[发明专利]微传感器设备

说明书

本发明涉及一种用于确定物理量的微传感器设备，尤其涉及一种具有传感器阵列的磁性生物传感器。此外，本发明涉及一种可以用所述微传感器设备执行的用于确定物理量的方法。此外，本发明涉及一种微传感器设备中基准传感器的使用。

从WO 2005/010543A1和WO 2005/010542A2知道了一种微传感器设备，其可以用于例如微流体生物传感器中，用于检测由磁珠标记的生物分子。该微传感器设备装备有传感器阵列，其包括用于产生磁场的导线和用于检测由磁化珠产生的杂散场的巨磁致电阻(GMR)。这种微传感器设备的一个问题在于，测量的有效增益对温度以及传感器芯片(GMR、场产生导线)和检测电子器件中的漂移效应(电流源、滤波组件等的稳定性等)敏感。所述效应大大降低了传感器的精度。此外，由于检测电子器件的复杂性，读取多传感器生物传感器芯片需要大量硬件。

基于这种情况，本发明的目的在于提供有成本效益的装置，其允许对物理量进行更鲁棒和精确的测量，尤其是在生物传感器应用中。

这一目的是通过根据权利要求1所述的微传感器设备、根据权利要求11所述的方法和根据权利要求14所述的在微传感器设备中使用基准传感器来实现的。在从属权利要求内公开了优选实施例。

根据其第一方面，本发明涉及一种用于确定物理量的微传感器设备，该物理量例如是(例如磁场、电场或重力场的)场强、定位参数(例如空间位置、取向、速度或加速度)、温度等。该微传感器设备具体而言可以是一种用于测量生物或生物化学相关量例如液体中物质的浓度的生物传感器设备。微传感器设备包括如下组件：

a)至少一个用于测量所述物理量的探针传感器。

b)至少一个用于测量所述物理量的基准值的基准传感器。与探针传感器测量的物理量的值相比，物理量的基准值是通过定义事先已知的，例如，不受生化结合过程的影响。

c)用于处理所述传感器(即探针传感器和基准传感器)的信号的检测器单元。该检测器单元尤其可以对所述信号进行放大、滤波和/或转换。

d)用于选择性地将检测器单元耦合到传感器(即探针传感器和基准传感器)的复用器。

应当指出，上文和下文中提到“探针传感器”意在包括与同一基准传感器相关的所有探针传感器(如果存在一个以上这种探针传感器的话)。加以必要的变更这同样适用于“基准传感器”这一表达。此外，该微传感器设备可以具有均包括探针传感器、基准传感器、检测器单元和复用器的几组，其中各组彼此独立地工作。

典型地，该微传感器设备包括(多达数千个)探针传感器的阵列，所述阵列中集成了较少数量的基准传感器。所述探针传感器和所述基准传感器优选为彼此的拷贝，即在布局和设计上都相同。它们甚至可以相同；不过，在这种情况下必须要确保它们在作为探针传感器工作时测量未知物理量，且它们在作为基准传感器工作时测量所述物理量的基准值。

所述微传感器设备的优点在于，它提供了对物理量未知值的直接测量和已知基准值的测量两者，其中基准测量允许对测量的可能干扰做出结论。因此，在评估探针传感器提供的测量信号期间考虑基准测量值可以显著提高结果的精度并使它们相对于环境条件变化表现得鲁棒。

优选地，如此设计探针传感器和基准传感器，使得在实践中两种传感器均处于基本相同的环境条件(例如温度、电场或磁场)。因此，由探针传感器和基准传感器提供的测量值将以完全相同的方式受到环境条件的影响，从而允许通过考虑基准传感器的测量值来补偿探针传感器上的所述影响。

根据本发明的优选实施例，探针传感器和基准传感器之间的空间距离小于这些传感器的最大直径(即，探针传感器或基准传感器的边界上两点之间的最大可能距离)的十倍，优选两倍。要求探针传感器和基准传感器靠近保证了它们处于基本相同的环境条件(因为后者一般在大于所述传感器最大直径的尺度上变化)。

在微传感器设备的另一实施例中，探针传感器和基准传感器是热耦合的。例如，通过将两种传感器都附着到同一载体和/或通过用高热导率材料(例如金属)连接它们可以实现这种热耦合。传感器紧密的热耦合保证了它们始终处于基本相同的温度，温度是影响和干扰(电)测量的最重要的环境条件之一。

优选以这种方式设计微传感器设备的复用器，使得在其中环境条件基本上是空间均匀的。环境条件的这种一致性保证了复用器仅与特定传感器结合活动的不同硬件组件将以同样的方式受到环境条件的影响。因而，不会因读出路径的不同而发生探针传感器和基准传感器测量值之间的不一致。