[发明专利]基于巨磁阻的微流控磁珠位置检测方法与装置

说明书

本发明公开一种基于巨磁阻的微流控磁珠位置检测方法与装置，从免疫磁珠溶液进口通入免疫磁珠溶液、细胞溶液进口通入细胞溶液，两种溶液进入混合室内形成混合溶液后进入倒置的三棱柱微管道，免疫磁珠被永磁体产生的磁场磁化，贴于三棱柱微管道的管壁缓慢流动；巨磁阻芯片受到免疫磁珠磁化得到的水平磁场的影响，其电阻值发生改变，巨磁阻芯片将惠斯通电桥的连接点的电位信号输出到信号处理模块，信号处理模块根据输入的电位计算得到巨磁阻的阻值，判断出免疫磁珠距离巨磁阻电阻条中心位置的距离；本发明适用于微观物质位置的检测，更能精准地检测到免疫磁珠的位置变化。

技术领域

本发明涉及微流控应用领域，特别是一种利用巨磁阻传感器检测磁珠位置的方法与装置。

背景技术

免疫磁珠是近些年来发展起来的一项新的免疫学技术，它将固化试剂特有的优点与免疫学反应高度特异性结合于一体，以免疫学为基础，渗透到病理、生理、药理、微生物、生化以及分子遗传学等各个领域，其在免疫检测、细胞分离、生物大分子纯化和分子生物学等方面得到了越来越广泛的应用。

目前，对于免疫磁珠定量的检测研究较为广泛与深入，但是对于免疫磁珠的定位研究几乎没有。现有的一些磁性物质定位方法与装置几乎都是对于宏观物质而言，如中国专利申请号为201210224965.X、名称为“一种对于含有永磁体的对象远程定位方法及系统”的专利文献中提供的是基于不少于四磁场传感器阵列平面远程定位方法及系统，将目标区域位于四个或四个以上磁场传感器阵列平面之间，找出各个平面场最强的点，再利用立体几何的知识结合磁场补偿的信息即可对远程目标进行定位，传感器阵列包括四个或者多个非固定磁场传感器阵列平面、一个霍尔传感器、一个磁阻传感器；但是该方法及系统存在以下缺点：第一，传感器阵列结构较为复杂，增加制造工艺的难度；第二，所利用的传感器的分辨率较大，对于微小的变化难以察觉，不适用于微观物质的定位，如果利用该系统定位一些微观磁性材料，则误差比较大。

李福泉、冯洁、陈翔、石海平等人发表于2010年11月第11期第18卷的《光学精密工程》期刊上的外磁场方位及磁珠位置和团聚对巨磁阻生物传感器检测的影响的文章，对磁珠位置对巨磁阻生物传感器的影响做了一定的研究。其首先利用Comsol软件模拟了3个因素对巨磁阻传感器输出信号的影响，模拟结果表明：外磁场倾斜、磁珠位置偏离电阻条中心和磁珠团聚均会使信号减小。为了与模拟结果对比，制备了与模型相同的线宽为5μm的巨磁阻生物传感器，并测量了输出信号与磁珠位置的关系。在模拟实验中，磁珠从电阻条中间位置沿y轴向电阻条边缘移动，如图1所示。图2显示了巨磁阻电阻变化（已归一化）与磁珠位置（y方向）的关系，图2中表示磁珠位于电阻条中间时，磁珠引起巨磁阻电阻变化；表示当磁珠球心位于处时，磁珠引起的巨磁阻电阻变化。巨磁阻电阻只对平行于巨磁阻表面的磁场敏感，且只与磁场大小相关，与磁场方向无关。当磁场在小范围变化时，可认为巨磁阻电阻随平行表面的磁场强度的大小线性变化。因此，当计算巨磁阻电阻变化时，可以直接把巨磁阻表面的平均磁场和巨磁阻灵敏度直接相乘，就得到巨磁阻电阻变化的结果。参见图3的免疫磁珠感应磁场示意，施加一个垂直于巨磁阻表面的激励磁场，免疫磁珠经外加垂直磁场磁化后，产生一个偶极子场，偶极子场可以用以下公式(1)、(2)计算：

(1)

(2)

是磁标势，是磁感应强度，▽是梯度算符。利用公式(1)、(2)来计算磁珠的感应磁场，然后把感应磁场水平分量沿巨磁阻的区域积分，积分结果除以巨磁阻面积就得到沿巨磁阻表面的平均磁场。磁珠的偶极子场在巨磁阻表面的分布式不均匀，因此当磁珠位于电阻条的不同位置时，巨磁阻信号不同。磁珠位于巨磁阻电阻条的正中间时，电阻条覆盖了磁珠感应磁场最强的区域，巨磁阻信号最大。当磁珠位于电阻条边缘时，磁珠的感应磁场部分处于电阻条区域之外，巨磁阻信号变小。但该文章只是简单地研究了磁珠在一维固定直线轨迹情况下位置变化对巨磁阻阻值的影响，并未描述如何具体检测微流控磁珠的空间位置。

发明内容