CN101479590A - 感测磁性颗粒的磁传感器装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于感测磁性颗粒(15)的磁传感器装置(300)，所述磁传感器装置(300)包括：磁场发生器单元(12)，其适于生成分配给所述磁性颗粒(15)的多个不同磁激发状态的多个不同磁场位形；感测单元(11)，其适于感测在所述不同磁场位形中由所述磁性颗粒(15)影响的多个检测信号；以及组合单元(30)，其适于组合所述多个信号，由此导出表示所述磁性颗粒(15)存在的信息。

Description

感测磁性颗粒的磁传感器装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于感测磁性颗粒的磁传感器装置。
本发明还涉及一种感测磁性颗粒的方法。
此外，本发明涉及一种程序单元。
此外，本发明涉及一种计算机可读介质。
背景技术
生物传感器可以是一种将生物组分与物理化学或物理检测器部件相结合来检测分析物的装置。
磁生物传感器可以利用巨磁阻效应(GMR)检测带磁性的或用磁珠标记的生物分子。
在下文中将解释可以利用巨磁阻效应的生物传感器。
WO 2005/010542公开了利用集成的或片上磁传感器元件检测或判断是否存在磁性颗粒。可以将该装置用于对生物分子结合在微阵列或生物芯片上进行磁检测。具体而言，WO 2005/010542公开了一种用于判断是否存在至少一个磁性颗粒的磁传感器装置，其包括衬底上的磁传感器元件、用于产生AC磁场的磁场发生器、传感器电路，该传感器电路包括用于感测至少一个磁性颗粒的磁性能的磁传感器元件，所述磁性能与AC磁场相关，其中，该磁场发生器集成在衬底上且被设置为工作在100Hz或更高的频率上。
WO 2005/010543公开了一种磁传感器装置，其包括衬底上的磁传感器元件和在衬底上产生磁场的至少一个磁场发生器，其中，提供串扰抑制装置以抑制磁传感器元件和至少一个磁场发生器之间的串扰。
WO 2005/111596公开了：在磁性纳米颗粒附着到表面时，通过施加磁场并检测与磁性纳米颗粒旋转或运动自由度相关的物理参数来区分在至少一个磁性纳米颗粒和另一实体表面之间的特异性结合和低特异性结合。该传感器组合了对磁性颗粒或标记的检测以及对结合到另一实体表面的磁性颗粒或标记的结合质量和性能的判决。
然而，在不理想的环境下，这种传感器的灵敏度仍然不够好。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有充分高的灵敏度、稳定性和精确性的传感器。
为了实现上述目的，提供了一种根据独立权利要求的用于感测磁性颗粒的磁传感器装置、一种感测磁性颗粒的方法、一种程序单元和一种计算机可读介质。
根据本发明的示范性实施例，提供了一种用于感测磁性颗粒的磁传感器装置，所述磁传感器装置包括：磁场发生器单元(例如施加有电流的一根或多根导线)，其适于(例如，通过向相应的导线施加不同的电流序列)生成分配给磁性颗粒的多个不同磁激发状态的多个不同磁场位形(例如施加到相应导线的不同电流序列可以用不同方式对磁性颗粒产生磁性影响，例如在影响磁性颗粒的场的幅度和/或方向方面对其产生影响)；感测单元(例如GMR传感器)，其适于感测在所述不同磁场位形中由所述磁性颗粒影响的多个检测信号；以及组合单元(例如具有处理能力且能够根据适当的计算方案总体评估单个传感器信号的微处理器或CPU)，其适于组合多个信号，由此导出表示磁性颗粒存在的信息(例如，用于计算实际增益值作为传感器结果的依据)。
根据本发明的另一示范性实施例，提供了一种感测磁性颗粒的方法，所述方法包括：生成分配给磁性颗粒的多个不同磁激发状态的多个不同磁场位形；感测在所述不同磁场位形中由所述磁性颗粒影响的多个检测信号；以及组合所述多个信号，由此导出表示所述磁性颗粒存在的信息。
根据本发明的又一示范性实施例，提供了一种程序单元，在处理器运行所述程序单元时，其适于控制或执行具有上述特征的感测磁性颗粒的方法。
根据本发明的又一示范性实施例，提供了一种计算机可读介质，其中存储有一种计算机程序，在处理器运行所述计算机程序时，其适于控制或执行具有上述特征的感测磁性颗粒的方法。
可以通过计算机程序(即通过软件)、或利用一个或多个专用电子优化电路(即以硬件形式)、或者以混合形式(即利用软件部件或硬件部件来实现)来实现根据本发明实施例的电子感测方案。
根据示范性实施例，一种使用磁性能(例如附着于生物分子的珠)感测磁性颗粒的磁(生物)传感器装置可以工作于和不同磁场位形(例如由位于这种传感器不同位置的多根导线生成)相关的多种操作状态，由此通过测量信号与串扰的关系来实现传感器(尤其是GMR传感器)的增益稳定。换言之，当在不同磁场位形下检测检测信号时，可以进行信号调理和信号处理以便抑制通常会干扰传感器精确性的效应。
根据示范性实施例，可以通过进行磁性颗粒成像获得通过测量信号与串扰的关系来实现磁生物传感器增益稳定的这种效果。为了改善对磁性颗粒的检测，可以增强磁性颗粒传感器的灵敏度和稳定性。通过在多种激发状态之间交替以及组合检测到的信号，可以确定平均增益因子，从而改善精确性。
因此，可以提供一种在灵敏度、特异性、集成性、易用性和成本方面生物分子诊断性能得到改进的磁致电阻生物芯片。
本发明的示范性实施例还可以抑制检测电子特性中的变化，例如波动的感测电流、波动的激发电流等由传感器几何形状确定的每种因素。此外，本发明的示范性实施例提供了一种稳定化方法，其可以将t＝0时的情况作为参考来稳定总的检测增益。
常规上，(例如GMR传感器的)灵敏度，因此生物测量的有效增益可能是像由于传感器中的磁不稳性导致的非随机灵敏度变化这样的敏感或不可控参数。利用参考传感器或桥接结构不能轻易地消除这种误差。其他不可控参数(或不能容易控制的参数)为外加磁场、生产容限、老化效应、温度效应和记忆效应(例如对磁激发场而言)。
此外，在GMR灵敏度变化时，对磁和电容串扰的内部补偿技术可能是无效的。
根据这些认识，本发明的示范性实施例意欲在实际生物测定期间稳定传感器的增益。
根据本发明的示范性实施例，在实际生物测量期间，通过在多种磁激发状态之间切换来不断改变取决于内部(几何形状)的磁串扰和来自珠的信号之间的关系，从而测量传感器的增益。此外，能够根据在所述状态下观测到的传感器信号的组合计算增益因子(SGMR)。可以在反馈或前馈(规范)电路中使用所述增益因子来稳定生物传感器检测增益。
为了采用这种方法，可以不需要详细知道传感器附近的珠浓度。可以抑制不相关(例如SGMR)误差以及相关误差，例如温度效应。例如，可以在传感器复用的方法上使用本发明的实施例来抑制相关的增益因子。
两次增益测量之间的时间可以足够快，以跟踪期望的增益变化。此外，增益测量时间优选可以足够短，以避免增益测量期间激发状态之间的增益波动。
或者，不以时间复用模式(一个接着一个)施加而以频率复用模式施加激发状态。然后，针对每种状态利用不同的激发频率同时测量各激发状态。结果，可以可靠地避免测量期间的增益变化错误地影响结果，因为增益变化对每种状态而言都是相等的，从而在测量时间期间获得平均增益。本实施例可能具有测量时间可以较长的优点，这可以增大利用该方法可获得的信噪比。
可以将本发明的实施例应用于基于对超顺磁性纳米颗粒的整体激发的生物传感器，也可以用于其他磁致电阻传感器，例如AMR或TMR。此外，可以将各实施例用于外部激发方法。这种外部激发方法的基础是从外部向集成有传感器的衬底施加磁场。然而，也可能传感器和磁场发生器单元都集成在衬底中和/或衬底上。
例如，可以在与珠激发相同的频率范围内测量SGMR。这是由于信噪比(以减小1/f噪声、小电流、小电压的影响)以及要与珠测量一致的原因。
此外，可以将本发明的示范性实施例应用于其他磁阻传感器构造，例如，传感器具有惠斯登电桥或半惠斯登电桥的构造，或者应用于本文未明确指出的其他放大器和传感器电流元件。
除此之外，本发明的实施例还可用于在血液、唾液和其他体液或从身体组织或者例如排泄物提取的流体中进行的任何生化或小分子测量。
此外，可以将本发明的实施例应用于对磁珠的检测以及对珠性质(例如频率相关、弛豫时间)和生化结合质量(例如珠的旋转)的测量。
本发明的实施例可以抑制由于几何形状效应等导致传感器增益或传感器灵敏度可能以不希望的方式波动而造成的伪信号。根据示范性实施例，可以在待检测的磁性颗粒的各种激发状态下执行多次测量。这样可以通过以数学方式组合结果，通过计算更加精确或有意义的增益值来消除或减小这种伪信号。例如，可以相对于磁性颗粒将各种测量分配到激发实体和/或检测实体的不同角度/取向。
为了激发磁场发生器(例如导线)，对具体电流分布几乎没有限制。可以使用正弦波和矩形波，尤其是在大大高于来自传感器的(磁)1/f噪声与其热噪声的交点的频率上，该频率可以是100kHz左右。
接下来将介绍磁传感器装置的其他示范性实施例。不过，这些实施例也适用于感测磁性颗粒的方法、程序单元和计算机可读介质。
磁场发生器单元可以适于在时间上顺次生成多个不同磁场位形。根据这样的实施例，调节第一特定磁场位形(例如激活两个磁场发生器元件之一并停用另一个)。在这种操作状态下测量过检测信号之后，可以通过例如停用此前激活的磁场发生器元件而激活此前停用的元件来调节另一磁场位形。通过这种时间复用方案，可以抑制或消除几何形状的效应等。
附加地或替代地，磁场发生器单元可以适于通过频率复用生成多个不同磁场位形。采取这种措施，无需一个接一个地施加不同的磁场位形，而是同时混合不同频率的贡献。在测量时间和效率方面这可能是有利的。
组合单元可以适于对传感器增益的波动求平均。可以通过数学过程进行组合多个信号以导出表示磁性颗粒存在的信息。通过计算平均增益值，可以有效地抑制测量的伪信号。
磁场发生器可以包括多个磁场发生器元件。利用这样的多个(在空间上分隔开且可单独控制的)磁场发生器元件，可以通过进行特定的激活/停用方案来调节不同的磁场位形，从而限定磁场的空间依赖性并因此定义检测信号的空间依赖性。
可以单个地或以分组方式激活所述多个磁场发生器元件以生成所述多个不同磁场位形。这可以实现高度灵活的简单方案且能够以任何期望方式调节磁场环境。
可以相对于多个磁场发生器元件对称地或不对称地设置传感器。例如，诸如GMR传感器的感测单元可以位于两个磁场发生器元件(例如两根磁导线)之间的重心，可以向磁场发生器元件施加电流。通过提供GMR传感器未(严格)设置在两个或更多磁场发生器元件的重心的不对称几何形状，可以将空间不对称性映射成检测信号的不对称性，通过组合单元的作用，这可以进一步消除伪信号。
多个磁场发生器可以具有不同尺寸。例如，电流可以经流过其的磁导线的(截面)大小可以随着不同的磁场发生器元件而变化，由此引入更多不对称，因此获得处理检测信号的更多自由度。
磁传感器装置可以包括衬底，在所述衬底中集成所述多个磁场发生器元件的至少一部分。这样的(例如半导体)衬底可以具有以单片方式集成在其中的磁场发生器元件，其中这种集成电路的布局可以允许包含磁场发生器元件的期望的不对称或空间依赖性，以执行组合或求平均方案。
可以平行于衬底的主表面设置集成在衬底中的多个磁场发生器元件。在衬底上方可以提供待分析的样品(例如流体样品)。可以将可以提供样品的衬底表面表示为衬底的主表面。各磁场发生器元件可以沿着主表面的表面区域一个接一个排列。
可以相对于衬底的主表面垂直地设置集成在衬底中的多个磁场发生器元件。因此，可以提供垂直堆叠的磁场发生器元件，其任选地与多个磁场发生器元件的水平排列相组合。采取这种措施，可以提供磁场发生器元件的阵列，从而能够调节出大量的磁场位形。
磁传感器装置可以被以如下方式调节，使得能够在所述衬底的主表面上调节所述磁性颗粒的预定空间依赖性。例如，衬底上方的一半表面可以没有磁性颗粒，或者可以沿着该表面施加任何梯度。因此，可以调节出颗粒的不对称性，这进一步能检测出单个的检测信号，它们结合起来可以抑制增益伪信号。预见到珠的表面密度作为位置的函数而逐渐减小可能是有利的。在生物传感器中，磁珠可以经由目标分子固定到沉积(例如喷墨印刷)在传感器表面上的特异性抗体。于是，抗体密度可以确定珠结合密度。在生产传感装置期间，可以通过改变小滴的几何形状及其相对于传感器的位置来改变所述密度。
磁场传感装置可以被以如下方式调节，使得在所述衬底的主表面上(不是主表面中)提供所述多个磁场发生器元件的另一部分。因此，不仅可以将磁场发生器元件单片集成于衬底之内，而且可以将其提供于衬底表面上。例如，可以通过对金层图案化(例如执行适当的蚀刻和光刻流程)，使其充当另一磁场发生器元件，在很多情况下在制造生物传感器时会在衬底上淀积金层且尤其可以将其提供于衬底的主表面上。
磁传感器装置还可以包括磁性体，其在多个不同磁场位形下影响多个磁场发生器元件。这种磁性体可以是提供于衬底上和/或中且具有大于1的导磁率μ值的任何结构。提供这种磁性体可以在检测器中引入另一种不对称，并因此在检测方案中引入另一种不对称，从而能够消除或抑制增益波动。这种磁性体的范例是位于(GMR)传感器和一根或多根激发导线之间的任何软磁材料。
磁场发生器单元可以适于生成磁场方向不同的多个不同磁场位形。例如，在第一操作状态下，可以(例如用外部磁场源而非内部磁场源)在设置有珠的装置一部分中施加具有第一方向的磁场。在第二操作状态下，从外部提供的磁场可以相对于第一位形倾斜，可以顺次地向磁传感器装置施加两个或更多这种有角的操作状态。
组合单元可以适于组合多个信号，从而稳定检测增益因子。因此，可以改善信噪比并可以提高精确性。
磁传感器装置可以包括适于在多个不同磁场位形之间切换的切换单元。切换单元对不同磁场发生器元件进行操作所根据的算法可以受到诸如CPU的控制单元的控制。
感测单元可以适于基于包括GMR、AMR和TMR的组中的一种效应感测磁性颗粒。具体而言，磁场传感器装置可以利用巨磁阻效应(GMR)，这是在由(铁)磁层和非磁性金属层交替构成的薄膜结构中观察到的一种量子机械效应。该效应自身显现为电阻从在由于层间的弱反铁磁性耦合而使相邻(铁)磁层磁化反平行时的零场状态显著减小到在由于外加场导致所述相邻层的磁化对齐时的低水平电阻。非磁性金属的电子自旋与外加磁场平行或反平行排列的次数相等，因此当铁磁层的磁化平行时受到的磁散射影响较小。在WO2005/010542或WO2005/010543中公开了利用巨磁阻效应(GMR)的生物传感器范例。
组合单元可以适于组合多个信号，从而导出表示磁性颗粒的量的信息。换言之，根据示范性实施例，磁传感器装置可以具有检测颗粒浓度或量的目标，而不仅仅是检测它们是否存在的“数字”信息。也可以估计珠的其他性质。
磁传感器装置可以适于感测附着于生物分子的磁珠。这种生物分子可以是蛋白质、DNA、基因、核酸、多肽、荷尔蒙、抗体等。
因此，磁传感器装置可以适于作为磁生物传感器装置，即根据磁检测原理工作的生物传感器装置。
磁传感器装置的至少一部分可以被实现为单片集成电路。因此，可以将磁传感器装置的各部件单片集成在衬底，例如半导体衬底，尤其是硅衬底中。然而，其他半导体衬底也是可能的，例如锗，或任何III族-V族半导体(像砷化镓等)。
接下来将介绍感测磁性颗粒方法的其他示范性实施例。不过，这些实施例也适用于磁传感器装置、程序单元和计算机可读介质。
该方法可以包括在生成、感测和组合流程之前确定校准信息。通过校准传感器，检测信号和不同操作模式可以变得更加有意义，并可以有效抑制与特定磁传感器的个体性质(例如制造容限)相关的伪信号。
具体而言，确定校准信息的步骤可以包括如下操作构成的组中的至少一项操作：在没有磁性颗粒的条件下进行生成和感测的步骤；在存在沉积的磁性颗粒的条件下进行生成和感测的步骤；在存在固定不动的磁性颗粒的条件下进行生成和感测的步骤；以及在参考条件下进行生成和感测的步骤。采取这种措施，可以在执行实际传感器测量之前确定像α和β的参数(下文将会更详细地介绍)，从而提高精确性。
通过下文所述实施例范例将会明了本发明的上述方面和其他方面，并将参考实施例的范例解释上述方面和其他方面。
附图说明
在下文中将参考实施例范例来更详细地描述本发明，但本发明并不限于此。
图1示出了处于第一操作状态的根据示范性实施例的磁传感器装置；
图2示出了处于第二操作状态的图1的磁传感器装置；
图3示出了根据本发明示范性实施例的磁传感器装置；
图4示出了根据示范性实施例的磁传感器装置；
图5示出了作为GMR堆的敏感层中磁场函数的GMR电阻；
图6到图13示出了根据本发明示范性实施例的磁传感器装置；
图14到图17示出了磁传感器装置的串扰和检测信号特性的图；
图18A到图21B示出了根据本发明示范性实施例的磁传感器装置。
具体实施方式
附图中的图示为示意性的。在不同附图中，类似或相同的元件拥有相同的附图标记。
在第一实施例中，根据本发明的装置是一种生物传感器，将参照图1和图2对其进行描述。该生物传感器检测样品中的磁性颗粒，该样品例如是流体、液体、气体、粘弹性介质、凝胶或组织样品。磁性颗粒可以具有小尺寸。纳米颗粒表示至少一个尺寸介于0.1nm和3000nm范围内的颗粒，优选介于3nm和500nm之间，更优选介于10nm和300nm之间。该磁性颗粒可以因外加磁场而获得磁矩(例如它们可以是顺磁性的)。该磁性颗粒可以是合成物，例如由非磁性材料内部或附着于非磁性材料的一个或多个小磁性颗粒构成。只要颗粒对调制磁场产生非零响应，即，在它们产生磁化率或导磁率时，就可以使用它们。
该装置可以包括衬底10和电路，例如集成电路。
该装置的测量表面由图1和图2中的虚线表示。在本发明的实施例中，术语“衬底”可以包括任何一种或多种可用的底层材料，或者在其上可以形成装置、电路或外延层。在其他备选实施例中，该“衬底”可以包括半导体衬底，例如掺杂硅、砷化镓(GaAs)、砷磷化镓(GaAsP)、磷化铟(InP)、锗(Ge)或硅锗(SiGe)衬底。该“衬底”除半导体衬底部分之外，例如还可以包括绝缘层，例如SiO2或Si3N4层。于是，术语衬底还包括玻璃、塑料、陶瓷、玻璃上硅、蓝宝石衬底上硅。于是将术语“衬底”用于一般性地定义用于感兴趣层或部分下方的层的元件。而且，“衬底”可以是任何其他可以在其上形成层的基底，例如玻璃或金属层。在下文中，将参考通常使用的硅半导体做出硅的处理，但技术人员将会理解，可以基于其他(一种或多种)半导体材料装置实现本发明，且技术人员可以选择适当的材料作为下文所述电介质和导电材料的等价物。
电路可以包括作为传感器元件的磁致电阻传感器11和形式为两个分立导体12的磁场发生器。例如，磁致电阻传感器11可以是GMR、AMR、霍尔或TMR型传感器。此外，感测单元11可以是任何基于对传感器表面上或附近待测量的颗粒磁性能的检测情况的适当感测单元11。因此，可以将感测单元11可设计为线圈、磁致电阻传感器、磁致伸缩(magneto-restrictive)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装置)、磁共振传感器或由磁场致动的另一种传感器。
磁致电阻传感器11例如可以具有细长的几何形状，例如又长又窄的条形，但不限于这种几何形状。传感器11和导体12可以分别在紧密的距离g和h之内彼此相邻设置。传感器11和导体12之间的距离g和h例如可以在1nm和1mm之间；例如为3μm。最小距离由IC工艺确定。
在图1和图2中，引入坐标装置以表明：如果传感器装置位于xy平面中，则传感器11主要检测磁场的x分量，即，x方向为传感器11的敏感方向。图1和图2中的箭头13表示根据本发明的磁致电阻传感器11的敏感x方向。因为传感器11在垂直于传感器装置平面的方向上(在图中为垂直方向或z方向)几乎不灵敏，因此在没有磁性纳米颗粒15的情况下传感器11不会检测到因流经导体12的电流导致的磁场14。通过在没有磁性纳米颗粒15的情况下向导体12施加电流序列，可以对传感器11的信号校准。优选在任何测量之前执行这种校准。
当磁性材料(这例如可以是磁性的离子、分子、纳米颗粒15、具有磁性成分的固体材料或流体)位于导体12附近时，它会在诱发由图2中的场线16表示的磁矩m。在图2中所示的操作模式下，仅激活左侧的导体12(亦即电流沿着正y轴流经该导体12)，而停用右侧的导体12(亦即没有电流流经该导体12)。
然后磁矩m产生双极杂散场，该场在传感器11的位置具有平面内磁场分量17。于是，纳米颗粒15使磁场14偏转到由箭头13(图2)表示的传感器11的敏感x方向中。处于传感器11敏感x方向上的磁场x分量Hx由传感器11进行感测，其取决于磁性纳米颗粒15的数量和导体电流Ic。
要了解这种传感器的一般结构的更多细节，参见WO 2005/010542和WO 2005/010543。
图1和图2中的附图标记20示出了协调感测单元11和磁场发生器元件12的操作模式的控制单元。组合单元30将GMR传感器11在导线12的不同激活模式下检测到的传感器信号进行组合。下面将参照图3到21B解释这种控制实体20和这种组合单元30的实施例。
在下文中，参照图3，将介绍根据本发明示范性实施例的磁传感器装置300。
该磁传感器装置300适于感测(例如经过连接分子)附着于实际待检测的DNA链301的珠或其他磁性纳米颗粒15。该磁传感器装置300包括由两根分立磁导线12形成的磁场发生器单元，该单元适于生成分配给磁性颗粒15的多个不同磁激发状态的多个不同磁场位形。在第一种磁场位形中，激活图3左侧示出的磁导线12，而停用图3右侧示出的磁导线12。在第二种操作状态下，仅图3右侧示出的磁导线12生成磁场，因此是激活的，而停用图3左侧示出的磁导线12，由此在这种操作状态下其不生成磁场。
由诸如CPU(中央处理单元)的控制单元20控制磁导线12的激活和停用状态。
此外，提供GMR感测单元11来感测多个检测信号，该多个检测信号以特征方式受到不同磁场位形下磁性颗粒15的影响，这种影响取决于磁性颗粒的浓度。
具有处理和/或存储能力或资源的组合单元30可以具有对评估检测到的信号的算法的访问权，并可以组合多个信号，由此导出表示是否存在磁性颗粒15的信息。组合单元30组合多个信号，由此稳定检测增益因子，后面还将对此做出详细描述。
如从图1中所能进一步看出的，部件11、12、20和30被集成在半导体衬底302中。靠近衬底302的主表面303提供附着到生物分子301的珠15，沿着主表面303排列磁导线12。
生物传感器300可以是由多个这种传感器(例如一百个)组成的阵列的一部分，该阵列可以集成在公共衬底302中。传感器的原理可以基于对超顺磁珠的检测，且可用于同时测量溶液(例如血液)中大量不同生物分子(例如蛋白质、DNA)的浓度。可以通过如下操作实现这一目的：将超顺磁珠15附着到目标分子301上，利用外加磁场使该珠15磁化，并利用巨磁阻(GMR)传感器11检测磁珠15的杂散场。
图4为整体激发的图示400。
辅助分子401在图4所示的生物传感器表面402上固定不动，在已附着有珠15的生物分子301进行杂化作用之后，可以利用磁导线12和GMR传感器11检测是否存在珠15。
导线12中流动的电流生成磁场，该磁场使超顺磁珠15磁化。来自超顺磁珠15的杂散场在GMR传感器11中引入平面内磁化分量H外部，其导致电阻变化ΔRGMR(H外部)。
图5示出了图表500，其具有横坐标501，沿该横坐标绘制场H。沿着图表500的纵坐标502绘制电阻R。
于是，图5示出了作为GMR堆的敏感层中磁场H外部的函数的GMR电阻。GMR的灵敏度SGMR＝dRGMR/dH外部不恒定但取决于H外部。如上所述，SGMR以及(因此)生物测量的有效增益也对不可控的参数敏感。
通过在实际测量期间应用传感器增益稳定算法，根据本发明的示范性实施例可以高效地抑制由所述效应导致的伪信号。
在下文中，参照图6，将介绍根据本发明示范性实施例的磁传感器600。
在图6的实施例中，可以进行不同激发状态之间的切换。
表面珠15覆盖率限制到传感器600的一半601，而另一半602没有珠15。不断在两种状态之间切换激发场：
第一种状态在图6中示出，其中，通过电流激活左侧磁导线12，而不提供电流从而停用右侧磁导线12。
在图6的状态下，可以将检测到的GMR电压简化为
u1＝SGMR{HMXT1+HB1}
在该方程中，SGMR为GMR传感器11的灵敏度，HMXT1为传感器600的几何形状给出的磁串扰场，HB1为表面303上的磁珠15发出的杂散场。
图7示出了处于第二操作状态下的同一生物传感器600，其中停用左侧磁导线12而利用电流激活右侧磁导线12。
在图7所示的第二操作状态下，GMR电压为
u2＝SGMR{HMXT1+βHB1}
其中，常数因子β表示与图6所示第一状态相比发自珠15的场变化。该因子β由传感器600的几何形状决定，且可以在实际测量之前进行校准，例如通过测量对表面303上的珠15的沉降的响应来校准。
然后可以计算两种状态下所观测信号的加权差：
u2-βu1＝SGMR{HMXT1+βHB1}-βSGMR{HMXT1+HB1}＝SGMR(1-β)HMXT1
通过计算
SGMR＝(βu1-u2)/[(β-1)HMXT1]
可以使用该值来对检测增益进行规范或稳定。在实际生物测量之前，无需珠15就可以对SGMRHMXT1进行校准。
通过增加更多的激发状态(例如激活两根导线12)和更多的激发导线(即比两根更多)，可以有更多信息用于计算SGMR，从而能进一步提高精确性。
由于传感器600的几何形状是对称的，可以在适当近似下假设两种状态中(图6，图7)的磁串扰是相同的。在这种假设似乎不成立时，(例如在测量之前校准过的)附加常数可以校正这一点。
图6和图7所示的实施例不限于珠15严格出现在传感器600的一半601上。与均匀表面密度的任何受控良好的偏差都是可能的，例如面密度的逐步减少是位置的函数。
表面高度相对于传感器逐渐增大可以有效地降低传感器一侧上珠的效应，因为它们进一步远离传感器，且可以避免在左右之间使用陡峭边界。更一般地说，在左右之间不需要清晰的差别。
在下文中，参照图8A和8B，将介绍根据示范性实施例的生物传感器800。
在本实施例中，在沿着垂直于主表面303的方向处于不同位置的导线12之间进行切换。
根据本实施例，附加的电流导线12位于不同的垂直位置，用于改变内部串扰和珠15的信号之间的关系。
图8A、图8B示出了场发生电流导线12的垂直堆叠。在图8A中，激活底部导线12，而在图8B中，激活顶部导线12。
根据图9A、图9B所示的另一示范性实施例，提供了一种生物传感器900，在其上设置图案化金层作为磁场发生器导线901。在很多情况下将这种金(Au)层提供于生物传感器顶部，例如在生物传感器900这种情况下就是这样。
在图9A中，激活集成在衬底302内部的底部导线12，而停用淀积在传感器900表面303顶部的图案化金层901。在图9B中，激活顶部的金线901，停用掩埋的磁导线12。
在图9A中所示的第一状态下，可以将检测到的GMR电压简化表示为
u1＝SGMR{HMXT1+HB1}
其中，SGMR为GMR传感器11的灵敏度，HMXT1为传感器900的几何形状给出的磁串扰，HB1为表面303上的磁珠15发出的信号。
在图9B所示的第二状态下，GMR电压为
u2＝SGMR{αHMXT1+βHB1}
这里，常数因子α和β表示分别与图9A所示的第一状态相比磁串扰和珠信号的变化。所述因子由传感器900的几何形状决定，且可以在实际测量之前进行校准。
然后计算两次测量的加权差异：
βu1-u2＝βSGMR{HMXT1+HB1}-SGMR{αHMXT1+βHB1}＝SGMR(β-α)HMXT1
利用
SGMR＝(βu1-u2)/[(β-α)HMXT1]
可以对检测器900的增益进行稳定或规范。
因子α和β可以由传感器900的几何形状决定，并可以在实际测量之前加以校准，例如，通过在两种状态下测量无珠15时的磁串扰并在两种状态下测量传感器900对表面上的珠15的沉降的响应来进行校准。
通过增加更多的激发状态和/或更多的场发生导线12、901可以获得额外的消息。
在这种配置下，传感器表面303上方几微米体积内的珠15就可能影响稳定化过程。这是因为激发导线12、901的z位置是不同的。在稳定化期间去除传感器900上方的所述珠15可以避免或抑制这种效应。
在下文中，参照图10A、图10B，将介绍根据示范性实施例的磁传感器装置1000。
在图10A和图10B所示的实施例中，使用了不对称的导线尺寸。例如，激发导线12在垂直于衬底301的主表面303的方向上可以具有不同的高度。在图10A中，激活左侧所示的尺寸最小的磁导线12，而停用图10A右侧所示的尺寸较大的磁导线12。在图10B中，反转导线12的激活状态。
图11A和图11B示出了磁传感器装置1100，其具有宽度上具有不同尺寸的磁导线12，即，沿平行于表面平面303的方向具有不同尺寸的磁导线12。
在图11A中，激活左侧导线12而停用右侧导线12，而在图11B中，停用左侧导线12而激活右侧导线12。
在下文中，参照图12A和图12B，将介绍基于不对称GMR传感器11布置的磁传感器装置1200。
如图12A和图12B所示，通过沿x方向使GMR传感器11发生位移，即沿着图12A、图12B纸面方向从左到右的方向使其发生位移，实现不对称。该x轴也平行于衬底301的主表面303的平面。
在图12A中，激活左侧磁导线12而停用右侧导线12。在图12B中使两个导线12的激活状态反过来。
将参照图13在下文中解释图12A、图12B所示的实施例中的工作原理和校准程序。
图13为传感器1200的详细截面。
这里，跨越x轴1201使GMR传感器11位移距离Δx。接下来分析图12A、图12B中所示的两种激发状态下的GMR信号。
接下来将解释第一激发状态，即，激活图13左侧所示的导线12而停用图13右侧所示导线12的状态。
图14示出了图表1400。沿着图表1400的横坐标1401绘制x位置。沿着纵坐标1402绘制GMR传感器11的Hx。换言之，计算没有珠15的情况下GMR传感器1200的敏感层中的平面内磁串扰场。
由此在图14中示出由单根导线，I导线，1＝10mA诱发出作为x位置函数的GMR敏感层中的平面内磁串扰场。
通过在GMR宽度上对串扰求平均并代入IGMR＝1mA和SGMR＝0.003Ωm/A，串扰GMR电压等于uMxT1＝-14.78μV。
下一步骤是计算由沿着y轴具有单位行宽的一行珠15诱发的x规范化GMR电压，该电压是传感器表面处所述行的x位置的函数(z＝0.64μm)。
结果绘制于图15中。
图表1500示出了纵坐标1502上取决于沿横坐标1501绘制的x位置的x规范化GMR电压。
因此，图15示出了在均匀面密度为1个珠/μm2、130nm的NanoMag珠、1GMR＝100μm(SGMR＝0.003Ωm/A)、I感测＝1mA、I导线，1＝10mA的条件下的x规范化GMR电压(μV/μm)。
可以将图15中所示的曲线视为“空间表面脉冲响应”函数u规范，x(x)。假定整个表面上均匀的珠分布为1个珠/μm2，则来自珠的GMR响应等于
Figure A200780023881D00211
图12A中所示的第一状态下的总GMR信号等于
u1＝uMXT1+uB1＝-14.03μV。
在下文中将解释两根导线12都激活的第二状态。
图16中绘制出了两根导线12都激活的第二状态下的磁串扰。
图16示出了图表1600，其具有横坐标1601，沿着横坐标以μm为单位绘制出x位置。沿着图表1600的纵坐标1602以A/m为单位绘制场。
因此，图16示出了由单根导线，I导线，1＝I导线，2＝10mA诱发出作为x位置函数的GMR敏感层中的平面内磁串扰场。
这是由于(图13右侧所示的)第二导线12比图13左侧所示第一导线12更靠近GMR传感器11导致的。
图17示出了图表1700，其具有横坐标1701，沿着横坐标绘制x位置，沿着纵坐标1702以μV/μm为单位绘制传感器电压。
图17示出了对表面303处的珠15的响应，并示出了在均匀面密度为1个珠/μm2、130nm的NanoMag珠、1GMR＝100μm(SGMR＝0.003Ωm/A)，I感测＝1mA，I导线，1＝I导线，2＝10mA的条件下以μV/μm为单位的x规范化GMR电压。
来自珠15的GMR电压等于
Figure A200780023881D00221
且
u2＝uMXT2+uB2＝-45.85μV。
现在将定义因子α和β，其表示在第二状态和第一状态下磁串扰和珠信号之间的比例，因此
α＝uMXT2/uMXT1＝3.25
β＝uB2/uB1＝2.92
从所述因子α和β还可以计算或导出绝对磁增益。
接下来将解释对因子α和β的校准。
α和β的理论值受到传感器处生产容限的影响，这使得可能必需在生物测量之前执行校准步骤。下面详细介绍这种任选校准的实施例。
可以在生物化学反应之前通过测量无珠时的传感器响应来校准和确定因子α。
u1，α＝uMXT1，u2，α＝αuMXT1，因此α＝uMXT2/uMXT1
这里，在很短时间内测量u1，α和u2，α，以确保可以忽略增益变化。由于测量时间短，信噪比可能较差。因此，可以对计算得到的α值求平均以实现可接受的信噪比。
可以从传感器响应开始到珠沉降或固定下来对因子β进行校准，例如，可以在参考传感器上进行该校准。
当假设
u1，β＝uMXT1+uB1
并且
u2，β＝αuMXT1+βuB1时，
则因子β等于
β＝(u2，β-αuMXT1)/(u1，β-uMXT1)
为避免校准期间增益变化，可以在很短时间内测量u1，β和u2，β，之后对计算得到的β值求平均。值得注意的是，β的校准不需要知道珠浓度。
如上所述，出于校准的目的，为了估计β，可以将珠沉降或固定在参考传感器上。然而，可以省去这种参考传感器而使用实际传感器估计β。在校准之后可以去除固定不动的珠。例如，可以通过层流冲洗掉珠，或通过由例如外磁体产生的磁场吸走珠。
接下来将解释在生化测量期间的增益校准。
通过不断测量检测器信号和两种激发状态，可以如下所示计算开始生化反应时相对于初始值的相对增益。
在t＝0时，当生化反应开始时，传感器上没有任何珠15，且
u 1 ( 0 ) = G ( 0 ) u MXT 1 ⇒ u MXT 1 = u 1 ( 0 ) / G ( 0 )
其中G(0)代表增益因子t＝0。
在反应过程中，珠15固定在传感器上不动，因此
u1＝G(t){uMXT1+uB1}且
u2＝G(t){αuMXT1+βuB1}
通过计算
βu 1 - u 2 = G ( t ) ( β - α ) u MXT 1 ⇒ G ( t ) / G ( 0 ) = ( β u 1 - u 2 ) / ( ( β - α ) u 1 ( 0 ) )
这表示在开始反应时相对于t＝0的相对增益。
可以在前馈结构中使用G(t)/G(0)来对检测增益进行规范化，或在反馈系统中使用其，例如通过控制感测或激发电流幅度来稳定增益。
在很多情况下两次增益测量之间的时间足够短以跟踪期望的增益SGMR变化。
此外，优选增益测量时间足够短，以避免增益测量期间激发状态之间的增益波动。
如上所述，在同时测量的频率复用中可以采用两种激发状态。因此，导线电流为
I导线1＝sinωS1t+sinωS2t
I导线2＝sinωS2t
在这种实施例中，同样，测量间隔期间的变化不会错误地影响结果，因为实质上对每种状态增益都有变化。
这种方法的优点是测量时间可以较长。这样会以更高的信噪比产生平均增益。
允许的耗散和电迁移极限以两倍约束着导线1中每个频率分量的最大电流，这造成信噪比下降。
在下文中，参照图18A、图18B，将描述根据本发明示范性实施例的磁生物传感器1800。
在本实施例中，相对于磁导线12以不对称方式将磁性体1801集成在硅衬底302中。
增加这样一个μr≠1的实体1801改变了导线12之间的磁对称性，这改变了两根导线12的信号串扰比。
在图18A中，激活左侧导线12而停用右侧导线12。在图18B中，停用左侧导线12而激活右侧导线12。
在下文中，参照图19A、图19B，将介绍根据本发明另一示范性实施例的磁传感器装置1900。
在图19A、图19B所示的实施例中，外部磁场源(未示出)生成磁场。这种外部磁场源例如可以是电磁体或静磁体。
在图19A中，外部磁场1901具有第一取向，在图19B中，外部磁场1902具有第二取向，相对于第一取向倾斜。
换言之，在图19A、图19B的实施例中，提供磁生物传感器1900，其中通过外部生成的激发场1901、1902使珠15磁化。通过在GMR传感器11的平面内平面中倾斜外部磁场1901、1902实现两种激发状态(参见图19A、图19B)。
对任意前述实施例进行组合当然是很容易的。
图20A、图20B示出了处于两种状态下根据本发明示范性实施例的磁生物传感装置2000，其中使用了多个平面激发导线12。
在图20A中，激活内部导线12，而在图20B中，激活外部导线12。
图21A、图21B所示的其他变动涉及到根据本发明另一示范性实施例的传感器装置2100。
在图21A、图21B中，可以实现如下优点：因为测量中涉及的传感器面积小，对珠表面密度均匀性的要求减弱了。
在图21A中，仅激活一个内部导线12，在图21B中，仅激活一个外部导线12。
应当指出，“包括”一词并不排除其他元件或特征，“一”或“一个”并不排除多个。而且可以组合结合不同实施例描述的元件。
还应当指出，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (27)

1、一种用于感测磁性颗粒(15)的磁传感器装置(300)，所述磁传感器装置(300)包括：
磁场发生器单元(12)，其适于生成分配给所述磁性颗粒(15)的多个不同磁激发状态的多个不同磁场位形；
感测单元(11)，其适于感测在所述不同磁场位形中由所述磁性颗粒(15)影响的多个检测信号；
组合单元(30)，其适于组合所述多个信号，由此导出表示所述磁性颗粒(15)的信息。
2、根据权利要求1所述的磁传感器装置(300)，
其中，所述磁场发生器单元(12)适于在时间上顺次生成所述多个不同磁场位形。
3、根据权利要求1所述的磁传感器装置(300)，
其中，所述磁场发生器单元(12)适于通过频率复用生成所述多个不同磁场位形。
4、根据权利要求2所述的磁传感器装置(300)，
其中，所述组合单元(30)适于对与所述多个信号相关的增益特性进行平均。
5、根据权利要求1所述的磁传感器装置(300)，
其中，所述磁场发生器包括多个磁场发生器元件(12，12)。
6、根据权利要求5所述的磁传感器装置(300)，
其中，可以单个地或以分组方式激活所述多个磁场发生器元件(12，12)以生成所述多个不同磁场位形。
7、根据权利要求5所述的磁传感器装置(600，1200)，
其中，相对于所述多个磁场发生器元件(12，12)对称地或不对称地设置所述感测单元(11)。
8、根据权利要求5所述的磁传感器装置(1000)，
其中，所述多个磁场发生器元件(12，12)具有不同的尺寸。
9、根据权利要求5所述的磁传感器装置(300)，
包括衬底(302)，在所述衬底中集成所述多个磁场发生器元件(12，12)的至少一部分。
10、根据权利要求9所述的磁传感器装置(300)，
其中，平行于所述衬底(302)的主表面(303)设置集成于所述衬底(302)中的所述多个磁场发生器元件(12，12)。
11、根据权利要求9所述的磁传感器装置(800)，
其中，相对于所述衬底(302)的主表面(303)垂直地设置集成于所述衬底(302)中的所述多个磁场发生器元件(12，12)。
12、根据权利要求9所述的磁传感器装置(600)，
其被以如下方式调节，使得能够在所述衬底(302)的主表面(303)上调节所述磁性颗粒(15)的预定空间依赖性。
13、根据权利要求9所述的磁传感器装置(900)，
其被以如下方式调节，使得在所述衬底(302)的主表面(303)上提供所述多个磁场发生器元件(901，901)的另一部分。
14、根据权利要求5所述的磁传感器装置(1800)，
包括在多个不同磁场位形中影响所述多个磁场发生器元件(12，12)的磁性体(1801)。
15、根据权利要求1所述的磁传感器装置(1900)，
其中，所述磁场发生器单元适于生成在磁场方向(1901，1902)上不同的多个不同磁场位形。
16、根据权利要求1所述的磁传感器装置(300)，
其中，所述组合单元(30)适于组合所述多个信号，由此稳定检测增益因子。
17、根据权利要求1所述的磁传感器装置(300)，
包括适于在所述多个不同磁场位形之间切换的切换单元(20)。
18、根据权利要求1所述的磁传感器装置(300)，
其中，所述感测单元(11)适于基于由GMR、AMR、TMR或霍尔效应构成的组中的效应感测所述磁性颗粒。
19、根据权利要求1所述的磁传感器装置(300)，
其中，所述组合单元(30)适于组合所述多个信号，由此导出表示所述磁性颗粒(15)的量的信息。
20、根据权利要求1所述的磁传感器装置(300)，
其适于感测附着到生物分子(301)的磁珠(15)。
21、根据权利要求1所述的磁传感器装置(300)，
其适于作为磁生物传感器装置。
22、根据权利要求1所述的磁传感器装置(300)，
其中，所述磁传感器装置(300)的至少一部分被实现为单片集成电路。
23、一种感测磁性颗粒(15)的方法，所述方法包括：
生成分配给所述磁性颗粒(15)的多个不同磁激发状态的多个不同磁场位形；
感测在所述不同磁场位形中由所述磁性颗粒(15)影响的多个检测信号；
组合所述多个信号，由此导出表示所述磁性颗粒(15)的信息。
24、根据权利要求23所述的方法，
包括在所述生成、感测和组合的步骤之前确定校准信息。
25、根据权利要求24所述的方法，
其中，确定校准信息的所述步骤包括如下操作构成的组中的至少一项操作：在没有磁性颗粒(15)的条件下进行生成和感测的步骤；在存在沉降磁性颗粒(15)的条件下进行生成和感测的步骤；在存在固定不动的磁性颗粒(15)的条件下进行生成和感测的步骤；以及在参考条件下进行生成和感测的步骤。
26、一种程序单元，在由处理器(20，30)运行时，所述程序单元适于控制或执行根据权利要求23所述的方法。
27、一种计算机可读介质，所述计算机可读介质中存储有一种计算机程序，在处理器(20，30)运行所述计算机程序时，所述计算机程序适于控制或执行根据权利要求23所述的方法。
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CN (1) CN101479590A (zh)
WO (1) WO2008001261A2 (zh)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101963570A (zh) * 2010-05-17 2011-02-02 深圳市亚泰光电技术有限公司 快速检测润滑油中铁磁磨粒的装置和检测方法以及信号处理电路
CN102549445A (zh) * 2009-09-28 2012-07-04 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于单个颗粒检测的生物传感器系统
CN102906585A (zh) * 2010-05-18 2013-01-30 西门子公司 用于识别磁性地标出的对象的方法以及相应的设备
CN106461741A (zh) * 2014-01-31 2017-02-22 南澳大利亚大学 用于检测磁粒子的传感器
CN107735667A (zh) * 2015-06-12 2018-02-23 皇家飞利浦有限公司 光学颗粒传感器和感测方法
CN108010719A (zh) * 2017-12-05 2018-05-08 武汉理工大学 一种捕收弱磁性纳米颗粒的高梯度聚磁介质的制备方法
CN108507594A (zh) * 2017-02-28 2018-09-07 迈来芯电子科技有限公司 位置传感器和位置感测的方法
CN109188320A (zh) * 2018-08-06 2019-01-11 哈尔滨工业大学 一种基于磁阻效应的流场成像系统及成像方法
CN111289923A (zh) * 2018-12-10 2020-06-16 马克思-普朗克科学促进协会 用于磁定位和致动系统的同步校准方法
CN111954825A (zh) * 2018-04-11 2020-11-17 玛斯科学有限公司 超顺磁性颗粒成像及其在定量多路复用固定相诊断测定中的应用

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101622539A (zh) * 2007-02-23 2010-01-06 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有场发生器和传感元件的磁传感器设备
CN101868286A (zh) * 2007-09-20 2010-10-20 马格雷股份有限公司 采用磁性传感器进行的分析物检测
EP2235516B1 (en) * 2008-01-17 2017-10-11 The Regents of The University of California Integrated magnetic field generation and detection platform
DE102009012108B4 (de) 2009-03-06 2015-07-16 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung und Verfahren zur Anreicherung und Erfassung von Zellen in strömenden Medien
CN102439448A (zh) 2009-05-19 2012-05-02 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有高动态范围的用于磁性颗粒的传感器设备
DE102010040391B4 (de) * 2010-09-08 2015-11-19 Siemens Aktiengesellschaft Magnetische Durchflusszytometrie zur Einzelzelldetektion
DE102010047270A1 (de) * 2010-10-01 2012-04-05 Hochschule Für Angewandte Wissenschaften Fachhochschule Würzburg-Schweinfurt Fluxgatesensor
DE102010043276A1 (de) * 2010-11-03 2012-05-03 Siemens Aktiengesellschaft Magnetische Zelldetektion
WO2012068146A1 (en) * 2010-11-15 2012-05-24 Regents Of The University Of Minnesota Search coil
CN103597344B (zh) 2011-03-09 2016-07-06 马格雷股份有限公司 用于样品中分析物的高通量检测的系统和方法
US8855957B2 (en) * 2011-05-03 2014-10-07 International Business Machines Corporation Method for calibrating read sensors of electromagnetic read-write heads
DE102011080947B3 (de) * 2011-08-15 2013-01-31 Siemens Aktiengesellschaft Einzelanalyterfassung mittels magnetischer Durchflussmessung
DE102011080945A1 (de) * 2011-08-15 2013-02-21 Siemens Aktiengesellschaft Dynamische Zustandsbestimmung von Analyten mittels magnetischer Durchflussmessung
JP6185929B2 (ja) 2011-12-15 2017-08-23 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． Ｍｐｉにおけるバックグラウンド信号の除去
ES2608930T3 (es) 2012-01-04 2017-04-17 Magnomics, S.A. Dispositivo monolítico que combina CMOS con sensores magnetorresistivos
DE102013201458A1 (de) * 2013-01-30 2014-07-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung mindestens eines Signals
US10267871B2 (en) 2013-03-15 2019-04-23 Magarray, Inc. Magnetic tunnel junction sensors and methods for using the same
JP6249912B2 (ja) * 2013-11-01 2017-12-20 住友重機械工業株式会社 解析装置
DE102014205949A1 (de) * 2014-03-31 2015-10-01 Siemens Aktiengesellschaft Durchflusskammer für einen Durchflusszytometer sowie Durchflusszytometer
US10551215B2 (en) * 2015-06-11 2020-02-04 Analog Devices Global Unlimited Company Systems, circuits and methods for determining a position of a movable object
EP3290938A1 (en) 2016-09-05 2018-03-07 Industrial Technology Research Institute Biomolecule magnetic sensor
KR101904781B1 (ko) * 2016-10-12 2018-10-05 한국전자통신연구원 Fmmd 기술의 신호 분석을 위한 신호 송수신 방법 및 이를 이용한 장치

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6929727B2 (en) * 1999-04-12 2005-08-16 G & H Technologies, Llc Rectangular cathodic arc source and method of steering an arc spot
DE10137665A1 (de) * 2001-05-09 2002-11-14 Kilian Hennes Vorrichtung und Verfahren zum Erfassen und Klassifizieren von biologischen Partikeln oder Molekülen
WO2005010543A1 (en) * 2003-07-30 2005-02-03 Koninklijke Philips Electronics N.V. On-chip magnetic sensor device with suppressed cross-talk
KR20060054351A (ko) * 2003-07-30 2006-05-22 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 개선된 신호대 잡음비를 가진 온칩 자기 입자 센서
EP1735668A2 (en) * 2004-04-13 2006-12-27 President And Fellows Of Harvard College Methods and apparatus for manipulation and/or detection of biological samples and other objects
EP1751534A1 (en) * 2004-05-18 2007-02-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Magnetic rotation to improve signal-over-background in biosensing
WO2005116661A1 (en) * 2004-05-24 2005-12-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Magneto-resistive sensor for high sensitivity depth probing
JP4483497B2 (ja) * 2004-09-16 2010-06-16 富士ゼロックス株式会社 磁性体検知装置
JP5311445B2 (ja) * 2005-01-31 2013-10-09 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 高速かつ高感度バイオセンシング
US20080206104A1 (en) * 2005-06-17 2008-08-28 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Accurate Magnetic Biosensor
EP1971845A1 (en) * 2006-01-04 2008-09-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Microelectronic device with magnetic excitation wires
US7388372B2 (en) * 2006-05-31 2008-06-17 Caterpillar Inc. Electrical system with magnetoresistive sensors

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102549445A (zh) * 2009-09-28 2012-07-04 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于单个颗粒检测的生物传感器系统
CN102549445B (zh) * 2009-09-28 2015-04-08 皇家飞利浦电子股份有限公司 用于单个颗粒检测的生物传感器系统
CN101963570B (zh) * 2010-05-17 2012-08-01 深圳市亚泰光电技术有限公司 快速检测润滑油中铁磁磨粒的装置和检测方法以及信号处理电路
CN101963570A (zh) * 2010-05-17 2011-02-02 深圳市亚泰光电技术有限公司 快速检测润滑油中铁磁磨粒的装置和检测方法以及信号处理电路
CN102906585A (zh) * 2010-05-18 2013-01-30 西门子公司 用于识别磁性地标出的对象的方法以及相应的设备
CN102906585B (zh) * 2010-05-18 2015-09-23 西门子公司 用于识别磁性地标出的对象的方法以及相应的设备
CN106461741A (zh) * 2014-01-31 2017-02-22 南澳大利亚大学 用于检测磁粒子的传感器
US10139458B2 (en) 2014-01-31 2018-11-27 University Of South Australia Sensor for detection of magnetic particles
CN107735667A (zh) * 2015-06-12 2018-02-23 皇家飞利浦有限公司 光学颗粒传感器和感测方法
CN107735667B (zh) * 2015-06-12 2021-06-15 皇家飞利浦有限公司 光学颗粒传感器和感测方法
CN108507594B (zh) * 2017-02-28 2020-07-10 迈来芯电子科技有限公司 位置传感器和位置感测的方法
CN108507594A (zh) * 2017-02-28 2018-09-07 迈来芯电子科技有限公司 位置传感器和位置感测的方法
CN108010719A (zh) * 2017-12-05 2018-05-08 武汉理工大学 一种捕收弱磁性纳米颗粒的高梯度聚磁介质的制备方法
CN111954825A (zh) * 2018-04-11 2020-11-17 玛斯科学有限公司 超顺磁性颗粒成像及其在定量多路复用固定相诊断测定中的应用
CN109188320A (zh) * 2018-08-06 2019-01-11 哈尔滨工业大学 一种基于磁阻效应的流场成像系统及成像方法
CN111289923A (zh) * 2018-12-10 2020-06-16 马克思-普朗克科学促进协会 用于磁定位和致动系统的同步校准方法
CN111289923B (zh) * 2018-12-10 2024-06-11 马克思-普朗克科学促进协会 用于磁定位和致动系统的同步校准方法

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Publication number Publication date
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JP2009543038A (ja) 2009-12-03
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Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090708