磁阻纳米粒子传感器制造技术

提出了一种磁传感器设备。所述磁传感器设备包括至少一个磁场发生器、磁传感器元件（８）、为所述磁传感器元件（８）提供频率调制的感应电流的装置（１７）。在所述磁传感器元件（８）和放大器（１１）之间的信号路径中设置抑制装置（１８）。所述抑制装置（１８）适于抑制频率为所述调制频率的信号分量。由于未承载测量信息的大部分感应信号没有被发送到所述放大器（１１），因而所述抑制装置（１８）能够显著地降低所述放大器（１１）的所需动态范围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种磁传感器设备。具体地，本专利技术涉及一种具有传感器 元件的磁阻纳米粒子传感器，所述传感器元件以阵列形式设置。这种类型 的设备也被称作微阵列或生物芯片。
技术介绍
微阵列或生物芯片的引入正在变革对DNA (脱氧核糖核酸)、RNA (核 糖核酸)、蛋白质、细胞及细胞片段、组织成分等样本的分析。其应用例如 人类基因分型(例如在医院里或者由个人医生或护士)、细菌筛选、生物及 药理研究。生物芯片也被称作生物传感器芯片、生物微芯片、基因芯片或者DNA 芯片，生物芯片以其最简单的形式包含在其上附着有大量不同探测分子的 基底，如果被分析的分子或分子片段完全匹配，则可将这些分子或分子片 段结合到芯片上明确定义的区域。例如， 一个DNA分子的片段结合到一个 唯一的互补DNA (c-DNA)分子片段上。例如，可以通过使用连结到将被 分析的分子上的荧光标记来检测结合反应的发生。这提供了在较短时间内 并行地分析大量不同分子或分子片段中的一小部分的能力。 一个生物芯片 能够支持对10-1000或者更多个不同分子片段的试验。人们希望，作为例如 人类基因工程的工程以及对基因和蛋白质功能的后续研究的结果，在未来 的十年内，通过使用生物芯片而可提供的信息的有用性能够快速提高。在WO 2005/010543A1中，描述了这样一种磁传感器设备或生物传感 器。该生物传感器检测样本中的磁性粒子，所述样本例如流体、液体、气 体、粘弹性介质、凝胶体或者组织样本。所述磁性粒子可具有较小的尺寸。 纳米粒子表示粒子具有在0.1 nm至1000 nm之间、优选为3 nm至500 nm 之间、更优选为10nm至300nm之间范围内的至少一个尺寸。磁性粒子可 以由于所施加的磁场(例如它们可以是顺磁性的)而获得磁矩，或者磁性粒子可以具有永久性磁矩。磁性粒子可以是合成物，例如其内部包括一个或多个小磁性粒子或者附着在非磁性材料上。在对ac磁场的频率产生非零 响应时，即，当产生磁性磁化或磁导时，可以使用粒子。在公知的传感器设备中，电线以频率f,产生磁场，用来磁化GMR传感 器附近的超顺磁磁珠(纳米粒子)。在GMR传感器中检测到来自这些磁珠 的杂散场，并且产生一个指示传感器附近存在的磁珠数量的信号。然而，由于电线和GMR传感器之间的寄生电容，在放大器A,的输出 端处出现频率为磁珠励磁频率f,的强电容性串扰信号。该信号干扰了来自 磁珠的磁信号。可以通过调制传感器的感应电流来抑制场发生装置和磁阻传感器之间 的电容性串扰。这种方法在频域中将电容性串扰信号与所需要的磁信号进 行分离。GMR传感器信号被提供到放大器，该放大器需要具有很大的动态范 围，例如120 dB。由于磁性磁珠的数量与GMR传感器的信号成比例，所 以放大器必须在全部动态范围上是线性的。任何非线性都将严重地干扰测 量结果。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种磁阻传感器，其对形成传感器的组件 的性能要求具有较低的需求。所述目的是通过如权利要求1所述的一种磁传感器设备来实现的。具 体地，本专利技术提出了一种磁传感器设备，其包括至少一个磁场发生器、磁 传感器元件、为所述磁传感器元件提供频率调制的感应电流(isense)的装置。 在所述磁传感器元件和放大器之间的信号路径中设置抑制装置。所述抑制 装置适于抑制频率为所述调制频率的信号分量。由于未承载测量信息的大 部分感应信号没有被发送到所述放大器，因而所述抑制装置能够显著地降 低所述放大器的所需动态范围。在本专利技术的一个具有优势的实施例中，所 述磁传感器元件是能够提供高灵敏度的GMR (巨磁阻)、TMR (隧道磁阻) 或AMR(各向异性磁阻)传感器元件。在本专利技术的进一步演进中，所述磁 传感器元件是由更加灵敏的差分GMR传感器元件形成的。此外，所述磁传感器元件可以是基于对在传感器表面或附近测量的粒子磁属性的检测的任 意适合传感器元件。因此，所述磁传感器可以被设计成线圈、磁阻传感器、磁限制传感器、霍尔传感器、平面霍尔传感器、磁通门传感器、SQUID (半 导体超导量子干涉设备)、磁共振传感器或者其它由磁场激励的传感器。在本专利技术的一个优选实施例中，所述抑制装置是抑制以所述调制频率 进行调制的所述磁传感器元件的所述信号分量的滤波器装置。在这种情况 下，所述滤波器装置可以包括高通滤波器或者带通滤波器。在本专利技术的另一个优选实施例中，抑制方法是由抑制以所述调制频率 进行调制的所述磁传感器元件的所述信号分量的共模放大器形成的。对于某些特定的应用，以关于上述优选实施例的滤波器装置和共模放 大器的组合来提供所述抑制装置也是具有优势的。在本专利技术的一个优选实施例中，将多个传感器元件以阵列形式设置。附图说明通过阅读下面附带有附图的描述，可以更好地理解本专利技术，而且其它 特定的特征和优势也会变得更加明确。在附图中，相似的元件或者分量将被指定相同的参考标号。示出图1是现有技术中公知的磁阻传感器设备； 图2是图1中所示的传感器信号的频谱分量的相对大小； 图3是根据本专利技术的磁阻传感器设备的第一实施例； 图4是图3中示出的磁阻传感器设备的高通滤波器； 图5是根据本专利技术的磁阻传感器设备的第二实施例；以及 图6是根据本专利技术的磁阻传感器设备的第三实施例。具体实施例方式图1示出了现有技术中公知的磁阻传感器设备。第一调制器2以频率A对第一电流源3进行调制。第一电流源3为导体4提供电流iwire，以便以 频率f,产生磁场，用来磁化磁性纳米粒子，例如超顺磁磁珠。频率f,被选择为不引起磁性纳米粒子的较大移动，例如频率&被选择为50 kHz。第二 调制器6以频率f2对第二电流源7进行调制。第二电流源7为GMR (巨磁阻)传感器8提供正弦感应电流ise^。 GMR传感器8产生输出信号UGMR，其是GMR传感器8附近区域中的磁性纳米粒子数量的函数。磁性纳米粒子 在图1中被示为磁泡9。取决于纳米粒子9在磁阻传感器8附近区域中的存 在，传感器8的位置处的磁场发生变化，由此传感器8的阻抗也发生变化。 所述导体和磁阻传感器8之间的电容性串扰用耦合电容Cc来进行符号表 示，如图1中的虚线所示。在不存在磁性粒子的情况下，输入信号是来自导体的交变磁场。取决 于纳米粒子9在磁阻传感器8附近区域中的存在，传感器8的位置处的磁 场发生变化，由此传感器8的阻抗也发生变化。传感器8的不同阻抗导致 传感器8上的不同压降，由此导致传感器8传递不同的测量信号。GMR传 感器的最终输出信号是一个连续波形。然后，磁阻传感器8所传递的测量 信号被传递到用于进行放大的放大器11，从而生成放大信号Ampl (t)。放 大信号Ampl (t)被检测，同时通过经由解调乘法器13而被解调，其中在 解调乘法器13中，该信号与频率为f,-f2的调制信号相乘。在最后一步中， 所述中间信号被发送通过低通滤波器14。从而，最终信号Det (t)与在传 感器8表面上存在的磁性纳米粒子9的数量成比例。如图1所示的传感器存在如下问题，即，通过对感应电流进行调制， 在调制频率上的电压分量很容易超过前置放大器的级别。下面对该问题进一步进行解释GMR的总阻抗可以被建模为两个独立 贡献量(静态阻抗R和动态阻抗AR)的串联。"g細=及+ A/ 静态阻抗R是恒定的，其不包含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁传感器设备，包括至少一个磁场发生器（４）、磁传感器元件（８）、为所述磁传感器元件（８）提供频率调制的感应电流（ｉ↓［ｓｅｎｓｅ］）的装置（７，１７），其中所述感应电流以频率（ｆ↓［２］）进行调制，其特征在于，在所述磁传感器元件（８）和放大器（１１）之间的信号路径中设置抑制装置（１８），其中所述抑制装置（１８）适于抑制频率为所述调制频率（ｆ↓［２］）的信号分量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：JAHM卡尔曼，H杜里克，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]