[发明专利]用于生物传感器的可控磁系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生物传感器的可控磁系统。

背景技术

用于检测生物材料的传感器被用于多种技术应用中的医疗保健中。

磁性致动对于提高磁性生物传感器在即时应用中的性能是至关重要的。首先，它加速了传感器表面磁性粒子的浓缩以及由此加速了结合过程。其次，磁清洗可代替传统的水洗步骤，所述磁清洗更加精确并且减小了操作行为的数目。

与芯片尺寸相比，大型的外部电磁体被用于驱动，从而获得：传感器表面的均匀场梯度(力)以及在整个样品容积上的较大穿透深度。这些性质难以通过集成的致动结构实现。

为了调节生物材料以获得生物材料成分的有效评估，生物材料必须与生物传感器的表面更紧密接触。因此，必须产生对生物材料的吸引力。这通常使用磁珠来实现，所述磁珠以化学方式或物理方式结合到生物材料上。磁性吸引力必须在传感器表面附近产生。

所使用的生物芯片的生物传感器在敏感度、特异性、集成性、便于使用及成本方面具有用于分子诊断的良好特性。

这种生物芯片的示例在WO2003054566中给出，该文献描述了均匀的磁场激励。

生物传感器是基于对超顺磁珠的检测、并且可用于同时测量生物材料溶液中多种不同生物分子的浓度。

传感器表面必须和生物材料形成紧密接触，这可通过在所述磁珠的帮助下使生物材料非常紧密地靠近传感器表面得以实现。另一方面，在测量生物材料之后必须被洗掉，从而调节传感器表面用于接下来的测量。

这可以通过使磁珠与生物材料混合而得以实现，这样在传感器表面附近产生了磁性排斥力。

通常地，由磁体或电磁体感应的磁力是朝向磁体。由此，需要有两个磁体用来感应朝向传感器表面的磁力(所谓的沉降)以及远离传感器表面的磁力(所谓的清洗)。

在出版物Anal.Chem.2004，76，1715—1719中，描述了在生物材料中使用磁珠从而使生物材料与传感器表面紧密接触的一般性应用。

该出版物也公开了一种改变磁场梯度以进行分子调节的方法，该分子具有与其结合的顺磁配位体或者磁珠。磁力梯度对其具有直接影响。

由此，通过在不同磁体或位置之间移动样品，可以改变磁力方向。

在某些组分不发生机械运动的情况下，这些改变不能实现，如图1所示。在通常的电气装置以及电气手持装置特别是磁性生物传感器的即时应用中，机械移动部件是不利的。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有前述特性的磁系统，该磁系统以更容易且更有效的方式在传感器表面附近的吸引力与排斥力之间转换。

所述目的通过具有权利要求1的特征部分特征的用于生物传感器的磁系统来实现。

该磁系统的其它不同实施例以从属权利要求2-12为特征。

所述目的通过具有权利要求13的特征部分特征的操作用于生物传感器的磁系统的方法来实现。

该方法的其它不同实施例以从属权利要求14-16为特征。

本发明的目的通过用于生物传感器的磁系统来实现，用于生物传感器的磁系统具有至少一个线圈和至少两个铁磁芯，它们布置成同心多层包，并且靠近所述磁系统设置有露出或覆盖有生物材料的传感器或传感器表面。

本发明的本质特征是一种具有由芯材料和绕组组成的多层结构的电磁体。图1显示了这种电磁体。通常地，电磁体仅包括绕组以及有时包括内部芯材料(根据电磁体的应用)。通过这种新型多层结构，其产生的磁场形状可被调谐并且变形，从而改变磁力。仅仅通过改变经过不同绕组的电流的大小和方向就能使磁场变形。这种多层电磁体的一个极大优点是磁场形状可被改变而不需任何机械运动。

本发明提出一种能实现两者的磁体。除了常规的吸引力，这种磁体还能施加直接影响生物材料的排斥力，这意味着有磁珠溶于生物材料中，而不需要任何机械传感器或磁体运动。

在一个有利的实施例中，用于生物传感器的磁系统具有至少一个线圈和至少两个铁磁芯，它们布置成同心多层包，并且靠近所述磁系统设置有露出或覆盖有生物材料的传感器或传感器表面。

在另一个可选择实施例中，两个同心线圈层和两个同心芯材料层布置成多层包。通过这种方式，对传感器产生的有效磁场可被电气地调谐。这意味着不需要机械运动。

在另一个有利的实施例中，只有一个同心线圈层和两个同心芯材料层布置成多层包。这提供了非常紧凑的磁系统。在这个实施例中，两个线圈在多层磁体底部连接在一起，类似于磁性捷径。这种紧凑结构可以引起高效的磁力。

在另一个实施例中，线圈可相互独立地电控制。通过这种方式，可以在非常大的可能性范围内对有效磁力和磁梯度进行精确地调谐。