CN104919612A - 磁隧道结传感器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供磁传感器，所述磁传感器包括：磁隧道结(MTJ)磁阻元件；第一电极，其接触所述MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及第二电极，其接触所述MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述相对表面的边缘，其中所述第一电极和第二电极的所述延伸部分的相向表面是不重叠的。本公开还提供使用本发明磁传感器的装置、系统和方法。

Description

磁隧道结传感器及使用方法

相关申请的交叉引用

按照美国法典第35篇第119条(e)款，本申请要求2013年3月15日提交的美国临时申请序列号61/792,257的申请日的优先权；所述申请的公开内容通过引用并入本文。

关于联邦政府资助研究的声明

本发明是在政府支持下在美国国立卫生研究院授予的合同号HHSN216200900011C下进行。政府对本发明具有某些权利。

引言

生物标志物(也称为疾病签名)是类似RNA、DNA和蛋白质的特异性分析物，所述特异性分析物可用作作用机制、疾病状态或临床终点的代替物。详言之，多重或多标志物方法可用于分子诊断和个人化医疗，其目标是鉴定针对正确患者的在正确时间和以正确剂量的正确治疗，或灵敏地且明确地提早检测出复杂疾病，如癌症和心血管疾病。已研制出DNA和蛋白质微阵列来容纳大量生物标志物。

大部分商业DNA微阵列系统利用荧光标记(标签)来量化生物分子分析物(目标)。它们可具有有限灵敏度，因为它们需要近似10⁴或更多的分子来实现有用的信噪比并且由于所涉及的光学系统且还由于串扰和漂白而少量定量的。光学检测系统通常与放大技术如聚合酶链反应(PCR)结合使用，所述聚合酶链反应使原始生物分子倍增许多数量级。之后寻求具有较高灵敏度、较低成本和更好的可移植性的替代微阵列技术。此类技术可开放分子诊断和基因组学领域的许多新应用。

概述

本公开提供磁传感器，所述磁传感器包括：磁隧道结(MTJ)磁阻元件；第一电极，其接触MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及第二电极，其接触MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的相对表面的边缘，其中第一电极和第二电极的延伸部分的相向表面是不重叠的。本公开还提供使用本发明磁传感器的装置、系统和方法。

本公开的方面包括磁传感器。磁传感器包括：磁隧道结(MTJ)磁阻元件；第一电极，其接触MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及第二电极，其接触MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的相对表面的边缘，其中第一电极和第二电极的延伸部分的相向表面是不重叠的。

在一些实施方案中，第一电极接触MTJ磁阻元件的基本上整个表面。

在一些实施方案中，第二电极接触MTJ磁阻元件的基本上整个相对表面。

在一些实施方案中，第二电极的边缘与MTJ磁阻元件的所述相对表面的边缘对齐。

在一些实施方案中，磁传感器包括设置在第一电极上的钝化层。

在一些实施方案中，磁传感器包括被结合到磁传感器的表面的分析物-特异性探针。

本公开的方面包括磁传感器装置。磁传感器装置包括具有两个或更多个磁传感器的磁传感器阵列。每个磁传感器包括：磁隧道结(MTJ)磁阻元件；第一电极，其接触MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及第二电极，其接触MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的相对表面的边缘，其中第一电极和第二电极的延伸部分的相向表面是不重叠的。

在一些实施方案中，磁传感器通过第一电极和第二电极串联电连接。

在一些实施方案中，一个或多个磁传感器包括被结合到磁传感器的表面的分析物-特异性探针。

在一些实施方案中，磁传感器阵列包括各自被配置来特异性地检测相同分析物的两个或更多个不同的磁传感器。

在一些实施方案中，磁传感器阵列包括各自被配置来特异性地检测不同分析物的两个或更多个不同的磁传感器。

本公开的方面包括磁传感器系统。磁传感器系统包括磁传感器装置，所述磁传感器装置包括具有两个或更多个磁传感器的磁传感器阵列。每个磁传感器包括：磁隧道结(MTJ)磁阻元件；第一电极，其接触MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及第二电极，其接触MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的相对表面的边缘，其中第一电极和第二电极的延伸部分的相向表面是不重叠的。磁传感器系统还包括磁场源。

在一些实施方案中，磁传感器系统包括被配置来获得来自所述磁传感器装置的分析物-特异性信号的处理器。

本公开的方面包括一种用于估计分析物是否存在于样品中的方法。所述方法包括：使磁传感器与样品接触以产生信号；获得来自磁传感器的信号；以及基于所述信号估计分析物是否存在于每个样品中。磁传感器包括：磁隧道结(MTJ)磁阻元件；第一电极，其接触MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及第二电极，其接触MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的相对表面的边缘，其中第一电极和第二电极的延伸部分的相向表面是不重叠的。

在一些实施方案中，磁传感器包括被结合到磁传感器的表面的分析物-特异性探针。

在一些实施方案中，所述方法包括在接触之前磁性地标记所述样品。

在一些实施方案中，所述估计包括当磁性标记的样品接触磁传感器时，获得来自磁传感器的信号。在一些实施方案中，信号是分析物-特异性信号。

在一些实施方案中，所述接触包括在使磁传感器与样品接触之后将磁性标签施加到磁传感器。

本公开的方面包括套件，所述套件包括磁传感器装置和磁性标签。磁传感器装置包括磁传感器阵列，其包括两个或更多个磁传感器。每个磁传感器包括：磁隧道结(MTJ)磁阻元件；第一电极，其接触MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及第二电极，其接触MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的相对表面的边缘，其中第一电极和第二电极的延伸部分的相向表面是不重叠的。

在一些实施方案中，磁性标签是磁性纳米粒子。

附图简述

图1示出GMR自旋阀传感器(12％(左))和磁隧道结(236％(右))的磁响应(传递曲线)图。此处所示的磁阻代表每种类型的装置。这示出的是，基于MTJ的传感器明显可比基于自旋阀的传感器更灵敏。

图2(a)和图2(b)示出根据本公开的实施方案的磁隧道结传感器设计(图2(a))和现有的GMR自旋阀传感器设计(图2(b))的示意图。感测电流垂直地通过磁隧道结。

图3示出根据本公开的实施方案的磁传感器装置的示意性(不按实际比例)横截面，所述磁传感器装置包括一起形成单一生物传感器的MTJ传感器阵列。

图4示出根据本公开的实施方案的MTJ生物传感器的晶片(左)和芯片(例如，磁传感器装置(右))示意图。

图5示出根据本公开的实施方案的具有80个活性生物传感器的MTJ生物芯片布局的示意图。

图6示出根据本公开的实施方案的MTJ生物传感器的实验结果图。

图7示出根据本公开的实施方案的具有串联布置的MTJ传感器元件的MTJ传感器元件阵列的扫描电子显微图像。

图8示出根据本公开的实施方案的包括具有80个MTJ生物传感器的阵列的10mm×12mm生物芯片的图像。

图9示出根据本公开的实施方案的具有80个MTJ生物传感器的阵列的放大图像。

图10示出根据本公开的实施方案的个别MTJ生物传感器的放大图像。

图11示出根据本公开的实施方案的与参考传感器相比涂有生物素的传感器在检测PBS缓冲液中的抗生蛋白链菌素-生物素结合时电阻变化(ppm)和时间(min)的曲线图。

详述

本公开提供磁传感器，所述磁传感器包括：磁隧道结(MTJ)磁阻元件；第一电极，其接触MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的表面边缘；以及第二电极，其接触MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的相对表面边缘，其中第一电极和第二电极的延伸部分的相向表面是不重叠的。本公开还提供使用本发明磁传感器的装置、系统和方法。

在更详细地描述本发明之前，应理解本发明不限于所描述的特定实施方案，因为此类实施方案当然可变化。还应理解，本文所用的术语仅为出于描述特定实施方案的目的，并且不意图为限制性的，因为本发明的范围将仅受所附权利要求书限制。

在提供值的范围的情况下，应理解本发明内涵盖这一范围的上限与下限之间的各介入值，准确到下限的单位的十分之一(除非上下文另外清楚指示)，以及这一所述范围内的任何其它所述值或介入值。这些较小范围的上限和下限可独立地被包括在这些较小范围内并且也涵盖于本发明内，从属于所述范围内的任何特定排除的极限值。在所述范围包括所述极限值中的一个或两个的情况下，本发明中还包括排除那些所包括的极限值中的任一个或两个的范围。

某些范围在本文中通过前面带有术语“约”的数值呈现。术语“约”在本文中用于为它之后的确切数字以及接近或近似所述术语之后的数字的数字提供字面支持。在确定数值是接近还是近似具体列举的数值时，接近或近似的未列举的数值可以是在其出现的上下文中提供与具体列举的数值大致等同的数值。

除非另外定义，否则本文使用的所有技术术语和科学术语具有与本发明所属领域中的普通技术人员通常理解的相同的含义。虽然与本文中所述的那些方法和材料相似或相等的任何方法和材料也可用于实践或测试本发明，但是现在描述代表性例示方法和材料。

本说明书中所引用的所有公布和专利均以引用的方式并入本文中，就如同各个别公布或专利特定地且个别地被指示为以引用的方式并入，并且以引用的方式并入本文中以公开并且描述引用所述公布时所涉及的方法和/或材料。对任何公布的引用都是针对其在申请日之前的公开内容并且不应被解释为承认本发明由于先前发明而无权先于所述公布。此外，所提供的公布日期可能不同于可需要独立确认的实际公开日期。

应注意，除非上下文另有明确规定，否则在本文和附加权利要求书中使用的单数形式“一(a/an)”和“所述”包括多个指示物。此外应注意，可起草权利要求书以排除任何可选要素。因此，对于与叙述权利要求要素有关所使用的像“单独”、“只”等这样的排他性术语或所使用的“否定性”限制，这声明意在充当先行基础。

应理解，出于清晰目的而在分开的实施方案的上下文中所描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方案中组合提供。相反，出于简洁目的而在单个实施方案的上下文中所描述的本发明的各种特征也可以分开地或以任何适合的子组合来提供。实施方案的所有组合明确地由本发明包含并且就犹如每个组合被单独地并明确地公开一样而在本文中公开，其公开程度为：这类组合包含可操作的过程和/或装置/系统/套件。此外，在描述这类变量的实施方案中所列举的所有子组合也明确地由本发明包含，并且就犹如每个这样的化学基团子组合被单独地并明确地公开在本文中一样而在本文中公开。

本领域技术人员在阅读本公开时将明白的是，本文所描述且说明的各个个别实施方案具有离散组分和特征，这些组分和特征可容易地与任何其它若干实施方案的特征分离或组合而不偏离本发明的范围或精神。任何所陈述方法均可以所陈述事件的顺序或以逻辑上可能的任何其它顺序进行。

在以下部分中，首先更详细地描述本发明磁传感器，然后是描述使用本发明磁传感器的磁传感器装置、系统和方法。

磁传感器

本公开的方面包括磁传感器。在一些实例中，磁传感器被配置来使可能发生在被连接到传感器的电极之间的电气短路最小化。例如，磁传感器可包括磁阻元件和被连接到所述磁阻元件的两个电极，其中磁传感器被配置来使两个电极之间的电气短路的发生几率最小化。使两个电极之间的电气短路最小化可有助于传感器的准确度的增加。

在某些实施方案中，磁传感器包括：磁隧道结(MTJ)磁阻元件(本文也称为MTJ元件)；第一电极，其接触MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的表面边缘；以及第二电极，其接触MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出MTJ磁阻元件的相对表面边缘，其中第一电极和第二电极的延伸部分的相向表面是不重叠的。在下文部分更详细地描述MTJ磁阻元件的额外方面。

在某些实施方案中，第一电极接触MTJ磁阻元件的表面的至少一部分。至少一部分意指电极接触电极的足够表面区域以进行足以操作传感器来检测感兴趣的分析物的电接触。在一些情况下，电极可接触MTJ电极的表面的10％或更多，如20％或更多、或30％或更多、或40％或更多、或50％或更多、或60％或更多、或70％或更多、或80％或更多、或90％或更多，或在一些实施方案中，电极可接触MTJ元件的一个表面的基本上整个表面区域，例如MTJ元件的顶面或MTJ元件的底面。

类似地，第二电极可接触MTJ元件的相对表面的至少一部分。因此，第一电极和第二电极接触MTJ元件的相对表面。例如，第一电极可接触MTJ元件的顶面的至少一部分，并且第二电极可接触MTJ元件的底面的至少一部分。电极的相反布置也是可能的，其中第一电极接触MTJ元件的底面的至少一部分，并且第二电极接触MTJ元件的顶面的至少一部分。

在某些实施方案中，第一电极接触电极的表面的一部分，例如小于MTJ元件的所接触表面的表面区域的100％。例如，第一电极可接触MTJ元件的顶面的一部分。在某些实例中，第二电极接触MTJ传感器的基本上整个相对表面，例如MTJ元件的基本上整个底面。

在某些实施方案中，第一电极延伸超出MTJ元件的表面边缘。延伸超出边缘意指电极具有如上所述的接触MTJ元件的表面的一部分(例如，端部)，并且包括悬于MTJ元件的边缘之上的一部分。例如，电极可以是平面电极，其中所述平面电极的端部接触MTJ元件的表面，并且平面电极的剩余部分伸出通过MTJ元件的边缘。第一电极可延伸超出MTJ元件的表面(如MTJ元件的顶面)边缘。

类似地，第二电极可延伸超出MTJ元件的相对表面边缘。如上所述，第二电极可具有接触MTJ元件的相对表面(例如，MTJ元件的与由第一电极接触的表面相对的表面)的一部分(例如，端部)，并且第二电极的剩余部分可悬于MTJ元件的边缘之上。例如，第二电极可以是平面电极，其中所述第二平面电极的端部接触MTJ元件的相对表面，并且第二平面电极的剩余部分伸出通过MTJ元件的边缘。第二电极可延伸超出MTJ元件的表面(如MTJ元件的底面)边缘。

如上所述，第一电极包括悬于MTJ元件的边缘之上的延伸部分，并且因此第一电极具有面向外表面和面向内表面，其中所述面向外表面背向MTJ元件并且所述面向内表面面向MTJ元件。类似地，第二电极包括悬于MTJ元件的边缘之上的延伸部分，并且因此第二电极具有面向外表面和面向内表面，其中所述面向外表面背向MTJ元件并且所述面向内表面面向MTJ元件。

在某些实施方案中，第一电极和第二电极被布置使得第一电极和第二电极的延伸部分的相向表面是不重叠的。相向表面意指第一电极的面向内表面和第二电极的面向内表面，例如第一电极和第二电极中分别面向MTJ元件的表面。不重叠意指第一电极的延伸部分的相向表面并未定位在第二电极的延伸部分的相对相向表面上方(或下方)。换句话说，不重叠电极包括垂直于且穿过第一电极的延伸部分的线不穿过第二电极的延伸部分的实施方案。

因此，在第一电极和第二电极的延伸部分的相向表面基本上不重叠的实施方案中，第一电极和第二电极可在不同方向上从MTJ元件的其相应边缘延伸。例如，如从上文来看，第一电极可从MTJ元件的顶面朝向左边延伸，并且第二电极可从MTJ元件的底面朝向右边延伸。电极的其它布置也是可能的，只要第一电极和第二电极的延伸部分如上所述是基本上不重叠的。

在某些实施方案中，电极可以与MTJ元件的边缘对齐。例如，不重叠电极可延伸超出MTJ元件的边缘，如上所述。在一些情况下，电极的与延伸部分相对的边缘可以与MTJ元件的边缘基本上对齐。在一些情况下，电极的边缘不与MTJ元件的边缘对齐。例如，如上所述，电极可接触小于MTJ元件的整个表面，并且因此可能不一直延伸到MTJ元件的表面边缘。换句话说，在一些情况下，电极可具有接触MTJ元件的表面的端部，但留下MTJ元件的表面的一部分未接触，使得电极的端部边缘与MTJ元件的一个或多个边缘(例如，电极未从其延伸的一个或多个边缘)之间存在间隙。如上所述，在电极的边缘与MTJ元件的边缘对齐或电极的边缘与MTJ元件的边缘之间存在间隙的实施方案中，这可有助于提供第一电极和第二电极基本上不重叠的磁传感器。

磁传感器装置

本公开的方面包括磁传感器装置。磁传感器装置包括支撑件。在一些实施方案中，所述支撑件包括设置在其上的磁传感器阵列(例如，生物传感器阵列)。在某些实施方案中，每个磁传感器包括一个或多个磁传感器元件(例如，磁隧道结(MTJ)元件，本文也称为MTJ磁阻元件)。以下部分进一步描述磁传感器和MTJ元件的方面。

在某些实施方案中，磁传感器包括两个或更多个MTJ元件。在一些情况下，MTJ元件彼此电连接。在某些情况下，MTJ元件彼此串联电连接。例如，MTJ元件可通过第一电极和第二电极彼此串联电连接。在某些实施方案中，通过使MTJ元件串联电连接在一起，电流(例如，感测电流)可流经串联的MTJ元件(例如，顺序地)。例如，串联的两个MTJ元件的最小化布置可包括第一电极，所述第一电极电连接到第一MTJ元件，所述第一MTJ元件电连接到第二电极，所述第二电极电连接到第二MTJ元件，所述第二MTJ元件电连接到第三电极。因此，电流可被施加到第一电极、流经第一电极至第一MTJ元件、流经第一MTJ元件至第一MTJ元件的相对表面上的第二电极、流经第二电极至第二MTJ元件、流经第二MTJ元件至第二MTJ元件的相对表面上的第三电极。例如，参看图2(a)。电流可随后流经第三电极至串联的一个或多个MTJ元件或流至用于信号处理的处理器，如本文所述。

图2(a)和图2(b)示出串联布置的MTJ元件阵列(图2(a))和GMR自旋阀传感器设计(图2(b))的示意图。图2(a)和图2(b)示出传感器的表面上的磁粒子(20)。图2(a)示出MTJ元件阵列，其中MTJ元件阵列包括底电极(21)、顶电极(22)和底电极与顶电极之间的MTJ元件(23)。图2(b)示出GMR自旋阀传感器设计，所述GMR自旋阀传感器设计包括底电极(24)和GMR自旋阀传感器元件(25)。

如上所述，电极(例如，第一电极和第二电极)可接触MTJ元件的相对侧面。因此，磁传感器的元件(例如，MTJ元件和两个电极)可以电流垂直于平面的配置布置。在电流垂直于平面(CPP)的配置中，电流垂直于MTJ元件的层流经传感器，并且电极位于MTJ元件的相对侧面上。

在某些实施方案中，MTJ元件阵列包括多个串联布置的MTJ元件，所述MTJ元件阵列可包括两个或更多个MTJ元件，包括3个或更多个、4个或更多个、6个或更多个、8个或更多个、10个或更多个、15个或更多个、20个或更多个、25个或更多个、30个或更多个、40个或更多个、50个或更多个、75个或更多个、100个或更多个、125个或更多个、150个或更多个、175个或更多个、200个或更多个、225个或更多个、250个或更多个串联布置的磁传感器。在一些情况下，MTJ元件阵列包括100个或更多个串联布置的MTJ元件。

在一些实例中，MTJ元件被布置(例如，如上所述串联布置)使得相邻电极之间的距离为50μm或更小，如40μm或更小，包括30μm或更小、或20μm或更小、或10μm或更小、或5μm或更小、或4μm或更小、或3μm或更小、或2μm或更小、或1μm或更小。在一些情况中，相邻电极之间的距离为2μm。例如，相邻底电极之间的距离可以是2μm。在一些情况中，相邻电极之间的距离为1μm。例如，相邻顶电极之间的距离可以是1μm。

在某些实施方案中，电极可具有的尺寸范围为2μm×2μm到200μm×200μm，其包括2μm×200μm或更小的尺寸，如100μm×2μm或更小，例如2μm×100μm或更小、或100μm×100μm或更小、或10μm×10μm或更小、或5μm×5μm或更小、或3μm×3μm或更小、或2μm×2μm或更小、或1μm×1μm或更小。在一些实例中，电极(例如，顶电极)具有的尺寸为150μm×10μm或更小、或120μm×5μm或更小、或120μm×2.8μm或更小、或100μm×2.8μm或更小、或75μm×2.8μm或更小、或50μm×2.8μm或更小、或25μm×2.8μm或更小、或10μm×2.8μm或更小，如2.0μm×2.8μm。在一些实例中，电极(例如，底电极)具有的尺寸为150μm×10μm或更小、或125μm×5μm或更小、或124μm×2.6μm或更小、或100μm×2.6μm或更小、或75μm×2.6μm或更小、或50μm×2.6μm或更小、或25μm×2.6μm或更小、或10μm×2.8μm或更小，如6.8μm×2.6μm。

在某些实施方案中，电极由导电材料构成。在一些情况下，电极由导电金属制成，所述导电金属例如铜、铝、钯、钯合金、氧化钯、铂、铂合金、氧化铂、钌、钌合金、氧化钌、银、银合金、氧化银、锡、锡合金、氧化锡、钛、钛合金、氧化钛、钽、钽合金、氧化钽、它们的组合等。在一些实例中，电极由钽制成。在一些实例中，电极由钌制成。在一些实例中，电极包括如上所述的导电材料层。例如，电极可包括导电金属(如钽)层。在一些实例中，电极包括如上所述的两个或更多个导电材料层。例如，电极可包括交替的两种不同导电金属(如钽和钌)层。在一些实例中，电极厚度的范围为从1nm到1000nm，如从1nm到500nm、或1nm到250nm、或1nm到100nm、或1nm到75nm、或1nm到50nm、或1nm到45nm、或1nm到40nm、或1nm到35nm、或1nm到30nm、或1nm到25nm、或1nm到20nm、或1nm到15nm、或1nm到10nm、或1nm到5nm。在一些实施方案中，电极厚度的范围为从1nm到30nm，如厚度为30nm、或20nm、或10nm。

在某些实施方案中，磁传感器包括多个MTJ元件。在一些情况下，磁传感器包括两个或更多个MTJ元件(例如，两个或更多个串联布置的MTJ元件),如上所述。在一些实例中，磁传感器装置包括串联布置的MTJ元件和并联电连接到第一系列MTJ传感器阵列的额外MTJ元件。额外MTJ元件可包括如上所述的两个或更多个串联布置的MTJ元件。因此，在某些情况下，磁传感器可包括MTJ元件的布置，其中多个MTJ元件串联和并联电连接。

本公开的方面包括磁传感器装置，其中所述磁传感器装置包括支撑件。在一些实施方案中，所述支撑件包括设置在其上的磁传感器阵列(例如，生物传感器阵列)。在某些实施方案中，支撑件具有的厚度为5mm或更小，如2mm或更小，包括1.6mm或更小、或1.0mm或更小、或0.5mm或更小、或0.3mm或更小、或0.2mm或更小的厚度。在某些实施方案中，支撑件具有的宽度为20mm或更小、或15mm或更小，如12mm或更小，包括10mm或更小、或5mm或更小、或2mm或更小的宽度。

在某些实施方案中，磁传感器装置的支撑件的形状为矩形实体(虽然其它形状是可能的)，所述矩形实体具有：范围为从1mm到20mm，如1mm到10mm，包括1mm到5mm的长度；范围为从1mm到20mm，如1mm到10mm，包括1mm到5mm、或1mm到3mm的宽度；以及范围为从0.1mm到5mm，如0.2mm到1mm，包括0.3mm到0.5mm的厚度。

磁传感器阵列

在某些实施方案中，磁传感器装置包括磁传感器阵列(例如，生物传感器阵列)。磁传感器阵列可具有例如相对于磁传感器配置的各种不同配置。在某些实施方案中，本发明磁传感器被布置在生物芯片(例如，生物传感器芯片)上。“生物芯片”或“生物传感器芯片”意指包括磁传感器阵列(例如，生物传感器阵列)的磁传感器装置。例如，生物芯片可包括磁传感器装置，其包括支撑表面，所述磁传感器装置在支撑表面上显示两个或更多个不同的磁传感器阵列。在某些实施方案中，磁传感器装置包括具有磁传感器阵列的支撑表面。

“阵列”包括可寻址区域(例如，空间可寻址区域)的任何两维或基本上两维(以及三维)布置。当阵列具有定位在所述阵列上的特定预定位置(例如，“地址”)处的多个传感器时，所述阵列为“可寻址的”。阵列特征(例如，传感器)可由介入空间分隔开。任何给定支撑件均可携带安置在所述支撑件的前表面上的一个、两个、四个或更多个阵列。根据用途，任何或所有阵列均可彼此相同或不同并且各自可含有多个不同的磁传感器。阵列可含有一个或多个，包括2个或更多个、4个或更多个、8个或更多个、10个或更多个、50个或更多个、100个或更多个、250个或更多个、500个或更多个、750个或更多个、1000个或更多个磁传感器。例如，64个磁传感器可被布置成8×8阵列，或80个磁传感器可被布置成8×10阵列，或90个传感器可被布置成9×10阵列。

在一些实例中，磁传感器以多行和多列磁传感器布置成阵列。例如，阵列可包括一行或多行的两个或更多个磁传感器。在一些情况下，阵列包括1行或多行，如2行或更多行、或3行或更多行、或4行或更多行、或5行或更多行、或6行或更多行、或7行或更多行、或8行或更多行、或9行或更多行、或10行或更多行、或12行或更多行、或14行或更多行、或16行或更多行、或18行或更多行、或20行或更多行、或25行或更多行、或30行或更多行、或35行或更多行、或40行或更多行、或45行或更多行、或50行或更多行磁传感器。在一些情况下，阵列包括1列或多列，如2列或更多列、或3列或更多列、或4列或更多列、或5列或更多列、或6列或更多列、或7列或更多列、或8列或更多列、或9列或更多列、或10列或更多列、或12列或更多列、或14列或更多列、或16列或更多列、或18列或更多列、或20列或更多列、或25列或更多列、或30列或更多列、或35列或更多列、或40列或更多列、或45列或更多列、或50列或更多列磁传感器。例如，64个磁传感器可被布置成包括8行和8列磁传感器的8×8阵列，或80个磁传感器可被布置成包括10行和8列磁传感器的8×10阵列。参见，例如图8和图9。

在某些实施方案中，磁传感器可被布置成具有10cm²或更小、或9cm²或更小、5cm²或更小、4cm²或更小面积的阵列，例如2cm²或更小、1.2cm²或更小、0.1cm²或更小，包括50mm²或更小、20mm²或更小，如10mm²或更小或甚至更小的面积。例如，磁传感器被布置成具有15mm²或更小，如12.2mm²或更小(例如，3.2mm×3.8mm)面积的阵列。在一些实例中，磁传感器被布置成具有20mm²面积的阵列。例如，磁传感器可具有的阵列密度为：每2mm²或更小的阵列面积有1个磁传感器，如每1mm²或更小的的阵列面积有1个磁传感器、或每0.5mm²阵列面积有1个磁传感器、或每0.2mm²阵列面积有1个磁传感器、或每0.16mm²阵列面积有1个磁传感器、或每0.14mm²阵列面积有1个磁传感器、或每0.12mm²阵列面积有1个磁传感器、或每0.1mm²阵列面积有1个磁传感器、或每0.08mm²阵列面积有1个磁传感器、或每0.05mm²阵列面积有1个磁传感器。在一些情况下，磁传感器可具有的阵列密度为每0.16mm²阵列面积有1个磁传感器。

在一些实施方案中，根据本公开的实施方案，具有多个MTJ元件的磁生物传感器被设定尺寸来覆盖支撑件中与生物分子的样品在测定期间接触的一部分。可通过将具有生物分子的液体样品的小液滴放置在支撑件的某些区域上或通过将涂覆有生物分子的印模放置成与支撑件接触来执行样品(例如，生物分子)在各个传感器上的放置。在一些实施方案中，支撑件由生物分子样品涂覆的区域和生物传感器的区域基本上是类似的。例如，生物传感器可具有的尺寸范围为10μm×10μm到1000μm×1000μm，包括10μm×1000μm或更小的尺寸，如1000μm×10μm或更小，例如800μm×800μm或更小、或400μm×400μm或更小、或200μm×200μm或更小、或180μm×180μm或更小、或160μm×160μm或更小、或140μm×140μm或更小、或120μm×120μm或更小、或100μm×100μm或更小、或80μm×80μm或更小、或50μm×50μm或更小、或30μm×30μm或更小。在一些实例中，生物传感器具有140μm×140μm或更小，如120μm×120μm的尺寸。

在一些实施方案中，根据本公开的实施方案，具有多个MTJ元件的磁生物传感器间隔开使得每单位面积的生物传感器的数量最大化，同时仍然允许各个生物传感器与含有生物分子的液体样品的单独液滴接触。为了实现各个生物传感器上所放置的相邻液滴之间的实质分离，生物传感器可间隔开某一距离。在一些实例中，相邻生物传感器之间的介入空间是相邻生物传感器之间的惰性、非感测区域。在一些实施方案中，相邻生物传感器之间的这个惰性区域可覆盖的距离是生物传感器的大小的1倍到5倍。例如，如果生物传感器覆盖100μm×100μm的区域，那么相邻生物传感器之间的惰性区域可覆盖范围为从100μm到500μm的距离。如上所论述，在一些实例中，生物传感器具有的尺寸为120μm×120μm。在一些实施方案中，可以400μm的规则间隔(如从生物传感器的中心到相邻生物传感器的中心所测量的)布置生物传感器，使得相邻生物传感器之间的惰性空间的长度为近似280μm。

在某些实施方案中，至少一些或全部磁传感器具有与传感器表面稳定结合的分析物-特异性探针(例如，表面捕获配体)。例如，每个磁传感器阵列可包括具有结合到磁传感器表面的分析物-特异性探针的一个或多个磁传感器。在给定阵列包括两个或更多个磁传感器的情况下，每个传感器可具有相同或不同的与它的表面结合的分析物-特异性探针。例如，磁传感器阵列可包括各自被配置来特异性地检测相同分析物的两个或更多个不同的磁传感器。在一些情况下，不同的分析物-特异性探针可存在于此类装置的传感器表面上，使得每个不同的分析物-特异性探针特异性地结合到不同分析物。例如，磁传感器阵列可包括各自被配置来特异性地检测不同分析物的两个或更多个不同的磁传感器。在其它情况下，磁传感器装置包括不含有任何分析物-特异性探针的磁传感器，使得磁传感器的表面被功能化来直接结合到分析物。在一些实例中，磁传感器包括设置在磁传感器表面上的阻挡层。阻挡层可以被配置来禁止任何分析物-特异性探针或分析物结合到磁传感器的表面(例如，在此类被阻挡的磁传感器可充当参考源或电控制信号的情况下)。

如上所述，在某些实施方案中，磁传感器装置包括设置在衬底上的两个或更多个磁传感器阵列。因此，磁传感器装置包括两个或更多个磁传感器阵列。如上所述，每个磁传感器阵列可具有一个或多个磁传感器，其中每个磁传感器被配置来检测相同或不同分析物。因此，磁传感器装置上的每个磁传感器阵列可被配置来检测相同或不同的分析物组。例如，磁传感器装置可包括各自被配置来特异性地检测相同的分析物组的两个或更多个不同的磁传感器阵列。在其它情况下，磁传感器装置可包括各自被配置来特异性地检测不同的分析物组的两个或更多个不同的磁传感器。

在某些实施方案中，阵列中的在磁传感器之间的区域可以存在，所述区域不携带任何分析物-特异性探针或不被功能化来直接结合到分析物。此类传感器之间的区域(当存在时)可以具有各种大小和配置。在一些实例中，这些传感器之间的区域可以被配置来禁止或防止不同传感器之间的流体移动，例如，在传感器之间的区域涂覆有疏水材料和/或流体屏障如壁的情况下。

电子通信元件例如导电引线可存在，所述电子通信元件被配置来将磁传感器电子地耦合到系统的组件，如处理器、显示器等。另外，给定的磁传感器装置可包括除磁传感器阵列之外的各种其它组件。额外的磁传感器装置组件可包括但不限于：信号处理组件、电源、流体处理组件、有线或无线通信组件等。

在某些实施方案中，磁传感器装置被配置来从最小量的样品产生可检测信号。在一些实例中，磁传感器装置被配置来从以下样品大小产生可检测信号：10mL或更小、或5mL或更小、或3mL或更小、或1mL或更小，如500μL或更小，包括100μL或更小，例如50μL或更小、或25μL或更小、或10μL或更小。因此，在一些情况下，贮存板的流体贮存器可被配置来接纳产生可检测信号所需的最小量样品。例如，流体贮存器可被配置来接纳10mL或更小、或5mL或更小、或3mL或更小、或1mL或更小，如500μL或更小，包括100μL或更小，例如50μL或更小、或25μL或更小、或10μL或更小、或5μL或更小、或1μL或更小的样品。

在一些实施方案中，磁传感器装置被配置来连接到用于检测样品中分析物的存在的系统。因此，在某些实施方案中，磁传感器装置不包括磁场源。磁场源可被包括在用于检测样品中的分析物的存在的系统中，且因此不被包括在磁传感器装置中。因此，测定方案可包括将磁传感器装置可操作地耦合到用于检测样品中的分析物的存在的系统。在一些实例中，磁传感器装置可操作地耦合到系统的激活和信号处理单元，如本文所述。磁传感器装置可包括一个或多个电触点，所述电触点被配置来将磁传感器装置电连接到系统，如连至系统的激活和信号处理单元。电触点可沿磁传感器装置的边缘布置。

在某些实施方案中，磁传感器装置包括可编程存储器。在一些情况下，可编程存储器被配置来存储信息，如包括但不限于以下项的信息：校准数据(例如，用于每个磁传感器和/或每个磁传感器阵列的校准数据)；在测定之前如何用表面功能化分子制备磁传感器的记录；对已完成的测定步骤的记录；关于测量哪个样品的记录；对测量结果的记录等。在一些实例中，代替可编程存储器或除它之外，可使用条形码。在包括条形码的磁传感器装置的实施方案中，可存储与磁传感器装置相关联的信息并且从与磁传感器装置分开的信息系统(如系统的激活和信号处理单元)检索所述信息。

磁传感器

如上所述，每个磁传感器可包括一个或多个MTJ传感器元件。在一些情况下，磁传感器是被配置来检测附近磁性标签的存在的传感器，而磁传感器与磁性标签之间没有任何直接的物理接触。在某些实施方案中，磁传感器被配置来检测样品中的分析物的存在。例如，磁性标签可直接或间接结合到分析物，所述分析物又可直接或间接结合到磁传感器。如果所结合的磁性标签被定位在磁传感器的检测范围内，那么磁传感器可提供指示所结合的磁性标签的存在的信号，并且因此指示分析物的存在的信号。

在一些实例中，磁传感器具有距磁传感器的表面的从1nm到1000nm的检测范围，如距磁传感器的表面的从1nm到800nm，包括从1nm到500nm，如从1nm到300nm，包括从1nm到100nm。在一些实例中，传感器的检测范围的最小化可有助于检测特异性地结合的分析物，同时使来自不感兴趣的分析物的可检测信号最小化。"检测范围"意指距磁传感器的表面的距离，在所述距离中磁性标签的存在将诱导磁传感器中的可检测信号。在一些情况下，被定位在磁传感器的检测范围内的与磁传感器的表面足够近的磁性标签将诱导磁传感器中的可检测信号。在某些实例下，被定位在距磁传感器的表面大于磁传感器的检测范围的距离的磁性标签将不诱导磁传感器中的可检测或不可忽略信号。例如，磁性标签可具有与1/r³成正比的磁通量，其中r是磁传感器与磁性标签之间的距离。因此，仅被定位在附近(例如，处于磁传感器的检测范围内)的那些磁性标签将诱导磁传感器中的可检测信号。

在某些实施方案中，磁传感器的表面被功能化来直接结合到分析物。例如，磁传感器的表面可被功能化来提供分析物和磁传感器的共价结合或非共价结合，包括但不限于：非特异性吸附、基于静电相互作用(例如，离子-离子对相互作用)的结合、疏水性相互作用、氢键相互作用等。

在一些实例中，磁传感器的表面包括特异性地结合到分析物的分析物-特异性探针(例如，表面捕获配体)。分析物-特异性探针可被结合到磁传感器的表面。例如，阳离子聚合物如聚乙烯亚胺(PEI)可用于经由物理吸附将带电抗体非特异性地结合到传感器表面。或者，可使用利用分析物-特异性探针上的自由胺类或自由硫醇基的共价化学，以将分析物-特异性探针共价地结合到磁传感器的表面。例如，N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)至1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)偶联系统可用于将分析物-特异性探针共价地结合到磁传感器的表面。

分析物-特异性探针可包括特异性结合对的一员。例如，合适的特异性结合对包括但不限于：受体/配体对的成员；受体的配体结合部分；抗体/抗原对的成员；抗体的抗原结合片段；半抗原；凝集素/碳水化合物对的成员；酶/底物对的成员；生物素/抗生物素蛋白；生物素/抗生蛋白链菌素；地高辛/抗地高辛等。在某些实施方案中，磁传感器的表面包括特异性地结合到感兴趣的分析物的抗体。因此，使磁传感器与包括感兴趣的分析物的测定组合物接触可导致分析物与结合到磁传感器的表面的分析物-特异性探针(例如，抗体)的结合。

在某些实施方案中，磁传感器被配置来响应于接近磁传感器的表面的磁性标签产生电信号。例如，磁传感器可被配置来检测由局部磁场的变化诱导的磁传感器的电阻的变化。在一些情况下，紧密接近磁传感器的磁性标签(例如，磁性纳米粒子标签)的结合(如上所述)诱导磁传感器的电阻的可检测变化。例如，在存在所施加的外部磁场时，靠近磁传感器的磁性标签可以被磁化。被磁化的磁性标签的局部磁场可诱导下面的磁传感器的电阻的可检测变化。因此，可通过检测磁传感器的电阻的变化来检测出磁性标签的存在。在某些实施方案中，磁传感器被配置来检测电阻的变化：1Ohm或更小，如500mOhm或更小，包括100mOhm或更小、或50mOhm或更小、或25mOhm或更小、或10mOhm或更小、或5mOhm或更小、或1mOhm或更小。在某些实施方案中，电阻的变化可用相对于原始传感器电阻的百万分之(PPM)几表示，如电阻变化为2PPM或更多、或20PPM或更多、或200PPM或更多、或400PPM或更多、或600PPM或更多、或1000PPM或更多、或2000PPM或更多、或4000PPM或更多、或6000PPM或更多、或10,000PPM或更多、或20,000PPM或更多、或40,000PPM或更多、或60,000PPM或更多、或100,000PPM或更多、或200,000PPM或更多。

在某些情况下，磁传感器是多层薄膜结构。传感器可包括铁磁材料和非磁性材料的交替层。铁磁材料可包括但不限于：坡莫合金(NiFe)、铁钴(FeCo)、镍铁钴(NiFeCo)、氧化镍(NiO)、氧化钴(CoO)、氧化镍钴(NiCoO)、三氧化二铁(Fe₂O₃)、CoFeB、Ru、PtMn、它们的组合等。在一些情况下，非磁性材料是绝缘材料，如但不限于：MgO、氧化铝等。在某些实施方案中，铁磁层具有的厚度为1nm到10nm，如2nm到8nm，包括3nm到4nm。在一些实例中，非磁性层具有的厚度为0.2nm到5nm，如1nm到3nm，包括1.5nm到2.5nm、或1.8nm到2.2nm。

磁隧道结(MTJ)磁阻元件

在某些实施方案中，磁传感器包括磁隧道结(MTJ)磁阻元件(本文也称为MTJ元件)。在一些情况下，MTJ元件包括多层结构，所述多层结构包括第一铁磁层、被设置在第一铁磁层上的绝缘层以及被设置在绝缘层上的第二铁磁层。绝缘层可以是薄绝缘隧道势垒，并且可包括氧化铝、MgO等。在一些情况下，第一铁磁层与第二铁磁层之间的电子隧穿取决于两个铁磁层的相对磁化。例如，在某些实施方案中，隧穿电流在第一铁磁层和第二铁磁层的磁化矢量平行时较高，并且隧穿电流在第一铁磁层和第二铁磁层的磁化矢量逆平行时较低。

在一些实例中，MTJ元件具有的磁阻比(MR)为1％到300％，如10％到250％，包括25％到200％。如上所述，可检测出MTJ元件的由于MTJ元件的表面附近存在的磁性标签而产生的电阻变化。在一些实例中，MTJ元件具有的MR为50％或更多、或75％或更多、或100％或更多、或125％或更多、或150％或更多、或175％或更多、或200％或更多、或225％或更多、或250％或更多、或275％或更多、或200％或更多。例如，MTJ元件可具有的MR为225％或更多。

在某些实施方案中，第二铁磁层(例如，被定位在MTJ元件的表面处的MTJ元件层)包括两层或更多层。例如，第二铁磁层可包括第一层、被设置在第一层上的第二层以及被设置在第二层上的第三层。在一些情况下，第一层是薄铁磁层(例如，NiFe、CoFe、CoFeB等)。薄金属层可具有的厚度为6nm或更小，如5nm或更小，包括4nm或更小、3nm或更小、2nm或更小、或1nm或更小、或0.5nm或更小。第二层可包括导电金属，例如铜、铝、钯、钯合金、氧化钯、铂、铂合金、氧化铂、钌、钌合金、氧化钌、银、银合金、氧化银、锡、锡合金、氧化锡、钛、钛合金、氧化钛、钽、钽合金、氧化钽、它们的组合等。第二层可具有的厚度为2nm或更小，如0.5nm或更小，包括0.4nm或更小、0.3nm或更小、0.2nm或更小、或0.1nm或更小。第三层可包括铁磁材料，如但不限于NiFe、CoFe、CoFeB等。第三层可具有的厚度为6nm或更小，如5nm或更小，包括4nm或更小、3nm或更小、2nm或更小、或1nm或更小、或0.5nm或更小。

在一些情况下，MTJ元件被配置使得相关联磁性标签与自由层的顶面之间的距离的范围为从5nm到1000nm、或10nm到800nm，如从20nm到600nm，包括从40nm到400nm，如从60nm到300nm，包括从80nm到250nm。

MTJ元件可包括被设置在MTJ元件表面中的一个或多个上的钝化层。在一些实例中，钝化层具有的厚度为60nm或更小，如50nm或更小，包括40nm或更小、30nm或更小、20nm或更小、10nm或更小。例如，钝化层可具有的厚度为1nm到50nm，如从1nm到40nm，包括从1nm到30nm、或从1nm到20nm。在一些实例中，钝化层具有的厚度为30nm。在一些情况下，钝化层包括金、钽、钽合金、氧化钽、铝、铝合金、氧化铝、SiO₂、Si₃N₄、ZrO₂、它们的组合等。在某些实施方案中，具有如上所述的厚度的钝化层有助于使从特异性地结合到传感器表面的磁性标签检测出的信号最大化，同时使来自未特异性地结合的磁性标签的信号最小化。

在某些实施方案中，MTJ元件具有的尺寸范围为从1μm×1μm到200μm×200μm，包括的尺寸为1μm×200μm或更小，如200μm×1μm或更小，例如150μm×10μm或更小、或120μm×5μm或更小、或120μm×0.8μm或更小、或0.8μm×120μm或更小、或100μm×0.7μm或更小、或100μm×0.6μm或更小、或100μm×0.5μm或更小、或10μm×0.6μm或更小、或10μm×0.5μm或更小。在一些实例中，MTJ元件具有120μm×0.8μm或更小，如2.0μm×0.8μm的尺寸。

在2008年9月19日提交的并且标题为"Analyte Detection with MagneticSensors(利用磁传感器的分析物检测)"的美国第12/234,506号中进一步描述磁隧道结(MTJ)检测器，所述申请的公开全部以引用方式由此并入。在2004年4月22日提交的并且标题为"Magnetic nanoparticles,magnetic detector arrays,andmethods for their use in detecting biological molecules(磁性纳米粒子、磁检测器阵列和它们在检测生物分子中的使用方法)"的美国专利申请第10/829,505号中进一步描述检测器，所述申请的公开全部以引用方式由此并入。

磁感测区域

在某些实施方案中，磁传感器装置可被配置来包括一个或多个磁感测区域。磁感测区域可对应于磁传感器阵列(例如，生物传感器阵列)在装置中所定位的区域。例如，磁感测区域可以是装置表面上的在使用期间暴露于样品并且具有如上所述的磁传感器阵列(例如，生物传感器阵列)的区域。

磁感测区域可以被配置来包括流体贮存器。流体贮存器可以是各种配置中的任一种，在所述配置中流体贮存器被配置来保持样品与磁传感器阵列接触。因此，流体贮存器的配置可包括但不限于：圆柱井配置、方形井配置、矩形井配置、圆底井配置等。例如，流体贮存器可包括将一个流体贮存器与相邻流体贮存器分开的壁。所述壁可以相对于贮存板的表面基本上垂直。在一些情况下，每个流体贮存器的壁限定空间体积，所述空间体积可接纳等于或小于由流体贮存器限定的空间体积的样品体积。

在某些实施方案中，流体贮存器具有的体积为10mL或更小、或5mL或更小、或3mL或更小、或1mL或更小，如500μL或更小，包括100μL或更小，例如50μL或更小、或25μL或更小、或10μL或更小，所述体积足以包含相等或较小体积的样品体积。

磁传感器系统

在某些实施方案中，系统包括磁传感器装置和磁场源。磁传感器装置包括支撑件，其具有定位在其上的两个或更多个磁传感器阵列(例如，生物传感器阵列)。系统可被配置来从每个磁传感器阵列获得信号，所述信号指示每个样品中是否存在一种或多种分析物。

在某些实施方案中，系统包括磁场源。磁场源可以被配置来向磁传感器装置(例如，磁传感器阵列)施加足以在测定感测区域(例如，磁传感器阵列在信号采集期间所定位的区域)中产生DC和/或AC场的磁场。在一些实例中，磁场源被配置来产生磁场，所述磁场具有的磁场强度为1Oe或更多、或5Oe或更多、或10Oe或更多、或20Oe或更多、或30Oe或更多、或40Oe或更多、或50Oe或更多、或60Oe或更多、或70Oe或更多、或80Oe或更多、或90Oe或更多、或100Oe或更多。

磁场源可以被定位使得在使用磁传感器装置时，在磁传感器阵列所定位的区域中产生磁场。在一些情况下，磁场源被配置来在执行测定的贮存板上的流体贮存器组周围产生均匀、可控制的磁场。磁场源可包括一个或多个，如两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个磁场产生组件。在一些情况下，磁场源可包括一个或多个电磁铁，如线圈电磁铁。线圈电磁铁可包括绕线线圈。例如，磁场源可包括以亥姆霍兹线圈几何结构布置的两个电磁铁。

系统的实施方案还包括基于计算机的系统。系统可被配置来定性地和/或定量地评估如上所述的结合的相互作用。“基于计算机的系统”是指用于分析来自磁传感器的信号的硬件、软件和数据存储组件。基于计算机的系统的硬件可包括中央处理单元(CPU)、输入、输出和数据存储组件。各种基于计算机的系统中的任一种适用于本发明系统。数据存储组件可包括任何计算机可读介质，所述计算机可读介质包括用于记录来自磁传感器阵列的信号的装置或可存储来自磁传感器阵列的信号的可访问存储器组件。

在计算机可读介质上"记录"数据、程序设计或其它信息是指用于使用如本领域已知的任何此类方法存储信息的过程。取决于用于访问所存储信息的方法，可选择任何常规的数据存储结构。各种数据处理器程序和格式例如文字处理文本文件、数据库格式等可用于存储。

在某些实施方案中，系统包括激活和信号处理单元。激活和信号处理单元可被配置来可操作地耦合到磁传感器装置。在一些实例中，激活和信号处理单元电耦合到磁传感器装置。激活和信号处理单元可被电耦合，如以便提供至磁传感器装置和来自磁传感器装置的双向通信。例如，激活和信号处理单元可被配置来向磁传感器装置的组件(如但不限于磁传感器阵列)提供功率、激活信号等。因此，激活和信号处理单元可包括激活信号产生器。激活信号产生器可被配置来向分析物检测装置的组件(如但不限于磁传感器阵列)提供功率、激活信号等。在一些实例中，激活和信号处理单元被配置来在磁传感器阵列两端施加范围为从1mV到10V，如100mV到5V，包括200mV到1V，例如300mV到500mV的电压。在一些情况下，激活和信号处理单元被配置来在磁传感器阵列的两端施加500mV电压。

另外，激活和信号处理单元可被配置来接收来自磁传感器装置，如来自磁传感器装置的磁传感器阵列的信号。来自磁传感器装置的磁传感器阵列的信号可用于检测样品中一种或多种分析物的存在。在一些实例中，激活和信号处理单元可包括处理器，所述处理器被配置来响应于接收来自磁传感器阵列的信号而输出分析物检测结果。因此，激活和信号处理单元的处理器可被配置来接收来自磁传感器装置的信号、根据预先确定的算法处理信号、获得与样品中一种或多种分析物的存在相关的结果以及以人类可读或可听格式向用户输出结果。

“处理器”提及将执行一个或多个程序化功能的任何硬件和/或软件组合。例如，在本文中任何处理器可以是可编程数字微处理器，如可以电子控制器、主机、服务器或个人计算机(例如，台式或便携式)形式获得。在处理器可编程情况下，合适的程序设计可从远程位置传达至处理器，或先前保存于计算机程序产品(如便携式或固定式计算机可读存储介质，无论是基于磁性、光学或固态装置)中。例如，磁性介质、光盘固态存储器装置可携带程序设计，并且可由与处理器通信的合适读取器读取。

在一些实例中，本发明系统被配置来调制被施加到磁传感器阵列的电流(例如，感测电流)。本发明系统还可被配置来调制由磁场源产生的磁场。调制感测电流和磁场可有助于使信号噪声最小化，并且因此使信噪比最大化。在2010年4月13日提交的标题为"Methods and Devices for Detecting the Presence of anAnalyte in a Sample(用于检测样品中分析物的存在的方法和装置)"的美国申请第12/759,584号中更详细地描述调制感测电流和磁场的额外方面，所述申请的公开全部以引用方式并入本文。

本发明系统的实施方案还可包括以下组件：(a)配置为在所述系统与一个或多个用户之间传递信息的有线或无线通信模块，例如经由用户计算机，如下文所述的；以及(b)用于执行对来自磁传感器的信号进行定性和/或定量分析中涉及的一个或多个任务的处理器。在某些实施方案中，提供计算机程序产品，所述计算机程序产品包括具有存储于其中的控制逻辑(例如，计算机软件程序，包括程序代码)的计算机可用介质。所述控制逻辑在由计算机的处理器执行时使处理器执行本文所述的功能。在其它实施方案中，一些功能主要在硬件中使用例如硬件状态机器实施。由硬件状态机器实施以便执行本文所述的功能可使用任何常规的方法和技术实现。

除磁传感器装置和激活和信号处理单元之外，系统可包括许多额外组件，如但不限于：数据输出装置，例如监视器、扬声器等；数据输入装置，例如接口端口、按钮、开关、键盘等；流体处理组件，例如微流体组件；电源；功率放大器；有线或无线通信组件等。例如，系统可包括流体处理组件，如微流体流体处理组件。在某些实施方案中，微流体流体处理组件被配置来将流体输送到贮存板的流体贮存器。在一些情况下，流体包括以下的一种或多种：测定组合物、样品、磁性标签、捕获探针、试剂等。在某些实例中，微流体流体处理组件被配置来输送小体积的流体，如1mL或更小，如500μL或更小，包括100μL或更小，例如50μL或更小、或25μL或更小、或10μL或更小。

在某些实施方案中，系统是高灵敏度分析物检测器。“高灵敏度”意指系统被配置来检测样品中的分析物，其中样品中的分析物的浓度较低。在一些情况下，系统被配置来产生指示样品中的感兴趣的分析物的存在的可检测信号，其中样品中的分析物的浓度为1μM或更小，如100nM或更小、或10nM或更小、或1nM或更小，包括100pM或更小、或10pM或更小、或1pM或更小，例如500fM或更小、或250fM或更小、或100fM或更小、或50fM或更小、或25fM或更小，如10fM或更小、或5fM或更小、或1fM或更小。换句话说，系统可被配置来具有检测极限，例如定量下限(LLOQ)，为1μM或更小，如100nM或更小、或10nM或更小、或1nM或更小，包括100pM或更小、或10pM或更小、或1pM或更小，例如500fM或更小、或250fM或更小、或100fM或更小、或50fM或更小、或25fM或更小，如10fM或更小、或5fM或更小、或1fM或更小。

在某些实施方案中，系统包括显示器。显示器可被配置来提供从激活和信号处理单元获得的分析物检测结果的可视指示，如上所述。显示器可被配置来显示定性的分析物检测结果。例如，定性显示可被配置来向用户显示样品包括或不包括感兴趣的特异性分析物的定性指标。在一些实施方案中，显示器可被配置来显示分析物检测结果，其中所述分析物检测结果是定量结果，例如，样品中的分析物浓度的定量测量。例如，在系统被配置来输出定量分析物检测结果的实施方案中，系统可包括被配置来显示定量分析物检测结果的显示器。

磁传感器装置任选地包括可编程存储器，所述可编程存储器在磁传感器装置的使用之前和使用期间可编程有相关信息，如：用于每一各个传感器的校准数据；在测定之前如何用表面功能化分子制备生物芯片的记录；对全部已完成的测定步骤的记录；关于测量哪个样品的记录；对测量结果的记录等。

方法

本公开的方面还包括用于估计分析物是否存在于样品中的方法。所述方法包括将磁传感器装置与包含在一组流体贮存器中的一组样品接触以产生信号。另外，所述方法包括基于所述信号估计分析物是否存在于每个样品中。

所述方法的实施方案涉及估计分析物是否存在于样品中，例如确定样品中一种或多种分析物的存在或不存在。在所述方法的某些实施方案中，样品中一种或多种分析物的存在可定性或定量地确定。定性确定包括向用户提供关于样品中分析物的存在的简单的是/否结果的确定。定量确定包括半定量确定，其中向用户提供关于样品中分析物的量的大致标度的结果，例如低、中等、高；以及精密标度结果，在所述精密标度结果中向用户提供分析物浓度的精确测量值。

在一些实施方案中，所述方法包括单重(uniplex)分析样品中的分析物。“单重分析”意指分析样品以检测样品中一种分析物的存在。例如，样品可包括感兴趣的分析物与不感兴趣的其它分子实体的混合物。在一些情况下，所述方法包括单重分析样品以确定样品混合物中感兴趣的分析物的存在。

某些实施方案包括多重分析样品中的两种或更多种分析物。“多重分析”意指确定两种或更多种不同分析物的存在，其中所述两种或更多种分析物彼此不同。例如，分析物可包括它们的分子结构、序列等中的可检测差异。在一些实例中，分析物的数目大于2种，如4种或更多种、6种或更多种、8种或更多种等，直至20种或更多种，例如50种或更多种，包括100种或更多种或1000种或更多种不同分析物。在某些实施方案中，方法包括多重分析2种到1000种不同分析物，如4种到500种不同分析物，包括4种到200种不同分析物、或4种到100种不同分析物、或4种到50种不同分析物、或4种到20种不同分析物。在某些实施方案中，可基本上同时并行进行若干多重测定。

在一些实例中，方法是估计样品中一种或多种分析物的存在的免洗型方法。“免洗型”意指在试剂和/或样品接触传感器表面之后不执行清洗步骤。因此，在从传感器表面去除未结合的试剂(例如，未结合的磁性标签)或未结合的样品的这些实施方案的测定期间，不执行步骤。因此，在所述方法可包括将一种或多种不同试剂和/或样品相继接触传感器表面时，在测定期间的任何时候样品表面都不以从传感器表面去除未结合试剂或样品的方式与流体接触。例如，在某些实施方案中，在传感器表面与样品接触之后不执行清洗步骤。在一些情况下，方法不包括传感器与磁性标签接触之后的清洗步骤。在某些实例中，在传感器表面与捕获探针接触之后不执行清洗步骤。

在执行清洗步骤的某些实施方案中，清洗步骤基本上不改变来自磁传感器的信号。清洗步骤可不导致来自磁传感器的信号的实质改变，因为在一些实例中，未结合的磁性标签不具有如本文所述的基本上可检测的信号。例如，如果执行清洗步骤，那么在一些情况下，清洗步骤导致信号改变为25％或更小、如20％或更小、或15％或更小、或10％或更小、或5％或更小、或4％或更小、或3％或更小、或2％或更小、或1％或更小。在一些实施方案中，清洗步骤导致来自传感器的信号减小25％或更小、如20％或更小、或15％或更小、或10％或更小、或5％或更小、或4％或更小、或3％或更小、或2％或更小、或1％或更小。

所述方法的方面还可包括从磁传感器装置获得实时信号。因此，所述方法的实施方案包括从磁传感器阵列获得实时信号。"实时"意指信号在其产生时或之后立即观察到。例如，实时信号从它的起始时刻获得并且在给定的时间段内连续获得。因此，某些实施方案包括观察与感兴趣的结合相互作用(例如，感兴趣的分析物与磁传感器的结合和/或磁性标签与感兴趣的分析物的结合)的发生几率相关联的信号的实时进展。实时信号可包括在给定时间段获得的两个或更多个数据点，其中在某些实施方案中，所获得的信号是在感兴趣的给定时间段内连续获得的数据点(以迹线的形式)的连续集合。感兴趣的时间段在一些实例中可改变，范围为从0.5min到60min，如1min到30min，包括1min到15min，或1min到10min。例如，时间段可在实时信号起始的时刻处开始，并且可持续直至传感器达到最大或饱和水平(例如，其中传感器上的全部分析物结合位点都被占据)。例如，在一些情况下，时间段在样品与传感器接触时开始。在一些情况下，时间段可在将样品与传感器接触之前开始，例如在将样品与传感器接触之前记录基线信号。信号中的数据点的数目也可改变，其中在一些实例中，数据点的数目足以提供在实时信号的时间过程上的数据的连续拉伸。“连续”意指用重复率重复地获得数据点，所述重复率为每分钟1个数据点或更多，如每分钟2个数据点或更多，包括每分钟5个数据点或更多、或每分钟10个数据点或更多、或每分钟30个数据点或更多、或每分钟60个数据点或更多(例如，每秒1个数据点或更多)、或每秒2个数据点或更多、或每秒5个数据点或更多、或每秒10个数据点或更多、或每秒20个数据点或更多、或每秒50个数据点或更多、或每秒75个数据点或更多、或每秒100个数据点或更多。

在某些实施方案中，实时信号是实时的分析物特异性信号。实时的分析物特异性信号是仅从感兴趣的特异性分析物获得的如上所述的实时信号。在这些实施方案中，未结合分析物和未结合磁性标签不产生可检测信号。因此，所获得的实时信号仅来自结合到磁传感器的感兴趣的特异性磁性标记的分析物，并且基本上不从未结合的磁性标签或其它试剂(例如，未特异性地结合到传感器的分析物)获得信号。

在一些实施方案中，当测定装置处于湿润条件下时观察信号。"湿润"或"湿润条件"意指测定组合物(例如，包括样品、磁性标签和捕获探针的测定组合物)仍与磁传感器的表面接触。因此，没有必要执行去除不感兴趣的未结合部分或过量的未结合磁性标签或捕获探针的任何清洗步骤。在某些实施方案中，如上所述，磁性标签和磁传感器的使用有助于"湿润"检测，因为由磁性标签在磁传感器中诱导的信号随着磁性标签与磁传感器表面之间的距离增大而减小。例如，如上所述，磁性标签和磁传感器的使用可有助于"湿润"检测，因为由磁性标签所产生的磁场随着磁性标签与磁传感器表面之间的距离增大而减小。在一些实例中，结合到表面-结合分析物的磁性标签的磁场明显超出来自分散在溶液中的未结合磁性标签的磁场。例如，如上所述，可仅从结合到磁传感器的感兴趣的特异性磁性标记的分析物获得实时的分析物特异性信号，并且基本上不可从分散在溶液中的未结合磁性标签(例如，未特异性地结合到传感器)获得信号。分散在溶液中的未结合磁性标签可以与磁传感器的表面相距更远的距离，并且可以呈布朗运动，这可减小未结合磁性标签诱导磁传感器的电阻的可检测变化的能力。

测定方案

以下部分描述典型的测定方案以及测定的各个组件。在某些实施方案中，方法包括将磁传感器阵列与包括样品的测定组合物接触。磁传感器阵列随后可与磁性标签和被配置来结合到磁性标签的捕获探针接触。从检测器获得信号以检测样品中分析物的存在。现在对这些步骤中的每一个进行更详细的描述。

样品

如上所述，在本发明方法中可测定的测定组合物包括样品。在本发明方法中可测定的样品可改变，并且包括简单样品和复杂样品。简单样品是包括感兴趣的分析物的样品，并且可包括或可不包括一种或多种不感兴趣的分子实体，其中这些不感兴趣的分子实体的数目可以较低，例如10或更小、5或更小等。简单样品可包括已经以某一方式处理过(例如，从样品去除可能干扰的分子实体)的初始生物或其它样品。“复杂样品”意指可具有或可不具有感兴趣的分析物但还包括不感兴趣的许多不同蛋白质和其它分子的样品。在一些实例中，在本发明方法中测定的复杂样品是包括10种或更多，如20种或更多，包括100种或更多，例如10³种或更多、10⁴种或更多(如15,000种；20,000种或25,000种或更多)就分子结构而言彼此不同的不同(即，不同)分子实体的样品。

在某些实施方案中，感兴趣的样品是生物样品，如但不限于：尿液、血液、血清、血浆、唾液、汗液、粪便、面颊拭子、脑脊液、细胞裂解液样品等。样品可为生物样品，或可使用成功提取DNA、RNA、蛋白质以及肽的常规方法从源于人类、动物、植物、真菌、酵母、细菌、组织培养物、病毒培养物或其组合的生物样品提取。在一些实例中，感兴趣的样品是水、食物或土壤样品。

如上文所述的，可在本发明方法中测定的样品可包括一种或多种感兴趣的分析物。可检测分析物的实例包括但不限于：核酸，例如双链或单链DNA、双链或单链RNA、DNA-RNA杂合体、DNA适体、RNA适体等；具有或不具有变体的蛋白质和肽，例如，抗体、双抗体、Fab片段、DNA或RNA结合蛋白质、磷酸化蛋白质(磷酸蛋白质组学)、肽适体、表位等；小分子，如抑制剂、活化剂、配体等；寡糖或多糖；它们的混合物等。

磁性标签

在本发明方法中可测定的测定组合物包括磁性标签。磁性标签是当磁性标签被定位在传感器附近时可由传感器(如磁传感器)检测的标记部分。在磁性标签与传感器表面之间的距离在检测期间可取决于特异性磁性标签和传感器表面的性质而改变时，在一些实例中，这个距离的范围为距传感器表面从1nm到1000nm，或距传感器表面1nm到800nm，如从5nm到500nm，包括从5nm到100nm。在某些实施方案中，磁性标签是被配置来特异性地结合到感兴趣的分析物的可检测标签。术语"特异性结合"、"特异性地结合"等是指第一结合分子或部分(例如，靶特异性结合部分)相对于溶液或反应混合物中的其它分子或部分优先地直接结合到第二结合分子或部分(例如，靶分子)的能力。在某些实施方案中，第一结合分子或部分与第二结合分子或部分在它们以结合复合体的方式彼此特异性结合时之间的亲和性的特征在于K_D(离解常数)小于10^-6M、小于10^-7M、小于10^-8M、小于10^-9M、小于10^-10M、小于10^-11M、小于10^-12M、小于10^-13M、小于10^-14M或小于10^-15M。

将磁性标签结合到感兴趣的分析物允许在感兴趣的分析物且因此结合的磁性标签被定位在传感器附近时由传感器(如磁传感器)检测感兴趣的分析物。在一些情况下，磁性标签被配置来直接结合到感兴趣的分析物。在其它情况下，磁性标签被配置来间接结合到感兴趣的分析物。例如，磁性标签可被配置来特异性地结合到捕获探针，并且所述捕获探针可被配置来特异性地结合到感兴趣的分析物。因此，将磁性标签和感兴趣的分析物结合到捕获探针间接地将磁性标签结合到感兴趣的分析物，例如以产生标记分析物。在一些实例中，磁性标签和分析物被同时结合到捕获探针。

在某些实施方案中，磁性标签被结合对的一个成员功能化。“结合对"或“特异性结合对"意指以结合复合体的方式彼此特异性地结合的两个互补的结合分子或部分。例如，磁性标签可被结合对的第一成员功能化，并且感兴趣的分析物可被结合对的第二成员功能化。因此，使结合对的第一成员和第二成员接触可形成磁性标签与感兴趣的分析物之间的结合复合体。在其它情况下，磁性标签被结合对的第一成员功能化，并且捕获探针被结合对的第二成员功能化。因此，使结合对的第一成员和第二成员接触可形成磁性标签与捕获探针之间的结合复合体。如上所述，在一些情况下，捕获探针被配置来特异性地结合到感兴趣的分析物。因此，磁性标签可通过在磁性标签与捕获探针之间形成的结合复合体来间接结合到感兴趣的分析物。合适的特异性结合对包括但不限于：受体/配体对的成员；受体的配体结合部分；抗体/抗原对的成员；抗体的抗原结合片段；半抗原；凝集素/碳水化合物对的成员；酶/底物对的成员；生物素/抗生物素蛋白；生物素/抗生蛋白链菌素；地高辛/抗地高辛等。

在某些实施方案中，磁性标签被抗生蛋白链菌素功能化，并且捕获探针被生物素功能化。因此，磁性标签可通过抗生蛋白链菌素与生物素之间的特异性结合相互作用来特异性地结合到捕获探针。其它类型的结合相互作用也是可能的。例如，磁性标签可被生物素功能化，并且捕获探针可被抗生蛋白链菌素功能化。或者，磁性标签和捕获探针可被其它特异性结合对的互补成员功能化，如上所述。

在一些实例中，磁性标签与结合对的一个成员稳定结合。"稳定结合"意指磁性标签和结合对的成员在使用条件下例如测定条件下维持其相对于彼此在空间中的位置。因此，磁性标签和结合对的成员可彼此非共价地或共价地稳定结合。非共价结合的实例包括非特异性吸附、基于静电(例如，离子-离子对相互作用)的结合、疏水性相互作用、氢键相互作用等。共价结合的实例包括形成在结合对的成员与存在于磁性标签表面上的官能团之间的共价结合。

在某些实施方案中，磁性标签是胶体的。术语“胶体”或“胶体的”是指一种物质分散在另一种物质之中的混合物。胶体包括两相，分散相和连续相。在一些实例中，胶体磁性标签保持分散在溶液中并且不会使溶液沉淀或沉积。保持分散在溶液中的胶体磁性标签可有助于使背景信号和磁性标签与磁传感器的非特异性相互作用最小化。例如，所述方法可包括将磁传感器与包括样品和磁性标签的测定组合物接触，使得样品中感兴趣的分析物被结合到磁传感器的表面。因为胶体磁性标签保持分散在溶液中，所以磁性标签不会定位在足够靠近磁传感器处以诱导磁传感器中的可检测信号，这有助于使背景信号最小化。在一些情况下，磁性标签至表面-结合分析物的特异性结合使磁性标签定位在磁传感器附近，使得在磁传感器中诱导可检测信号。

各种方法中可采用的磁性标签(例如，如本文所述)可改变，并且包括在磁性标签被定位在磁传感器表面附近时诱导磁传感器中的可检测信号的任何类型的标签。例如，磁性标签可包括但不限于：磁性标签、光学标签(例如，表面增强拉曼散射(SERS)标签)、荧光标签等。下文更详细地论述这些类型的磁性标签中的每一个。

磁性标签是当与磁传感器充分结合时可由磁传感器检测并且使磁传感器输出信号的标记部分。例如，磁性标签在磁传感器表面附近的存在可诱导磁传感器的可检测变化，如但不限于电阻、电导、电感、阻抗等的变化。在一些情况下，磁性标签在磁传感器表面附近的存在诱导磁传感器的电阻的可检测变化。感兴趣的磁性标签可以与磁传感器充分结合，如果磁性标签的中心与传感器表面之间的距离是1000nm或更小，如800nm或更小，如400nm或更小，包括100nm或更小。

在某些实例中，磁性标签包括选自顺磁材料、超顺磁材料、铁磁材料、铁磁材料、反铁磁材料、它们的组合等的一种或多种材料。例如，磁性标签可包括超顺磁材料。在某些实施方案中，磁性标签在缺少外部磁场时被配置为非磁性的。"非磁性的"意指磁性标签的磁化在某一时间段内为零或平均为零。在一些情况下，磁性标签由于磁性标签的磁化随着时间的随机翻转可以是非磁性的。在缺少外部磁场时被配置为非磁性的磁性标签可有助于磁性标签在溶液中的分散，因为非磁性标签在缺少外部磁场时或甚至在存在热能仍占主导地位的小磁场时不会正常聚结。在某些实施方案中，磁性标签包括超顺磁材料或合成反铁磁材料。例如，磁性标签可包括两层或更多层反铁磁耦合的铁磁体。

在某些实施方案中，磁性标签是高磁矩磁性标签。磁性标签的磁矩是它与外部磁场对齐的趋势的量度。“高磁矩"意指磁性标签具有与外部磁场对齐的较高趋势。具有高磁矩的磁性标签可有助于检测磁传感器表面附近的磁性标签的存在，因为在具有外部磁场的情况下更容易诱导磁性标签的磁化。

在某些实施方案中，磁性标签包括但不限于：Co、Co合金、铁氧体、氮化钴、氧化钴、Co-Pd、Co-Pt、铁、氧化铁、铁合金、Fe-Au、Fe-Cr、Fe-N、Fe₃O₄、Fe-Pd、Fe-Pt、Fe-Zr-Nb-B、Mn-N、Nd-Fe-B、Nd-Fe-B-Nb-Cu、Ni、Ni合金、它们的组合等。高磁矩磁性标签的实例包括但不限于在室温下可以是超顺磁的Co、Fe或CoFe纳米晶体，和合成反铁磁纳米粒子。

在一些实施方案中，磁性标签的表面被修改。在某些实例中，磁性标签可以涂覆有层，所述层被配置来有助于如上所述的磁性标签与结合对的一个成员的稳定结合。例如，磁性标签可以涂覆有金层、聚-L-赖氨酸改性玻璃层、葡聚糖层等。在某些实施方案中，磁性标签包括嵌入葡聚糖聚合物中的一种或多种氧化铁核芯。另外，可利用一种或多种表面活性剂修改磁性标签的表面。在一些情况下，表面活性剂有助于磁性标签的水溶性的增加。在某些实施方案中，利用钝化层修改磁性标签的表面。钝化层可有助于磁性标签在测定条件下的化学稳定性。例如，磁性标签可以涂覆有钝化层，所述钝化层包括金、氧化铁、聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯膜)等。

在某些实施方案中，磁性标签具有球形形状。或者，磁性标签可以是盘、棒、线圈或纤维。在一些情况下，磁性标签的大小是这样的，因此磁性标签不会干扰感兴趣的结合相互作用。例如，磁性标签可与分析物和捕获探针的大小相比，使得磁性标签不会干扰捕获探针与分析物的结合。在一些情况下，磁性标签是磁性纳米粒子，或含有由合适的结合剂保持在一起的多个磁性纳米粒子。在一些实施方案中，磁性标签的平均直径为从5nm到250nm，如从5nm到150nm，包括从10nm到100nm、例如从25nm到75nm。例如，具有5nm、10nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm的平均直径的磁性标签以及具有范围在这些值的任两个之间的平均直径的磁性标签可以用于本发明方法。在一些实例中，磁性标签具有的平均直径为50nm。

在2008年9月19日提交的并且标题为"Analyte Detection with MagneticSensors(利用磁传感器的分析物检测)"的美国第12/234,506号中进一步描述磁性标签和它们与生物分子的结合，所述申请的公开全部以引用方式由此并入。

测定组合物生产

在一些实例中，所述方法包括通过将磁传感器阵列(例如，生物传感器阵列)与样品和磁性标签顺序地接触来生产测定组合物。例如，所述方法可包括将磁传感器阵列首先与样品接触，并且随后与磁性标签接触。或者，所述方法可包括将磁传感器阵列首先与磁性标签接触，并且随后与样品接触。

在其它实施方案中，所述方法包括将样品与磁性标签组合以生产测定组合物，并且随后将磁传感器阵列与测定组合物接触。例如，所述方法可包括首先将样品与磁性标签组合以产生测定组合物。随后磁传感器可与测定组合物接触，如上所述。随后，所述方法可包括将磁传感器与捕获探针接触，如下文详细描述。

捕获探针

捕获探针可以是特异性结合至所靶向的蛋白质或核酸序列(例如，感兴趣的分析物)的任何分子。取决于分析物的性质，捕获探针可以是但不限于：(a)用于检测核酸的与靶DNA或RNA序列的独特区域互补的单链DNA；(b)用于检测蛋白质和肽的针对肽类分析物的表位的抗体；(c)任何识别分子，如特异性结合对的成员。例如，合适的特异性结合对包括但不限于：受体/配体对的成员；受体的配体结合部分；抗体/抗原对的成员；抗体的抗原结合片段；半抗原；凝集素/碳水化合物对的成员；酶/底物对的成员；生物素/抗生物素蛋白；生物素/抗生蛋白链菌素；地高辛/抗地高辛等。

在某些实施方案中，捕获探针包括抗体。捕获探针抗体可特异性地结合到感兴趣的分析物。在一些情况下，捕获探针是经修饰抗体。经修饰抗体可被配置来特异性地结合到感兴趣的分析物，并且还可包括特异性结合对的一个或多个额外成员。特异性结合对的一个或多个成员可被配置来特异性地结合到特异性结合对的互补成员。在某些实例中，特异性结合对的互补成员被结合到磁性标签，如上所述。例如，捕获探针可以是特异性地结合到感兴趣的分析物的抗体。另外，捕获探针可以被修饰以包括生物素。如上所述，在某些实施方案中，磁性标签可以被修饰以包括抗生蛋白链菌素。因此，捕获探针可被配置来特异性地结合到感兴趣的分析物(例如，通过抗体-抗原相互作用)，并且特异性地结合到磁性标签(例如，通过抗生蛋白链菌素-生物素相互作用)。在一些情况下，捕获探针被配置来结合到感兴趣的分析物和磁性标签。换句话说，捕获探针可被配置使得分析物至捕获探针的特异性结合不会明显干扰捕获探针特异性地结合到磁性标签的能力。类似地，捕获探针可被配置使得磁性标签至捕获探针的特异性结合不会明显干扰捕获探针特异性地结合到分析物的能力。

在某些实施方案中，捕获探针特异性地结合到感兴趣的分析物。在一些情况下，可以识别出捕获探针，使得随后可检测到感兴趣的分析物的存在。捕获探针可通过任何本文所述的方法识别。例如，如上所述，分析物可直接或间接结合到磁传感器。捕获探针可接触并且特异性地结合到感兴趣的分析物。如上所指示，捕获探针可被配置来结合到磁性标签和感兴趣的分析物。在某些实例中，捕获探针至表面-结合分析物和磁性标签的同时结合使磁性标签定位在磁传感器的检测范围内，使得诱导出磁传感器中的可检测信号。

在一些情况下，由于捕获探针至不感兴趣的部分的非特异性结合，使假阳性信号最小化。例如，捕获探针至不感兴趣的其它部分(所述部分没有结合到磁传感器的表面并且保持在溶液中)的非特异性结合将不会诱导出磁传感器中的可检测信号或不可忽略信号，因为结合到捕获探针的磁性标签将不会定位在磁传感器的检测范围内。

如上所述，磁性标签可以是胶体的，使得磁性标签保持分散在测定组合物溶液中。在某些实例中，捕获探针扩散到磁传感器的表面并且结合到分析物的动力学明显比磁性标签扩散到磁传感器的表面的动力学快。捕获探针结合到分析物具有比磁性标签扩散到磁传感器的表面更快的动力学，这可有助于使由于将磁性标签非特异性定位在磁传感器的检测范围内而引起的假阳性信号最小化。

在某些实施方案中，在磁传感器阵列与测定组合物接触之后，磁传感器阵列与捕获探针接触。因此，所述方法可包括首先生产包括样品和磁性标签的测定组合物(例如，在贮存板上的第一组流体贮存器中)。随后磁传感器阵列可与测定组合物接触。随后，磁传感器阵列可与捕获探针接触。

其它方法也是可能的。例如，所述方法可包括：首先使磁传感器阵列接触捕获探针，并且随后使磁传感器阵列接触测定组合物，其中所述测定组合物包括样品和磁性标签。在上述方法的两者中，在使磁传感器阵列接触捕获探针之前磁性标签存在于测定组合物中。

如上所述，在一些实例中，方法是估计样品中一种或多种分析物的存在的免洗型方法。因此，在某些实施方案中，在使磁传感器阵列与测定组合物的每个组分接触之前或之后，使磁传感器阵列与测定组合物接触不包括任何清洗步骤。因此，在磁传感器与测定组分中的任一种接触之前或之后，不执行清洗步骤。

获得信号以确定分析物是否存在于样品中

本发明方法的实施方案还包括获得来自磁传感器的信号以检测样品中分析物的存在。如上所述，磁性标签可直接或间接结合到分析物，所述分析物又可直接或间接结合到磁传感器。如果所结合的磁性标签被定位在磁传感器的检测范围内，那么磁传感器可提供指示所结合的磁性标签的存在并且因此指示分析物的存在的信号。

磁传感器可被配置来响应于接近磁传感器的表面的磁性标签产生电信号。例如，局部磁场的变化可诱导磁传感器的电阻的变化。在一些情况下，紧密接近磁传感器的磁性标签(例如，磁性标签)的结合诱导磁传感器的局部磁场的可检测变化。例如，由结合到感兴趣的分析物的磁性标签产生的磁场可能超出由保持分散在样品中的未结合磁性标签产生的磁场。磁传感器的局部磁场的变化可被检测为磁传感器的电阻变化。在某些实施方案中，未结合磁性标签不产生磁传感器中的可检测信号。

效用

本发明系统和方法可用于各种不同应用，在这些应用中需要确定样品中一种或多种分析物的存在或不存在，和/或定量样品中的一种或多种分析物。本发明系统和方法还用于需要筛选多个样品的应用。在某些实施方案中，所述方法涉及多个样品中的一组生物标志物的检测，例如两个或更多个不同蛋白质生物标志物。例如，所述方法可用于快速检测一组血清样品中的两种或更多种疾病生物标志物，例如可用于诊断受试者的疾病病况，可用于现行管理或治疗受试者的疾病病况等。

在某些实施方案中，本发明系统和方法可用于检测生物标志物。在一些情况下，本发明系统和方法可用于检测特定生物标志物的存在或不存在，以及血液、血浆、血清或其他体液或分泌物,如但不限于唾液、尿液、脑脊液、泪液、汗液、胃肠液、羊水、粘膜液、胸膜液、皮脂油、呼出气体等中的特定生物标志物浓度的增高或降低。

生物标志物的存在或不存在或者生物标志物浓度的明显改变可用于诊断疾病风险、个体中疾病的存在或调适个体中疾病的治疗。例如，特定生物标志物或一组生物标志物的存在可影响给予个体的药物治疗或施用方案的选择。在评价潜在药物疗法时，生物标志物可用作天然终点(如存活或不可逆病状)的代替物。如果治疗改变与改善的健康直接相关的生物标志物，那么所述生物标志物可用作用于评价特定治疗或施用方案的临床益处的代替终点。因此，本发明方法和系统有助于基于个体中检测的特定生物标志物或所述组的生物标志物的个人化诊断和治疗。此外，本发明方法和系统的皮摩尔和/或毫微微摩尔灵敏度有助于与疾病相关联的生物标志物的早期检测。由于在单个磁传感器装置上检测多个生物标志物的能力，本公开的测定系统和方法用于筛选多重分子诊断中的多个样品。

在某些实施方案中，本发明系统和方法可用于检测疾病或疾病状态的生物标志物。在一些情况下，疾病是细胞增殖性疾病，如但不限于：癌症、肿瘤、乳头瘤、肉瘤或癌等。因此，本发明系统和方法用于检测疾病(如细胞增殖性疾病)的存在，所述疾病如但不限于：癌症、肿瘤、乳头瘤、肉瘤、癌等。在某些实施方案中，本发明系统和方法可用于检测传染病或疾病状态的生物标志物。在一些情况下，生物标志物可为分子生物标志物，例如但不限于蛋白质、核酸、碳水化合物、小分子等。类似地，本发明方法、系统和套件可用于检测心血管疾病、中枢神经系统疾病、肾衰竭、糖尿病、自身免疫性疾病和许多其它疾病。

在某些实施方案中，为了食品和/或环境安全，本发明方法、系统和套件可用于检测多个样品中一种或多种分析物的存在或不存在，和/或定量多个样品中的一种或多种分析物。例如，本发明系统和方法可用于确定可能受污染的水、土壤或食品的多个样品中的分析物的存在，如用于检测传染病病原体(例如细菌、病毒、霉菌等),包括可能的生物战病原体。

计算机相关实施方案

还提供各种计算机相关的实施方案。具体来说，可使用计算机执行前述部分所述的数据分析方法。因此，提供用于分析使用以上方法所产生的数据的基于计算机的系统，以便提供感兴趣的结合相互作用的定性和/或定量确定。

在某些实施方案中，所述方法被以“程序设计”的形式编码到计算机可读介质上，其中如本文所使用的术语“计算机可读介质”是指参与向计算机提供指令和/或数据以用于实行和/或处理的任何存储或传输介质。存储介质的实例包括：软盘、磁带、CD-ROM、DVD-ROM、BD-ROM、硬盘驱动器、ROM或集成电路、磁光盘、固态存储器装置、计算机可读卡如PCMCIA卡等，无论此类装置在计算机内部还是外部。可将含有信息的文件“存储”在计算机可读介质上，其中“存储”意指记录信息使得可由计算机在稍后日期访问和检索。介质的实例包括但不限于非暂时介质，例如物理介质，在所述物理介质中程序设计与物理结构相关联，如被记录在物理结构上。非暂时介质不包括经由无线协议传输中的电子信号。

在某些实施方案中，计算机程序设计可包括用于引导计算机执行一个或多个测定步骤以确定样品中感兴趣的分析物的存在的指令。例如，计算机程序设计可包括用于引导计算机确定分析物是否存在于样品中，例如确定样品中一种或多种分析物的存在或不存在的指令。在某些实施方案中，计算机程序设计包括用于引导计算机定性地和/或定量地确定样品中一种或多种分析物的存在的指令。如上所述，定性确定包括向用户提供关于样品中分析物的存在的简单的是/否结果的确定。定量确定包括半定量确定，其中向用户提供关于样品中分析物的量的大致标度的结果，例如低、中等、高；以及精密标度结果，其中向用户提供分析物浓度的精确测量值。

在一些实施方案中，计算机程序设计包括用于引导计算机执行样品中分析物的单重分析的指令。“单重分析”意指分析样品以检测样品中一种分析物的存在。例如，样品可包括感兴趣的分析物与不感兴趣的其它分子实体的混合物。在一些情况下，计算机程序设计包括用于引导计算机执行样品的单重分析以确定样品混合物中感兴趣的分析物的存在的指令。

在某些实施方案中，计算机程序设计包括用于引导计算机执行样品中两种或更多种分析物的多重分析的指令。“多重分析”意指确定两种或更多种不同分析物的存在，其中所述两种或更多种分析物彼此不同。例如，分析物可包括它们的分子结构、序列等中的可检测差异，如上所述。在一些实例中，分析物的数目大于2种，如4种或更多种、6种或更多种、8种或更多种等，直至20种或更多种，例如50种或更多种，包括100种或更多种、或1000种或更多种不同分析物。在某些实施方案中，计算机程序设计包括用于引导计算机执行多重分析2种到1000种不同分析物，如4种到500种不同分析物，包括4种到200种不同分析物、或4种到100种不同分析物、或4种到50种不同分析物、或4种到20种不同分析物的指令。在某些实施方案中，计算机程序设计包括用于引导计算机基本上同时并行执行若干多重测定的指令。

关于计算机可读介质，“永久性存储器”是指永久的存储器。永久性存储器不会在结束向计算机或处理器供应电力时被擦除。计算机硬盘驱动器、CD-ROM、DVD-ROM、BD-ROM和软盘全部是永久性存储器的实例。随机存取存储器(RAM)是非永久性存储器的实例。永久性存储器中的文件可以是可编辑和可重写的。

套件

还提供用于实践上述方法的一个或多个实施方案的套件。本发明套件可改变，并且可包括各种装置和试剂。试剂和装置包括本文所提及的关于磁传感器装置或它们的组件(如磁传感器阵列)、磁性标签、捕获探针、分析物-特异性探针、缓冲液等的那些。可在单独容器中提供试剂、磁性标签、捕获探针等，使得试剂、磁性标签、捕获探针等可根据需要单独使用。或者，可在相同容器中提供一种或多种试剂、磁性标签、捕获探针等，使得向预组合的用户提供一种或多种试剂、磁性标签、捕获探针等。

在某些实施方案中，套件包括如上所述的磁传感器装置和磁场源。例如，磁性标签可以是磁性纳米粒子，如上所述。

在一些实例中，套件包括：用于所述方法(例如，如上所述)的至少试剂；和具有存储于其上的计算机程序的计算机可读介质，其中计算机程序在被加载到计算机时操作计算机以由从磁传感器获得的实时信号定性地和/或定量地确定感兴趣的结合相互作用；以及具有地址的物理衬底，从所述地址获得计算机程序。

除以上组件以外，本发明套件还可包括用于实践本发明方法的指令。这些指令可以多种形式存在于本发明套件中，所述形式中的一种或多种可存在于所述套件中。这些指令可存在的一种形式是作为合适的介质或衬底(例如，一张或多张纸，信息打印在所述纸上)上的、在套件的包装中、在包装插入物中等的打印信息。另一手段是计算机可读介质，例如CD、DVD、蓝光碟、计算机可读存储器装置(例如，闪存驱动器)等，信息已经记录在所述计算机可读介质上。可存在的又一手段为网站地址，其可经由互联网用以在移送位点处存取信息。任何常规的手段均可存在于套件中。

如可由上文所提供的公开了解的，本公开具有多种应用。因此，以下实例为出于说明目的而提供并且不意图以任何方式解释为限制本发明。本领域技术人员将容易地识别各种非关键性参数，所述参数可能发生改变或修改以产生基本上类似的结果。因此，提出以下实施例以便向本领域技术人员提供如何制备和使用本发明的完全公开内容和描述，并且不意图限制本发明人看待其发明的范围，也不意图表示以下试验为所进行的全部或仅有的实验。已经努力确保相对于所用数字(例如量、温度等)的精确性，但一些实验误差和偏差应加以说明。除非另外指示，否则份为重量份，分子量为重均分子量，温度以摄氏度计，并且压力为在大气压下或接近大气压。

实施例

实施例1

引言

磁传感器阵列的磁传感器表面上的捕获探针特异性地结合到患者样品中的靶蛋白。检测抗体结合到“所捕获的”蛋白，从而与靶蛋白和捕获探针形成所谓的夹层结构。最终，当将外部磁场施加到传感器并且由纳米标记物(nanotag)产生的磁场被计算机电测量以确定存在于样品中的靶蛋白的原始浓度时，磁性纳米标记物标记检测抗体。

相同的传感器阵列可适合于通过修改捕获探针分子和表面化学来检测各种不同的分子靶，从而允许将传感器阵列用于多重分析物检测测定。各个磁传感器通过使用磁传感器如磁隧道结(MTJ，或者称为隧道磁阻，TMR)传感器所产生的磁场来位点特异性地检测磁性纳米标记物的存在。在一些实例中，MTJ具有磁阻(MR)率，所述磁阻率与自旋阀传感器的磁阻率在一个数量级上或比其大。

例如，巨磁阻(GMR)自旋阀传感器具有的最大相对电阻变化为～12％，而本发明MTJ传感器的实施方案可具有的最大相对电阻变化>100％(参见图1)。MTJ传感器可具有比自旋阀传感器大>10倍的磁阻(响应于磁场的电阻变化)。由于在本发明测定系统中观察到的信号缩放行为，其中分析物浓度的每一数量级的增加导致磁信号近似加倍，因此与自旋阀传感器相比，测定分辨率可增加大于10倍。因为磁信号大致缩放为信号＝2^Log[C]，其中c是分析物浓度，10倍大的磁信号可导致大致高3个数量级的更好的测定分辨率。换言之，测定平台的定量下限(LLOQ)可以减小约3个数量级。

概述

用于蛋白质或DNA检测的生物活性传感器区域(约140μm乘140μm)明显大于各个磁性标签(参见图2(a)和图2(b))。因为各个MTJ传感器的区域一般较小(以使针孔或其它缺陷最小化)，所以140μm乘140μm传感器区域包括串联连接的MTJ传感器(标记为隧道磁阻，TMR传感器)，如图2(a)所示。垂直通过若干MTJ传感器的电流(这通过串联连接MTJ传感器来实现)交替夹在顶引线(电极)层和底引线(电极)层之间。感测电流流经串联的MTJ传感器并且处于电流垂直于平面(CPP)模式。自旋阀传感器可由使用一个引线层端到端连接的长条带制成，如图2(b)中所示。

设计关于MTJ传感器的顶引线和底引线几何结构，使得使短路缺陷最小化。另外，设计MTJ传感器的大小和间距，使得整个传感器阵列通过离子研磨而无需过多的过腐蚀或再沉积来图案化。

磁传感器设计

图3示出MTJ生物传感器的横截面。使用2000埃(200nm)热氧化物的Si(100)支撑件和包括Ta200/PtMn150/CoFe30/Ru8/CoFeB30/MgO16/CoFeB15/Ta3/NiFe15/Ru100层(全部厚度以埃计)的MTJ传感器。MR比>100％，并且电阻结区域(RA)结果是RA＝2-4kOhm。根据图2(a)的设计蚀刻MTJ传感器。在图3中的插入表中列举金属层(M1、M2和M3)的厚度和临界尺寸(CD)。

使金属层M1和其上覆钝化层的厚度最小化而不损害MTJ传感器在存在生物体液时的化学完整性和电气完整性。20nm厚的SiO₂钝化层隔绝MTJ传感器和与生物测定过程的化学性质相关联的腐蚀性影响，同时顶引线(电极)用最小量的添加物将相邻MTJ传感器连接到MTJ电路中的电阻。

使特异性结合的磁性标签与MTJ传感器之间的距离最小化有助于实现高灵敏度。如图3和图2(a)中所示，磁分离距离(即，MTJ传感器的自由层与磁性粒子底部之间的距离)取决于三个薄膜层：MTJ盖帽厚度、顶引线(电极)厚度和钝化层厚度。图3中给定的这些层的厚度是典型的，但可改变-50％到+300％。

如图4中所示，生物传感器阵列(41)包括32个MTJ传感器，具有3mm×3mm的尺寸和9mm²的面积。在120mm²的12mm×10mm传感器阵列芯片区域(42)内提供传感器阵列。传感器阵列还包括以列布置在阵列区域右侧上的32个电连接点(43)。在生产期间，这个传感器阵列芯片区域在200mm晶圆上产生总共236个装置(图4，左)。在某些实施方案中，传感器阵列芯片区域可减小至30mm²的6mm×5mm区域，所述区域可从200mm晶圆提供总共800个装置。芯片区域的进一步减小是可能的，以便增加每晶圆的装置数目，这直接转化成成本减小。在某些实施方案中，可使用直径为150mm的晶圆，所述晶圆可提供100个到1000个之间的传感器阵列芯片，其取决于每个芯片的传感器的大小和数目。

图5示出具有80个活性生物传感器的MTJ生物芯片布局的示意图。图8示出包括具有80个MTJ传感器的阵列的10mm×12mm生物芯片的图像。

使用图3中所述的MTJ传感器设计并制造72个不同的MTJ生物传感器，所述MTJ生物传感器通过形状、大小和层到层重叠特性(如将MTJ传感器夹在顶引线(电极)与底引线(电极)之间的布置)的变化来区别。在典型的MTJ设计中，引线(MTJ传感器被夹在所述引线之间)被设计成在每一方向上延伸超出MTJ传感器，如图6的左底部所示，例如MTJ传感器设计1到36。这种典型设计增加了在引线重叠而不存在MTJ材料的那些区域中引线到引线短路的风险。

为了减小MTJ生物传感器中的引线到引线短路的风险，本发明MTJ传感器设计具有不重叠引线。在图6中示出所得的MTJ传感器设计，例如传感器设计37到72。此处，顶引线仅部分覆盖MTJ传感器，并且底引线与MTJ传感器的边缘对齐，如图6的右底部所示。

在图6中，正方形表示功能性MTJ传感器根据其如何被设计的期望电阻。垂直线示出针对具有给定设计的传感器获得的实际电阻的分布。用实验方法获得的电阻(菱形数据点)更紧密地聚集在其期望电阻值(正方形)周围的传感器设计被考虑为更合适的。

如图6中所示，来自“不重叠”传感器设计#37到72的用实验方法测量的电阻的分布明显更靠近其期望电阻值。相反，典型的传感器设计1到36示出期望值与实际值之间的显著差异，所述差异表明大量的引线到引线短路。引线到引线短路的显著减小和/或消除导致本发明不重叠传感器设计的更大准确度。

图7示出基于本文所述的不重叠MTJ传感器设计的2.6μm宽的线型传感器的图像。相邻顶电极(T)之间的距离是1μm，并且相邻底电极(B)之间的距离是2μm。MTJ传感器(70)被串联布置并且位于相对顶电极(71)与底电极(72)之间。用扫描电子显微镜获得图像。传感器几何结构导致190％的MR比。

类似设计的生物传感器具有140μm的宽度，所述宽度有助于使生物活性传感器区域最大化。140μm宽的MTJ传感器具有175％的MR比。

实施例2

使用如实施例1所述的MTJ传感器阵列执行实验(所述MTJ传感器阵列含有具有80个MTJ传感器的阵列),以检测磷酸盐缓冲盐水(PBS)缓冲液中的抗生蛋白链菌素-生物素结合。图9示出具有80个MTJ传感器的阵列的放大图像。所述阵列具有的尺寸为约3.2mm×3.8mm。图10示出阵列的各个MTJ传感器在如下所述涂覆生物素化牛血清白蛋白(BSA)之前的放大图像。所述传感器具有的尺寸为140μm×140μm。

1.芯片表面制备

用丙酮、甲醇、异丙醇和去离子水彻底清洗所组装的芯片。5分钟UV臭氧处理(UVO清洗机模型42，Jelight)用于去除有机残余物。为了形成生物功能化的基底层，将去离子水中的2％聚乙烯亚胺(PEI,CAS 9002-98-6，Sigma-Aldrich)溶液涂覆到芯片表面持续2分钟。芯片用去离子水漂洗并且在150℃下烘烤30分钟以固化所吸附的PEI。如上所述的芯片表面制备有助于捕获蛋白质的吸附，所述捕获蛋白质被单独点样到每个传感器上。可通过其它方法执行表面制备，所述方法将导致芯片表面处的高密度的暴露胺基(-NH)。

2.涂覆到芯片上的初始蛋白质

活性传感器：在1×PBS缓冲液中将生物素化BSA稀释成1μg/ml的浓度。用每一份1纳升的这种溶液点样阵列的40个传感器。在60秒内，溶液的每一点样以具有足够大小以便覆盖140μm×140μm的传感器的圆形斑点干透。

参考传感器：在1×PBS缓冲液中将BSA稀释成按重量计0.5％的浓度。用每一份1纳升的这种溶液点样阵列的40个传感器。在60秒内，溶液的每一点样以具有足够大小以便覆盖140μm×140μm的传感器的圆形斑点干透。

3.剩余芯片表面的阻挡

将芯片浸入在1×PBS缓冲液中按重量计5％的BSA溶液中1h，以减小非特异性表面结合。

4.所制备芯片表面的漂洗

用漂洗缓冲液(1×PBS中的0.1％BSA和0.05％Tween 20)漂洗芯片三次

5.磁性纳米粒子的应用

数据记录开始，并且在两分钟之后，将100μL涂有抗生蛋白链菌素的磁性纳米粒子溶液(MACS 130-048-102，Miltenyi Biotec)添加到芯片。

图11示出如上所述的在检测PBS缓冲液中的抗生蛋白链菌素-生物素结合时电阻变化(ppm)和时间(min)的曲线图。所述曲线图示出与参考传感器相比涂有生物素的传感器的电阻变化。

虽然出于清晰理解的目的已经通过说明和实施例详细地描述了以上实施方案，但本领域的普通技术人员根据本公开的教义容易明白的是，在不脱离所附权利要求书的精神或范围的情况下可以对以上实施方案做出某些变化和修改。

因此，前述仅仅说明本公开的实施方案的原理。将理解的是，本领域的技术人员将能够设计出体现本发明实施方案的原理且包括在本发明的精神和范围之内的各种布置，虽然本文中没有明确地描述或展示这些方案。此外，本文所引用的所有实施例和条件语言主要意图帮助读者理解本公开的实施方案的原理和由发明人提供的促进技术的概念，并且应解释为不对此类特别引用的实施例和条件构成限制。此外，本文中引述本公开的原理、方面和实施方案以及其具体实施例的所有陈述均意图涵盖其结构等效物和功能等效物。此外，希望此类等效物包括目前已知的等效物和未来开发出来的等效物，即不管结构如何，所开发的执行相同功能的任何元件。因此，本公开的范围不意图限于本文所展示和描述的示例性实施方案。相反地，本公开的范围和精神由所附权利要求来体现。

Claims (21)

1.一种磁传感器，其包括：

磁隧道结(MTJ)磁阻元件；

第一电极，其接触所述MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及

第二电极，其接触所述MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述相对表面的边缘，其中所述第一电极和第二电极的所述延伸部分的相向表面是不重叠的。

2.如权利要求1所述的磁传感器，其中所述第一电极接触所述MTJ磁阻元件的基本上整个表面。

3.如权利要求1所述的磁传感器，其中所述第二电极接触所述MTJ磁阻元件的基本上整个相对表面。

4.如权利要求1所述的磁传感器，其中所述第二电极的边缘与所述MTJ磁阻元件的所述相对表面的边缘对齐。

5.如权利要求1所述的磁传感器，其还包括被设置在所述第一电极上的钝化层。

6.如权利要求1所述的磁传感器，其还包括被结合到所述磁传感器的表面的分析物-特异性探针。

7.一种磁传感器装置，其包括：

磁传感器阵列，其包括两个或更多个磁传感器，所述磁传感器各自包括：

磁隧道结(MTJ)磁阻元件；

第一电极，其接触所述MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及

第二电极，其接触所述MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述相对表面的边缘，其中所述第一电极和第二电极的所述延伸部分的相向表面是不重叠的。

8.如权利要求7所述的磁传感器装置，其中所述磁传感器通过所述第一电极和第二电极串联电连接。

9.如权利要求7所述的磁传感器装置，其中一个或多个磁传感器包括被结合到所述磁传感器的表面的分析物-特异性探针。

10.如权利要求7所述的磁传感器装置，其中所述磁传感器阵列包括两个或更多个不同的磁传感器，所述磁传感器各自被配置来特异性地检测相同分析物。

11.如权利要求7所述的磁传感器装置，其中所述磁传感器阵列包括两个或更多个不同的磁传感器，所述磁传感器各自被配置来特异性地检测不同分析物。

12.一种磁传感器系统，其包括：

磁传感器装置，其包括：

磁传感器阵列，其包括两个或更多个磁传感器，所述磁传感器各自包括：

磁隧道结(MTJ)磁阻元件；

第一电极，其接触所述MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及

第二电极，其接触所述MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述相对表面的边缘，其中所述第一电极和第二电极的所述延伸部分的相向表面是不重叠的；以及

磁场源。

13.如权利要求12所述的磁传感器系统，其还包括被配置来获得来自所述磁传感器装置的分析物-特异性信号的处理器。

14.一种用于估计分析物是否存在于样品中的方法，所述方法包括：

使磁传感器与样品接触以产生信号，所述磁传感器包括：

磁隧道结(MTJ)磁阻元件；

第一电极，其接触所述MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及

第二电极，其接触所述MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述相对表面的边缘，其中所述第一电极和第二电极的所述延伸部分的相向表面是不重叠的；

获得来自所述磁传感器的信号；以及

基于所述信号估计所述分析物是否存在于每个样品中。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述磁传感器包括被结合到所述磁传感器的表面的分析物-特异性探针。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述方法包括在所述接触之前磁性地标记所述样品。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述估计包括当所述磁性标记的样品接触所述磁传感器时，获得来自所述磁传感器的信号。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述信号是分析物-特异性信号。

19.如权利要求14所述的方法，其中所述接触包括在使所述磁传感器与所述样品接触之后将磁性标签施加到所述磁传感器。

20.一种套件，其包括：

磁传感器装置，其包括：

磁传感器阵列，其包括两个或更多个磁传感器，所述磁传感器各自包括：

磁隧道结(MTJ)磁阻元件；

第一电极，其接触所述MTJ磁阻元件的表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述表面的边缘；以及

第二电极，其接触所述MTJ磁阻元件的相对表面的至少一部分并且延伸超出所述MTJ磁阻元件的所述相对表面的边缘，其中所述第一电极和第二电极的所述延伸部分的相向表面是不重叠的；以及

磁性标签。

21.如权利要求20所述的套件，其中所述磁性标签是磁性纳米粒子。