專利名稱：磁傳感器設(shè)備的制作方法
磁傳感器設(shè)備
本發(fā)明涉及磁傳感器，尤其涉及向磁傳感器的靈敏區(qū)域吸引磁或可磁 化對(duì)象。本發(fā)明此外還涉及用于檢測(cè)和/或量化樣本流體中的磁或可磁化對(duì) 象的方法。根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器設(shè)備和方法可以用于分子診斷、生物樣 本分析或化學(xué)樣本分析中。
基于AMR (各向異性磁致電阻)、GMR (巨磁電阻)和TMR (隧道磁致電 阻)元件或霍爾傳感器的磁傳感器目前受到了人們的重視。除了諸如硬盤 磁頭和MRAM的已知高速應(yīng)用之外，在分子診斷(MDx)、 IC中的電流感測(cè)、 汽車等領(lǐng)域中出現(xiàn)了新的相對(duì)低帶寬的應(yīng)用。
引入包括這種磁傳感器的微陣列或生物芯片使得諸如DNA(脫氧核糖核 酸)、RNA (核糖核酸)和蛋白質(zhì)的生物分子的分析發(fā)生了革命性變化。例 如，這些應(yīng)用是人類基因分型(例如在醫(yī)院中或由醫(yī)生或護(hù)士個(gè)人進(jìn)行)、 細(xì)菌篩查、生物和藥理研究。例如，這種磁生物芯片對(duì)生物或化學(xué)樣本分 析而言在靈敏度、特異性、集成性、易用性和成本方面有著很有前景的屬 性。
生物芯片也稱為生物傳感器芯片、生物微芯片、基因芯片或DNA芯片， 其最簡(jiǎn)單的形式由襯底構(gòu)成，在襯底上大量的不同探針分子附著于芯片上 明確限定的區(qū)域上，如果待分析的分子或分子片段與探針分子完美匹配， 那么它們就會(huì)結(jié)合到一起。例如，DNA分子的片段會(huì)結(jié)合到一個(gè)唯一互補(bǔ) DNA (c-DNA)的分子片段。例如，利用耦合到待分析的分子的例如螢光標(biāo) 記或磁標(biāo)簽的標(biāo)記可以檢測(cè)出結(jié)合反應(yīng)的發(fā)生。這提供了在短時(shí)間內(nèi)并行 分析少量的很多不同分子或分子片段的能力。
在生物傳感器中進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定通常涉及若干流體致動(dòng)步驟，即使材 料運(yùn)動(dòng)的步驟。這種步驟的范例是混合或更新反應(yīng)面附近的流體(例如稀 釋，或?qū)?biāo)簽或其他試劑溶解到樣本流體中，或做標(biāo)簽或親合力結(jié)合)，以 免擴(kuò)散成為反應(yīng)速度的限制因素。優(yōu)選地，致動(dòng)方法應(yīng)當(dāng)有效、可靠而廉 價(jià)。一個(gè)生物芯片可以支持對(duì)iooo種或更多不同分子片段的測(cè)定。作為諸
如人類基因組計(jì)劃以及對(duì)基因和蛋白質(zhì)功能的追蹤研究的結(jié)果，預(yù)計(jì)通過 使用生物芯片可獲得的信息的可用性將在今后十年間得到迅速增強(qiáng)。
可以使用基于例如超順磁珠檢測(cè)的由例如100個(gè)傳感器的陣列構(gòu)成的
生物傳感器來同時(shí)測(cè)量溶液(例如血液)中很多不同生物分子(例如蛋白
質(zhì)、DNA)的濃度。這可以通過如下步驟來實(shí)現(xiàn)將超順磁珠附著到待確定 的目標(biāo)分子，利用外加磁場(chǎng)磁化該磁珠并利用例如巨磁電阻(GMR)傳感器 來檢測(cè)該磁化珠的磁場(chǎng)。


圖1示出了具有集成的磁場(chǎng)激勵(lì)的磁致電阻傳感器10。具有集成的磁 場(chǎng)激勵(lì)是指在磁致電阻傳感器10中集成了磁場(chǎng)生成裝置。磁致電阻傳感器 10包括形成磁場(chǎng)生成裝置的兩個(gè)電導(dǎo)體1和形成磁致電阻傳感器元件的 GMR元件2。在磁致電阻傳感器10的表面3上提供結(jié)合位點(diǎn)4，(例如)其 上附著有磁納米顆粒6的目標(biāo)分子5可以結(jié)合到結(jié)合位點(diǎn)上。流經(jīng)導(dǎo)體1 的電流產(chǎn)生使磁納米顆粒6磁化的磁場(chǎng)。磁納米顆粒6產(chǎn)生由圖1中的磁 力線7表示的磁矩m。然后磁矩m產(chǎn)生雙極性磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在GMR元件2的 位置具有平面內(nèi)磁場(chǎng)分量8。于是，磁納米顆粒6產(chǎn)生由流經(jīng)導(dǎo)體1的電流 誘發(fā)的磁場(chǎng)9，導(dǎo)致在G服元件2的靈敏x方向(由圖1中的附圖標(biāo)記8表 示)上產(chǎn)生磁場(chǎng)分量，也稱為磁場(chǎng)的x分量Hext。然后，磁場(chǎng)的x分量tLt 被GMR元件2感測(cè)到，且其取決于磁致電阻傳感器10的表面3處存在的磁 納米顆粒6的數(shù)量Nnp以及導(dǎo)體電流的大小。
圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳感器設(shè)備10的截面圖。其包括GMR傳感 器元件2和兩個(gè)導(dǎo)體1。在通過導(dǎo)體1傳送電流時(shí)，磁顆粒6被朝向傳感器 表面3吸引到導(dǎo)體1上方的位置。
圖3示出了在200nm Ademtech顆粒的情況下，作為傳感器表面3上磁 顆粒的x位置的函數(shù)的每磁顆粒6的GMR傳感器元件2的信號(hào)，其中GMR 傳感器元件2的長(zhǎng)度1為100Mm、靈敏度s =0. 003 Qm/A， Iwire， l=80mApp， Iwire，2:80mApp且Isense=2.4mApp。從該圖可以看出，該GMR傳感器元件2在 GMR傳感器元件2的邊緣處和GMR傳感器元件2和導(dǎo)體1之間獲得了介于 0. 0045和0. 006W/顆粒的最高信號(hào)。圖3中的虛線表示GMR傳感器元件2 測(cè)量到的平均信號(hào)，大約為2.8nV/顆粒。磁顆粒6被吸引到傳感器表面3上不同于GMR傳感器元件2靈敏度最 高的位置的位置。因此，不能利用到GMR傳感元件2的全部容量。
本發(fā)明的目的是提供一種良好的磁傳感器設(shè)備以及利用根據(jù)本發(fā)明實(shí) 施例的磁傳感器設(shè)備檢測(cè)和/或量化樣本流體中的磁或可磁化對(duì)象的方法。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備和方法表現(xiàn)出良好的靈敏度并可用 于檢測(cè)和/或量化樣本流體中少量的目標(biāo)成分。
根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器設(shè)備和方法可以用于分子診斷、生物樣本分析 或化學(xué)樣本分析。
以上目的是通過根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的特定特征 在于，磁場(chǎng)生成裝置和傳感器元件之間的間距小于最小特征尺寸，即，小 于位于同一平面中的特征間間距的最小工藝極限，例如小于2微米，小至 (任選地)交疊，該間距是由第一磁場(chǎng)生成裝置在傳感器元件的平面上的 法向投影所限定的磁場(chǎng)生成裝置和傳感器元件之間的距離。
在所附獨(dú)立和從屬權(quán)利要求中給出了本發(fā)明的特定和優(yōu)選方面。在適 當(dāng)?shù)那闆r下，從屬權(quán)利要求的特征可以與獨(dú)立權(quán)利要求的特征結(jié)合以及與 其他從屬權(quán)利要求的特征結(jié)合，并非僅僅如權(quán)利要求中所明確給出的那樣。 在第一方面中，本發(fā)明提供了一種磁傳感器設(shè)備，其具有表面并包括 -用于感測(cè)磁或可磁化對(duì)象存在與否的至少一個(gè)傳感器元件，該至 少一個(gè)傳感器元件位于第一平面中，
-用于產(chǎn)生第一磁場(chǎng)的第一磁場(chǎng)生成裝置，所述第一磁場(chǎng)用于向所 述傳感器表面吸引磁或可磁化對(duì)象，以及
-用于產(chǎn)生第二磁場(chǎng)的第二磁場(chǎng)生成裝置，所述第二磁場(chǎng)用于使所 述磁或可磁化對(duì)象磁化， 該第一磁場(chǎng)生成裝置位于不同于且基本平行于第一平面的第二平面
中，
其中該第一磁場(chǎng)生成裝置和傳感器元件之間的間距小于2微米，小至 (任選地)交疊，該間距為第一磁場(chǎng)生成裝置根據(jù)基本垂直于第一和第二 平面的方向在傳感器元件的平面上的投影所限定的第一磁場(chǎng)生成裝置和傳 感器元件之間的距離。
7根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)在于，用于向傳感器表面吸 引磁或可磁化對(duì)象(例如磁顆粒)的第一磁場(chǎng)生成裝置仍然與樣本流體電 隔離，但提供了向磁傳感器設(shè)備的最靈敏位置吸引磁或可磁化對(duì)象(例如 磁顆粒)的可能性，由此提高了磁傳感器設(shè)備的靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，第一磁場(chǎng)生成裝置可以位于第一平面和 傳感器表面之間。
其優(yōu)點(diǎn)是第一磁場(chǎng)生成裝置靠近傳感器表面，于是為了產(chǎn)生強(qiáng)到足以 向傳感器表面吸引磁或可磁化對(duì)象(例如磁顆粒)的磁場(chǎng)只需要通過第一 磁場(chǎng)生成裝置傳送較低電流。
第一磁場(chǎng)可以具有第一頻率和第一相位，第二磁場(chǎng)可以具有第二頻率 和第二相位。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該第一頻率可以不同于第二頻率和/或該第一相 位可以不同于第二相位。
其優(yōu)點(diǎn)是吸引和檢測(cè)/量化磁或可磁化對(duì)象(例如磁顆粒)可以同時(shí)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一磁場(chǎng)生成裝置可以與傳感器元件具有交疊 部分，該交疊部分由第一磁場(chǎng)生成裝置沿基本垂直于第一和第二平面的方
向在傳感器元件上的投影限定。交疊部分可以介于0陶和1Mm之間或介于 0to禾口 0. 5Wn之間。
根椐本發(fā)明的其他實(shí)施例，第一磁場(chǎng)生成裝置和傳感器元件可以不表 現(xiàn)出交疊。在這些情況下，第一磁場(chǎng)生成裝置和傳感器元件之間的距離可 以小于最小特征尺寸或同一平面中特征間間距的最小工藝極限，根據(jù)當(dāng)前 技術(shù)大約為2to。優(yōu)選地，第一磁場(chǎng)生成裝置和傳感器元件之間的距離可以 小于l陶。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一磁場(chǎng)生成裝置和第二磁場(chǎng)生成裝置可以并 入同一組合的磁場(chǎng)生成裝置中。
其優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)在整個(gè)傳感器芯片上重復(fù)傳感器元件時(shí)，或換言之， 當(dāng)磁傳感器設(shè)備包括多個(gè)磁傳感器元件時(shí)，可以彼此靠近地設(shè)置傳感器元 件，于是傳感器設(shè)備可以包括更多用于結(jié)合和測(cè)量顆粒的靈敏區(qū)域。這可 以進(jìn)一步提高磁傳感器設(shè)備的靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二磁場(chǎng)生成裝置可以與至少一個(gè)傳感器元件 位于同一第一平面中。
根據(jù)這些實(shí)施例，第一和第二磁場(chǎng)生成裝置可以彼此不同。其優(yōu)點(diǎn)是 可以將磁或可磁化對(duì)象(例如磁顆粒)的致動(dòng)或吸引和檢測(cè)/量化分開。因 為可磁化對(duì)象(例如磁顆粒)的吸引和檢測(cè)是由獨(dú)立的磁場(chǎng)生成裝置進(jìn)行 的，因此可以同時(shí)進(jìn)行吸引和檢測(cè)。在這些情況下，第一磁場(chǎng)生成裝置可 以產(chǎn)生具有第一頻率的第一磁場(chǎng)，用于向傳感器表面吸引可磁化對(duì)象(例 如磁顆粒)，第二磁場(chǎng)生成裝置可以產(chǎn)生具有第二頻率的第二磁場(chǎng)，用于檢 測(cè)已結(jié)合到傳感器表面的可磁化對(duì)象(例如磁顆粒)，該第二頻率與第一頻 率不同。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備還可以包括位于基本平行于所述第 一和第二平面的第三平面中的第三磁場(chǎng)生成裝置，所述第三平面的位置使 得所述傳感器表面和所述第三平面之間的距離大于所述傳感器表面和所述 第二平面之間的距離。
其優(yōu)點(diǎn)是可以通過這種方式降低磁串?dāng)_。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二磁場(chǎng)生成裝置可以是片上或集成磁場(chǎng)生成 裝置。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，第二磁場(chǎng)生成裝置可以是芯片外或外部 磁場(chǎng)生成裝置。
在根據(jù)本發(fā)明的第二方面中，提供了一種生物芯片，其包括至少一個(gè) 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備。
本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備用于分子診斷、 生物樣本分析或化學(xué)樣本分析中。
本發(fā)明還實(shí)現(xiàn)了將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的生物芯片用于分子診斷、生物 樣本分析或化學(xué)樣本分析中。
在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于確定樣本流體中磁或可磁化 對(duì)象的存在和/或量的方法，該方法包括
-向根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備的表面提供樣本流體， -施加具有第一頻率和第一相位的第一磁場(chǎng)以向所述傳感器表面 吸引所述磁或可磁化對(duì)象，
-施加具有第二頻率的第二磁場(chǎng)以磁化所述磁或可磁化對(duì)象，所述
9第二頻率不同于所述第一頻率或所述第二相位不同于所述第一相位， _測(cè)量所述至少一個(gè)傳感器元件的敏感層中的磁場(chǎng)， _在所測(cè)量的磁場(chǎng)中基于頻率在源于所述第一磁場(chǎng)的第一分量和
源于第二磁場(chǎng)的第二分量之間進(jìn)行區(qū)分，以及
-從所述第二分量確定所述磁或可磁化對(duì)象的存在和/或量。 本發(fā)明還提供了一種用于確定樣本流體中磁或可磁化對(duì)象的存在和/ 或量的方法，所述方法包括
-向根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備的表面提供樣本流體，
_施加具有第一頻率和第一相位的第一磁場(chǎng)，以便向所述傳感器表
面吸引所述磁或可磁化對(duì)象，
-施加具有第二頻率和第二相位的第二磁場(chǎng)以磁化所述磁或可磁
化對(duì)象，所述第二頻率不同于所述第一頻率或所述第二相位不同于所述
第一相位，
-測(cè)量所述至少一個(gè)傳感器元件的敏感層中的磁場(chǎng)， -在所測(cè)量的磁場(chǎng)中基于頻率和/或相位差異在源于所述第一磁場(chǎng) 的第一分量和源于第二磁場(chǎng)的第二分量之間進(jìn)行區(qū)分，以及
_從所述第二分量確定所述磁或可磁化對(duì)象的存在和/或量。 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，施加第一磁場(chǎng)和施加第二磁場(chǎng)可以同時(shí)進(jìn)行。
在本發(fā)明的另一方面中，實(shí)現(xiàn)了將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于確定樣本 流體中磁或可磁化對(duì)象的存在和/或量的方法用于分子診斷、生物樣本分析 或化學(xué)樣本分析。
結(jié)合附圖，通過以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的以上和其他特點(diǎn)、特征和優(yōu) 點(diǎn)將變得明了，附圖以舉例的方式例示了本發(fā)明的原理。僅出于舉例的目 的給出該描述，而不限制本發(fā)明的范圍。下文援引的參考圖是指附圖。
圖1示出了磁致電阻傳感器的工作原理。
圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的傳感器設(shè)備。
圖3針對(duì)圖2所示的傳感器示出了作為傳感器表面上磁或可磁化對(duì)象 的x位置的函數(shù)的每一磁或可磁化對(duì)象的GMR傳感器元件信號(hào)。
10圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器設(shè)備。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器設(shè)備。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器設(shè)備。
圖7示出了圖6的磁傳感器設(shè)備作為x位置的函數(shù)的靈敏度。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器設(shè)備。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器設(shè)備。
圖IO示出了包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備的生物芯片。
在不同的附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同或類似的要素。
將針對(duì)特定實(shí)施例并參考特定附圖描述本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此， 而是僅受權(quán)利要求的限制。權(quán)利要求中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被視為對(duì)其范圍的 限制。所描述的附圖僅為示意性的，而不是限制性的。在附圖中，出于例 示的目的，可以放大一些元件的尺寸，而并非按照比例繪制。在本說明書 和權(quán)利要求中使用"包括" 一詞的地方，不排除包括其他元件或步驟。在 提及單數(shù)名詞而使用不定冠詞或定冠詞的地方，例如"一"、"該"，除非特 別說明別的情況，其包括多個(gè)該名詞。
此外，說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語第一、第二、第三等用于區(qū)分類似 元件，未必用于描述連續(xù)次序或時(shí)間順序。要理解的是，在適當(dāng)環(huán)境下這 樣使用的術(shù)語是可以互換的，且這里所述的本發(fā)明實(shí)施例可以按不同于本 文所述或所示次序的其他次序工作。
此外，出于描述的目的使用說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語下方等，其未 必用于描述相對(duì)位置。要理解的是，在適當(dāng)環(huán)境下這樣使用的術(shù)語是可以 互換的，且這里所述的本發(fā)明實(shí)施例可以按不同于本文所述或所示取向的 其他取向工作。
要注意的是，權(quán)利要求中所用的"包括" 一詞不應(yīng)被理解為受限于其 后列出的裝置；該詞不排除其他元件或步驟。因此要將其理解為指出存在 所指的被述特征、整體、步驟或部件，但并不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè) 其他特征、整體、步驟或部件或其群組。于是，"設(shè)備包括裝置A和B"這 一表述的范圍不應(yīng)限于該設(shè)備僅由部件A和B構(gòu)成。這意味著，對(duì)于本發(fā)明而言，該設(shè)備僅有的相關(guān)部件為A和B。
本發(fā)明提供了一種用于確定樣本流體中磁或可磁化對(duì)象的存在和/或 量的磁傳感器設(shè)備和方法。
在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種磁傳感器設(shè)備，其包括至少一個(gè) 位于第一平面中的傳感器元件；用于產(chǎn)生第一磁場(chǎng)的第一磁場(chǎng)生成裝置， 該第一磁場(chǎng)用于向傳感器表面吸引磁或可磁化對(duì)象；以及用于產(chǎn)生第二磁 場(chǎng)的第二磁場(chǎng)生成裝置，該第二磁場(chǎng)用于使磁或可磁化對(duì)象磁化，或換言 之，用于使磁或可磁化對(duì)象的磁矩產(chǎn)生的雙極磁場(chǎng)沿至少一個(gè)傳感器元件 的敏感方向取向。第一磁場(chǎng)生成裝置位于不同于且基本平行于第一平面的 第二平面中。根據(jù)本發(fā)明，第一磁場(chǎng)生成裝置和傳感器元件之間的間距小 于最小特征尺寸，即針對(duì)位于同一平面中的特征間間距的最小工藝極限。 間距表示由第一磁場(chǎng)生成裝置在傳感器元件的平面上的根據(jù)基本垂直于 第一和第二平面的方向的投影所限定的第一磁場(chǎng)生成裝置和傳感器元件之 間的距離。
根據(jù)本發(fā)明的最優(yōu)選實(shí)施例，第一磁場(chǎng)生成裝置可以位于第一平面和 傳感器表面之間。根據(jù)這些實(shí)施例，第一和第二磁場(chǎng)生成裝置彼此不同。 其優(yōu)點(diǎn)是將可磁化對(duì)象(例如磁顆粒)的致動(dòng)或吸引和測(cè)量分開(參見下 文)。
根據(jù)實(shí)施例，第二磁場(chǎng)生成裝置可以是片上或集成磁場(chǎng)生成裝置，或 者根據(jù)其他實(shí)施例可以是芯片外或外部磁場(chǎng)生成裝置。
例如可以將根據(jù)本發(fā)明的磁傳感器設(shè)備用于檢測(cè)和/或量化樣本流體 中存在并具有磁和/或可磁化對(duì)象標(biāo)簽的目標(biāo)成分。目標(biāo)成分可以包括分子 物質(zhì)、細(xì)胞碎片、病毒等。
可以由設(shè)計(jì)成吸引特定分子的涂層對(duì)磁傳感器設(shè)備的表面進(jìn)行改性或 可以通過向其附著分子來對(duì)其進(jìn)行改性，該分子適于結(jié)合樣本流體中存在 的目標(biāo)成分。這種成分或分子是本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的，可以包括互補(bǔ) DNA、抗體、反意義RNA等?？梢越柚g隔體或鏈接分子將這種分子附著到 表面。還可以為傳感器設(shè)備的表面提供有機(jī)物(例如病毒或細(xì)胞)形式或 有機(jī)物片段(例如組織片段、細(xì)胞片段、細(xì)胞膜)形式的分子。生物結(jié)合 的表面可以與傳感器芯片直接接觸，但在結(jié)合表面和傳感器芯片之間也可
12以有間隙。例如，該結(jié)合表面可以是從芯片分離的材料，例如多孔性材料。
這種材料可以是側(cè)流(lateral-flow)或通流(flow-through)材料，例 如包括硅、玻璃、塑料等中的微通道。結(jié)合表面可以平行于傳感器芯片的 表面?；蛘撸Y(jié)合表面可以相對(duì)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。
將通過基于GMR元件的磁傳感器設(shè)備進(jìn)一步描述本發(fā)明。然而，這不 是要以任何方式限制本發(fā)明。可以將本發(fā)明應(yīng)用于包括如下所述的任何傳 感器元件的傳感器設(shè)備，該傳感器元件適于根據(jù)顆粒的任何性質(zhì)檢測(cè)傳感 器表面上或附近磁或可磁化對(duì)象(例如磁納米顆粒)的存在或確定其量。 例如，可以通過任何適當(dāng)?shù)氖侄?，例如磁方?磁致電阻傳感器元件、霍 爾傳感器、線圈)、光學(xué)方法(例如成像熒光、化學(xué)熒光、吸收、散射、表 面等離子體共振、拉曼…)、聲學(xué)檢測(cè)方法(例如表面聲波、體聲波、懸臂 梁、石英晶體…)、電檢測(cè)方法(例如導(dǎo)電性、阻抗、電流測(cè)量、氧化還原 循環(huán))等來實(shí)現(xiàn)納米顆粒的檢測(cè)。
此外，將借助為磁顆粒的磁或可磁化對(duì)象描述本發(fā)明。術(shù)語磁顆粒應(yīng) 寬泛地解釋為例如包括任何類型的磁顆粒，例如鐵磁、順磁、超順磁磁顆 粒等，以及任何形式的顆粒，例如磁球、磁棒、磁顆粒串或復(fù)合顆粒，例 如包含磁性和光學(xué)活性材料的顆?；蚍谴判曰|(zhì)內(nèi)的磁性材料。優(yōu)選地， 磁性或可磁化對(duì)象可以是鐵磁顆粒，其包含磁弛豫時(shí)間快且聚簇幾率小的 鐵磁粒。同樣，所用的措詞僅為了便于解釋，不以任何方式限制本發(fā)明。
根據(jù)圖4所示的本發(fā)明第一實(shí)施例，磁傳感器設(shè)備20包括至少一個(gè)GMR 傳感器元件11;第一磁場(chǎng)生成裝置12，其用于向磁傳感器設(shè)備20的表面 13吸引磁顆粒；以及第二磁場(chǎng)生成裝置14，其用于使磁顆粒磁化，或換言 之用于使磁或可磁化對(duì)象的磁矩產(chǎn)生的雙極磁場(chǎng)沿至少一個(gè)傳感器元件的 敏感方向取向。根據(jù)圖4給出的范例，用于磁化磁顆粒的第二磁場(chǎng)生成裝 置14可以由第一和第二電流線14a、 14b實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)第一實(shí)施例，GMR傳感器元件11和第二磁場(chǎng)生成裝置14可以位于 第一平面中，傳感器設(shè)備20的表面13可以位于第二平面中，第一和第二 平面彼此不同且彼此基本平行。第一磁場(chǎng)生成裝置12可以位于基本平行于 第一和第二平面的第三平面中。最優(yōu)選地且如圖4所示，第一磁場(chǎng)生成裝置12可以位于第一和第二平面之間。根據(jù)圖4給出的范例，第一磁場(chǎng)生成 裝置12可以由第一和第二電流線12a、 12b形成。第一電流線12a可以位 于GMR傳感器元件11的第一側(cè)，第二電流線12b可以位于GMR傳感器元件 11的第二側(cè)，第一和第二側(cè)彼此相對(duì)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例且如圖4所示，第一和第二電流線12a、 12b 的每一個(gè)都可以與GMR傳感器元件11呈現(xiàn)出交疊部分"O"，通過電流線12a、 12b根據(jù)基本垂直于第一、第二和第三平面的方向在GMR傳感器元件11上 的投影來限定交疊部分"0"。交疊部分"0"優(yōu)選可以介于0陶和1Mm之間 或介于OMm和0. 5Mni之間
根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，電流線12a、 12b可以與GMR傳感器元件11 不呈現(xiàn)交疊部分"0"。在這些情況下，電流線12a、 12b和GMR傳感器元件 11之間的間距可以優(yōu)選介于0和最小特征尺寸之間，最小特征尺寸即位于 同一平面中的特征間間距的最小工藝極限，根據(jù)當(dāng)前技術(shù)可以是大約2Mm。
該間距是由電流線12a、 12b和GMR傳感器元件11之間的距離d確定 的，該距離是由電流線12a、 12b根據(jù)基本垂直于第一、第二和第三平面的 方向在GMR傳感器元件11的平面上的投影來限定的。
因此，通常，根據(jù)本發(fā)明，第一磁場(chǎng)生成裝置(在給出的范例中為電 流線12a、 12b)和傳感器元件(在給出的范例中為GMR傳感器元件ll)之 間的間距小于最小特征尺寸，即針對(duì)位于同一平面中的特征間間距的最小 工藝極限。根據(jù)制造傳感器設(shè)備的常規(guī)工藝方法，可以獲得大約2Mm的最 小間距。優(yōu)選地，第一磁場(chǎng)生成裝置(在給出的范例中為電流線12a、 12b) 和傳感器元件(在給出的范例中為GMR傳感器元件ll)之間的間距盡可能 小，并優(yōu)選可以小于2Mm，最優(yōu)選小于lMm。
根據(jù)本發(fā)明，可以同時(shí)或單獨(dú)激活或驅(qū)動(dòng)第一和第二磁場(chǎng)生成裝置12、14。
在驅(qū)動(dòng)第一磁場(chǎng)生成裝置(在給出的范例中為電流線12a、 12b)時(shí)， 產(chǎn)生第一磁場(chǎng)，由第一磁場(chǎng)向傳感器表面13吸引磁顆粒。至少一些被吸引 向傳感器表面13的磁顆?？梢越Y(jié)合到傳感器表面13上存在的結(jié)合位點(diǎn)。 在"結(jié)合"態(tài)下，使磁顆粒進(jìn)一步接近結(jié)合表面，以便優(yōu)化與傳感器表面 13上的俘獲或結(jié)合區(qū)域-即至少一個(gè)傳感器元件11 (例如磁傳感器)具有
14高檢測(cè)靈敏度的區(qū)域的期望的(生物)化學(xué)結(jié)合的發(fā)生，并優(yōu)化結(jié)合的高 生物學(xué)特異性。為了優(yōu)化該結(jié)合過程，需要提高接觸效率(使珠子接近結(jié) 合表面時(shí)特定生物結(jié)合的比例最大化)以及接觸時(shí)間(珠子個(gè)體與結(jié)合表 面接觸的總時(shí)間)。
在驅(qū)動(dòng)第二磁場(chǎng)生成裝置(在給出的范例中為電流線14a、 14b)時(shí)， 流經(jīng)電流線14a、 14b的電流產(chǎn)生使傳感器表面13的磁顆粒磁化的第二磁 場(chǎng)。磁顆粒由此產(chǎn)生磁矩m。然后磁矩m產(chǎn)生雙極性磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在傳感器 元件ll的位置具有平面內(nèi)磁場(chǎng)分量。于是，磁顆粒使得由經(jīng)過第二磁場(chǎng)生 成裝置14的電流誘發(fā)的第二磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生位于傳感器元件11的敏感x 方向上的磁場(chǎng)分量。通過這種方式可以檢測(cè)和/或量化磁顆粒。
由于電流線12a、 12b的位置原因，或更一般地由于第一磁場(chǎng)生成裝置 12的^[立置原因，通過使DC和/或AC電流通過至少一個(gè)電流線12a 12b，可 以將磁顆粒吸引到磁傳感器設(shè)備20的表面23的最敏感區(qū)域，如圖3所示， 該區(qū)域位于GMR傳感器元件11的邊緣以及電流線12a、 12b和GMR傳感器 元件11之間。
其優(yōu)點(diǎn)是用于將磁顆粒吸引到傳感器表面13的第一磁場(chǎng)生成裝置12 仍然與樣本流體電隔離，于是可以防止電化學(xué)反應(yīng)，但提供了將磁顆粒吸 引到磁傳感器設(shè)備20的最敏感位置的可能性。因此，可以實(shí)現(xiàn)磁傳感器設(shè) 備20靈敏度的提高。
因?yàn)槌虼艂鞲衅髟O(shè)備20的最靈敏區(qū)域吸引磁顆粒，因此可以實(shí)現(xiàn)4 到6nV/顆粒之間的更高平均信號(hào)以及不同顆粒產(chǎn)生的信號(hào)對(duì)位置的較低依
賴的變化，于是可以測(cè)量低濃度的磁顆粒。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的磁設(shè)備20的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以同時(shí)或分別進(jìn) 行磁顆粒的吸引和檢測(cè)。
在同時(shí)進(jìn)行磁顆粒的吸引和檢測(cè)時(shí)，第一磁場(chǎng)生成裝置12可以產(chǎn)生具 有第一頻率和/或相位的第一磁場(chǎng)，用于向傳感器表面13吸引磁顆粒，第 二磁場(chǎng)生成裝置14可以產(chǎn)生具有第二頻率和/或相位的第二磁場(chǎng)，用于使 已經(jīng)結(jié)合到傳感器表面13的磁顆粒磁化，第二頻率與第一頻率不同和/或 第二相位與第一相位不同。通過測(cè)量GMR傳感器元件11的敏感層中產(chǎn)生的 磁場(chǎng)并基于測(cè)量信號(hào)的頻率和/或相位在所得的磁場(chǎng)中區(qū)分源于第一磁場(chǎng)的第一分量和源于第二磁場(chǎng)的第二分量，可以從第二分量精確地確定傳感
器表面13上磁顆粒的存在和/或量。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，可以將第一和第二磁場(chǎng)生成裝置12、 14合 并到一個(gè)磁場(chǎng)生成裝置中，在進(jìn)一步的說明中將其稱為組合磁場(chǎng)生成裝置 19。換言之，組合磁場(chǎng)生成裝置19可以具有向傳感器表面13吸引磁顆粒 的功能以及磁化已結(jié)合到傳感器表面13的磁顆粒的功能。同樣，GMR傳感 器元件11位于第一平面中，組合磁場(chǎng)生成裝置19位于第二平面中，第二 平面基本平行于第一平面并且不同與第一平面。最優(yōu)選地，組合磁場(chǎng)生成 裝置19可以位于第一平面和傳感器表面13之間?？梢杂呻娏骶€19a、 19b 實(shí)現(xiàn)組合磁場(chǎng)生成裝置，如圖5和6所示，兩圖示出了根據(jù)第二實(shí)施例的 磁傳感器設(shè)備20。
可以由電流線19a、 19b實(shí)現(xiàn)組合磁場(chǎng)生成裝置。在圖5給出的范例中， 在電流線19a、 19b和GMR傳感器元件11之間存在交疊部分"0"，該交疊 部分"0"由電流線19a、 1%根據(jù)基本垂直于第一、第二和第三平面的方 向在GMR傳感器元件11上的投影限定。交疊部分"0"優(yōu)選可以介于OWn 和lMm之間或介于OWn和0. 51%之間
根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例且如圖6所示，電流線19a、 19b可以與GMR 傳感器元件11不呈現(xiàn)交疊部分"0"。在這些情況下，電流線19a、 19b和 GMR傳感器元件11之間的間距可以優(yōu)選介于0 (參見圖6)和最小特征尺寸 之間，最小特征尺寸即位于同一平面中的特征間間距的最小工藝極限。該 間距是由電流線19a、 19b和GMR傳感器元件ll之間的距離d確定的，該 距離由電流線19a、 19b根據(jù)基本垂直于第一、第二和第三平面的方向在GMR 傳感器元件ll上的投影限定。
因此，通常，根據(jù)本發(fā)明，組合磁場(chǎng)生成裝置(在給出的范例中為電 流線19a、 19b)和傳感器元件(在給出的范例中為GMR傳感器元件ll)之 間的間距小于最小特征尺寸，即針對(duì)位于同一平面中的特征間間距的最小 工藝極限。根據(jù)制造傳感器件的常規(guī)工藝方法，可以獲得大約2Wn的最小 間距。優(yōu)選地，組合磁場(chǎng)生成裝置(在給出的范例中為電流線19a、 19b) 和傳感器元件(在給出的范例中為GMR傳感器元件11)之間的間距盡可能 小，并優(yōu)選可以小于2Mm，最優(yōu)選小于lMm。圖7針對(duì)根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備20示出了作為傳感器 表面13上磁顆粒15的x位置函數(shù)的傳感器靈敏度。同樣，由于電流線19a、 19b的位置原因，或更一般地由于組合磁場(chǎng)生成裝置19的位置原因，通過 使DC和/或AC電流通過至少一個(gè)電流線19a、 19b，可以將磁顆粒15吸引 到磁傳感器設(shè)備20的表面13的最敏感區(qū)域，如圖3所示，該區(qū)域位于GMR 傳感器元件11的邊緣以及電流線19a、 19b和GMR傳感器元件11之間。可 以將經(jīng)過電流線19a、 19b的DC和/或AC電流產(chǎn)生的同一場(chǎng)用于以與第一 實(shí)施例中所述相同的方式檢測(cè)和/或量化磁顆粒15。
在向著傳感器表面13吸引磁顆粒15期間，可以由電流線19a、 19b產(chǎn) 生在GMR傳感器元件ll的敏感方向上具有分量的大磁場(chǎng)。因此，優(yōu)選地可 以經(jīng)過電流線19a、 19b傳送反平行電流，以便消除吸引磁顆粒15期間GMR 傳感器元件11的敏感方向上的磁場(chǎng)分量。
其優(yōu)點(diǎn)是用于將磁顆粒15吸引到傳感器表面13的第一磁場(chǎng)生成裝置 12仍然與樣本流體電隔離，但提供了將磁顆粒15吸引到磁傳感器設(shè)備20 的最敏感位置的可能性。因此，可以實(shí)現(xiàn)磁傳感器設(shè)備20靈敏度的提高。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備20的另一優(yōu)點(diǎn)在于，在磁傳感 器設(shè)備20包括超過一個(gè)GMR傳感器元件11時(shí)，可以將不同的GMR傳感器 元件彼此靠近設(shè)置，唯一的限制是同一平面中特征間間距的最小特征尺寸 或最小工藝極限，對(duì)于當(dāng)前工藝來說大約為2Mm。通過這種方式，與現(xiàn)有技 術(shù)設(shè)備相比，能夠在一個(gè)襯底上提供多個(gè)傳感器元件11，于是能夠提供具 有更多靈敏區(qū)域的磁傳感器設(shè)備20，這又提高了磁傳感器設(shè)備20的靈敏度。
不過，根據(jù)第二實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備20可能具有在電流線19a、 19b 和GMR傳感器元件11之間出現(xiàn)磁場(chǎng)串?dāng)_的缺點(diǎn)，這可能會(huì)使GMR傳感器元 件ll局部過載。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，磁傳感器設(shè)備20還可以包括位于第 四平面中的第三磁場(chǎng)生成裝置17，第四平面與第一、第二和第三平面不同 并基本平行于它們，其位置使得傳感器表面13和第四平面之間的距離大于 傳感器表面13和第一平面之間的距離。根據(jù)本實(shí)施例，該磁傳感器設(shè)備20 可以包括兩個(gè)部分，即第一部分和第二部分，第一部分包括由電流線19a、 1%實(shí)現(xiàn)的組合磁場(chǎng)生成裝置和G服傳感器元件11 (參見圖8)或第一和第二磁場(chǎng)生成裝置12、 14以及GMR傳感器元件11，可以將其稱為傳感器層 16，第二部分包括第三磁場(chǎng)生成裝置17，可以將其稱為信號(hào)處理層18。
第三磁場(chǎng)生成裝置17可以由電流線17a、 17b實(shí)現(xiàn)。第三磁場(chǎng)生成裝 置17可以用于補(bǔ)償由GMR傳感器元件11中的電流線19a、 19b產(chǎn)生的磁串 擾。優(yōu)選地，在給出的范例中，包括組合磁場(chǎng)生成裝置19的平面和包括GMR 傳感器元件11的平面之間的距離可以等于包括第三磁場(chǎng)生成裝置17的平 面和包括GMR傳感器元件ll的平面之間的距離。在這種情況下，可以通過 經(jīng)形成第三磁場(chǎng)生成裝置的電流線17a、 17b傳送與經(jīng)過形成組合磁場(chǎng)生成 裝置的電流線19a、 19b的電流相同的電流來消除磁串?dāng)_。
然而，根據(jù)其他實(shí)施例，在給出的范例中包括組合磁場(chǎng)生成裝置19的 平面和包括GMR傳感器元件ll的平面之間的距離可以不同于(即小于或大 于)包括第三磁場(chǎng)生成裝置17的平面和包括GMR傳感器元件11的平面之 間的距離。在這種情況下，可以通過形成第三磁場(chǎng)生成裝置的電流線17a、 17b傳送比通過形成組合磁場(chǎng)生成裝置的電流線19a、 19b更低或更高的電 流。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，可以在GMR傳感器元件ll的靈敏層中的每 個(gè)位置拘制磁串?dāng)_。
在根據(jù)第三實(shí)施例的設(shè)備20中，傳感器上方的磁場(chǎng)因?yàn)榈谌艌?chǎng)生成 裝置17的貢獻(xiàn)可能會(huì)增大到大約1. 5倍。
同樣，在磁傳感器設(shè)備20包括超過一個(gè)GMR傳感器元件11時(shí)，可以 將不同的GffiU專感器元件11彼此靠近設(shè)置，唯一的限制是同一平面中特征 間間距的最小特征尺寸或最小工藝極限，對(duì)于當(dāng)前工藝而言大約為2Mm。通 過這種方式，與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備相比，能夠在一個(gè)傳感器芯片上提供更多傳 感器元件ll，于是能夠提供具有更多靈敏區(qū)域的磁傳感器設(shè)備20，這又提 高了磁傳感器設(shè)備20的靈敏度。圖9中示出了這種情況。
在第二方面中，本發(fā)明還提供了一種利用根據(jù)上述實(shí)施例的磁傳感器 設(shè)備20確定樣本流體中磁或可磁化對(duì)象15的存在和/或量的方法。
在第一步驟中，該方法包括向傳感器表面13提供樣本流體。接下來， 施加由第一磁場(chǎng)生成裝置12產(chǎn)生的第一磁場(chǎng)以向傳感器表面13吸引磁顆 粒15，該第一磁場(chǎng)具有第一頻率和/或第一相位。然后，施加第二磁場(chǎng)以磁
18化磁顆粒15，該第二磁場(chǎng)具有不同于第一頻率的第二頻率和/或不同于第一 相位的第二相位。在下一步驟中，測(cè)量至少一個(gè)傳感器元件ll的敏感層中 的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)具有源于第一磁場(chǎng)的第一分量和源于第二磁場(chǎng)的第二分量。 僅有來自第二磁場(chǎng)，即來自磁化磁顆粒15的磁場(chǎng)的分量將給出關(guān)于傳感器 表面13上存在的磁顆粒15的存在和/或量的信息。因此，根據(jù)本發(fā)明的方 法中的下一步是在測(cè)得的磁場(chǎng)中基于測(cè)量信號(hào)的頻率和/或相位在源于第 一磁場(chǎng)的第一分量和源于第二磁場(chǎng)的第二分量之間加以區(qū)分。在最后一步 中，可以從第二分量確定磁顆粒15的存在和/或量。
例如，可以利用例如具有2MHz頻率的第一磁場(chǎng)進(jìn)行磁顆粒15的吸引， 可以利用例如具有l(wèi)MHz頻率的磁場(chǎng)進(jìn)行磁顆粒15的磁化。在測(cè)量了 GMR 傳感器元件11的敏感層中的磁場(chǎng)之后，例如可以通過濾波從所得信號(hào)去除 2MHZ的分量。通過這種方式，所獲得的信號(hào)代表了傳感器表面13上磁顆粒 15的存在和/或量。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第一磁場(chǎng)可以具有第一相位，第二磁場(chǎng)可以具 有與第一相位不同的第二相位。在這些情況下，在源于第一磁場(chǎng)的第一分 量和源于第二磁場(chǎng)的第二分量之間加以區(qū)分的步驟可以基于相位。
例如，可以通過例如面內(nèi)或正交解調(diào)使第一磁場(chǎng)的第一相位相對(duì)于第 二磁場(chǎng)的第二相位偏移例如超過90度。
優(yōu)選地，可以同時(shí)進(jìn)行第一和第二磁場(chǎng)的施加。
可以將根據(jù)本發(fā)明的方法用于分子診斷、生物樣本分析或化學(xué)樣本分析。
在另一個(gè)方面中，本發(fā)明還提供了一種包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施 例的磁傳感器設(shè)備20的生物芯片30。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的生 物芯片30。該生物芯片30可以包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的磁傳感 器設(shè)備20，其集成于襯底31中。術(shù)語"襯底"可以包括任何可用的底層材 料，或者在其上可以形成器件、電路或外延層的底層材料。術(shù)語"襯底" 可以包括半導(dǎo)體襯底，例如摻雜硅、砷化鎵(GaAs)、砷磷化鎵(GaAsP)、 磷化銦(InP)、鍺(Ge)或硅鍺(SiGe)襯底。除半導(dǎo)體襯底部分之外， 該"襯底"例如還可以包括絕緣層，例如Si02或S:UN4層。于是，術(shù)語"襯 底"還包括玻璃、塑料、陶瓷、玻璃上硅、藍(lán)寶石上硅襯底。于是將術(shù)語
19"襯底"用于一般性地定義用于有關(guān)層或部分下方的層的元件。而且，"襯 底"可以是任何其他可以在其上形成層的基底，例如玻璃或金屬層。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以在同一襯底31上集成單個(gè)磁傳感器設(shè)備20 或多個(gè)磁傳感器設(shè)備20以形成生物芯片30。
根據(jù)該范例，第一磁場(chǎng)生成裝置可以包括例如由第一和第二電流傳導(dǎo) 線14a和14b實(shí)現(xiàn)的第一和第二電導(dǎo)體。還可以用其他裝置代替電流傳導(dǎo) 線14a、 14b來產(chǎn)生外部磁場(chǎng)。此外，第一磁場(chǎng)生成裝置還可以包括另一數(shù) 量的電導(dǎo)體。
在每個(gè)磁傳感器設(shè)備20中，可以在襯底31中集成至少一個(gè)傳感器元 件11，例如GMR元件，以經(jīng)由附著于目標(biāo)顆粒33的磁或可磁化對(duì)象15 (例 如磁納米顆粒)讀出由生物芯片30采集的信息，從而例如讀出目標(biāo)顆粒33 存在與否，由此判斷或估計(jì)目標(biāo)顆粒33的面密度。優(yōu)選利用所謂的超順磁 珠實(shí)現(xiàn)磁或可磁化對(duì)象15 (例如磁顆粒)。能夠選擇性結(jié)合目標(biāo)分子33的 結(jié)合位點(diǎn)32被附著到探針元件34上。探針元件34附著于襯底31頂部或 施加于襯底31頂部的表面層，例如金層頂部，以輔助探針元件34結(jié)合到 傳感器表面13上。
根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)磁傳感器設(shè)備20可以包括另一磁場(chǎng)生成裝置，其可 以由電流線12a、 12b實(shí)現(xiàn)。
在下文中將解釋生物芯片30的工作，從而也解釋磁傳感器設(shè)備20的 工作。可以為每個(gè)探針元件34提供特定類型的結(jié)合位點(diǎn)32以結(jié)合預(yù)定的 目標(biāo)分子33?？梢栽谏镄酒?0的探針元件34上提供或傳遞包括待檢測(cè) 的目標(biāo)分子33目標(biāo)樣本，如果結(jié)合位點(diǎn)32和目標(biāo)分子33匹配，它們會(huì)彼 此結(jié)合。超順磁珠15，或者更一般的磁或可磁化對(duì)象可以直接或間接地耦 合到目標(biāo)分子33。磁或可磁化對(duì)象，例如超順磁珠15允許讀出由生物芯片 30采集的信息。
除了分子化驗(yàn)之外，還可以檢測(cè)更大的成分，例如，細(xì)胞、病毒、或 細(xì)胞或病毒的部分、組織提取液等。可以相對(duì)于生物傳感器表面掃描或不 掃描傳感器元件來進(jìn)行檢測(cè)。
可以在終點(diǎn)測(cè)量時(shí)通過動(dòng)態(tài)或斷續(xù)記錄信號(hào)來獲取測(cè)量數(shù)據(jù)。 可以通過感測(cè)方法直接檢測(cè)磁或可磁化對(duì)象15 (例如磁顆粒)。此外，
20還可以在檢測(cè)之前進(jìn)一步處理磁或可磁化對(duì)象15 (例如磁顆粒)。進(jìn)一步處 理的范例是可以添加材料，或者可以修改磁或可磁化對(duì)象15 (例如磁顆粒) 的(生物)化學(xué)或物理屬性以便于檢測(cè)。
可以將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備20和生物芯片30用于若干 種生化化驗(yàn)類型，例如結(jié)合/去結(jié)合測(cè)定、夾心測(cè)定、競(jìng)爭(zhēng)測(cè)定、置換測(cè)定、 酶法測(cè)定等。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備20和生物芯片30適于傳感器復(fù)用 (即并行使用不同的傳感器和傳感器表面)、標(biāo)簽復(fù)用(即并行使用不同類 型的標(biāo)簽或磁或可磁化對(duì)象)和反應(yīng)室復(fù)用(即并行使用不同的反應(yīng)室)。
可以將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備20和生物芯片30用作迅速、 魯棒且易用的針對(duì)小樣本體積的即時(shí)生物傳感器。反應(yīng)室可以是用于緊湊 型讀取器的一次性物品，其包含一個(gè)或多個(gè)磁場(chǎng)生成裝置和一個(gè)或多個(gè)檢 測(cè)裝置。而且，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備20和生物芯片30可以用于自動(dòng)化高處 理量測(cè)試中。在這種情況下，該反應(yīng)室例如可以是裝配到自動(dòng)設(shè)備中的孔 板或透明小容器。
盡管在此被描述為磁傳感器設(shè)備，但可以用很多方式實(shí)現(xiàn)對(duì)磁或可磁 化對(duì)象15的存在的感測(cè)或檢測(cè)。因此，傳感器元件11可以是基于顆粒的 任何屬性來檢測(cè)傳感器表面上或附近的磁或可磁化對(duì)象15或磁顆粒的存在 的任何適當(dāng)?shù)膫鞲衅髟?1，例如，可以通過磁方法，例如磁致電阻、霍 爾效應(yīng)、線圈來進(jìn)行檢測(cè)。傳感器元件U可以經(jīng)由光學(xué)方法，例如成像、 熒光作用、化學(xué)熒光、吸收、散射、表面等離子體共振、拉曼光譜等來進(jìn) 行檢測(cè)。此外，傳感器元件11能夠通過聲學(xué)檢測(cè)進(jìn)行檢測(cè)，例如表面聲波、 體聲波、受生化結(jié)合過程影響的懸臂梁變形、石英晶體等。此外，傳感器 元件11能夠通過電檢測(cè)來檢測(cè)，例如導(dǎo)電性、阻抗、電流測(cè)量、氧化還原 循環(huán)等。
要理解的是，盡管在此針對(duì)根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法討論了優(yōu)選實(shí)施 例、特定構(gòu)造和配置以及材料，但在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下可 以做出各種形式和細(xì)節(jié)上的改變和修正。
權(quán)利要求
1、一種磁傳感器設(shè)備(20)，其具有表面(13)并包括-用于感測(cè)磁或可磁化對(duì)象(15)的存在的至少一個(gè)傳感器元件(11)，所述至少一個(gè)傳感器元件(11)位于第一平面中，-用于產(chǎn)生第一磁場(chǎng)的第一磁場(chǎng)生成裝置(12)，所述第一磁場(chǎng)用于向所述傳感器表面(13)吸引磁或可磁化對(duì)象(15)，以及-用于產(chǎn)生第二磁場(chǎng)的第二磁場(chǎng)生成裝置(14)，所述第二磁場(chǎng)用于磁化所述磁或可磁化對(duì)象(13)，所述第一磁場(chǎng)生成裝置(12)位于不同于所述第一平面且基本平行于所述第一平面的第二平面中，其中所述第一磁場(chǎng)生成裝置(12)和所述傳感器元件(11)之間的間距小于2微米，小至任選地交疊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中所述第一磁場(chǎng)生 成裝置(12)位于所述第一平面和所述傳感器表面(13)之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中所述第一磁場(chǎng)生 成裝置(12)與所述傳感器元件(11)具有交疊部分，所述交疊部分是由 所述第一磁場(chǎng)生成裝置(12)沿基本垂直于所述第一和第二平面的方向在 所述傳感器元件(11)上的投影來限定的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中所述第一磁場(chǎng)生 成裝置(12)和所述第二磁場(chǎng)生成裝置(14)并入同一組合磁場(chǎng)生成裝置(19)。
5、 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(chǎng)生 成裝置(14)與所述至少一個(gè)傳感器元件(11)位于同一第一平面中。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)，其中所述設(shè)備(20) 還包括第三磁場(chǎng)生成裝置(17)，該第三磁場(chǎng)生成裝置(17)位于基本平行于所述第一和第二平面的第三平面中，所述第三平面的位置使得所述傳感器表面(13)和所述第三平面之間的距離大于所述傳感器表面(13)和所述第二平面之間的距離。
7、 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(chǎng)生成裝置(14)為片上磁場(chǎng)生成裝置。
8、 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(chǎng)生成裝置(14)為芯片外磁場(chǎng)生成裝置。
9、 一種包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)的生物芯片(30)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)在分子診斷、生物樣本分析或化學(xué)樣本分析中的使用。
11、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的生物芯片(30)在分子診斷、生物樣本分析或化學(xué)樣本分析中的使用。
12、 一種用于確定樣本流體中磁或可磁化對(duì)象(15)的存在和/或量的方法，所述方法包括-向根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁傳感器設(shè)備(20)的表面(13)提供所述樣本流體，-施加具有第一頻率和第一相位的第一磁場(chǎng)，以便向所述傳感器表面(13)吸引所述磁或可磁化對(duì)象(15)，-施加具有第二頻率和第二相位的第二磁場(chǎng)，以便磁化所述磁或可磁化對(duì)象(15)，所述第二頻率不同于所述第一頻率或所述第二相位不同于所述第一相位，-測(cè)量所述至少一個(gè)傳感器元件(11)的敏感層中的磁場(chǎng)，-在所測(cè)量的磁場(chǎng)中、在源于所述第一磁場(chǎng)的第一分量和源于所述第二磁場(chǎng)的第二分量之間進(jìn)行區(qū)分，以及-根據(jù)所述第二分量確定磁或可磁化對(duì)象(15)的存在和/或量。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中施加第一磁場(chǎng)和施加第二磁場(chǎng) 是同時(shí)進(jìn)行的。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法在分子診斷、生物樣本分析或化學(xué)樣 本分析中的使用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磁傳感器設(shè)備(20)，包括至少一個(gè)位于第一平面中的傳感器表面；用于向傳感器表面(13)吸引磁或可磁化對(duì)象(15)的第一磁場(chǎng)生成裝置(12)，該第一磁場(chǎng)生成裝置(12)位于不同于并基本平行于第一平面的第二平面中；以及用于磁化結(jié)合到傳感器的磁或可磁化對(duì)象(15)的第二磁場(chǎng)生成裝置(14)。第一磁場(chǎng)生成裝置(12)和所述至少一個(gè)傳感器元件(11)之間的間距小于2μm，小至任選地交疊。本發(fā)明還提供了一種利用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁傳感器設(shè)備(20)確定樣本流體中的磁或可磁化對(duì)象(15)的存在和/或量的方法。
文檔編號(hào)G01N27/72GK101501500SQ200780030235
公開日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2007年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者B·M·德布爾, H·杜里克, J·A·H·M·卡爾曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司