確定流體中的磁性顆粒密度的磁阻傳感器、系統和方法
2023-06-17 14:31:51 1
專利名稱：確定流體中的磁性顆粒密度的磁阻傳感器、系統和方法
技術領域：
本發明涉及磁阻傳感器。
本發明還涉及確定流體中的磁性顆粒的密度的系統，其包括磁阻傳感器。
本發明還涉及使用磁阻傳感器來確定流體中的磁性顆粒的密度的方法。
背景技術：
Chemla等人在文章「Ultrasensitive magnetic biosensor forhomogeneous immunoassay(用於免疫檢測的超靈敏磁性生物傳感器)」，PNAS，2000年12月19日，第97卷，第26期中描述了一種基於超磁性顆粒的傳感器的SQUID。由於在襯底上的區域中存在的磁性納米顆粒，SQUID檢測表面內的阱(well)中的磁通量。顆粒附著於安裝在阱中的Mylar薄片以便使它們固定，該Mylar薄片作為一個例子被描述。施加面內磁場以便引發磁性納米顆粒的磁矩。然後，切斷該磁場。根據Néel機制，附著的納米顆粒的磁偶極子的隨後馳豫產生持續數秒的垂直於固定區的平面的可測量的時變場。由靠近固定區放置的SQUID探針檢測該磁場。
根據布朗運動，在散裝液體(bulk liquid)中的納米顆粒自由轉動。在Chemla等人研究的系統中，由於該轉動，該磁場的馳豫比固定顆粒的磁場的馳豫快很多。因此，在SQUID傳感器中通過在流體中的非固定顆粒產生的整個磁通量幾乎立即減小到0。
已知設備的缺點在於SQUID僅在低溫溫度中工作。關於固定區的SQUID精確定位是很困難的，並且由於對襯底要求小厚度，限制了襯底的選擇。
已知設備的主要劣勢在於確定在流體中的磁性顆粒的體積濃度是不可能的，這是因為在切斷磁場之後在散裝液體中的磁性納米顆粒的快速馳豫的緣故。這對於非常精確地確定生物分子或者分子片段的密度是通常需要的，生物分子或者分子片段還被稱為「目標」。因此，必須能夠以非常高的精確度來確定作為目標起磁性標記的磁性顆粒的密度。通常的興趣在於具有用於確定流體中的磁性顆粒的體密度的精確係統和方法。
引入微陣列或者生物晶片對分析DNA(脫氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)和蛋白質具有革命性的意義。應用是例如人類基因型鑑定(例如在醫院或者通過個體醫生或護士)、細菌篩選，生物學和藥理學研究。如今，具有多種類型的鑑定法用於分析少量的生物分子或者分子片段，例如結合鑑定法、競爭鑑定法、置換鑑定法、夾層鑑定法或者擴散鑑定法。生物化學測試中的挑戰在於目標分子的低濃度(例如fmol.l-1)，該目標分子的低密度必須在流體樣本中利用變化的背景材料的高濃度(mmol.l-1)來確定。該目標可以是肽、如肌紅蛋白的激素生物標記、蛋白質、核酸，如膽固醇的類固醇、酶類、抗原，半抗原或者藥物。背景材料或者基體可以是尿、血或者血清。其它重要的測試是細胞計數、生物凝結(biological coaggulation)和生物活性。
標記改善了目標的檢測範圍。作為標記的例子是光學標記、著色小球、螢光化學組、酶、光學條形碼或者磁性標記。
因此，必須能夠以更高精確度來確定對目標起磁性標記作用的流體中的磁性顆粒的體密度。
發明內容
本發明的一個目的是提供在開篇中所提類型的系統，其能夠確定流體中的磁性顆粒的體密度。
實現關於根據本發明的該系統的發明目的在於磁阻傳感器包括具有用於支持流體的層結構的襯底，該層結構具有在第一級中的第一表面區域和在另一第二級中的第二表面區域以及用於檢測流體中的至少一個磁性顆粒的磁場的磁阻元件，該磁阻元件位於在第一和第二表面區域之間的過渡區附近並且面向所述表面區域的至少一個。流體包括液體或者氣體。
磁阻傳感器檢測磁性顆粒的淨磁矩。流體中和層結構上的磁性顆粒具有磁矩m。磁矩跟施加的垂直於磁阻傳感器的磁場成一直線。當襯底將是平面時，由於散裝液體中隨機分散的納米顆粒，襯底中的磁阻元件的平面內的淨磁場將平均至0。然而，由於過渡區，存在磁性邊緣場。第一和第二表面區域的平面不必彼此平行。它們可以彼此成一個角度。該表面不必是平的。過渡區可以具有梯度剖面。彼此接著的過渡區可以形成類似波浪的表面，由此第一表面區域和第二表面區域可以很小。
總之，在磁阻元件中的平面內磁場可以通過積分導出。正如圖釋說明的目的，對於從第一表面區域到第二表面區域的臺階的過渡區，給出了用於確定體密度的表示。由於表面的臺階結構，從磁阻傳感器到第一表面區域的距離d1不同於到第二表面區域的距離d2。在磁阻傳感元件的平面內存在淨磁場，並且剛好在第一和第二級的表面之間的邊緣之下Hx-m2[Nln(d2d1)],]]>其中N是流體中的磁性顆粒的體密度，m是每顆粒的磁偶極矩，其中x是垂直於臺階邊緣的平面內方向。正x方向是從具有距離d1的區域到具有距離d2的區域的方向。
磁阻傳感器將磁場轉化為電阻值。因為磁阻器件的電阻與磁場的比是公知的，所以可以從電阻值計算體密度。
為了校正目的，必須測量在沒有磁性顆粒的情況下的流體中的電阻與磁場的比。磁阻傳感器可以基於例如GMR、TMR或AMR效應。磁阻傳感器包括薄膜的層結構，優選具有線性電阻與磁場比的曲線，特別用於小磁場，並且具有可忽略的磁滯。
優選的，在第一和第二表面區域的基本垂直投影在磁阻傳感器的表面上時，在磁阻傳感元件和第一表面區域之間存在重疊。
在第一和第二表面區域之間的過渡區處由磁性顆粒產生的淨磁場最強。特別在第一和第二級的各層之間的銳過渡區的情況下，在磁阻傳感器內的平面內磁場是第一級近似Hx(x)-mN2d1d2dz[zx2+z2],---(2)]]>其中x是定義相對於過渡區的中心沿垂直於臺階邊緣方向和平行於第一表面的方向的距離。當磁阻傳感器靠近於過渡區存在並且具有到第一表面的短距離時，被檢測的磁場最強。
優選的，在第一和第二表面區域之間的過渡區具有類似臺階剖面。公式(2)對於這種情況是第一級近似。
通常，同樣具有在結構化表面上存在的磁性顆粒的面密度。在第一表面上的磁性納米顆粒的面密度由σ1給出，在第二表面上的面密度由σ2給出。在包含具有納米顆粒標記的元件的流體中的磁性納米顆粒的體密度由N給出。對於沿正z方向的顆粒磁化強度，在表面臺階下面的的平面內磁場可以是通過下式第一級近似Hx-m2[1d1-2d2+Nln(d2d1)]---(3)]]>其中m是顆粒的磁矩。面顆粒密度典型在0到1013-1014顆粒/μm2之間。
根據多個不同磁阻傳感器的不同輸出信號的組合來計算體密度，如下面解釋的那樣。
如果在第一表面上的面密度不同於第二表面上的面密度，則根據具有至少三種結構的結構化表面確定面密度和體密度，這至少三種結構是深度d1和d2的不同組合。每一個表面結構都具有存在於相同的平面內、在相對於每一個臺階的相同位置處的相同的磁阻傳感器。由於不同的臺階高度，來自傳感器的三種不同輸出信號有可能導出表面面密度和磁性顆粒的濃度。在第一和第二表面處的面密度是相等的特定情況中，可以通過具有至少兩種結構的結構表面確定面密度和體密度，該至少兩種結構具有深度d1和d2的不同組合。
在結合鑑定法、競爭鑑定法或者置換鑑定法中，通常具有在第一表面區域存在的探針區。附著於該探針區的是結合位置。
在結合鑑定法中，磁性顆粒跟形成磁標記的目標連接。磁標記的目標通過布朗運動在流體中擴散。小顆粒比大顆粒擴散快並且更快達到結合位置。磁標記的目標連接在結合位置處。
在競爭鑑定法中，在流體中存在要確定其濃度的目標和磁標記的目標。這兩個種類競爭用於結合來俘獲分子。數量和結合動力學(擴散，結合效率)的差異確定該種類的相關結合以俘獲分子。在結合位置處存在更多磁標記的目標，在測試體積中存在更少的目標。
在置換鑑定法中，磁標記的目標連接在結合位置處。該體積中的目標擴散到結合位置並且取代磁標記的目標分子。流體中的目標濃度越大，被檢測的磁標記的目標越少。
如等式(3)給出的，磁性顆粒N的體密度的確定要求消除在一級和二級表面上的磁性顆粒的面密度的影響。
當磁阻傳感器具有包括位於襯底上的磁阻元件的惠斯登電橋結構時，可以提高檢測精度。第一半橋可以位於在第一表面區域和第二表面區域之間的第一過渡區下面，另一個半橋位於在表面區域之間的第二、不同過渡區下面，使得在施加外場時兩個傳感器的電阻的變化不同。
當使用第一和第二磁阻傳感器對或者第一和第二磁阻傳感器組時，能夠進一步改善檢測精度，每一對跟過渡區相關聯並且位於該過渡區，第一和第二磁阻器件的輸出被饋送到用於檢測在施加外場時這些磁阻傳感器的電阻的變化的裝置。
在有優勢的實施例中，通過多個彼此平行放置的槽形成層結構。磁阻傳感元件由電阻與磁場比曲線是施加磁場的x分量的第一近似線性函數的材料構成。這些元件存在於襯底中並且基本是條紋形並且沿槽的邊緣集中。在各槽邊緣之間的距離大於條紋形磁阻元件的寬度。
在第二個具有優勢的實施例中，還通過多個彼此平行的槽同樣形成層結構。然而，現在的磁阻傳感元件由電阻與磁場比曲線是施加磁場的x分量的第一近似對稱函數的材料構成。其僅對磁場的x分量的絕對值敏感，而不是它的符號敏感。這些元件存在於襯底中並且具有在x方向上大於在各槽之間的邊緣之間的距離的尺寸。在該情況下槽相對於元件的精確位置不是至關重要的。可選的，當磁阻條紋形元件的尺寸是槽邊緣之間距離的數量級或者更小時，條紋形傳感器元件沿各槽的邊緣集中。
這提供了在短時間內並行分析少量的大數目不同分子或者分子片段的能力。一個生物晶片可以保持1000或者更多不同分子片段。期望的是，由於例如人類基因工程的項目和對基因和蛋白質的功能繼續進行的研究，從使用生物晶片中獲得的有用信息將在未來的10年內快速增加。
在必須分析極大量的目標種類的情況下，例如根據一個流體測試樣本，可以堆疊具有槽的襯底，形成三維的溝道陣列。這允許非常緊湊的檢測系統。特別是當數據處理發生在彼此堆疊的襯底中時。
優選的，用於檢測磁阻傳感器的磁阻變化的裝置包括集成電路。電子集成的電路很容易在襯底中製造。特別當襯底是半導體時，可以使用常規技術得到電子器件，如MOSFET，雙極電晶體，二極體，光學器件或者多種傳感器，例如溫度傳感器、離子敏感電極，壓力傳感器，粘度傳感器，流量傳感器和電流傳感器或者電壓傳感器。
本發明的另一個目的是提高允許確定測試樣本的流體中體密度的系統。
實現根據本發明的系統的發明目的在於使用磁阻傳感器，其包括具有用於支持流體的層結構的襯底，該層結構具有在第一級中的第一表面區域和在另一第二級中的第二表面區域以及用於檢測流體中的至少一個磁性顆粒的磁場的磁阻元件，該磁阻元件位於在第一和第二表面區域之間的過渡區附近並且面向所述表面區域的至少一個，和用於檢測磁阻傳感器的磁阻變化的電子電路，該電子電路存在於襯底內。
電子電路可以包括不同的比較器電路。
本發明的另一個目的是提供允許確定測試樣本的流體中的體密度的方法。
實現根據本發明的方法的發明目的在於使用磁阻傳感器，其包括具有用於支持流體的層結構的襯底，該層結構具有在第一級中的第一表面區域和在另一第二級中的第二表面區域以及用於檢測流體中的至少一個磁性顆粒的磁場的磁阻元件，該磁阻元件位於在第一和第二表面區域之間的過渡區附近並且面向所述表面區域的至少一個，該方法包括一下步驟-在層結構上提供包括磁性顆粒的流體-施加磁場-檢測磁阻傳感元件，同時施加磁場-比較來自磁阻傳感器的輸出信號和在施加磁場為0時得到的參考信號以便由此確定磁性顆粒的體密度。
根據施加垂直磁場時磁阻傳感器的電阻變化來得到磁性顆粒的體密度，當傳感器以恆定檢測電流運行時，其從施加磁場時在器件上的電壓差的變化中得出。
總之，要求在表面上和體積內獨立確定顆粒密度。這可以通過組合集成在同一晶片上或者在同一器件內的多個傳感器的測量來得到，這些傳感器具有不同的表面結構，例如不同值d1和d2。然後組合來自傳感器陣列的數據以產生精確值σ1、σ2和N。
如果磁阻傳感元件的寬度比距離d1和d2小很多，等式(3)用於該目的。通常不是這種情況，因為傳感元件的寬度可以是和距離d1和d2相同。由此得到的等式恰好說明了本發明的原理。
如果面密度相等σ1＝σ2，體密度N跟對應於第一表面結構的第一磁阻傳感元件和對應於第二表面結構的第二傳感元件之間的電阻差成比例，第二表面結構具有第三和第四表面級，如果(1/d1-1/d2)＝(1/d3-1/d4)並且d2/d1不等於d4/d3。距離d3和d4是第二傳感元件分別到第三和第四表面的距離。
如果面密度不等σ1≠σ2，第三傳感元件是必需的。例如，d6/d5等於d2/d1，但是d6，(d5)分別不等於d1，(d2)。根據在各傳感元件之間的電阻值的差，具有d5/d6中的d1/d2的傳感器遵循(σ1/d1-σ2/d2)，因此可以校正測量的d1/d2的磁場。
根據本發明的器件的各方面的特徵和優勢通過下面結合附圖的詳細描述顯而易見，這通過實例說明了本發明的原理。這些描述僅僅作為例子被給出，而不是為了限制本發明的範圍。
下面引用的參考附圖是指附圖，其中圖1是根據本發明的磁阻傳感器的示意性橫截面圖。
圖2是根據本發明的磁阻傳感器的示意性頂視圖。
圖3是GMR傳感元件的平面內那麼顆粒磁場的x分量的曲線圖。
圖4是磁阻傳感器的示意性截面圖，其具有磁性顆粒的體密度和面密度。
圖5是根據本發明多層GMR傳感器對施加磁場的響應的曲線圖。
圖6是示意性示出了在多個磁傳感器元件之上的多臺階結構。
圖7是根據本發明的系統的示意性橫截面圖。
圖8示意性示出了層結構的橫截面圖，該層結構具有在第一至第六級的表面區域。
具體實施例方式
圖1中的磁阻傳感器包括具有用於支持流體(3)的層結構(2)的襯底(1)。層結構具有在第一級內的第一表面區域(4)和在另一個第二級內的第二表面區域(5)以及用於檢測在流體(3)內的至少一個磁性顆粒(7)的磁場的磁阻元件(6)。磁阻元件(6)位於在第一和第二表面區域之間的過渡區(8)附近並且面向表面區域(4，5)的至少一個。
流體包括目標分子種類或抗體原。
具有磁標記的任何生物分子可以在該應用中潛在使用。
在圖2中，磁阻(MR)傳感器元件的寬度10和長度11遠大於將測量其存在和濃度的磁性納米顆粒的直徑。
納米顆粒可以具有例如1和250nm之間的直徑，優選在3和100nm之間，最優選在10和60nm之間。對於這樣小的顆粒，擴散很快。傳感器元件的寬度和長度尺寸至少是大於納米顆粒的直徑10倍或者更多，優選是100倍或者更多，例如1μm×1μm。傳感器元件的其它尺寸也是可能的。如果使用不同的尺寸，可以得到不同的S/N比。
磁阻傳感元件6包括薄膜材料，在該例子中是在參考GMR材料之下，但是具有在H＝0周圍的基本線性R(H)曲線的其它薄膜材料例如AMR、TMR或者其它MR材料同樣是可能的。傳感元件通過層例如二氧化矽、氮化矽或者如抗蝕劑或環氧樹脂的有機材料與磁性納米顆粒7分開。
在磁阻傳感器的第一實施例中，磁阻傳感元件由GMR條組成。傳感元件的GMR條可以是彎曲的，產生較大面積和提高的靈敏度。如果施加垂直於磁阻傳感元件6的磁場，則在層結構的第一和第二表面區域之間的過渡區處存在邊緣場。圖3中示出了如果傳感元件的中心在過渡區8的中心之下，則傳感元件的x方向上的磁場最大。
由施加的垂直於磁阻元件(即沿z軸)的外部磁場控制納米顆粒7的磁化強度，如圖4所示。磁阻元件現在暴露於由納米顆粒7產生的磁場。
對於沿正z方向的顆粒磁化強度，在第一和第二表面區域之間的臺階狀的過渡區下面的平面內磁場可以是被下面等式近似的第一級
Hx+m2[1d1-2d2+Nln(d2d1)]]]>其中m是顆粒的磁矩。第一表面區域上的磁性納米顆粒7的面密度由密度σ1給出，在第二表面區域上的磁性納米顆粒的面密度由密度σ2給出。N給出了在包含具有納米顆粒7標記的元件的流體中磁性納米顆粒7的體密度。
在面密度幾乎為0的具體情況中，磁性顆粒的密度N是從傳感元件的電阻中導出。圖5示出了來自磁阻元件6的典型輸出信號。根據磁場Hx的值、具有35nm直徑的磁性顆粒的已知磁矩m＝3.1018Am2、和距離d1，d2以及下面的公式來確定濃度N，Hx+m2[Nln(d2d1)]]]>圖6示出了多臺階結構和多個傳感元件，可以確定大面積上的體密度。
圖7中所示的結構具有在該襯底的頂部上的多個級。該結構對於確定均勻的面密度是有用的。除了物理結構之外，第一和第二表面區域以可以化學構成。例如，層結構的表面是聚合的等離子體。例如PEG(聚乙烯)被均勻提供到表面上。俘獲分子可以是例如抗體、抗體片段、受體、配位體、核酸或者低聚核苷酸。俘獲分子是以化學或者物理化學提供在表面上。該俘獲分子能夠選擇地結合目標。
根據磁阻傳感元件6和6』的輸出信號的差來確定體密度N。
在1/d1-1/d2＝1/d3-1/d4的具體情況中，信號的差產生-m/2π.N(lnd2/d1-lnd4/d3)。根據已知的到表面的距離，確定體積濃度N。例如距離可以是d1＝1μm，d2＝2μm，d3＝2/3μm，d4＝1μm。
來自磁阻傳感元件的輸出信號可以被放大，例如用差分放大器。在半導體襯底1中，具有形成電子電路30的多個半導體器件，例如雙極電晶體，MOSFET和二極體。
在有優勢的方法中，施加垂直於磁阻傳感元件的磁場。該磁場具有典型100-1000Oe的大小並且被轉換。
在第一步驟中，優化磁場的均勻性。在時間t1＝0時，記錄通過線圈或多個線圈的電流。記錄傳感元件的磁阻值。在第二時間t2時，再一次檢測傳感元件6和6』的磁阻曲線。如果在t1＝0和t2之間的傳感元件6和6』的輸出R(H)曲線之間存在很大差異，這表示顆粒位置由於場梯度在顆粒上產生的力而改變。然後必須例如利用產生補償磁場梯度的小線圈調諧磁場。
具有均勻的磁場，在典型1ms的時間中開啟磁場。在該時間中，通過發送經過這些器件的電流來檢測磁阻傳感元件6和6』。根據輸出信號的不同，確定體密度和面密度。讓磁阻傳感元件的輸出信號在0磁場時作為基準是非常重要的。利用鎖定(lock-in)技術來確定參考電阻值。可以在例如0磁場時在1ms期間，在磁場H時1ms期間和在0磁場時又一個1ms期間進行測量以便得到一個基準。
當關閉磁場時，馳豫是非常快的，幾乎立即發生。該馳豫時間小於1ms。在關閉磁場期間，磁性顆粒快速擴散。擴散長度大於磁性顆粒彼此吸引的距離。在1ms中，具有35nm直徑的磁性顆粒的擴散距離是大約0.15微米，同時對於1nmol/l的體密度的吸引距離對於具有磁矩m＝3.1018Am2的顆粒是大約10納米。
在關閉時間期間，達到磁性顆粒的均勻分布。磁場關閉的時間通常是1ms。可以在樣本的多個區域內進行測量作為時間函數。
在3分鐘的時間期間，可以進行至少100次測量。
利用該程序，可以檢測體積濃度的精確度至少是1nmol/l。區域顆粒密度通常在0至103-104顆粒/μm2。
為了確定體密度和面密度，存在第二層結構，如圖7所示。第二層結構具有在第三級中的第三表面區域和在第四級中的第四表面區域。
對應於第二磁阻元件的第二層結構的位於第三和第四表面區域之間的過渡區附近並且至少面向第三表面區域。
根據等式(3)可以得到，在均勻的面密度σ1＝σ2的情況中，從磁阻傳感元件到表面的距離必須是1/d1-1/d2＝1/d3-1/d4。
磁場的差Hx1-Hx2＝-m/2π.N(lnd2/d1-lnd4/d3)。
根據磁阻的差異和已知R(H)特性，可以得出體密度。根據第一惠斯通電橋的磁阻信號，可以確定面密度。
根據圖8和等式(3)可以得到，在面密度σ1≠σ2的情況下，從磁阻傳感元件到表面的距離必須是1/d1＝1/d3+1/d5
1/d2＝1/d4+1/d6和d1≠d2，d3≠d4和d5≠d6磁場的差Hx1-Hx2-Hx3＝-m/2π.N(lnd1/d2-lnd4/d3-lnd6/d5)。
根據磁阻的差和已知R(H)特性，可以得出體密度。根據第一和第二惠斯通電橋的磁阻信號，可以確定面密度σ1和σ2。
權利要求
1.一種磁阻傳感器，包括具有支持流體(3)的層結構(2)的襯底(1)，層結構(2)具有在第一級內的第一表面區域(4)和在另一個第二級內的第二表面區域(5)以及用於檢測在流體(3)內的至少一個磁性顆粒(7)的磁場的磁阻元件(6)，磁阻元件(6)位於在第一和第二表面區域之間的過渡區(8)附近並且面向該表面區域的至少一個。
2.根據權利要求1的磁阻傳感器，其中在第一(4)和第二(5)表面區域基本垂直投影在磁阻傳感元件(6)上的情況下，在磁阻傳感元件(6)和第一表面區域(4)之間存在重疊(9)。
3.根據權利要求2的磁阻傳感器，其中磁阻傳感元件(6)集中在過渡(8)區周圍，在基本垂直投影內可見。
4.根據權利要求1的磁阻傳感器，其中過渡(8)具有類似臺階的剖面。
5.根據權利要求1，2或3的磁阻傳感器，其中該磁阻傳感器具有包括位於襯底(1)上的磁阻元件的惠斯通電橋結構。
6.根據權利要求1的磁阻傳感器，其中存在第二層結構(11)，該第二層結構具有在第三級內的第三表面區域(14)和在第四級內的第四表面區域(15)，對應於第二層結構(11)的第二磁阻元件(6』)位於第三和第四表面區域之間的過渡區(8』)附近並且至少面向第三(14)表面區域。
7.根據權利要求1或6的磁阻傳感器，其中磁阻元件(6)存在於襯底(1)上。
8.根據權利要求1的磁阻傳感器，其中成結構化表面(4，5)由多個彼此平行的槽(12)構成。
9.根據權利要求8的磁阻傳感器，其中成結構化表面(4，5)在彼此的頂部堆疊，形成三維的溝道陣列。
10.一種用於檢測流體中的磁性顆粒的密度的系統，該系統包括根據權利要求1的磁阻傳感器。
11.根據權利要求10的系統，還包括用於檢測磁阻傳感器的磁阻變化的電子電路(30)，該電子電路存在於襯底上。
12.根據權利要求10或11的系統，還包括用於產生磁場的裝置(40)。
13.一種利用根據權利要求1的磁阻傳感器來確定流體中的磁性顆粒的密度的方法，該方法包括以下步驟在層結構(2)上提供包括磁性顆粒(7)的流體(3)，施加磁場，檢測磁阻傳感元件(6)，同時施加磁場，比較來自磁阻傳感元件(6)的輸出信號和在沒有施加磁場時得到的參考信號以便由此確定磁性顆粒(7)的體密度。
14.根據權利要求13的方法，包括以下步驟檢測對應於另一個第二層結構(11)的第二磁阻元件(6』)，該另一層結構具有在第三級內的第三表面區域(14)和在第四級內的第四表面區域(15)，比較來自對應於第一(2)和第二(11)層結構的磁阻傳感元件(6，6』)的輸出信號，比較這些信號和在沒有施加磁場時確定的信號，以便由此確定磁性顆粒(7)的體密度和面密度。
15.根據權利要求14的方法，包括以下步驟在提供流體之前提供探針區域(50)，該探針區域具有在層結構的第一表面上的結合位置，檢測對應於另一個第三層結構(18)的第三磁阻元件(6」)，該另一第三層結構具有在第五級內的第五表面區域(19)和在第六級內的第六表面區域(20)，和比較在有施加磁場和沒有施加磁場的情況下的來自對應於第一、第二和第三層結構的磁阻傳感元件(6，6』，6」)的輸出信號，以便由此確定在第二表面(5)上存在的磁性顆粒的體密度和面密度以及在第一表面(4)上的探針區域內存在的磁性顆粒的面密度。
16.根據權利要求13-15的方法，其中流體是血液。
17.根據權利要求13-15的方法，其中流體是尿。
18.一種使用根據權利要求1-9中的任何一個所述的磁阻傳感器來檢測耦合到流體中的目標的磁性顆粒的濃度的方法，該方法包括以下步驟在層結構(2)上提供包括目標的流體(3)，施加磁場，檢測磁阻傳感元件(6)，同時施加磁場，比較來自磁阻傳感元件(6)的輸出信號和在沒有施加磁場時得到的參考信號以便由此確定磁性顆粒(7)的體密度。
19.根據權利要求18的方法，其中流體是血液。
20.根據權利要求18的方法，其中流體是尿。
21.根據權利要求10的系統，其中該系統是血液測試器。
全文摘要
本發明涉及用於檢測流體中的磁性顆粒的密度的磁阻傳感器、系統和方法。該磁阻傳感器包括具有支持流體(3)的層結構(2)的襯底(1)。該層結構具有在第一級內的第一表面區域(4)和在另一個第二級內的第二表面區域(5)以及用於檢測在流體內的至少一個磁性顆粒(7)的磁場的磁阻元件(6)，磁阻元件(6)位於在第一和第二表面區域之間的過渡區(8)的附近並且面向該表面區域的至少一個。還描述了相應的系統和方法。
文檔編號G01R33/12GK1605031SQ02825397
公開日2005年4月6日 申請日期2002年12月18日 優先權日2001年12月21日
發明者M·W·J·普林斯, R·科胡恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司