[发明专利]磁传感器设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定样品流体内的目标部分(target moiety)的存在和/或数量的磁传感器设备以及方法，用磁性或可磁化对象(例如磁性粒子)来给目标部分加标签，本发明还涉及一种制造所述传感器设备的方法。

背景技术

基于AMR(各向异性磁阻)、GMR(巨磁阻)和TMR(隧道磁阻)元件或者基于Hall传感器的磁传感器现在正变得越来越重要。除了诸如硬盘磁头和MRAM之类的已知的高速应用之外，在分子诊断(MDx)、IC中的电流感测以及汽车等领域中还出现了新的带宽相对较低的应用。

包括这种磁传感器的微阵列或生物芯片的引入正在引发对于诸如DNA(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)和蛋白质之类的生物分子的分析的革命。其应用例如有人类基因分型(例如在医院中进行或者由个别的医生或护士进行)、细菌筛查以及生物和药理研究。这种磁性生物芯片例如在灵敏度、特异性、集成度、易用性以及成本方面对于生物或化学样品分析具有非常有前景的属性。

生物芯片也被称作生物传感器芯片、生物微芯片、基因芯片或DNA芯片，其在最简单的形式下由一块基板构成，大量不同的探针分子在芯片上的各明确定义的区域上附着到基板上，其中如果待分析的分子或分子片段与探针分子精确匹配的话则可以与之结合。举例来说，DNA分子的片段与一个唯一的互补DNA(c-DNA)分子片段结合。例如可以使用标记(例如荧光标记或磁性标签)来检测结合反应的发生，其中标记在待分析的分子与探针分子结合之前或之后被耦合到这些待分析的分子。这样就提供了在短时间内并行地分析少量的多种不同分子或分子片段的能力。

在生物传感器中进行化验。化验通常涉及到几个流体致动步骤，即其中令材料移动的步骤。这种步骤的例子有混合(例如用于稀释、把标签或其他试剂溶解到所述样品流体中、加标签或者亲和性结合)或者补充反应表面附近的流体，以避免扩散成为对于所述反应的速率限制。优选地，所述致动方法应当是有效、可靠且廉价的。

一个生物芯片可以容纳针对1000或更多种不同分子片段的化验。可以预期的是，作为诸如人类基因组计划之类的项目以及关于基因和蛋白质的官能的后续研究的结果，通过使用生物芯片而可能获得的信息的可用性在接下来的十年间将会快速提高。

由例如包括100个基于超顺磁珠检测的传感器的阵列所构成的生物传感器可以被用来同时测量溶液(例如血液)中的大量不同生物分子(例如蛋白质、DNA)的浓度。这可以通过以下步骤来实现：把超顺磁珠附着到待确定的目标分子上；利用所施加的磁场磁化该磁珠；以及例如使用GMR传感器来检测所述已磁化磁珠的磁场。

图1示出了当前在本领域内已知的具有集成磁场激发的磁阻生物传感器的工作原理。所述磁阻生物传感器10包括单一GMR条带1，其例如具有大约100μm的长度和大约3μm的宽度。集成磁场激发意味着在所述磁阻生物传感器10中集成了磁场发生装置。所述磁阻生物传感器10还包括作为磁场发生装置的电流线2。在所述磁阻生物传感器10的表面3提供了由结合点4构成的生物活性层，其上附着有磁珠6(例如超顺磁性纳米粒子)的目标分子5可以与所述结合点结合。流经所述电流线2的电流生成磁化所述磁珠6(例如超顺磁性纳米粒子)的磁场9。所述磁珠6(例如磁性纳米粒子)产生如图1中的场线7所示的磁矩m。所述磁矩m于是生成偶极磁场，其在所述GMR条带1的位置处具有平面内磁场分量8。因此，所述磁珠6(例如磁性纳米粒子)偏转由流经所述电流线2的电流所感生出的磁场9，从而得到所述GMR条带1的灵敏x方向上的磁场分量8，其也被称作所述磁场H的x分量8。所述磁场H的x分量8随后被所述GMR条带1感测到，并且其取决于所述磁阻生物传感器10的表面3处所存在的磁珠6(例如超顺磁性纳米粒子)的数目N_np以及所述电流线2中的电流的量值。所述磁阻生物传感器10可以被形成在半导体芯片(例如硅芯片11)上，其中可以嵌入电子电路12。

由于下面的属性，其中磁珠标签结合到传感器表面3的生物传感器是令人感兴趣的：

-其表现出磁珠6与复杂生物样品之间的低干扰，从而提供增强的灵敏度和稳健性。

-存在对磁珠6的释放进行磁性控制的可能性，从而可以把磁珠6集中在所述传感器表面3上以增强结合动力学，并且从所述传感器表面3去除未结合或弱结合的粒子。

当磁珠标签在生物化验中发生特异性结合之后，可能很重要的是在所述传感器表面3上移动并替换流体，以用于进一步的(生物)化学处理和/或检测，例如：