所述磁傳感器元件，其
中存在磁性顆粒，并且其中在所述測量期間，磁性激勵場和/或磁性校準(zhǔn)場 散布在所述研究區(qū)中。所述評估單元例如可以由芯片上電路或外部微型計 算機來實現(xiàn)。
此外，本發(fā)明涉及一種用于檢測研究區(qū)中的磁性顆粒的方法，其包括
下列步驟
a) 利用至少一個磁性激勵場發(fā)生器在所述研究區(qū)中產(chǎn)生磁性激勵場。
b) 利用至少一個磁性校準(zhǔn)場發(fā)生器在所述研究區(qū)中產(chǎn)生磁性校準(zhǔn)場， 其中所述場至少臨時具有足夠大的強度以改變所述研究區(qū)中的磁性顆粒的 磁化特性。
c) 利用至少一個磁傳感器元件來測量磁性反應(yīng)場，其中所述研究區(qū)中
的磁性顆粒響應(yīng)于所述磁性激勵場和/或所述磁性校準(zhǔn)場而產(chǎn)生所述場。
d) 基于在所述研究區(qū)中存在磁性激勵場和/或磁性校準(zhǔn)場和磁性顆粒 時的測量來校準(zhǔn)所述磁傳感器元件。
上述磁傳感器裝置和方法利用了磁性校準(zhǔn)場，該磁性校準(zhǔn)場能夠改變 磁性顆粒的磁化特性，這種改變可以被檢測到。這能夠相應(yīng)地改變所述顆 粒對激勵場的反應(yīng)。另一方面，激勵場發(fā)生器和磁傳感器元件之間的磁串 擾不受校準(zhǔn)場的影響。因此，比較利用相同激勵場但不同校準(zhǔn)場產(chǎn)生的測 量結(jié)果，從而能夠推導(dǎo)出來自磁串?dāng)_的影響。由于這種影響與研究區(qū)中存 在的顆粒的(未知)數(shù)量無關(guān)，因此可以使用它來確定傳感器增益。
評估單元可以被任選地改造為基于測量結(jié)果來確定研究區(qū)中的磁性顆 粒的數(shù)量，其中該測量結(jié)果是在磁性校準(zhǔn)場在研究區(qū)中至少基本消失期間 產(chǎn)生的。研究區(qū)中存在的磁性顆粒的數(shù)量(或者，如果關(guān)注同一種類的顆粒，則是它們的數(shù)量)是真正希望知道的參數(shù)。如果校準(zhǔn)場是零，那么就 可以與平常一樣僅利用磁性激勵場來對它進(jìn)行確定。然而，對應(yīng)的測量將
達(dá)到更高的精度，這是因為可以基于利用磁性校準(zhǔn)場進(jìn)行的先前和/或后續(xù) 測量來校準(zhǔn)它們。
在另一個實施例中，磁性校準(zhǔn)場重復(fù)性地消失。那么就可以相應(yīng)地重 復(fù)執(zhí)行對磁性顆粒的前述檢測而沒有校準(zhǔn)場的干擾，其中可以利用校準(zhǔn)場 非零的中間時間來更新磁傳感器元件的校準(zhǔn)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將磁性校準(zhǔn)場選擇地很大，使其至少臨時 讓磁性顆粒飽和。在飽和時間期間，磁性顆粒不能對磁性激勵場的變化做 出反應(yīng)，這樣能夠確定該場對磁傳感器元件的直接影響(即磁串?dāng)_)。
磁性激勵場優(yōu)選具有非零激勵頻率，其中在這里以及在下文中將術(shù)語 "頻率"理解為周期性模式的重復(fù)頻率。因此，激勵場的傅里葉譜可以包 括作為基頻的激勵頻率以及其它頻率，例如激勵頻率的高次諧波。使用交 變的激勵場能夠方便地對該場在傳感器信號的譜中的貢獻(xiàn)進(jìn)行檢測。
此外，磁性校準(zhǔn)場可以具有非零校準(zhǔn)頻率。該校準(zhǔn)場例如可以是在兩 個值(例如零和非零值)之間周期性切換的方波場，或者該校準(zhǔn)場是在零
和交變路線(alternating course)之間切換的場。校準(zhǔn)頻率和前述激勵 頻率可以相同，或者它們可以不同。
在本發(fā)明的另一個實施例中，利用非零感測頻率來驅(qū)動磁傳感器元件。 這樣的頻率允許對驅(qū)動操作在傳感器信號中的影響進(jìn)行檢測并且允許相對 于信號譜中的噪聲對所感興趣的信號分量進(jìn)行最優(yōu)定位。
在原則上，磁性激勵場發(fā)生器和磁性校準(zhǔn)場發(fā)生器可以是相同的部件， 例如傳感器芯片上的導(dǎo)線；這樣一來就會由對應(yīng)電流的疊加來產(chǎn)生激勵場 和校準(zhǔn)場。然而，這種設(shè)計的問題在于，在很多情況下，改變磁性顆粒的 磁化特性所需的校準(zhǔn)場必需要很大，從而它們還顯著改變了磁傳感器元件 的特性。這是不希望出現(xiàn)的情況，因為校準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)在正常測量時，即在沒有 校準(zhǔn)場時確定傳感器特性。因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，調(diào)節(jié)磁性校 準(zhǔn)場，使其在磁傳感器元件中(或者更準(zhǔn)確地講，在其靈敏區(qū)中)相對于 磁傳感器元件的靈敏方向最小化(優(yōu)選小到基本為零的值)。磁傳感器元件 的"靈敏方向"表示傳感器元件對平行于所述空間方向的磁場矢量的分量最(或僅對其)靈敏。通常，磁傳感器元件僅具有一個靈敏方向，對于垂 直于該方向的磁場分量基本不靈敏。那么，優(yōu)選使磁性校準(zhǔn)場取向在所述 不靈敏方向上，這通常需要校準(zhǔn)場發(fā)生器與激勵場發(fā)生器不同。
評估單元可以被任選地改造為對直接因磁性校準(zhǔn)場在磁傳感器元件內(nèi) (或更準(zhǔn)確地講是在其靈敏區(qū)內(nèi))產(chǎn)生的測量信號分量進(jìn)行確定。然后， 可以使用該確定來調(diào)節(jié)磁性校準(zhǔn)場，尤其是調(diào)節(jié)它的取向，使得該分量最 小化乃至完全消除。這樣，可以達(dá)到前述實施例的最優(yōu)條件并在反饋流程 中加以保持。
磁性(激勵/校準(zhǔn))場發(fā)生器能夠以很多不同的方式來實現(xiàn)。優(yōu)選地， 它們包括至少一個導(dǎo)線，其可以設(shè)置于磁傳感器裝置的基板上或基板中。
在本發(fā)明的特定實施例中，磁性激勵場發(fā)生器和磁性校準(zhǔn)場發(fā)生器可 以至少部分用相同硬件來實現(xiàn)，例如用芯片上的相同集成導(dǎo)線來實現(xiàn)。
磁性校準(zhǔn)場發(fā)生器可以包括至少一個線圈，以便在外部產(chǎn)生校準(zhǔn)場。
具體而言，該磁傳感器元件可以由霍爾傳感器或磁阻元件，例如GMR (巨磁電阻)、TMR (隧道磁電阻)或AMR (各向異性磁電阻)來實現(xiàn)。此夕卜， 可以將磁性激勵場發(fā)生器和磁傳感器元件實現(xiàn)為集成電路，例如使用CMOS 技術(shù)以及其它附加步驟來在CMOS電路上實現(xiàn)磁阻部件。所述集成電路可以 還任選地包括磁性校準(zhǔn)場發(fā)生器和/或評估單元。
本發(fā)明還涉及將上述磁傳感器裝置用于分子診斷、生物樣品分析和/或 化學(xué)樣品分析，尤其是小分子的檢測。例如，分子診斷可以在直接或間接 地附著到目標(biāo)分子的磁珠的幫助下來實現(xiàn)。


參考下文所述的實施例，本發(fā)明的這些和其它方面將變得明了并得到
闡述。將在附圖的輔助下以舉例的方式描述這些實施例，在附圖中 圖1示意性地示出了在測量期間根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器裝置； 圖2示出了校準(zhǔn)期間圖1的磁傳感器裝置； 圖3示出了依賴于外加磁場的GMR傳感器的電阻；以及 圖4示出了磁性顆粒的磁化特性。 在附圖中，類似的附圖標(biāo)記表示相同或類似的部件。
具體實施例方式
圖1示出了在作為生物傳感器的特定應(yīng)用中的根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器
裝置IO，其中該生物傳感器檢測樣品室中的磁交互顆粒，例如超順磁珠2。 在靈敏度、特異性、集成度、易用性和成本方面，磁阻式生物芯片或生物 傳感器在生物分子診斷領(lǐng)域具有前景廣闊的特性。在W0 2003/054566、 W0 2003/054523、 WO 2005/010542 A2、 WO 2005/010543 Al和WO 2005/038911 Al中描述了這種生物芯片的例子，在此通過引用將其并入本申請。
生物傳感器通常由圖1所示種類的傳感器裝置10的陣列(例如100個) 構(gòu)成，并且該生物傳感器由此可以同時測量溶液(例如血液或唾液)中大 量不同目標(biāo)分子(例如蛋白質(zhì)、DNA、氨基酸、濫用藥物)的濃度。在結(jié)合 方案的一種可能范例(所謂的"夾心化驗")中，通過提供具有第一抗體的 結(jié)合表面14來實現(xiàn)這點，目標(biāo)分子可以結(jié)合到第一抗體上。然后，可以將 攜帶第二抗體的超順磁珠2附著到已結(jié)合的目標(biāo)分子上(為清晰起見，圖 中未示出抗體和目標(biāo)分子)。
傳感器裝置10的激勵導(dǎo)線11和13中的至少一個中流過的電流I,產(chǎn)生 磁性激勵場B,，該場然后對超順磁珠2進(jìn)行磁化。超順磁珠2的雜散場B2 在傳感器裝置10的巨磁電阻(GMR) 12的靈敏方向(這里為x方向)上引 入了平面內(nèi)磁化分量，這造成了可測量的電阻變化。利用傳感器電流12和 最終的電壓降落u來確定所述電阻變化。
圖3在該語境中示出了 GMR電阻R，該GMR電阻R是平行于GMR元件的 靈敏方向(即GMR層疊體的靈敏層)的磁場分量BH的函數(shù)。曲線的斜率對 應(yīng)于磁傳感器元件12的靈敏度s^并取決于Bu。令人遺憾的是，靈敏度sCMR 以及測量的有效增益(即導(dǎo)數(shù)du/dBn)對不可控參數(shù)很靈敏，這些參數(shù)例 如為
-由于傳感器中的磁性不穩(wěn)性導(dǎo)致的隨機靈敏度變化；
-外加磁場；
-生產(chǎn)公差；
-老化效應(yīng)；
-溫度；
-來自(例如)磁性激勵場的記憶效應(yīng)；_電流源和檢測電子裝置中的增益變化。
此外，在GMR靈敏度變化時，針對寄生磁串?dāng)_和電容串?dāng)_的內(nèi)部補償 技術(shù)是無效的。
這里為解決上述問題而提出的方法嘗試著通過以使校準(zhǔn)場幾乎不受傳 感器附近存在的磁珠影響的方式向傳感器施加磁性校準(zhǔn)場，從而確定生物 傳感器系統(tǒng)的有效增益。同時，所施加的場應(yīng)該仍能夠?qū)崿F(xiàn)磁珠檢測過程。
就前述原理的具體實現(xiàn)而言，圖1的磁傳感器裝置10包括至少一個產(chǎn) 生磁性校準(zhǔn)場B3 (參考圖2)的外部線圈15以及評估單元16，激勵導(dǎo)線 11、 13和GMR傳感器12耦合到該評估單元16。可以利用集成到傳感器裝 置10的基板中的模擬或數(shù)字電路和/或利用具有適當(dāng)軟件的外部數(shù)字處理 單元(例如工作站)來實現(xiàn)該評估單元。作為外部線圈15的補充或替代， 還可以在傳感器芯片上設(shè)置用于產(chǎn)生校準(zhǔn)場的裝置。
現(xiàn)在，基本想法是以磁性方式使磁珠2"凍結(jié)"或飽和，從而能夠在實 際的生物化學(xué)反應(yīng)期間對包括GMR傳感器的檢測系統(tǒng)的增益進(jìn)行校準(zhǔn)。
圖4示意性地示出了磁珠2的磁化強度u (圖示的磁滯可以有或沒有)， 該磁珠2的磁化強度u取決于其所在的磁場B?？梢钥闯?，如果磁場B超過 一定界限，那么磁化強度"會飽和。磁珠的這種飽和場的典型值是 10-100mT。
與此相比，磁阻傳感器的飽和場(參考圖3)可以是10mT (8000A/m) 左右，但只有當(dāng)沿傳感器的靈敏方向x施加磁場時才是這樣。因此，為了 避免傳感器飽和，施加基本上正交于GMR傳感器12的靈敏方向x (即，指 向圖2中的z方向)的磁性"校準(zhǔn)"場B3，以使磁珠2飽和。這消除了磁 珠2的磁響應(yīng)，從而可以通過測量場發(fā)生導(dǎo)線11、 13對GMR傳感器12的 磁串?dāng)_來在生物化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行期間校準(zhǔn)檢測系統(tǒng)的總增益。在生物化學(xué)測 量期間，生物傳感器以交替的方式測量磁珠并校準(zhǔn)包括GMR傳感器的檢測。 注意，利用這種方式，還補償了激勵電流L和傳感器電流l2的波動。
在下文中將對校準(zhǔn)和測量過程進(jìn)行更詳細(xì)的分析。從測得的GMR電壓 信號u開始
u = RJ2 + a.L = [Ro + g.BuH" a.L (1) 其中u=當(dāng)傳感器電流I2經(jīng)由GMR傳導(dǎo)時，在GMR兩端測得的電壓 R = GMR的動態(tài)電阻 Ro = GMR的靜態(tài)電阻
L =頻率為t的激勵電流 I2 =頻率為f2的傳感器電流
g= g(t)=(未知、可變的)增益(假設(shè)工作在圖3的線性區(qū)中)
BM =所有起作用的磁場在GMR的靈敏方向x上的分量
a =與寄生電容和電感串?dāng)_相關(guān)的常數(shù)。
根據(jù)下式，磁場分量Bu由B,、 B2和B3構(gòu)成
BH = a'L + b.N."Ib B3) + c'B3. (2)
其中
a二與磁串?dāng)_相關(guān)的常數(shù)
b=與磁珠響應(yīng)相關(guān)的常數(shù)
c=與校準(zhǔn)場相關(guān)的常數(shù)
N = N(t)=(未知、可變的)磁珠數(shù)量
1^(1,83)=磁珠的磁化強度
B3=頻率為f3的磁性校準(zhǔn)場。
方程(1)和(2)結(jié)合得到
u = [R。 + g-(a.I, + b.N+(L，B3) + c.B3)].I2+ a'L (3)
由于量I,、 12和B3分別具有特征頻率f,、 &和&，因此可以通過用適當(dāng) 的解調(diào)頻率解調(diào)來從測得的電壓u中分離出各個被加數(shù)。對于下文的進(jìn)一 步分析，假設(shè)f々0且f2〉0。
在測量期間，B3消失，u變得正比于L: WLBfO) = d.L。然后利用 適當(dāng)?shù)念l率(f,士f2)對方程(3)解調(diào)得到量
g-(a + b.N.d).lL。.Uo (4)
其中
d =常數(shù)
1,。=激勵電流L的(恒定已知)幅值 12.。=傳感器電流12的(恒定已知)幅值。
在方程(4)中，未知的磁串?dāng)_分量g.a和未知的隨時間變化的增益g二g(t)
ii妨礙了對感興趣磁珠的數(shù)量N進(jìn)行精確確定。然而，可以在B-O的時間內(nèi) 利用額外的校準(zhǔn)測量來解決這些問題。于是，對于這些校準(zhǔn)，關(guān)于f3可以
有三種顯著的情況
1. 情況磁性校準(zhǔn)場B3是DC場，強度為B3,。，而頻率f3二0:
在校準(zhǔn)期間，B3,。是那么大，以至于u (L， B3,。)=nsal，它與I,無關(guān)。
然后利用適當(dāng)?shù)念l率(fd:f2)對方程(3)解調(diào)，從而得到量 g.a.Wl2.0 (5) 這是磁串?dāng)_分量。從根據(jù)表達(dá)式(4)的測量值中減去該磁串?dāng)_分量得
到
g(t)-b-N(t).d.L.0.12,0 (6) 它包括感興趣的磁珠數(shù)量N以及時變增益g (t)和一些常數(shù)。然而， 可以通過觀察隨時間的校準(zhǔn)結(jié)果(5)來檢測增益g (t)的任何時變，這樣 能夠?qū)⑦@些變化與測量結(jié)果(6)中的(希望知道的)N (t)的變化區(qū)分開。
2. 情況磁性校準(zhǔn)場B3是在兩個值土B3,。之間振蕩的方波場，頻率f#f1: 在這種情況下，磁化強度P根據(jù)P(L， ±B3.。) = ±1以同一頻率t變化，
與I,無關(guān)。由于f3 * f,，可以利用適當(dāng)頻率(fd:f2)如情況l那樣對方程 (3)解調(diào)以獲得項(5)。然后，其它的分析與情況l相同。
3. 情況磁性校準(zhǔn)場B3是在兩個值詔3,。之間振蕩的方波場，頻率f3=f 1: 在這種情況下，磁化強度li以與方程(3)中的磁串?dāng)_分量a山相同的
頻率fi在士lt之間變化。然后，利用適當(dāng)?shù)念l率(fit)對方程(3)解調(diào) 得到量
g.(a.Ii.。 + 1>HI2.0 (7) 結(jié)合表達(dá)式(4)和(7)得到
g(t).b.N(t).0lsat-d).lL。.12,。 (8)
除了由常數(shù)(mat-d)替代常數(shù)d之外，這與表示式(6)類似。然而， 可以如情況1那樣繼續(xù)對該測量結(jié)果作進(jìn)一步分析。
在以上分析中，假設(shè)校準(zhǔn)場B3始終具有使磁珠2飽和的強度士B3.。。然 而，校準(zhǔn)場B3可以在該強度B3,。和零值之間振蕩。在這種情況下，以頻率
f3在飽和區(qū)和靈敏區(qū)之間掃描磁珠，可以將此視為一種場選通方法。如以上
分析的情況那樣，這產(chǎn)生了高次諧波信號(二次和三次)以及相應(yīng)的混合信號(f,、 f2和f3諧波之間的混合)。那么，信號分量將分別是傳感器響應(yīng) 的特征和存在的磁性顆粒的特征。
任選地，可以使用頻率為f3的磁阻信號來對所施加的磁性校準(zhǔn)場B3的
方向進(jìn)行調(diào)整，例如，使其取向為平面外方向(圖2中的z方向)。
在所述方法的變型中，磁珠未完全飽和，但偏移穿過它們的非線性磁 特性。這種措施有效地改變了磁珠的磁響應(yīng)，從而改變了總的檢測增益。 例如，當(dāng)通過施加磁場使所述增益減小兩倍時，可以通過觀察增益差來校 準(zhǔn)無場情況下的檢測增益。該方法需要校準(zhǔn)良好的磁珠磁化強度變化。
在又一實施例中，磁珠確實具有因例如剩磁、矯頑場或磁各向異性誘
發(fā)的磁滯特性。通過施加優(yōu)選垂直(圖l、 2中的z方向)的磁性校準(zhǔn)場，
在靈敏區(qū)(內(nèi)環(huán))和非靈敏區(qū)(飽和區(qū))之間切換磁珠的工作點。實現(xiàn)本 實施例所需的磁場通常小于前述實施例所需的場。這是因為小的校準(zhǔn)場可 以將磁珠從線性區(qū)偏移到飽和區(qū)。例如，恒定磁場(永磁體)可以充當(dāng)具 有磁滯的磁珠的"偏置"，使得所需的場變化(由外部線圈誘發(fā)的)小(功 耗更少，小線圈等)。
優(yōu)選在與進(jìn)行磁珠激勵的頻率范圍相同的頻率范圍內(nèi)測量GMR傳感器 的靈敏度s^。這是由于信噪比SNR (以減小l/f噪聲、小電流、小電壓的 影響)以及要與磁珠測量一致的原因。
盡管在附圖中針對基于超順磁納米顆粒的集成激勵的生物傳感器介紹 了本發(fā)明，但也可以將本發(fā)明應(yīng)用于其它磁阻傳感器中，例如AMR和TMR，
并且將本發(fā)明與外部激勵方法結(jié)合使用。此外，本發(fā)明還可應(yīng)用于其它構(gòu) 造的磁阻元件(例如惠斯登電橋或惠斯登半電橋)或各種放大器和傳感器 電流裝置。
在本發(fā)明的另一變體中，例如，可以利用集成導(dǎo)線中的低占空比、高 幅值電流(用于限制功耗)在內(nèi)部產(chǎn)生校準(zhǔn)場。所述導(dǎo)線在這種情況下可 以是以兩種功能工作的激勵導(dǎo)線，或者可以是獨立的導(dǎo)線。優(yōu)選地，在本 實施例中，例如通過使所述導(dǎo)線和傳感器的中心垂直對準(zhǔn)(z方向)來使產(chǎn) 生校準(zhǔn)場的內(nèi)部導(dǎo)線對傳感器的磁串?dāng)_最小化。
最后指出，在本申請中，"包括"這一術(shù)語不排除其它元件或步驟，"一" 或"一個"不排除多個，并且單個處理器或其它單元可以實現(xiàn)若干裝置的功能。本發(fā)明在于每個新穎性特征和這些特征的每個組合。并且，權(quán)利要 求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)該被理解成是限制它們的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種用于檢測研究區(qū)中的磁性顆粒(2)的磁傳感器裝置(10)，包括a)至少一個用于在所述研究區(qū)中產(chǎn)生磁性激勵場(B1)的磁性激勵場發(fā)生器(11，13)；b)至少一個用于在所述研究區(qū)中產(chǎn)生磁性校準(zhǔn)場(B3)的磁性校準(zhǔn)場發(fā)生器(15)，所述磁性校準(zhǔn)場(B3)至少臨時具有足夠大的強度以改變所述研究區(qū)中的磁性顆粒(2)的磁化特性；c)至少一個磁傳感器元件(12)，用于對由所述研究區(qū)中的磁性顆粒(2)響應(yīng)于所述磁性激勵場(B1)和/或所述磁性校準(zhǔn)場(B3)而產(chǎn)生的磁性反應(yīng)場(B2)進(jìn)行測量；d)評估單元(16)，用于基于測量來校準(zhǔn)所述磁傳感器元件(12)，在所述測量期間，所述研究區(qū)中存在磁性激勵場(B1)和/或磁性校準(zhǔn)場(B3)和磁性顆粒(2)。
2、 一種用于檢測研究區(qū)中的磁性顆粒(2)的方法，包括a) 利用至少一個磁性激勵場發(fā)生器(11， 13)在所述研究區(qū)中產(chǎn)生磁性 激勵場(B》;b) 利用至少一個磁性校準(zhǔn)場發(fā)生器(15)在所述研究區(qū)中產(chǎn)生磁性校 準(zhǔn)場(B3)，其中所述場至少臨時具有足夠大的強度以改變所述研究區(qū)中的 磁性顆粒(2)的磁化特性；c) 利用至少一個磁傳感器元件(12)來測量磁性反應(yīng)場(B2)，其中所 述研究區(qū)中的磁性顆粒(2)響應(yīng)于所述磁性激勵場(B》和/或所述磁性校 準(zhǔn)場(B3)而產(chǎn)生所述場；d) 基于測量來校準(zhǔn)所述磁傳感器元件(12)，在所述測量期間，所述研 究區(qū)中存在磁性激勵場(B,)和/或磁性校準(zhǔn)場(B3)和磁性顆粒(2)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所述 的方法，其特征在于基于所述磁性校準(zhǔn)場(B3)消失時產(chǎn)生的測量結(jié)果來確定 所述研究區(qū)中的磁性顆粒(2)的數(shù)量。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所述 的方法，其特征在于所述磁性校準(zhǔn)場(B3)重復(fù)性地消失。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所述 的方法，其特征在于所述磁性校準(zhǔn)場(B3)至少臨時使所述磁性顆粒(2)飽和。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所述 的方法，其特征在于所述磁性激勵場(B》具有的激勵頻率f)O。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所述 的方法，其特征在于所述磁性校準(zhǔn)場(B3)具有的校準(zhǔn)頻率f3〉0。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7和8所述的磁傳感器裝置(10)或方法， 其特征在于所述激勵頻率f,的值至少大致與所述校準(zhǔn)頻率f3的值相同。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所述 的方法，其特征在于利用感測頻率f2>0來驅(qū)動所述磁傳感器元件(12)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所 述的方法，其特征在于將所述磁傳感器元件(12)中的所述磁性校準(zhǔn)場(B3)調(diào) 節(jié)成在所述元件的靈敏方向上基本為零。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所 述的方法，其特征在于對由所述磁傳感器元件(12)中的所述磁性校準(zhǔn)場(B3)引起的測量信號分量進(jìn)行確定。
12、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所 述的方法，其特征在于所述磁性激勵場發(fā)生器和/或所述磁性校準(zhǔn)場發(fā)生器包括至少一個導(dǎo)線(11， 13)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所 述的方法，其特征在于所述磁性激勵場發(fā)生器和所述磁性校準(zhǔn)場發(fā)生器至少部 分由相同硬件實現(xiàn)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所 述的方法，其特征在于所述磁性校準(zhǔn)場發(fā)生器包括至少一個線圈(15)。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)或根據(jù)權(quán)利要求2所 述的方法，其特征在于所述傳感器單元包括霍爾傳感器或諸如GMR (12)、 TMR 或AMR元件之類的磁阻元件。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器裝置(10)的用途，所述磁傳感 器裝置(10)用于分子診斷、生物樣品分析和/或化學(xué)樣品分析，尤其是用 于檢測小分子。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁傳感器裝置的校準(zhǔn)，該磁傳感器裝置包括磁性激勵導(dǎo)線(11，13)和磁傳感器元件，該磁傳感器元件例如是GMR傳感器(12)，用于測量磁性顆粒(2)響應(yīng)于激勵導(dǎo)線產(chǎn)生的激勵場(B₁)而產(chǎn)生的反應(yīng)場(B₂)?？梢酝ㄟ^用磁性校準(zhǔn)場(B₃)使磁性顆粒(2)飽和來校準(zhǔn)磁傳感器元件(12)。這樣，能夠在不干擾磁性顆粒(2)的貢獻(xiàn)的情況下確定激勵場(B₁)在磁傳感器元件(12)上的直接(串?dāng)_)作用。
文檔編號G01R33/12GK101427157SQ200780014590
公開日2009年5月6日 申請日期2007年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者J·A·H·M·卡爾曼, M·W·J·普林斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司