[发明专利]采用具有不同磁场灵敏度的隧道磁阻(TMR)器件以提高检测灵敏度的TMR传感器

说明书

公开了一种采用具有不同磁场灵敏度的TMR器件以提高检测灵敏度的隧道磁阻(TMR)传感器。例如，TMR传感器可用作生物传感器来检测生物材料的存在。在本文公开的方面中，制造TMR传感器中的至少两个TMR器件的自由层以相对于彼此显示出不同的磁特性(诸如MR比率、磁各向异性，矫顽力)，使得每个TMR器件将针对给定的杂散磁场显示出不同的电阻变化，以提高磁场检测灵敏度。例如，TMR器件可被制造为具有不同的磁特性，使得一个TMR器件在存在较小杂散磁场的情况下显示出更大的电阻变化，而另一TMR器件在存在较大杂散磁场的情况下显示出较大的电阻变化。

优先权

本申请要求2017年3月30日提交的标题为“TUNNEL MAGNETO-RESISTIVE(TMR)SENSORS EMPLYING TMR DEVICES WITH DIFFERENT MAGNETIC FIELD SENSITIVITIES FORINCREASED DETECTION SENSITIVITY”的美国专利申请序列第15/474339号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开的技术总体上涉及磁阻(MR)器件，更具体地，涉及将MR器件用作MR传感器(诸如生物传感器)，用于检测磁场(诸如由磁性纳米颗粒显示的磁场)的存在。

背景技术

在卫生保健和其他相关领域，期望能够检测生物样本中是否存在目标分析物，用于诊断、监控和/或维持康健和健康。检测目标分析物也可期望用于特定卫生保健相关的应用，诸如人类基因分型、细菌学筛选以及生物和药理学研究。关于这点，生物感测系统可用于检测目标分析物在用于这种应用的生物样本中的存在。生物传感器被用于生物感测系统，以检测目标分析物的存在。生物传感器由两(2)个部分组成：生物受体和换能器。生物受体是识别目标分析物的生物分子。换能器基于从反应中的生物受体到目标分析物的存在发生的变化将目标分析物的识别事件转换为可测量信号。例如，可以提供一种生物传感器，通过简单地将生物传感器浸入样本中来测量血液样本中的葡萄糖浓度。这与使用许多步骤并且每个步骤可需要试剂来处理样本的传统化验不同。简单和快速的测量是生物传感器的主要优点。生物传感器可以许多不同的形式提供，包括无创、体外、经皮、摄入(例如，药丸)以及作为可穿戴或外科植入的设备。

图1示出了使用生物传感器检测生物样本的存在和/或特性的示例性生物感测系统100。获得或制备待测生物样本102。生物样本102是敏感生物元素(例如，组织、微生物、细胞器、细胞受体、酶、抗体、核酸等)，并且是与所研究的目标分析物相互作用(结合或识别)的生物衍生材料或仿生成分。生物样本的示例包括细胞培养物、人类样本、食物样本和环境样本。然后，对生物样本102进行处理以分离感兴趣的目标分析物104(例如，特定分子、核苷酸、保护物或金属离子)。然后，将目标分析物104引入目标生物受体106，其中目标生物受体106被设计为与感兴趣的特定目标分析物104相互作用以产生可被换能器测量的效果。未结合的分析物被冲走。

已经被开发来检测感兴趣的目标分析物的一种类型的生物传感器是磁阻(MR)生物传感器。MR生物传感器包括被配置为将磁场变化识别为感测电阻的函数的换能器。关于这点，如图1所示，高磁化磁性或超顺磁性纳米颗粒108(以下称为“磁性纳米颗粒108”)可被引入并被将与目标分析物104结合的目标生物受体106捕获。然后，磁性纳米颗粒108可被引入MR生物传感器110以检测磁性纳米颗粒108的存在。MR生物传感器110根据电阻变化测量由于引入磁性纳米颗粒108而引起的磁场变化。MR生物传感器110生成表示该电阻变化的信号112，其可被感测电路114分析以确定目标分析物104在目标生物受体106中的存在。