專利名稱：將可磁化對象磁吸引到傳感器表面和磁排斥離開傳感器表面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感系統(tǒng)和磁傳感器設(shè)備。更具體地，本發(fā)明涉及將磁性 或可磁化顆粒對象(例如磁性納米粒子)吸引到傳感器表面和排斥離開傳 感器表面。此外，本發(fā)明提供一種用于將磁性或可磁化顆粒對象(例如磁 性粒子)吸引到傳感器表面和排斥離開傳感器表面的方法。根據(jù)本發(fā)明的 方法和設(shè)備尤其可以用在生物或化學(xué)樣品分析中。
背景技術(shù)：
基于AMR (各向異性磁電阻)、GMR (巨磁電阻)和TMR (隧道磁電 阻)元件或基于Hall傳感器的磁傳感器現(xiàn)今正變得重要。除了已知的諸如 磁性硬盤磁頭和MRAM的高速應(yīng)用，新的相對低帶寬的應(yīng)用出現(xiàn)在分子診 斷(MDx)、 IC中的電流傳感、汽車等領(lǐng)域。
包括這種磁傳感器的微陣列或生物芯片的引入革命性地改變了諸如 DNA (脫氧核糖核酸)、RNA (核糖核酸)和蛋白質(zhì)的生物分子的分析。這 些應(yīng)用例如是人類基因分型(例如在醫(yī)院里或通過個體醫(yī)生或護士)、細(xì)菌 學(xué)篩選、生物學(xué)和藥理學(xué)研究。這類磁性生物芯片在靈敏性、特異性、集 成化、易用性和低成本方面具有例如用于生物或化學(xué)樣品分析的有前途的 性能。
生物芯片，也被稱為生物傳感器芯片、生物微芯片、基因芯片或DNA 芯片，在其最簡單形式下包括這樣一種基底，在所述基底上于所述芯片上 良好定義的區(qū)域附著有大量的不同探針分子，如果要分析的分子或分子片 段完全匹配，則其可以結(jié)合至該探針分子。例如，DNA分子的片段結(jié)合至 一個獨特的互補DNA (c-DNA)分子片段。例如，可以通過使用連接到要 分析的分子的例如熒光標(biāo)記或磁性標(biāo)簽的標(biāo)記來檢測結(jié)合反應(yīng)的發(fā)生。這 提供了在短時間內(nèi)并行地分析大量不同分子或分子片段中的少量的能力。
在生物傳感器中進行測定。測定通常涉及若干流體致動步驟，即使得材料運動的步驟。這類步驟的示例是混合(例如用于稀釋，或者用于將標(biāo) 簽或其他試劑溶解到樣品流體中，或者加標(biāo)簽，或者親和性結(jié)合)或者更 新反應(yīng)表面附近的流體，以便避免擴散變得限制反應(yīng)速率。優(yōu)選地，該致 動方法應(yīng)該是有效的、可靠的和便宜的。
為了增加將磁性粒子結(jié)合至傳感器表面的可能性和特異性，可以連續(xù) 地將磁性粒子吸引到傳感器表面和排斥離開傳感器表面。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的 設(shè)備，這是通過在Z方向(即在基本垂直于傳感器設(shè)備的表面的方向上) 施加外部磁場梯度來實現(xiàn)的。
這一方案的缺點在于磁力同時出現(xiàn)在整個傳感器表面上，這不允許對 場進行詳細(xì)的空間控制。這可能導(dǎo)致例如在同一芯片上多路復(fù)用的不同測 定中的困難。
另一個缺點是切斷梯度涉及到大體積內(nèi)的場變化，及由此帶來的大能 量耗散。
此外，在生物傳感器中，可能重要的是將弱的生物分子結(jié)合和強的生 物分子結(jié)合區(qū)分開。更感興趣的是，可能優(yōu)選執(zhí)行種群分析，即定量地在 分子濃度和分子結(jié)合親和性/親和力方面區(qū)分分子。例如，這可以應(yīng)用于食 物和醫(yī)學(xué)診斷中的抗體池的分析。
傳統(tǒng)上，通過清洗步驟來實現(xiàn)強結(jié)合和弱結(jié)合的區(qū)分，但是以這種方 式難以進行種群分析，且其需要細(xì)心的流體處理步驟。對于集成生物傳感 器來說，利用磁力來現(xiàn)這一區(qū)分是更有利的。
在目前己知的傳感器幾何結(jié)構(gòu)中，通過檢測過程中由場發(fā)生線生成的
激勵場來將磁性粒子5吸引到傳感器表面4。這在圖1中圖示說明。圖1所 示的傳感器設(shè)備包括第一和第二場發(fā)生線1、 2以及場發(fā)生線1、 2之間的 傳感器元件3。
通過施加電流給場發(fā)生線l、 2中的至少一個，生成內(nèi)部磁場。圖2示 出了在z方向上的0.85pm處(即傳感器表面4處，見圖1)在x方向(圖 1所示的軸向，即平行于表面并垂直于z方向的方向)上的內(nèi)部磁場H rt(X)， 且該內(nèi)部磁場是由發(fā)送15 mA的激勵電流通過第一場發(fā)生線1生成的。曲 線7示出x方向上的內(nèi)部磁場，而曲線8示出z方向上的內(nèi)部磁場。必須 注意的是，在所有附圖中，第一場發(fā)生線1的左下角形成圖中所指示的坐標(biāo)系的原點。
所生成的磁場對例如超順磁珠的磁性納米粒子5施加的磁力可以由下 式給出
戶磁=—Vw = = (1)
其中&是磁性粒子5的磁矩，S是所施加的磁場。 當(dāng)將外部磁場施加到圖l所示的配置時，由外部磁場^卜并由通過發(fā)送 電流通過場發(fā)生線1而生成的內(nèi)部磁場/^使磁性粒子5磁化。因此 4 = A"磁珠{(#外+ & ) V(A外+ A內(nèi))} (2)
例如，在300 nm的Ademtech超順磁珠的情況下，；^磁珠".22.10-2°且 =4冗.10_7.
在A卜均勻的情況下，該公式簡化為
戶磁，磁珠fc + A內(nèi)W4》 (3)
通過將磁力分解成X分量和Z分量，
尸磁,,=M麟{("外.,+1 )| + + "內(nèi)'z (4)
= /^磁珠+ H內(nèi),,+ ("外，z + H內(nèi),z (5)
變得清楚的是將出現(xiàn)在第一場發(fā)生線1之上的磁性粒子5吸引到線1。 這由圖1中帶有附圖標(biāo)記6的箭頭和圖3及圖4圖示說明，其分別示出芯 片表面4處的水平磁力和垂直磁力，針對通過場發(fā)生線1的15 mA的激勵 電流和300 nm的Ademtech超順磁珠，這些磁力是z = 0.85 pm處(即傳感 器表面處)的磁性粒子5的x位置的函數(shù)(見圖l)。
作為一種變體，如圖5所示，可以同時激活場發(fā)生線1和2。結(jié)果，將 磁性粒子5拉離傳感器的中心并吸引朝向線1和2。這一現(xiàn)象可以解釋為排 斥形式或排斥力，其在圖5中由附圖標(biāo)記9指示。這在圖6和圖7中圖示 說明，其中針對300 nm的Ademtech磁珠和通過場發(fā)生線1與2的15 pni 的激勵電流，將芯片表面4處的水平磁力和垂直磁力分別示為2 = 0.85 , 處(即傳感器表面處)的磁性粒子5的x位置的函數(shù)。從圖7可以看出， 排斥力位于傳感器元件3之上且非常小，即小于1 fN。
如上所述，通過芯片上載流導(dǎo)線1、 2，可以局部施加場梯度，通過獨
8多路復(fù)用是容易的，且可以生成高梯度。然而，芯片上
載流導(dǎo)線l、 2的不利之處在于場梯度被定向為朝向芯片表面4 (參見例如 Panhorst、 Biosens， Bioelectron., 20巻，1685頁(2005)， 1685頁)。這意 味著朝向或沿著芯片表面4吸引磁性粒子5，當(dāng)在測量過程中測量結(jié)合強度 時，其給出對磁性粒子5和芯片表面4之間的生物分子結(jié)合的不明確的力 (ill-defined force )。
為了辨別特異性結(jié)合與非特異性結(jié)合，典型地需要大約100 fN的力。 如前所述，從圖7可以看出標(biāo)準(zhǔn)幾何結(jié)構(gòu)中的垂直排斥力小于1 fN，因此 太低而不能從傳感器表面4去除磁性粒子5。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于將磁性或可磁化對象吸引到傳感器表面和排 斥離開傳感器表面的好的磁傳感器設(shè)備和好的方法。
上述目標(biāo)是通過根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備實現(xiàn)的。
在隨附的獨立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求中陳述了本發(fā)明的特定方面和 優(yōu)選方面。從屬權(quán)利要求的特征可以適當(dāng)?shù)嘏c獨立權(quán)利要求的特征相組合， 并且可以與其他從屬權(quán)利要求的特征相結(jié)合，而不僅僅是權(quán)利要求書中明 確描述的那些。
在第一方面，本發(fā)明提供一種磁傳感器設(shè)備。該磁傳感器具有表面并
且包括
-第一集成磁場發(fā)生裝置，其用于在第一方向上生成具有第一磁場強 度的第一磁場，所述第一磁場用于將磁性或可磁化對象吸引到所述磁傳感 器設(shè)備的所述表面，
-至少一個傳感器元件，
-第二磁場發(fā)生裝置，其用于在第二方向上生成具有第二磁場強度的 第二磁場，所述第二磁場與所述第一磁場結(jié)合起來用于將具有低于預(yù)定值 的結(jié)合強度的磁性或可磁化對象排斥離開所述磁傳感器設(shè)備的所述表面， 所述第一方向與所述第二方向彼此基本反平行，以及
-驅(qū)動裝置，其用于控制所述第一磁場強度和所述第二磁場強度的調(diào)制。
9基本反平行的意思是第一磁場的第一方向與第二磁場的第二方向形成 小于10。的夾角，優(yōu)選小于5。且最優(yōu)選小于1°。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式的設(shè)備的優(yōu)點在于第一磁場和第二磁場的反平 行取向在第一磁場發(fā)生裝置之上產(chǎn)生場最小值。因此，場梯度被定向為遠(yuǎn) 離第一磁場發(fā)生裝置。位于樣品流體中且在第一磁場發(fā)生裝置附近的例如 磁性粒子的磁性或可磁化對象受到遠(yuǎn)離傳感器表面的力并被拉入流體中， 因此在被吸引到傳感器表面之后其被排斥離開傳感器表面。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，用于控制第一和第二磁場強度的調(diào)制的驅(qū)動 裝置可以是用于控制第一集成磁場發(fā)生裝置和第二磁場發(fā)生裝置的接通和 切斷的驅(qū)動裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，第二磁場發(fā)生裝置可以包括外部磁場發(fā)生裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，第二磁場發(fā)生裝置可以至少包括集成磁場發(fā) 生裝置。
所述磁傳感器設(shè)備可以形成在基底中，并且根據(jù)本發(fā)明的實施方式， 所述至少一個傳感器元件可以集成在所述傳感器基底中。然而，根據(jù)本發(fā) 明的其他實施方式，也有可能的是所述至少一個傳感器元件可以不集成在 所述傳感器基底中，并且其可以局部或完全嵌入到傳感器閱讀器中。作為 一個示例，所述至少一個傳感器元件可以是嵌入到基底中的磁阻傳感器元 件。作為另一示例，所述至少一個傳感器元件可以是嵌入到用于傳感器讀 出的儀器中的光學(xué)成像系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，第二磁場發(fā)生裝置可以包括外部磁場發(fā)生裝 置和至少一個集成磁場發(fā)生裝置。
所述至少一個傳感器元件和所述第一集成磁場發(fā)生裝置可以在第一方 向延伸，且所述第二磁場發(fā)生裝置的所述至少一個集成磁場發(fā)生裝置可以 被定向在基本垂直于所述第一方向的第二方向上。
其優(yōu)點在于，可以施加相當(dāng)大的外部磁場，而不會使傳感器設(shè)備進入 飽和狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的其他實施方式，所述第二磁場發(fā)生裝置可以包括外部磁 場發(fā)生裝置，且所述第一磁場發(fā)生裝置可以由被定向在一方向上的集成磁場發(fā)生裝置形成，該方向基本垂直于所述至少一個傳感器元件被定向的方 向。根據(jù)進一步的實施方式，所述磁傳感器設(shè)備還包括用于生成第三磁場 的第三磁場發(fā)生裝置，所述第三磁場用于使磁性或可磁化對象的磁矩定向 在所述傳感器元件的敏感方向上，在這些實施方式中該傳感器元件可以是 磁傳感器元件，從而能夠檢測和測量磁性或可磁化對象的存在和存在的磁 性或可磁化對象的量。因此，根據(jù)這些實施方式，可以有三種磁場，即由 集成磁場發(fā)生裝置生成的第一磁場，其用于將磁性或可磁化對象吸引到傳 感器表面；由外部磁場發(fā)生裝置生成的第二磁場，其與第一磁場結(jié)合起來 對磁性或可磁化對象產(chǎn)生排斥力；以及由第三磁場發(fā)生裝置生成的第三磁 場，其被定向為基本平行于傳感器元件，以便激勵用于檢測的磁性或可磁 化對象。當(dāng)被單獨激活時，每個獨立場產(chǎn)生吸引力。
所述至少一個集成磁場發(fā)生裝置可以是載流導(dǎo)線。
所述外部磁場發(fā)生裝置可以是永磁體。所生成的外部磁場可以具有介
于200 A/m和20000 A/m之間的范圍內(nèi)的量值。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述第二磁場發(fā)生裝置的所述至少一個集成 磁場發(fā)生裝置可以被定向在一方向上，該方向基本平行于所述第一磁場發(fā) 生裝置并平行于所述至少一個傳感器元件。
這些實施方式的優(yōu)點在于不需要外部磁場來將例如磁性粒子的磁性或 可磁化對象排斥離開所述傳感器表面。
所述第二磁場發(fā)生裝置可以包括多根載流導(dǎo)線。其優(yōu)點在于不需要高 電流，因此出現(xiàn)較小的熱耗散。
所述第二磁場發(fā)生裝置的所述至少一個集成磁場發(fā)生裝置可以位于所 述傳感器表面與所述第一集成磁場發(fā)生裝置之間。其優(yōu)點在于，以這種方 式，所述第二磁場發(fā)生裝置的所述至少一個集成磁場發(fā)生裝置不過分影響 傳感器設(shè)備的幾何結(jié)構(gòu)。
所述第一磁場發(fā)生裝置可以包括至少一根載流導(dǎo)線。
所述至少一個傳感器元件可以是GMR傳感器元件、TMR傳感器元件、 AMR傳感器元件或Hall傳感器中的一種。
在第二方面，本發(fā)明還提供一種生物芯片，該生物芯片包括根據(jù)本發(fā) 明的實施方式的至少一種磁傳感器設(shè)備。的實施方式的磁傳感器設(shè)備在生物或化學(xué)樣 品分析中的用途。
本發(fā)明還提供根據(jù)本發(fā)明的實施方式的生物芯片在生物或化學(xué)樣品分 析中的用途。
在第三方面，本發(fā)明提供一種用于將磁性或可磁化對象吸引到傳感器 設(shè)備的傳感器表面和排斥離開傳感器設(shè)備的傳感器表面的方法。所述方法 包括
-調(diào)制由第一磁場發(fā)生裝置生成的第一磁場的第一磁場強度，所述第 一磁場用于將磁性或可磁化對象吸引到所述傳感器表面，被吸引的磁性或 可磁化對象中的至少一些由此有可能結(jié)合至所述傳感器表面，以及
-調(diào)制由第二磁場發(fā)生裝置生成的第二磁場的第二磁場強度，所述第 二磁場與所述第一磁場結(jié)合起來用于將具有低于預(yù)定值的結(jié)合強度的磁性 或可磁化對象排斥離開所述傳感器表面，其中，以這樣的方式生成所述第 一磁場和所述第二磁場，即使得所述第一磁場具有第一方向，而所述第二 磁場具有第二方向，所述第一方向和所述第二方向彼此基本反平行。
基本反平行的意思是第一磁場的方向與第二磁場的方向形成小于10° 的夾角，優(yōu)選小于5。且最優(yōu)選小于1。。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式的設(shè)備的優(yōu)點在于第一磁場和第二磁場的反平 行取向在第一磁場發(fā)生裝置之上產(chǎn)生場最小值。因此，場梯度被定向為遠(yuǎn) 離第一磁場發(fā)生裝置。在第一磁場發(fā)生裝置附近位于樣品流體中的例如磁 性粒子的磁性或可磁化對象受到遠(yuǎn)離傳感器表面的力并被拉入流體中，因 此在被吸引到傳感器表面之后其被排斥離開傳感器表面。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，調(diào)制所述第一磁場強度和所述第二磁場強度 的所述操作是通過以下步驟執(zhí)行的-
_接通用于生成第一磁場的所述第一集成磁場發(fā)生裝置，以便將磁性 或可磁化對象吸引到所述傳感器表面，以及
-接通用于生成第二磁場的所述第二磁場發(fā)生裝置，以便與所述第一 磁場結(jié)合起來將具有低于預(yù)定值的結(jié)合強度的磁性或可磁化對象排斥離開 所述傳感器表面。
本發(fā)明還提供根據(jù)本發(fā)明的實施方式的方法在生物或化學(xué)樣品分析中
12的用途。
本發(fā)明還提供根據(jù)本發(fā)明的實施方式的方法用于確定磁性或可磁化對 象與傳感器表面的結(jié)合強度的用途
本發(fā)明還提供根據(jù)本發(fā)明的實施方式的方法用于區(qū)分磁性或可磁化對 象與傳感器表面的特異性結(jié)合和非特異性結(jié)合的用途。
本發(fā)明的上述及其他特性、特征和優(yōu)點將根據(jù)以下詳細(xì)說明并結(jié)合附 圖而變得明顯，其以示例的方式圖示說明了本發(fā)明的原理。給出這一說明 書僅為了示例的目的，而不限制本發(fā)明的范圍。以下引用的參考圖指的是 所附的圖。


圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的磁阻傳感器；
圖2圖示說明針對15mA的激勵電流，在z-0.85 pm處的圖1中傳感 器的傳感器表面處的內(nèi)部磁場；
圖3和圖4分別圖示說明針對15 mA的激勵電流，在z = 0.85 pm處的 圖1中傳感器的傳感器表面處的水平磁力和垂直磁力；
圖5示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的磁阻傳感器； '
圖6和圖7分別圖示說明針對15 mA的激勵電流，在z = 0.85 pm處的 圖5中傳感器的傳感器表面處的水平磁力和垂直磁力；
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的磁阻傳感器，其利用外部磁場 來將磁性粒子排斥離開傳感器表面；
圖9示出針對6 mA的激勵電流，在z = 0.85 pm處的圖8中傳感器設(shè) 備的傳感器表面處的內(nèi)部磁場；
圖10和圖11分別圖示說明針對15 mA的激勵電流，在z = 0.85 pm處 的圖8中傳感器的傳感器表面處的水平磁力和垂直磁力；
圖12和圖13分別圖示說明針對12 mA的激勵電流及-10kAAn的外部 磁場，在z = 0.85 pm處的圖5中傳感器的傳感器表面處的水平磁力和垂直 磁力；
圖14示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的磁傳感器設(shè)備；
圖15和圖16示出根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的傳感器設(shè)備的示例；圖17示出根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的磁傳感器設(shè)備；
圖18和圖19分別示出2 = 0.85 pm時圖15中傳感器的傳感器表面處的 水平磁力和垂直磁力；
圖20示出根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的傳感器設(shè)備；
圖21和圖22分別示出在z = 0.85 pm處的圖20中傳感器的傳感器表面 處的水平磁力和垂直磁力；
圖23圖示說明包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁傳感器設(shè)備的生物芯片。
在不同的圖片中，相同的附圖標(biāo)記指的是相同的或類似的元件。
具體實施例方式
本發(fā)明將通過具體實施方式
并參考某些附圖來進行描述，但本發(fā)明并 不局限于此，而是僅由權(quán)利要求書進行限制。權(quán)利要求書中的任何附圖標(biāo) 記均不應(yīng)解讀為限制本發(fā)明的范圍。所描述的附圖僅是示意性的，而非限 制性的。在附圖中，為了說明的目的將一些元件的尺寸放大，而不是按比 例繪出。對于本說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"包括"，其并不排除其 他元件或步驟。對于涉及單數(shù)名詞時所用的不定冠詞或定冠詞"一"、"一 個"或"該"等，在不特別指明的情況下其包括該名詞的復(fù)數(shù)形式。
此外，說明書及權(quán)利要求中的術(shù)語"第一"、"第二"、"第三"等用于 區(qū)分相似的元件，而并不一定描述連續(xù)的或時間順序的次序。應(yīng)該理解這 樣使用的術(shù)語在適當(dāng)情況下是可互換的，且這里所描述的本發(fā)明的實施方 式能夠以不同于此處所述或所示的其他順序進行操作。
另外，說明書和權(quán)利要求書中的術(shù)語"頂部"、"底部"、"之上"、"之 下"用于描述的目的，而并不一定描述相對位置。應(yīng)該理解這樣使用的術(shù) 語在適當(dāng)情況下是可互換的，且這里所描述的本發(fā)明的實施方式能夠以不 同于此處所述或所示的其他方位進行操作。
本發(fā)明提供一種磁傳感器設(shè)備，其包括第一集成磁場發(fā)生裝置，其 用于在第一方向上生成第一磁場，該第一磁場用于將磁性或可磁化對象吸 引到該磁傳感器設(shè)備的表面，在此處它們可以結(jié)合至結(jié)合位點；至少一個 傳感器元件；以及第二磁場發(fā)生裝置，其用于在第二方向上生成第二磁場,該第二磁場與該第一磁場結(jié)合起來用于將具有低于預(yù)定值的結(jié)合強度的磁 性或可磁化對象排斥離開該磁傳感器設(shè)備的表面。根據(jù)本發(fā)明，第一磁場
和第二磁場被定向為基本反平行且在xy平面內(nèi)，即在水平方向上(進一步
參見附圖)，或者換句話說，在基本平行于傳感器表面的平面的方向上，由 此生成垂直排斥力，或者換句話說，生成Z方向上的排斥力，即當(dāng)傳感器
表面處于xy平面內(nèi)時，排斥力在基本垂直于傳感器表面的平面的方向上且
遠(yuǎn)離傳感器表面。因此，根據(jù)本發(fā)明，所生成的磁場可以是均勻的或可以 是非均勻的。后者是最常見的情形，特別是當(dāng)通過例如載流導(dǎo)線的集成磁 場發(fā)生裝置生成磁場時。
基本反平行的意思是第一方向與第二方向可以不是正好彼此相反的，
而是可以包括小于10。的夾角，優(yōu)選小于5。且最優(yōu)選小于1°。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，第二磁場發(fā)生裝置可以包括外部磁場發(fā)生裝置。
根據(jù)本發(fā)明的更優(yōu)選的實施方式，第二磁場發(fā)生裝置可以至少包括集 成磁場方法裝置。
可以為第二磁場發(fā)生裝置提供外部磁場發(fā)生裝置與集成磁場發(fā)生裝置 的組合。
此外，本發(fā)明提供一種用于將例如磁性粒子的磁性或可磁化顆粒對象 吸引到傳感器表面和排斥離開傳感器表面的方法。
根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器設(shè)備和方法可以例如用于區(qū)分例如磁性粒子的 磁性或可磁化對象與傳感器表面之間的強結(jié)合和弱結(jié)合，或者區(qū)分傳感器 表面上的例如磁性粒子的磁性或可磁化對象的特異性結(jié)合和非特異性結(jié) 合。此外，該磁傳感器設(shè)備可以用于確定例如磁性粒子的磁性或可磁化對 象與傳感器表面的結(jié)合強度。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法也可以用于在檢測 和/或定量測量樣品流體中的靶分子的過程中吸引和排斥磁性或可磁化對 象。例如磁性粒子的磁性或可磁化對象可以用作要檢測的耙分子的標(biāo)簽。 因此，根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器設(shè)備可以將對結(jié)合至傳感器表面的例如磁性 粒子的磁性或可磁化對象的檢測和，例如，對例如磁性納米粒子的磁性或 可磁化對象與傳感器表面之間的結(jié)合強度的確定組合到一個傳感器設(shè)備 中。
15可以通過設(shè)計為吸引某些分子的涂層來修飾該傳感器設(shè)備的表面，或 者可以通過使其附著一些分子來修飾該傳感器設(shè)備的表面，這些分子適于 結(jié)合樣品流體中存在的靶分子。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說這些分子是已知的，
其包括互補DNA、抗體、反義RNA等。這些分子可以借助于間隔子或連 接子分子附著到該表面上。也可以向傳感器設(shè)備的表面提供以有機體(例 如，病毒或細(xì)胞)或有機體片段(例如，組織片段、細(xì)胞片段、膜)的形 式的分子。生物結(jié)合的表面可以直接接觸傳感器芯片，但是結(jié)合表面與傳 感器芯片之間也可以存在間隙。例如，結(jié)合表面可以是與芯片分離的材料， 例如多孔材料。這種材料可以是橫流(lateral-flow)或貫流(flow-through) 材料，例如包括位于硅、玻璃、塑料等中的微通道。結(jié)合表面可以與傳感 器芯片的表面平行。作為替代，結(jié)合表面可以相對于傳感器芯片的表面成 一角度，例如垂直于傳感器芯片的表面。
借助于基于GMR元件的磁傳感器設(shè)備將進一步描述本發(fā)明。然而，這 決不限制本發(fā)明。本發(fā)明可以應(yīng)用于包括任何傳感器元件的傳感器設(shè)備， 該傳感器元件適于基于粒子的任何性質(zhì)檢測傳感器表面上的或附近的例如 磁性納米粒子的磁性或可磁化對象的存在或者確定其數(shù)量。例如，納米粒 子的檢測可以通過任何適當(dāng)?shù)氖侄蝸硗瓿桑?，磁方?磁阻傳感器元 件、霍爾傳感器、線圈)、光學(xué)方法(例如，成像熒光、化學(xué)發(fā)光、吸收、 散射、表面等離子體共振、Raman...)、聲檢測方法(例如，表面聲波、體 聲波、懸臂梁、石英晶體...)、電檢測方法(例如，電導(dǎo)、阻抗、電流測量、 氧化還原循環(huán))等等。
該傳感器元件可以集成到傳感器基底中，或者可以局部或完全嵌入到 傳感器閱讀器中。作為一個示例，該傳感器元件可以是嵌入到基底中的磁 阻傳感器元件。作為另一示例，該傳感器元件可以是嵌入到用于傳感器讀 出的儀器中的光學(xué)成像系統(tǒng)。
此外，將借助于作為磁性粒子的磁性或可磁化對象來描述本發(fā)明。應(yīng) 該寬泛地解釋術(shù)語"磁性粒子"以使其包括任何類型的磁性粒子，例如鐵 磁性的、順磁性的、超順磁性的等，以及任何形式的粒子，例如磁球、磁 棒、磁粒子串，或者合成粒子，例如包含磁性及光學(xué)活性材料或者非磁性 基體內(nèi)的磁性材料的粒子。優(yōu)選地，該磁性或可磁化對象可以是鐵磁性粒
16子，該鐵磁性粒子包含具備快速磁弛豫時間的小鐵磁性晶粒，并具有低的 聚類風(fēng)險。同時，所用的措詞僅用于方便解釋而決不是限制本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，提供磁傳感器設(shè)備20，其包括由外部磁 場發(fā)生裝置形成的第二磁場發(fā)生裝置。該外部磁場發(fā)生裝置可以用于緊迫
地將磁性粒子22結(jié)合至傳感器表面23。
圖8圖示說明了磁傳感器設(shè)備20，其使用外部磁體并結(jié)合集成磁場發(fā) 生裝置21a、 21b以將磁性粒子22排斥離開傳感器表面23。因此，根據(jù)第 一實施方式的磁傳感器設(shè)備20包括第一磁場發(fā)生裝置21a、 21b，用于生成 將磁性粒子22吸引到傳感器表面23的第一磁場。將第一磁場發(fā)生裝置21 a、 21b集成到傳感器設(shè)備20中。根據(jù)圖8給出的示例，第一集成磁場發(fā)生裝 置21a、 21b可以分別包括第一載流導(dǎo)線21a和第二載流導(dǎo)線21b。這一示 例并不限制本發(fā)明，第一集成磁場發(fā)生裝置也可以僅包括一根載流導(dǎo)線或 者可以包括多于兩根載流導(dǎo)線。借助于包括第一載流導(dǎo)線21a和第二載流 導(dǎo)線21b的第一集成磁場發(fā)生裝置將進一步描述本發(fā)明，但這并不意欲限 制本發(fā)明。
通過將由外部磁場發(fā)生裝置生成的、沿負(fù)x軸(由附圖標(biāo)記10指示) 的幾乎均勻的外部磁場和由集成磁場發(fā)生裝置21a、 21b生成的、定向在基 本反平行于外部磁場方向的方向上的芯片上生成的磁場進行組合，可以將 磁性粒子22排斥離開(由附圖標(biāo)記26指示)傳感器表面23。
為了實現(xiàn)正z方向的有效排斥，必須保持如下關(guān)系》^-l。為了在磁
測量過程中進行排斥，這一比率由傳感器的動態(tài)范圍(8kA/m)進行限制。 因此，所允許的磁場量值|//,—2000A/m。結(jié)果用于激勵載流導(dǎo)線21a、 21b
的最大激勵電流被限制為6 mA。圖9圖示說明了兩根線21a、 21b的所得 到的芯片上磁場。曲線ll圖示說明了x方向上的芯片上生成的磁場，曲線 12圖示說明了 z方向上的芯片上生成的磁場。
在圖IO和圖11中分別示出了針對6mA的激勵電流且H外,x^-2000A/m 并且針對300 nm的Ademtech磁珠，傳感器表面23處作為z = 0.85 pm處
17的磁性粒子22的X位置的函數(shù)的水平磁力和垂直磁力。從這些圖中可以看
出，在上述條件下，排斥力相當(dāng)小，即在所給出的示例中為約20fN，這遠(yuǎn)小于從傳感器表面23去除非特異性結(jié)合所需的100 fN的力。
為了解決這一問題，可以施加更大的外場，例如10kA/m。然而，在這種情況下，在排斥過程中不可能有用于確定磁性粒子22的存在或數(shù)量的準(zhǔn)確測量，因為傳感器元件24會由于更高的磁場而至少局部飽和。圖12和圖13分別示出針對12 mA的激勵電流及沿負(fù)x軸的10 KA/m外部磁場，并且針對300 nm的Ademtech磁珠，傳感器表面23處作為z = 0.85 pm處的磁性粒子22的x位置的函數(shù)的水平磁力和垂直磁力?？梢钥闯?，排斥力集中在激勵線21a、 21b之上，這是當(dāng)切斷外場時在檢測過程中磁性粒子22集中的區(qū)域，并且可以看出排斥力大于100fN。
如前所述，當(dāng)如第一實施方式所述及圖8所示向磁傳感器施加外部磁場時，僅能獲得低的斥力或排斥力，這可能不足以將一些磁性粒子22排斥離開傳感器表面，這取決于粒子及結(jié)合強度。這是因為所施加的外部磁場不能太高，因為否則當(dāng)期望將磁性納米粒子排斥離開傳感器表面且執(zhí)行測量時，磁傳感器將迸入飽和狀態(tài)。因此，由于傳感器設(shè)備會因為高外部磁場而至少局部飽和，不可能準(zhǔn)確檢測磁場粒子。此外，當(dāng)使用電磁體施加外部磁場時，可能引入額外的磁噪聲。
另一個缺點是當(dāng)將永磁體用于施加外部磁場時，存在對機械裝置的需求以便在永磁體的情況下去除外部磁場。
因此，根據(jù)圖14所示的本發(fā)明的第二實施方式，磁傳感器設(shè)備20包括可以由至少一根集成場發(fā)生載流導(dǎo)線21形成的第一集成磁場發(fā)生裝置21，第一磁場發(fā)生裝置21用于在第一方向上生成第一磁場，該第一磁場用于將磁性或可磁化對象吸引到磁傳感器設(shè)備的表面。磁傳感器設(shè)備20還包括被定向在第一方向上的至少一個傳感器元件24。根據(jù)第二實施方式，所述至少一個集成磁場發(fā)生裝置可以被定向在與第一方向基本垂直的第二方向上，其中所述至少一個傳感器元件24被定向在所述第一方向上。
根據(jù)第二實施方式，第二磁場發(fā)生裝置可以由外部磁場發(fā)生裝置(圖中未顯示)形成。第二磁場發(fā)生裝置生成在第二方向上并具有第二磁場強度的第二磁場H》卜。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的磁傳感器設(shè)備
20還可以包括例如由兩根載流導(dǎo)線28a、 28b形成的第三磁場發(fā)生裝置28，用于生成第三磁場，以便定向由磁性粒子22的磁矩生成的偶極磁場，這在下文進行解釋。流過第三磁場發(fā)生裝置28的電流生成第三磁場，該第三磁場磁化在傳感器表面23處存在的磁性粒子22。磁性粒子22由此發(fā)展成磁矩m。然后磁矩m生成偶極磁場，該偶極磁場在傳感器元件24的位置處具有平面內(nèi)磁場分量。因此，磁性粒子22偏轉(zhuǎn)由流過第三磁場發(fā)生裝置28的電流感生的第三磁場，從而導(dǎo)致在傳感器元件24的敏感的x方向上的磁場分量。根據(jù)這些實施方式，第三磁場發(fā)生裝置28可以被定向在與至少一個傳感器元件24相同的方向上，并因此在與第一磁場發(fā)生裝置21被定向的方向基本垂直的方向上。
在下文中，將描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的設(shè)備的功能。首先，發(fā)送電流通過第一磁場發(fā)生裝置21 (在所給出的示例中為集成磁場發(fā)生線21)，由此生成用于將磁性粒子22吸引到傳感器表面23的第一磁場。在吸引步驟期間，切斷第二磁場發(fā)生裝置(在所給出的示例中為外部磁場發(fā)生裝置)。
在"吸引"階段，將磁性粒子22從樣品流體的本體集中到傳感器表面23附近的區(qū)帶。將磁性粒子22吸引朝向傳感器表面23所需的時間應(yīng)該優(yōu)選為盡可能地低，例如低于30分鐘，優(yōu)選低于10分鐘，且更優(yōu)選地低于l分鐘。
被吸引朝向傳感器表面23的磁性粒子22中的至少一些可以結(jié)合至在傳感器表面23上存在的結(jié)合位點。在"結(jié)合"階段，以一方式使磁性粒子22更靠近結(jié)合表面，以優(yōu)化結(jié)合至傳感器表面23上的捕獲或結(jié)合區(qū)域的期望(生物)化學(xué)結(jié)合的發(fā)生，即在該區(qū)域存在例如磁傳感器的至少一個傳感器元件24的高檢測靈敏度，并且存在高生物特異性的結(jié)合。為了優(yōu)化結(jié)合過程，存在增加接觸效率(以在磁珠靠近結(jié)合表面時使特異性生物結(jié)合的比率最大化)及接觸時間(各個磁珠接觸結(jié)合表面的總時間)的需要。
在接下來的步驟中，通過接通外部磁場發(fā)生裝置或者通過逼近外部永磁體來生成第二磁場，由此在存在的第一磁場的頂部生成第二磁場。因此由集成場發(fā)生載流導(dǎo)線21生成的磁場起到重定向所施加的外部磁場的作用，從而使得外部磁場具有被定向在與第一磁場的方向反平行的方向上的
分量。這意味著在不同于GMR傳感器元件24的敏感的x方向的方向上施
加外部磁場，且因此該外部磁場可以高于根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的可
能的外部磁場。最優(yōu)選地，將該外部磁場定向到GMR傳感器元件24的不 太敏感的y方向上。由于第一磁場和第二磁場的反平行取向，可將磁性粒 子22排斥離開傳感器表面23。
根據(jù)第二實施方式，由適當(dāng)選擇的至少一個集成磁場發(fā)生裝置21中的 至少一個中的電流& (的幅值和方向)生成的外部磁場和內(nèi)部磁場的組合 可將磁性粒子22排斥離開傳感器表面23，該至少一個集成磁場發(fā)生裝置 21形成第一磁場發(fā)生裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，例如在根據(jù)第二實施方式包括第三磁場發(fā)生 裝置28的磁傳感器設(shè)備20中，可能因此存在三種磁場，即由集成磁場發(fā) 生裝置21生成的第一磁場，其用于將磁性或可磁化對象22吸引到傳感器 表面23;由外部磁場發(fā)生裝置生成的第二磁場，其與第一磁場結(jié)合起來對 磁性或可磁化對象產(chǎn)生排斥力；以及由第三磁場發(fā)生裝置28生成的第三磁 場，其被定向為基本平行于傳感器元件，以便激勵和檢測磁性或可磁化對 象。當(dāng)被單獨激活時，每個獨立磁場發(fā)生裝置生成一個場并產(chǎn)生吸引力。
根據(jù)本發(fā)明的第三且更優(yōu)選的實施方式，磁傳感器設(shè)備20可以具有可 與如圖14所示的根據(jù)第二實施方式的磁傳感器設(shè)備20相比的配置，即如 圖15和圖16所示，它包括外部磁場發(fā)生裝置和集成磁場發(fā)生裝置25。然 而，與根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的設(shè)備相反的是，該集成磁場發(fā)生裝置 現(xiàn)在是第二磁場發(fā)生裝置的一部分。外部磁場發(fā)生裝置可以是永磁體。所 施加的外部磁場可以具有介于200 A/m和20000 A/m之間的量值。
必須注意的是，在所有的附圖中，第一場發(fā)生線21a的左下角形成圖 中指示的坐標(biāo)系的原點。
在圖15中圖示說明了根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的磁傳感器設(shè)備20。 磁傳感器設(shè)備20包括第一磁場發(fā)生裝置21a、 21b，該第一磁場發(fā)生裝置可 以用于生成第一磁場以便將磁性粒子22吸引到傳感器表面23。將第一磁場 發(fā)生裝置21a、 21b集成到傳感器設(shè)備20中。根據(jù)圖15中給出的示例，第 一集成磁場發(fā)生裝置21可以分別包括第一載流導(dǎo)線21a和第二載流導(dǎo)線21b。這一示例并不是要限制本發(fā)明，第一集成磁場發(fā)生裝置21也可以僅 包括一根載流導(dǎo)線或者包括多于兩根載流導(dǎo)線。借助于包括第一載流導(dǎo)線
21a和第二載流導(dǎo)線21b的第一集成磁場發(fā)生裝置將進一步描述本發(fā)明，但 這并不意欲限制本發(fā)明。
通過發(fā)送第一電流通過載流導(dǎo)線21a、 21b中的至少一個而生成第一磁 場。該第一磁場具有磁場梯度，由此可以將磁性粒子22吸引朝向并吸引到 磁傳感器設(shè)備20的表面23上。
此外，根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的磁傳感器設(shè)備20包括至少一個 GMR傳感器元件24。再次，必須注意的是，根據(jù)本發(fā)明的其他實施方式， 傳感器元件24可以是適于檢測磁性粒子22的存在和/或數(shù)量的任何傳感器 元件(見上文)。GMR傳感器元件24可以用于檢測和/或量化在傳感器表面 23處或附近存在的磁性粒子22。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式，第二磁場發(fā)生裝置可以由外部磁場發(fā)生 裝置(圖中未顯示)結(jié)合至少一個集成磁場發(fā)生裝置25 (在所給出的示例 中為集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25)而形成。該至少一個集成磁場發(fā)生裝置25 (在 所給出的示例中為集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25)在一方向延伸，該方向基本垂 直于載流導(dǎo)線21a、 21b和至少一個GMR傳感器元件24延伸的方向。根據(jù) 圖15和圖16中的示例，傳感器設(shè)備20可以包括多個集成磁場發(fā)生裝置25。 然而，根據(jù)其他實施方式，傳感器設(shè)備20可以包括單一的集成磁場發(fā)生裝 置25。
集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25起到重定向所施加的外部磁場的作用，從而使 得組合磁場具有被定向在與第一磁場的方向反平行的方向上的分量。這意 味著在不同于GMR傳感器元件24的敏感的x方向的方向上施加外部磁場， 且因此該外部磁場可以高于根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的可能的外部磁 場。最優(yōu)選地，將該外部磁場定向到GMR傳感器元件24的不太敏感的y 方向上。
外部磁場和內(nèi)部磁場的組合可將磁性粒子22排斥離開傳感器表面23， 其中外部磁場由集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25重定向且具有第一方向，內(nèi)部磁場 由載流導(dǎo)線21a、 21b生成且具有第二方向，且該第一方向和該第二方向相 互基本反平行。
21因為外部磁場被定向為沿著GMR傳感器元件24的不太敏感的y方向， 且因此在與GMR傳感器元件24的敏感的x方向不同的方向上，所以與根 據(jù)第一實施方式的磁傳感器設(shè)備20相比，所施加的外部磁場可以大得多， 即可以在200 A/m和20000 A/m之間。結(jié)果，利用根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器 設(shè)備20可以獲得適于從傳感器表面23去除磁性粒子22的高得多的排斥力。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的磁傳感器設(shè)備20可以用于組合測量，即 確定和/或量化樣品流體中的磁性粒子22，以及確定結(jié)合強度。例如，在確 定和/或量化樣品流體中的磁性粒子22的過程中，將磁性粒子22排斥離開 表面可以用于去除弱結(jié)合的或非特異性結(jié)合的粒子22。在這種情況下，清 洗步驟不再是必需的。
根據(jù)第三實施方式的磁傳感器設(shè)備20還可以用于執(zhí)行結(jié)合強度確定， 而不執(zhí)行用于確定和/或量化樣品流體中的磁性粒子22的測量。當(dāng)在將磁性 粒子22排斥離開傳感器表面23的過程中不執(zhí)行測量，即不確定和/或量化 樣品流體中的磁性粒子22，仍然可以允許高達(dá)10kA/m的較高的外部場強， 從而仍然可以生成較高的排斥力。后者在要確定磁性粒子22結(jié)合至傳感器 表面23的結(jié)合強度時可以是有用的，因為在這種情況下，所有磁性粒子22， 即弱結(jié)合以及強結(jié)合的、非特異性以及特異性結(jié)合的粒子22，可能必須從 傳感器表面23去除。
在下文中，將描述根據(jù)第三實施方式的磁傳感器設(shè)備20的功能原理。
通過向第一載流導(dǎo)線21a或者載流導(dǎo)線21a和21b施加電流，在第一方 向上生成第一磁場。所生成的第一磁場具有強的場梯度，由此可以將磁性 粒子22吸引到傳感器表面23。在吸引步驟期間，切斷所述至少一個第二磁 場發(fā)生裝置(在所給出的示例中為集成場發(fā)生線25)，或換句話說，不發(fā)送 電流通過場發(fā)生載流導(dǎo)線25。
在"吸引"階段，將磁性粒子22從樣品流體的本體集中到傳感器表面 23附近的區(qū)帶。將磁性粒子22吸引朝向傳感器表面23所需的時間應(yīng)該優(yōu) 選為盡可能地低，例如低于30分鐘，優(yōu)選低于10分鐘，且更優(yōu)選地低于l 分鐘。
被吸引朝向傳感器表面23的磁性粒子22中的至少一些可以結(jié)合至在 傳感器表面23上存在的結(jié)合位點。在"結(jié)合"階段，以一方式使磁性粒子22更靠近結(jié)合表面，以優(yōu)化結(jié)合至傳感器表面23上的捕獲或結(jié)合區(qū)域的期
望(生物)化學(xué)結(jié)合的發(fā)生，即在該區(qū)域存在例如磁傳感器的至少一個傳
感器元件24的高檢測靈敏度，并且存在高生物特異性的結(jié)合。為了優(yōu)化結(jié) 合過程，存在增加接觸效率(以在磁珠靠近結(jié)合表面時使特異性生物結(jié)合 的比率最大化)及接觸時間(各個磁珠接觸結(jié)合表面的總時間)的需要。
在接下來的步驟中，通過接通外部磁場發(fā)生裝置或者通過逼近外部永 磁體來施加外部磁場，并且同時發(fā)送電流通過第二場發(fā)生裝置的集成部分 (在所給出的示例中為集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25)，用于在第二方向上生成第 二磁場。換句話說，在這一步驟，也接通第二場發(fā)生裝置(在所給出的示 例中為集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25)。由第一和第二磁場發(fā)生裝置得到的組合磁 場可將磁性粒子22排斥離開傳感器表面23，其中第二磁場發(fā)生裝置包括外 部磁場發(fā)生裝置和集成磁場發(fā)生裝置。在這一步驟中第一載流導(dǎo)線21a保 持接通。
對于根據(jù)第三實施方式的磁傳感器設(shè)備20，很多操作或功能可能性是 有可能的。例如，附加集成磁場發(fā)生裝置25的同時激活或者通過在預(yù)定時 隙期間激活集成磁場發(fā)生裝置25中的一個或多個而實現(xiàn)的時分復(fù)用操作都 是有可能的。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，集成磁場發(fā)生裝置25可以如圖16所示地彼 此連接。在這種情況下，集成磁場發(fā)生裝置25都在同一時間啟動，例如通 過發(fā)送電流12通過如圖16所示的集成磁場發(fā)生裝置。通過調(diào)制外部磁場的 符號(反向/非反向)，由所有的集成磁場發(fā)生裝置25順次排斥磁性粒子。
如上所述，因為排斥僅發(fā)生在激勵載流導(dǎo)線21a、 21b之上，根據(jù)本發(fā) 明的第二實施方式的設(shè)備適于在同一傳感器設(shè)備20上多路復(fù)用不同的測 定。
然而，上述第二和第三實施方式具有仍然需要外部磁場的缺點。因此， 在下文中將描述一些實施方式，其中磁傳感器設(shè)備20不需要外部磁場。
根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式，磁傳感器設(shè)備20包括第一集成磁場發(fā)生 裝置21和至少一個磁傳感器元件，諸如GMR傳感器元件24。圖17圖示 說明了根據(jù)第四實施方式的磁傳感器設(shè)備20的示例。在所給出的示例中， 第一磁場發(fā)生裝置21可以包括第一和第二載流導(dǎo)線21a、 21b，以及位于第
23一和第二載流導(dǎo)線21a、 21b之間的一個GMR傳感器元件24。必須理解的 是，這僅是根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的磁傳感器設(shè)備20的可能的實現(xiàn)方 式的示例，并且還公開了其他實現(xiàn)方式。例如，磁傳感器設(shè)備20可以包括 多于或少于兩根載流導(dǎo)線21a、 21b和/或可以包括多于一個GMR傳感器元 件24或者可以包括不同于GMR傳感器元件的其他傳感器元件24 (見上 文)。
根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式，第二磁場發(fā)生裝置可以僅包括集成磁場 發(fā)生裝置，而沒有外部磁場發(fā)生裝置，在圖17所給出和所示的示例中，該 集成磁場發(fā)生裝置為集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25，其位于第一載流導(dǎo)線21a與 磁傳感器設(shè)備20的表面23之間。該集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25可以在一方向 上延伸，該方向基本平行于載流導(dǎo)線21a、 21b和GMR傳感器元件24延伸 的方向。根據(jù)其他實施方式，集成場發(fā)生裝置25可以包括兩個或更多個場 發(fā)生載流導(dǎo)線25。例如，磁傳感器設(shè)備20可以包括在第一載流導(dǎo)線21a與 傳感器表面23之間的第一場發(fā)生載流導(dǎo)線25 (如圖17所示)，并可以包括 在第二載流導(dǎo)線21b與傳感器表面23之間的第二場發(fā)生載流導(dǎo)線25。根據(jù) 本發(fā)明的另一些其他實施方式，磁傳感器設(shè)備20可以包括在x方向上延伸 越過整個傳感器設(shè)備20的一根場發(fā)生載流導(dǎo)線25，即從第一載流導(dǎo)線21a 與傳感器表面23之間延伸到第二載流導(dǎo)線21b與傳感器表面23之間。場 發(fā)生載流導(dǎo)線25可以優(yōu)選具有可與第一和第二載流導(dǎo)線21a、 21b的長度 相比的長度，因為排斥力僅出現(xiàn)在存在載流導(dǎo)線21a或21b和場發(fā)生載流 導(dǎo)線25這兩者的位置處。然而，根據(jù)本發(fā)明的其他不太優(yōu)選的實施方式， 場發(fā)生載流導(dǎo)線25可以具有比第一和第二載流導(dǎo)線21a、 21b的長度更短 或更長的長度。
在下文將利用圖17給出的示例描述根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的磁傳 感器設(shè)備20的功能原理。
通過向第一載流導(dǎo)線21a施加電流，在第一方向上生成第一磁場。所 生成的第一磁場具有強的場梯度，由此可以將磁性粒子22吸引到傳感器表 面23。根據(jù)圖17給出的示例，在紙平面向內(nèi)的方向上發(fā)送大約50 mA的 電流通過第一載流導(dǎo)線21。在吸引步驟期間，切斷第二磁場發(fā)生裝置(在 所給出的示例中為集成場發(fā)生線25)，或換句話說，不發(fā)送電流通過場發(fā)生
24載流導(dǎo)線25。
在"吸引"階段，將磁性粒子22從樣品流體的本體集中到傳感器表面 23附近的區(qū)帶。將磁性粒子22吸引朝向結(jié)合表面23所需的時間應(yīng)該優(yōu)選 為盡可能地低，例如低于30分鐘，優(yōu)選低于10分鐘，且更優(yōu)選地低于1 分鐘。
被吸引朝向傳感器表面23的磁性粒子25中的至少一些可以結(jié)合至在 傳感器表面23上存在的結(jié)合位點。在"結(jié)合"階段，以一方式使磁性粒子 25更靠近結(jié)合表面，以優(yōu)化結(jié)合至傳感器表面23上的捕獲或結(jié)合區(qū)域的期 望(生物)化學(xué)結(jié)合的發(fā)生，即在該區(qū)域存在例如磁傳感器的至少一個傳 感器元件24的高檢測靈敏度，并且存在高生物特異性的結(jié)合。為了優(yōu)化結(jié) 合過程，存在增加接觸效率(以在磁珠靠近結(jié)合表面時使特異性生物結(jié)合 的比率最大化)及接觸時間(各個磁珠接觸結(jié)合表面的總時間)的需要。
在接下來的步驟中，發(fā)送電流通過第二場發(fā)生裝置(在所給出的示例 中為集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25)，用于在第二方向上生成第二磁場。換句話說， 在這一步驟中，接通第二場發(fā)生裝置(在所給出的示例中為集成場發(fā)生載 流導(dǎo)線25)。在這一步驟期間仍然接通第一載流導(dǎo)線21a。根據(jù)本發(fā)明，發(fā) 送電流通過場發(fā)生載流導(dǎo)線25，從而使得第一磁場具有與第二磁場的方向 基本反平行的方向?；痉雌叫械囊馑际堑谝淮艌雠c第二磁場可以形成小 于10。的夾角，優(yōu)選小于5。且最優(yōu)選小于1°。根據(jù)圖17給出的示例，在紙 平面向外的方向上發(fā)送大約150 mA的電流通過場發(fā)生線25，并且因此在 與發(fā)送通過第一載流導(dǎo)線21a的電流相反的方向上。根據(jù)本發(fā)明的第四實 施方式，優(yōu)選地，由第二磁場發(fā)生裝置(在所給出的示例中為集成場發(fā)生 載流導(dǎo)線25)生成的第二磁場大于由第一載流導(dǎo)線21a生成的第一磁場， 從而使得結(jié)果是排斥力，在圖17中由附圖標(biāo)記26指示。第一磁場和第二 磁場的反平行取向在載流導(dǎo)線21a之上產(chǎn)生場最小值。因此，總的場梯度 被定向為遠(yuǎn)離載流導(dǎo)線21a。因此，位于流體樣品中且在載流導(dǎo)線21a附近 的，或換句話說，在載流導(dǎo)線21a之上的傳感器表面23處(如圖17所示) 的磁性粒子22受到遠(yuǎn)離傳感器表面23的力并因此被拉入流體中。
圖18和圖19分別圖示說明了針對300 nm的Ademtech磁珠情況下50 mA的激勵電流及150 mA的流過第二磁場發(fā)生裝置的電流，傳感器表面23處作為Z= 1.7拜處的磁性粒子22的X位置的函數(shù)的水平磁力和垂直磁力
(見圖17)。從圖19可以看出排斥力在第一載流導(dǎo)線21a之上的傳感器表 面23處是最大的，并且因此位于傳感器表面23處在先前步驟中磁性粒子 23被吸引到的位置處。排斥力在95-100 fN之間，這足以從傳感器表面23 上去除非特異性結(jié)合的粒子22。
然而，必須注意的是，需要大約150 mA的相當(dāng)大的電流。其缺點是會 出現(xiàn)相當(dāng)大的熱耗散。在上文討論的及圖17所示的配置中，出現(xiàn)100mW 的連續(xù)耗散。然而，這可以通過對集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25施加脈沖啟動而 得以降低。避免上述缺點的另一種方式是將集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25分成并 發(fā)啟動的子線，這限制了功耗。
還必須指出的是，磁性粒子22越大，同一磁場對磁性粒子22施加的 排斥力越大。
根據(jù)本發(fā)明的最優(yōu)選的第五實施方式，第二磁場發(fā)生裝置可以包括多 根集成小載流導(dǎo)線25a-25d。這在圖20中圖示說明。多根集成小載流導(dǎo)線 25a-25d可以位于傳感器表面23與第一載流導(dǎo)線21a、 GMR傳感器元件24 和第二載流導(dǎo)線21b之間。多根集成小載流導(dǎo)線25a-25d可以都具有相同的 尺寸或者可以具有不同的尺寸。優(yōu)選地，多根集成小載流導(dǎo)線25a-25d可以 具有在1 pm和5 pm之間的寬度，且優(yōu)選地可以具有大約2 pm的寬度。 優(yōu)選地，多根集成小載流導(dǎo)線可以相對對稱地位于第一和第二載流導(dǎo)線 21a、 21b之上。這可以從圖20中看出。集成小載流導(dǎo)線25a、 25b對稱地 位于載流導(dǎo)線21a的兩側(cè)，而集成小載流導(dǎo)線25c、 25d對稱地位于載流導(dǎo) 線21b的兩側(cè)。
圖21和圖22分別圖示說明了針對300 nm的Ademtech磁珠情況下載 流導(dǎo)線21a中的50 mA的激勵電流且載流導(dǎo)線25a和25b中的65 mA的電 流，傳感器表面23處作為z= 1.7 pm處的磁性粒子22的x位置的函數(shù)的水 平力和垂直力(見圖20)?？梢钥闯?，排斥力(在圖20中由附圖標(biāo)記26指 示)位于傳感器表面23處的載流導(dǎo)線21a之上。
根據(jù)第五實施方式的磁傳感器設(shè)備20的功能原理類似于根據(jù)第四實施 方式的磁傳感器設(shè)備20的功能原理。在根據(jù)第五實施方式的設(shè)備20中， 由載流導(dǎo)線25a、 25b生成的磁場彼此增強，因此它們不必非常大，這導(dǎo)致比必須使用更大載流導(dǎo)線時更低的熱耗散。
與傳感器芯片/筒體外部的傳統(tǒng)外場發(fā)生器相比，根據(jù)如上所述的本發(fā) 明的實施方式的磁傳感器設(shè)備20可以具有以下優(yōu)點
-永久靜態(tài)磁場，由此有效供電；
-良好定義的且可控的(在幅值和位置方面)排斥力，這在用于例如 多路復(fù)用目的時是極好的；
-傳感器設(shè)備與讀出站之間所需的最小機械調(diào)整，僅需要提供驅(qū)動裝 置，其適于控制第一和第二磁場發(fā)生裝置的接通和切斷。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁傳感器設(shè)備20可以用于確定磁性粒子22 與傳感器表面23之間的結(jié)合強度。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁傳感器設(shè)備20可以用于在測量以便確定和 /或量化樣品流體中的靶分子的過程中區(qū)分弱結(jié)合和強結(jié)合，或者區(qū)分特異 性結(jié)合或非特異性結(jié)合。在這種情況下，可以不需要本領(lǐng)域技術(shù)人員已知 的清洗步驟。
根據(jù)應(yīng)用及所需的排斥力，可以使用根據(jù)第一、第二、第三或第四實 施方式的磁傳感器設(shè)備20。
必須注意的是，在上述實施方式中，假設(shè)了DC磁場。然而，本發(fā)明也 可以通過變化的例如AC磁場來實現(xiàn)。當(dāng)通過第一磁場發(fā)生裝置和通過第二 磁場發(fā)生裝置的集成磁場發(fā)生裝置生成具有相同頻率的AC磁場時，可以通 過改變二者之間的相位關(guān)系來改變或調(diào)制兩個磁場發(fā)生裝置中的電流方 向。
在進一步的方面，本發(fā)明還提供一種利用如上面實施方式所述的磁傳 感器設(shè)備將磁性粒子22吸引到傳感器表面23和排斥離開傳感器表面23的 方法。該方法包括在第一步驟接通第一集成磁場發(fā)生裝置21，由此生成第 一磁場以便將磁性粒子22吸引到傳感器表面23。由此，被吸引的可磁化對 象中的至少一些可以在這一步驟結(jié)合至傳感器表面23。在接下來的步驟， 在第一磁場發(fā)生裝置21仍然接通的同時，接通第二磁場發(fā)生裝置，由此生 成第二磁場以便將具有低于預(yù)定值的結(jié)合強度的磁性粒子22排斥離開傳感 器表面23。根據(jù)本發(fā)明，以這樣的方式生成第一磁場和第二磁場，即使得 第一磁場具有第一方向，而第二磁場具有第二方向，該第一和第二方向彼
27此基本反平行?；痉雌叫械囊馑际堑谝淮艌龅牡谝环较蚺c第二磁場的第 二方向可以形成小于10。的夾角，優(yōu)選小于5。且最優(yōu)選小于1°。
例如，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁傳感器設(shè)備20及方法用于組合測
量和區(qū)分磁性粒子22與傳感器表面23之間的弱結(jié)合和強結(jié)合時，可以將 預(yù)定值確定為對應(yīng)于弱結(jié)合粒子22的結(jié)合強度的值。因此，具有高于預(yù)定 值的強度的磁性粒子22與傳感器表面23之間的結(jié)合將不會從該表面去除, 在排斥步驟中，那些具有低于預(yù)定值的結(jié)合強度的結(jié)合將會從傳感器表面 23上去除。
根據(jù)本發(fā)明的其他實施方式，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁傳感器設(shè) 備20及方法用于確定磁性粒子22與傳感器表面23之間的結(jié)合強度時，預(yù) 定值可以遠(yuǎn)高于上述示例中的值，因為根據(jù)本實施方式，將必須從傳感器 表面23上去除弱結(jié)合的和強結(jié)合的所有磁性粒子22。
在下文將描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁傳感器設(shè)備20及方法的用途 的另一個示例?？梢酝ㄟ^調(diào)制由第二磁場發(fā)生裝置生成的磁場的強度，例 如通過調(diào)制集成場發(fā)生裝置25中的電流，來調(diào)制用于將磁性粒子22從傳 感器表面23上去除的排斥力。當(dāng)施加弱的第二磁場時，僅可以將弱結(jié)合的 磁性粒子22從傳感器表面23上去除。通過增大第二磁場的強度，也可以 將更強結(jié)合的磁性粒子22從傳感器表面23上去除?？梢赃M一步增大該磁 場的強度，直到將所有的磁性粒子22從傳感器表面23上去除。以這種方 式，可以進行對所有磁性粒子22/傳感器表面23結(jié)合的掃描。
由于以上原因，很明顯結(jié)合強度的預(yù)定值取決于根據(jù)本發(fā)明的實施方 式的磁傳感器設(shè)備20及方法所用于的應(yīng)用。此外，結(jié)合強度的預(yù)定值取決 于要確定的耙基團以及傳感器表面23上用于特異性結(jié)合靶基團的配體。
關(guān)于表面上的結(jié)合在磁性粒子上的受體與配體分子之間的結(jié)合強度的 不例可以在 C. Danilowcicz等人的 "Dissociation of Ligand-Receptor Complexes using Magnetic Tweezers"中找到。例如，對于通過與表面上的 生物素配體接觸的受體蛋白抗生蛋白鏈菌素而進行功能化的超順磁粒子， 需要大約45皮牛(pN)的力來斷開抗生蛋白鏈菌素-生物素結(jié)合。此外， 為了去除非特異性結(jié)合的磁性粒子，在上述示例情況下僅需要低至大約 5-10 pN的力。
28在另一方面，本發(fā)明還提供包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式的至少一個磁
傳感器設(shè)備20的生物芯片40。圖23圖示說明了根據(jù)本發(fā)明的實施方式的 生物芯片40。生物芯片40可以包括集成到基底41中的根據(jù)本發(fā)明的實施 方式的至少一個磁傳感器設(shè)備20。術(shù)語"基底"可以包括可以使用的或者 在其上可以形成器件、電路或外延層的任何一種或多種底層材料。術(shù)語"基 底"可以包括半導(dǎo)體基底，諸如摻雜硅、砷化鎵(GaAs)、磷砷化鎵(GaAsP)、 磷化銦(InP)、鍺(Ge)或鍺硅(SiGe)基底。例如，"基底"可以包括半 導(dǎo)體基底部分之外的諸如Si02或Si3N4層的絕緣層。因此術(shù)語"基底"也 包括玻璃、塑料、陶瓷、玻璃上硅、藍(lán)寶石上硅基底。因此術(shù)語"基底" 用于一般性地定義在感興趣層或部分之下的層元件。"基底"也可以是在其 上形成例如玻璃層或金屬層的層的任何其他基體。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，單一磁傳感器設(shè)備20或多個磁傳感器設(shè)備20 可以集成到同一基底41上以形成生物芯片40。
根據(jù)本示例，第一磁場發(fā)生裝置21可以包括第一和第二電導(dǎo)體，例如 由第一和第二導(dǎo)電線21a和21b來實現(xiàn)。也可以應(yīng)用替代導(dǎo)電線21a、 21b 的其他裝置來生成第一磁場。此外，第一磁場發(fā)生裝置21也可以包括其他 數(shù)量的電導(dǎo)體。
在每個磁傳感器設(shè)備20中，例如GMR元件的至少一個傳感器元件24 可以集成到基底41中以讀出由生物芯片40收集的信息，從而例如經(jīng)由附 著到靶粒子43的磁性或可磁化對象22 (例如磁性納米粒子)讀出存在還是 不存在靶粒子43，由此確定或評估靶粒子43的面密度。例如磁性粒子的磁 性或可磁化對象22優(yōu)選由所謂的超順磁珠來實現(xiàn)。能夠選擇性地結(jié)合耙分 子43的結(jié)合位點42附著到探針元件44上。探針元件44附著到基底41的 頂部上。
根據(jù)本發(fā)明，每個磁傳感器設(shè)備20包括第二磁場發(fā)生裝置。根據(jù)圖23 給出的示例，該第二磁場可以包括集成場發(fā)生裝置25，在所給出的示例中 為集成場發(fā)生載流導(dǎo)線25。
在下文將解釋生物芯片40的功能并由此也解釋磁傳感器設(shè)備20的功 能?？梢詾槊總€探針元件44提供某一類型的結(jié)合位點42，以便結(jié)合預(yù)定的 靶分子43。可以將包括要檢測的靶分子43的耙樣品呈現(xiàn)給或越過生物芯片40的探針元件44，如果結(jié)合位點42與靶分子43匹配，則它們相互結(jié)合。 超順磁珠22，或者更一般地，磁性或可磁化對象可以直接或間接耦合到耙 分子43。例如超順磁珠22的磁性或可磁化對象允許讀出由生物芯片40收 集的信息。
除了分子測定，還可以檢測更大的基團，例如細(xì)胞、病毒或者細(xì)胞或 病毒的片段、組織提取物等?？梢酝ㄟ^或不通過相對于生物傳感器表面23 掃描傳感器元件24來進行檢測。
測量數(shù)據(jù)可以作為終點測量(end-point measurement),也可以通過以 動力學(xué)方式或間歇地記錄信號來得出。
例如磁性粒子的磁性或可磁化對象22可以由傳感方法直接檢測。同樣， 可以在檢測之前進一步處理例如磁性粒子的磁性或可磁化對象22。進一步 處理的示例是添加材料或者修改例如磁性粒子的磁性或可磁化對象22的 (生物)化學(xué)或物理特性以便于檢測。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁傳感器設(shè)備20、生物芯片和方法可以與若 干生物化學(xué)測定類型一起使用，這些生物化學(xué)測定類型例如結(jié)合/非結(jié)合測 定、夾心測定、競爭測定、置換測定、醸測定等。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁傳感器設(shè)備20、生物芯片及方法適用于傳 感器多路復(fù)用(即并行使用不同的傳感器和傳感器表面)、標(biāo)簽多路復(fù)用(即 并行使用不同類型的標(biāo)簽或者磁性或可磁化對象)以及腔室多路復(fù)用(即 并行使用不同的反應(yīng)室)。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式的磁傳感器設(shè)備20、生物芯片及方法可以用作 針對小樣品量的快速、穩(wěn)健且易用的即時(point-of-care)生物傳感器。反 應(yīng)室可以是與小型閱讀器一起使用的一次性物品，其包含一個或多個磁場 發(fā)生裝置和一個或多個檢測裝置。同時，本發(fā)明的設(shè)備、方法和系統(tǒng)可以 用在自動化高通量測試中。在這種情況下，例如，反應(yīng)室可以是適配在自 動化儀器內(nèi)的孔板或比色皿。
應(yīng)該理解，盡管在此針對根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備討論了優(yōu)選實施方式、具 體結(jié)構(gòu)和配置以及材料，但在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以在 形式和細(xì)節(jié)上進行各種變化和修改。
30
權(quán)利要求
1、一種磁傳感器設(shè)備(20)，其具有表面(23)并且包括-第一集成磁場發(fā)生裝置(21)，其用于在第一方向上生成具有第一磁場強度的第一磁場，所述第一磁場用于將磁性或可磁化對象(22)吸引到所述磁傳感器設(shè)備(20)的所述表面(23)，-至少一個傳感器元件(24)，-第二磁場發(fā)生裝置，其用于在第二方向上生成具有第二磁場強度的第二磁場，所述第二磁場與所述第一磁場結(jié)合起來用于將具有低于預(yù)定值的結(jié)合強度的磁性或可磁化對象(22)排斥離開所述磁傳感器設(shè)備(20)的所述表面(23)，所述第一方向與所述第二方向彼此基本反平行，以及-驅(qū)動裝置，其用于控制所述第一磁場強度和所述第二磁場強度的調(diào)制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述第二磁場發(fā)生裝置包括外部磁場發(fā)生裝置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述第二磁場發(fā)生裝置至少包括集成磁場發(fā)生裝置(25)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備，其中，用于控制所述第一磁場強度和所述第二磁場強度的調(diào)制的所述驅(qū)動裝置是用于控制所述第一集成磁場發(fā)生裝置(21)及所述第二磁場發(fā)生裝置的接通和切斷的驅(qū)動裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述第二磁場發(fā)生裝置還包括至少一個集成磁場發(fā)生裝置(25)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁傳感器設(shè)備(20)，所述至少一個傳感器元件(24)和所述第一集成磁場發(fā)生裝置在第一方向上延伸，其中，所述第二磁場發(fā)生裝置的所述至少一個集成磁場發(fā)生裝置(25)被定向在基本垂直于所述第一方向的第二方向上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述第二磁場發(fā)生裝置的所述至少一個集成磁場發(fā)生裝置(25)是載流導(dǎo)線。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述外部磁場發(fā)生裝置是永磁體。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所生成的外部磁場具有介于200 A/m和20000 A/m之間的量值。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述第二磁場發(fā)生裝置的所述至少一個集成磁場發(fā)生裝置(25)被定向在基本平行于所述第一集成磁場發(fā)生裝置(21)并平行于所述至少一個傳感器元件(24)的方向上。
11、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述第二磁場發(fā)生裝置包括多根載流導(dǎo)線(25a-25d)。
12、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述第二磁場發(fā)生裝置的所述至少一個集成磁場發(fā)生裝置(25)位于所述傳感器表面(23 )和所述第一集成磁場發(fā)生裝置(21)之間。
13、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述第一集成磁場發(fā)生裝置(21)包括至少一個電流線。
14、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁傳感器設(shè)備(20)，所述至少一個傳感器元件(24)在第一方向上延伸，其中，所述第一磁場發(fā)生裝置(21)包括被定向在基本垂直于所述第一方向的第二方向上的集成磁場發(fā)生裝置。
15、 根據(jù)權(quán)利要求1或14所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述磁傳感器設(shè)備(20)還包括用于生成第三磁場的第三磁場發(fā)生裝置(28)，所述第三磁場用于使由磁性或可磁化對象(22)的磁矩生成的偶極磁場定向在所述至少一個傳感器元件(24)的敏感方向上。
16、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中，所述至少一個傳感器元件(24)是GMR傳感器元件、TMR傳感器元件、AMR傳感器元件和Hall傳感器中的一種。
17、 一種生物芯片，其包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的至少一種磁傳感器設(shè)備(20)。
18、 根據(jù)權(quán)利要求1-16中任一項所述的磁傳感器設(shè)備(20)在生物或化學(xué)樣品分析中的用途。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的生物芯片在生物或化學(xué)樣品分析中的用途。
20、 一種用于將磁性或可磁化對象(22)吸引到傳感器裝置(20)的傳感器表面(23)和排斥離開所述傳感器裝置(20)的所述傳感器表面(23)的方法，所述方法包括-調(diào)制由第一磁場發(fā)生裝置(21)生成的第一磁場的第一磁場強度，所述第一磁場用于將磁性或可磁化對象(22)吸引到所述傳感器表面(23)，所述被吸引的磁性或可磁化對象(22)中的至少一些由此有可能結(jié)合至所述傳感器表面(23)，以及-調(diào)制由第二磁場發(fā)生裝置生成的第二磁場的第二磁場強度，所述第二磁場與所述第一磁場結(jié)合起來用于將具有低于預(yù)定值的結(jié)合強度的磁性或可磁化對象(22)排斥離開所述傳感器表面(23)，其中，以這樣的方式生成所述第一磁場和所述第二磁場，即使得所述第一磁場具有第一方向，而所述第二磁場具有第二方向，所述第一方向和所述第二方向彼此基本反平行。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，調(diào)制所述第一磁場強度和所述第二磁場強度的所述操作是通過以下步驟執(zhí)行的-接通用于生成第一磁場的所述第一集成磁場發(fā)生裝置(21)，以便將磁性或可磁化對象(22)吸引到所述傳感器表面(23)，以及_接通用于生成第二磁場的所述第二磁場發(fā)生裝置，以便與所述第一 磁場結(jié)合起來將具有低于預(yù)定值的結(jié)合強度的磁性或可磁化對象(22)排 斥離開所述傳感器表面(23)。
22、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法在生物或化學(xué)樣品分析中的用途。
23、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法用于確定磁性或可磁化對象(22)與 傳感器表面(23)的結(jié)合強度的用途。
24、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法用于區(qū)分磁性或可磁化對象(22)結(jié) 合至傳感器表面(23)的特異性結(jié)合和非特異性結(jié)合的用途。
全文摘要
本發(fā)明提供一種磁傳感器設(shè)備，第一磁場發(fā)生裝置(21a，21b)，其用于將例如磁性粒子的磁性或可磁化對象(22)吸引到傳感器表面(23)；以及第二磁場發(fā)生裝置(25)，其用于與第一磁場結(jié)合起來將例如磁性粒子的磁性或可磁化對象(22)排斥離開傳感器表面(23)。由第一和第二磁場發(fā)生裝置生成的磁場具有基本反平行的方向。本發(fā)明還提供一種將例如磁性粒子的磁性或可磁化對象(22)吸引到傳感器表面(23)和排斥離開傳感器表面(23)的方法。
文檔編號G01N15/06GK101490528SQ200780027068
公開日2009年7月22日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月17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