[实用新型]用于检测磁性纳米颗粒的传感器装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器装置，尤其涉及一种用于检测磁性纳米颗粒的传感器装置。

背景技术

当前，基于AMR（各向异性磁阻）、GMR（巨磁阻）和TMR（隧道磁阻）元件的磁阻传感器已经赢得了重要性。除了例如磁性硬盘和MRAM的公知常见应用之外，在分子诊断（MDx）、IC的电流感应、汽车等领域中也出现了新的应用。

AMR出现在铁磁或亚铁磁的材料中。AMR是当在亚铁材料的薄带中施加与电流流向不平行的磁场时电阻发生变化。当垂直与电流施加磁场时，电阻最大。AMR元件其特征是高灵敏度、宽工作温度范围、低且稳定的偏移和达到MHz单位的宽频率范围。使用适当的技术处理使得能够在特定方向上得到电阻变化与磁场强度的线性相关性。

在GMR技术中，已经开发了一种结构，其中第一和第二非常薄的磁性膜非常近地结合在一起。通常通过保持在第一磁性膜接近于交换层使第一磁性膜固定，这意味着固定磁性趋向，该交换层使一种固定第一磁性膜的磁性趋向的抗铁磁材料层。第二磁性膜或者传感器膜具有自由可变的磁性取向。在源自磁性材料（如超顺磁性颗粒）的磁化强度改变的情况下，磁场中的改变引起传感器膜磁性取向旋转，从而使得整个传感器结构的电子增大或减少。当传感器和固定膜的磁性取向在相同方向上时出现低电阻。当传感器和固定膜的磁性取向相互相对时出现高电阻。

在被隔离的隧道阻挡层隔开的两个铁磁层构成的系统中可以观察到TMR。该阻挡层必须非常薄，即为1纳米级。那么仅仅电子可以隧穿该阻挡层，这是一个完全的量子力学传输过程。可以改变一个层的磁性对准而不影响其他层。在源自磁性材料（如超顺磁性颗粒）的磁化强度改变的情况下，磁场中的变化引起传感器膜磁性取向旋转，从而使整个传感器结构的电阻增大或减小。

生物芯片，也称作生物传感器芯片、生物学微芯片、基因芯片或DNA芯片，其最简单的形式包括衬底，在该衬底上附着了大量的探针分子在芯片上的确定区域上，当待分析的分子或分子片段结合在探针分子上并与之匹配时，该分子或分子片段即能被分析。

在专利申请WO2003/054523，名称为“用于测量微阵列上的磁性纳米颗粒的面密度的传感器和方法”中，公开了一种磁性纳米颗粒生物传感器，用于微阵列或生物芯片上的生物分子的检测，该传感器使用了GMR传感器元件。图1a为如所引用文件的一个实施例中的磁阻传感器1。该传感器1包括第一GMR传感器元件12和第二GMR传感器元件13，该第一和第二GMR传感器元件在衬底14的表面15下以距离d集成在生物芯片衬底14中。该生物芯片衬底14的顶表面15（感应表面）必须调整以使纳米颗粒16可以结合在其上。

在图1a中引入了一个坐标系统，根据该坐标系统，GMR元件12、13具有长度w，该长度w是在y方向延伸的特定长度。如果磁阻传感器元件12、13位于xy平面，则GMR传感器元件12、13检测磁场的x分量，即GMR传感器元件12、13在x方向上具有敏感方向。为了独处生物芯片，通过垂直于生物芯片平面的外部均匀磁场磁化与该生物芯片结合的超顺磁性纳米颗粒16。垂直磁场在磁偶极子端部定向了较高的磁场，该磁偶极子由朝着并接近于第一、第二GMR传感器元件12、13的纳米颗粒16形成。被磁化的纳米颗粒16在GMR膜下面的平面内产生相对的磁感应矢量区域，最后得到的磁场被第一和第二GMR传感器元件12、13检测、GMR传感器元件12、13的输出被反馈至比较器进行分析处理。

然而，实际上，由于GMR传感器元件12、13的特定制造工艺，在纳米颗粒16结合到该装置的感应表面15之前，该感应表面15是凹凸不平的，如图1b所示。基于此，一方面，粗糙不平的感应表面15使得附着在其上所需的生物探针物质更多，这无疑增加了成本。另一方面，粗糙不平的感应表面15和生物探针材料之间的液体亲和性十分明显，这将降低检测的敏感度和可靠度。

因此，亟待提供一种改进的用于检测磁性纳米颗粒的传感器装置，以克服上述的缺陷。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种用于检测磁性纳米颗粒的传感器装置，其具有高灵敏度和可靠度从而获得良好的感应及检测效果，并减少生物探针物质的使用量从而降低成本。

相应地，本实用新型的用于检测磁性纳米颗粒的传感器装置包括：

具有多个以预定间隔排列的传感器的传感阵列；

填充于该预定间隔中的绝缘材料；以及

分别电性连接于所述传感阵列的两侧的两铅线层；