基于GMR自旋阀免疫生物传感器的检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器的检测方法及系统，将该ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器置于复合扫描磁场内，测量该传感器表面滴加免疫磁珠前后磁敏感点对应的磁场偏移量之差，计算免疫磁珠数量。该基于ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器的检测系统包括ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器组、与该传感器组相连的恒流源、信号放大模块以及多路选通模块、用于放置该传感器组的螺线管、与该螺线管相连的复合磁场产生模块以及与该信号放大模块、复合磁场产生模块、多路选通模块相连的系统控制与算法处理模块。本发明专利技术通过对免疫磁珠进行定量检测来间接地反映待测抗原、病菌、病毒的浓度或具体数量，精度高、成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生物免疫检测方法及系统，尤其涉及一种基于GMR自旋阀 免疫生物传感器的生物免疫检测方法及系统。
技术介绍
现有技术中，GMR自旋阀免疫生物传感器原理性结构和工作方式如图l所示。 图中，l为非待测生物体，通常在单晶硅衬底8上制备多层结构的GMR自旋阀免 疫生物传感器件7，然后在该传感器件上做一层保护层6，如氮化硅、二氧化硅 等，同时再做一层支撑层(为了更好的与生物分子连接)或生物固定层5，最后 通过生物固定层5固定待测病原体的免疫抗体4。当待测样品中的病原体3 (抗 原)流经传感器表面时与被固定的抗体4产生抗原一抗体免疫应答反应，此抗 原3进一步与免疫^兹珠2上的二抗结合，形成"一抗一抗原一二抗一免疫磁J朱" 联合体。免疫磁珠2的存在改变外磁场的局域空间分布，被传感器探测到，输 出电信号的变化，产生"抗原—固定免疫磁珠—电信号输出"这——对应的响 应关系，从而判断待测样品之中是否存在待测抗原。在GMR自旋阀免疫生物传感器的检测中，当免疫磁珠通过抗体-抗原免疫 反应挂接到GMR自旋阀免疫生物传感器表面后，免疫磁珠在外磁场激励下形成 的极化磁场在传感器平面上的分量对GMR组件产生作用并改变其电阻。图2是本专利技术采用的GMR自旋阀免疫生物传感器的磁阻关系特征曲线图， 其中曲线斜率最大点即直线和曲线的交点为磁敏感点。现有技术的检测，就是在免疫磁珠接挂前后，利用电桥法分别测量GMR自 旋阀表面的外加磁场上升到磁^:感点(如图2 )的时候GMR自旋阀电阻值的大小。 电阻值的变化，定性地反映了 GMR自旋阀表面免疫磁珠接挂的数量。在收录于《生物化学传感器》期刊的一篇名为《GMR生物传感器的原理及研 究现状》中，介绍了两种将信号检测方式惠斯登桥路结构以及I-V转换法， 用于将免疫磁珠作用在GMR自旋阀传感器上之后，GMR自旋阀传感器的磁电阻的 变化转化成电信号。中国专利技术专利200710026331. 2公开了一种GMR自旋阀免疫生物传感器阵列 检测方法及系统，其中所述检测系统包含连接着GMR自旋阀芯片的检测模块、 用于收容所述检测模块的螺线管、用于使螺线管产生稳恒磁场的磁场驱动电路 以及获取GMR自旋阀芯片的电阻值变化的数据处理电路，所述检测模块至少包 含一个参考GMR自旋阀芯片，所述检测方法利用GMR自旋阀芯片的电阻值的变 化来定性判断一种待测样本中是否含有两种或两种以上目标抗原，因而该专利技术 专利所述的检测方法和系统只能实现免疫磁珠的定性检测。现有技术最大不足，在于其检测精度只能达到定性检测要求，远远不能满 足应用的需要，并且需要额外的参考GMR自旋阀芯片给出参考电阻值，增加了 系统的成本。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种通过对免疫磁珠进行定量 检测，来间接地反映出待测抗原、病菌、病毒的浓度或具体数量的可定量检测 的、成本较低的基于GMR自旋阀免疫生物传感器的检测方法及系统。为实现上述目的，本专利技术的一种技术方案为 一种基于GMR自旋阀免疫生 物传感器的检测方法，该方法包括(1 )将所述GMR自旋阀免疫生物传感器置于一复合扫描磁场内，给所述GMR 自旋阀免疫生物传感器提供恒定电流，对应于所述复合扫描;兹场，测量所述GMR 自旋阀免疫生物传感器的多个电压输出，以用来确定所述GMR自旋阀免疫生物 传感器在复合扫描磁场下的电压输出值。(2)将所述多电压输出进行信号放大之后，再经正交矢量算法计算后得到 新的多个电压输出信号，此算法作用在于把交流磁场信号分量从原始信号与背 景噪声中提取出来。(3)找出所述新的多个电压输出信号的最大值，及最大值对应的磁场偏移 量以用来找出石兹每l感点所对应的-兹场偏移量。(4 )在所述GMR自旋阀免疫生物传感器表面滴加免疫磁珠，使所述免疫磁 珠和待测抗原或病菌或病毒一对一的结合，重复所述(1)至(3)的过程，得 到所述GMR自旋阀免疫生物传感器表面滴加免疫磁珠后的新的磁场偏移量，以用 来获得滴加免疫磁珠后的所述GMR自旋阀免疫生物传感器的磁敏感点对应的磁 场偏移量。(5 )计算(3 )至(4 )所述GMR自旋阀免疫生物传感器表面滴加免疫f勤朱 前后的磁场偏移量之差，该差值正比于免疫磁珠数量。(6)标定(5)所述差值与免疫磁珠数量的关系并计算出相对应的免疫磁 珠数量。该复合扫描磁场为付=互0 + ，打+岳 An其中H。为常量，作用为设定直流扫描磁场的起始点；n为变量，为程控扫描》兹场步长，且定义该程控扫描^兹场步长n为》兹场偏移 量，^为单步的直流磁场强度，瓦为常量。所述GMR自旋阀免疫生物传感器的多个电压输出为 W = /(/ o + AW)=恥+ A cos(27r/J)其中i 。为GMR传感器在没有外加石兹场下的电阻，A/ 为受》兹场影响下的电阻 改变值。该正交矢量算法是将所述GMR自旋阀免疫生物传感器的多个电压输出分别 与正弦信号与余弦信号相乘，所述正弦信号、余弦信号和所述复合扫描磁场的 交流^t场同频率，得到中间结果Dl和D2，并分別对Dl和D2进行积分平均处理， 得到D3与D4,该经正交矢量算法计算后得到新的多个电压输出信号为 r。《 = >/z)32 + z)42所述经正交矢量算法计算后得到新的多个电压输出信号F。 ,与《。无关，并且 正比于传感器受到螺线管恒定交变磁场强度影响而产生的AK ,也就是正比于上 式中的A。本专利技术的另一种技术方案为提供一种采用所述专利技术方法的基于GMR自旋 阀免疫生物传感器的检测系统，包括GMR自旋阀免疫生物传感器组、与所述 GMR自旋阀免疫生物传感器组相连并为该传感器组提供恒定电流的恒流源、与所 述GMR自旋阀免疫生物传感器组相连且用于放大其输出信号的信号放大模块、 与所述GMR自旋阀免疫生物传感器组相连且用于选通相应GMR自旋阀免疫生物 传感器的多路选通模块、用于放置所述GMR自旋阀免疫生物传感器组的螺线管、 与所述螺线管相连并使所述螺线管内部产生磁场的复合磁场产生模块、以及与 所述信号放大模块、复合磁场产生模块、多路选通模块相连的系统控制与算法 处理模块。该GMR自旋阀免疫生物传感器组包含一个或多个该GMR自旋阀免疫生物传 感器，该恒流源包含基准电压源以及反馈放大器，以用来实现多通道的检测。该信号放大模块包含仪表放大器、滤波器以及24位模数转换器，以用来对 所述GMR自旋阀免疫生物传感器的微弱输出进行放大、滤波以及进行模数转换， 从而送至所述的系统控制与算法处理模块。该多路选通模块为一个或多个继电 器，以用来实现多通道数据检测中的相应GMR自旋阀免疫生物传感器的选通。该复合磁场产生模块包含运算放大器、和所述运算放大器输入端相连的16 位数模转换器、12位数模转换器和基准电压源、以及和所述运算放大器输出端 相连的功率放大器。该系统控制与算法处理模块包括FPGA模块，该系统控制与算法处理才莫块还 包括USB接口、 LCD显示屏和键盘接口，以用来实现整个控制系统的软件硬件控 制，同时还可以实现与微机的自由数据交换以及所得计算结果的实时显示。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果本专利技术能够通过对免疫磁珠进行定量地;险测，,人而间接地反映出待测样本中抗原、病菌、病毒的浓度或具体数量，跟现有技术相比，本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器的检测方法，该方法包括：　（１）将所述ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器置于一复合扫描磁场内，给所述ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器提供恒定电流，对应于所述复合扫描磁场，测量所述ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器的多个电压输出 ；　（２）将所述多电压输出进行信号放大之后，再经正交矢量算法计算后得到新的多个电压输出信号；　（３）找出所述新的多个电压输出信号的最大值，及最大值对应的磁场偏移量；　（４）在所述ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器表面滴加免疫磁珠，使所述免疫磁 珠和待测抗原或病菌或病毒一对一的结合，重复所述（１）至（３）的过程，得到所述ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器表面滴加免疫磁珠后的新的磁场偏移量；　（５）计算（３）至（４）所述ＧＭＲ自旋阀免疫生物传感器表面滴加免疫磁珠前后的磁场偏移量之差，该差值 正比于免疫磁珠数量；　（６）标定（５）所述差值与免疫磁珠数量的关系并计算出相对应的免疫磁珠数量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王自鑫，何振辉，陈弟虎，张嘉鹏，胡庆荣，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]