[发明专利]具有单珠灵敏度，没有外部磁铁的频移CMOS磁力生物传感器阵列

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是共同待决的于2009年3月6日提出的第12/399,603号美国专利申请“EFFECTIIVE-INDUCTANCE-CHANGE BASED MAGNETIC PARTICAL SENSING”的部份接续申请案，上述申请要求了于2008年3月7日提出的第61/068,513号的美国临时专利申请的优先权，并且，本申请还是共同待决的于2009年3月6日提出的第12/399,320号美国专利申请“FULLY INTEGRATED TEMPERATURE REGULATOR FOR BIOCHEMICAL APPLICATIONS”的部份接续申请案，上述申请要求了于2008年3月7日提出的第61/068,514号的美国临时专利申请的优先权。本申请还要求了共同待决的于2008年9月15日提出的第61/192,087号美国临时专利申请“ULTRASENSITIVE MAGNETIC PARTICLE SENSOR SYSTEM”以及共同待决的于2008年9月29日提出的第61/194,605号美国临时专利申请“A FREQUENCY-SHIFT CMOS MAGNETIC BIOSENSOR ARRAY WITH SINGLEBEAD SENSITIVITY AND NO EXTERNAL MAGNET”的优先权。将上述申请的全部内容并入本申请作为参考。

关于联邦资助的研究或开发的声明

本文所描述的本发明通过履行美国国家科学基金会合同NSF ECS-0239343而完成，遵守国际公法96-517(35U.S.C.§202)，其中，承包商主张保留所有权。

技术领域

本发明基本上涉及磁性传感器，更具体地来说，涉及利用了磁性传感器阵列的集成磁性传感器。

背景技术

传统的用于定点照护(POC)分子级别诊断的荧光微阵列会使用到庞大且昂贵的光学仪器。因此，所形成的磁性生物传感器非常需要从外部产生的偏磁场和/或外来的后制作工艺。上述外部磁场源增加了系统尺寸和总体功率消耗，还提高了系统成本。

如今亟需一种低功耗可伸缩磁性颗粒传感器阵列，这种磁性颗粒传感器阵列能够在不需要外部磁场的情况下，提供良好的感测灵敏度。

发明内容

根据一个方面，一种集成磁性颗粒测量器件，用于检测样品空间中是否存在磁性颗粒，包括：基板，具有表面；至少一个传感器单元，至少一个传感器单元包括差分传感器对，差分传感器对包括有源传感器振荡器和参考振荡器，有源传感器振荡器配置为具有有源传感器振荡器频率，有源传感器振荡器频率响应于位于样品空间内部的一个或者多个磁性颗粒，参考振荡器配置为具有参考传感器振荡器频率，至少一个传感器单元配置为在没有外部施加的磁场的情况下运行；选择器电路，连接到有源传感器振荡器和参考振荡器，并且配置为在选择器电路输出端处提供从有源传感器振荡器频率和参考传感器振荡器频率中选择出的一个；以及频率测量电路，具有频率测量输出端，频率测量输出端以通信方式连接到选择器电路输出端，频率测量电路配置为将代表有源传感器振荡器频率的第一计数和代表参考传感器振荡器频率的第二计数中选择出的一个作为时间多路输出提供到频率测量输出端，第一计数和第二计数之间计算出的差表示至少一个传感器单元的有源传感器振荡器的样品空间中是否存在一个或者多个磁性颗粒。

在一个实施例中，频率测量电路包括计数器电路。

在另一实施例中，频率测量电路进一步包括：降频变换电路，通过选择器电路电连接到每个传感器单元的有源传感器振荡器和参考传感器振荡器，并且具有降频变换电路输出端，降频变换电路配置为以时间多路的方式从至少一个传感器单元的有源传感器振荡器频率降频变换到经降频变换的有源传感器振荡器频率，并从参考传感器振荡器频率降频变换到经降频变换的参考传感器振荡器频率，并且将经降频变换的有源传感器振荡器频率和经降频变换的参考传感器振荡器频率提供到降频变换电路的输出端。

在又一实施例中，降频变换电路具有两步骤的降频转换结构。

在又一实施例中，集成磁性颗粒测量器件进一步包括：输入端，输入端配置为接收外部频率，降频变换电路包括第一数字除法器和第二数字除法器，第一数字除法器电连接到第一混频器的输入端，第一数字除法器配置为产生第一局部振荡器频率，第二数字除法器电连接到第二混频器的输入端，第二数字除法器配置为产生第二局部振荡器频率。

在又一实施例中，选择器电路包括多路复用器。

在又一实施例中，N个传感器单元，配置为集成测量阵列，其中，N是大于1的整数。