CN105911103A - 钉扎型自旋阀结构、生物磁传感器、生物分子检测方法 - Google Patents
钉扎型自旋阀结构、生物磁传感器、生物分子检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105911103A CN105911103A CN201610226559.5A CN201610226559A CN105911103A CN 105911103 A CN105911103 A CN 105911103A CN 201610226559 A CN201610226559 A CN 201610226559A CN 105911103 A CN105911103 A CN 105911103A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- pinning
- magnetic
- spin valve
- valve structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 97
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 90
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 12
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 claims description 9
- PXFBZOLANLWPMH-UHFFFAOYSA-N 16-Epiaffinine Natural products C1C(C2=CC=CC=C2N2)=C2C(=O)CC2C(=CC)CN(C)C1C2CO PXFBZOLANLWPMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 108020003175 receptors Proteins 0.000 claims description 5
- 102000005962 receptors Human genes 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 3
- 102000014187 peptide receptors Human genes 0.000 claims description 3
- 108010011903 peptide receptors Proteins 0.000 claims description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 abstract description 6
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 description 14
- 229960002685 biotin Drugs 0.000 description 7
- 235000020958 biotin Nutrition 0.000 description 7
- 239000011616 biotin Substances 0.000 description 7
- 108010090804 Streptavidin Proteins 0.000 description 6
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 6
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 5
- 229910003321 CoFe Inorganic materials 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 4
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 4
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 4
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 3
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 229910019041 PtMn Inorganic materials 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 2
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 2
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 101100449517 Arabidopsis thaliana GRH1 gene Proteins 0.000 description 1
- -1 IrMn) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 101100434479 Saccharomyces cerevisiae (strain ATCC 204508 / S288c) AFB1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- OQIQSTLJSLGHID-WNWIJWBNSA-N aflatoxin B1 Chemical compound C=1([C@@H]2C=CO[C@@H]2OC=1C=C(C1=2)OC)C=2OC(=O)C2=C1CCC2=O OQIQSTLJSLGHID-WNWIJWBNSA-N 0.000 description 1
- 229930020125 aflatoxin-B1 Natural products 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- DCPMPXBYPZGNDC-UHFFFAOYSA-N hydron;methanediimine;chloride Chemical compound Cl.N=C=N DCPMPXBYPZGNDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003018 immunoassay Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 230000005692 magnetic supperlatices Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N melamine Chemical compound NC1=NC(N)=NC(N)=N1 JDSHMPZPIAZGSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000003147 molecular marker Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种钉扎型自旋阀结构，包括依次设置的钉扎层、被钉扎层、隔离层、自由层；该钉扎型自旋阀结构还包括依次设置于自由层相对于隔离层的另一侧的保护层、附加钉扎层；所述保护层为非磁性材料；所述附加钉扎层可产生对所述自由层中边缘多磁畴实现钉扎作用的磁钉场。本发明还公开了一种生物磁传感器及一种生物分子检测方法。本发明通过在传统钉扎型自旋阀结构的自由层一侧引入附加钉扎层，来对磁传感器自由层中边缘多磁畴进行钉扎，从而有效抑制了磁传感器的磁噪声，提高了磁传感器的灵敏度；同时又具有制备工艺简单、生产成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及微电子与生物、医学相交叉的技术领域，尤其涉及一种钉扎型自旋阀结构以及基于其的生物磁传感器、生物分子检测方法。
背景技术
生物分子识别在食品安全检测与监控等方面有着广泛的应用。随着人类基因图的完成，对过去大量未知基因链信息的了解已成为可能。生物分子识别和检测已从科学研究的领域扩展至我们现代人类社会的每一个角落。
标记免疫分析是另一种高灵敏度、高特异性生物分子检测技术。因其具有许多独特优点，已成为生物分子检验的重要技术手段。目前生物分子标记技术主要有抗原－抗体、细胞因子－细胞因子受体、生物活性肽－受体、生物素－亲和素系统等靶向系统。常见的标记生物分子识别方法是光或电生物信号探测。电生物分子识别技术是转换生物识别过程到一个电信号的探测，通常电流、电阻、电抗及电容的变化。大多数电生物敏感器利用电化学反应来实施信号传递。酶分子标识是最常见的用于电化学生物传感器方法。当用酶标识的分子连接被探测生物分子时，由于氧化还原反应产生一个电流，借助于可探测的电流及电流的大小来识别生物分子与生物分子的量。电生物探测的一个巨大优势是它能利用现有的集成电路，特别是场效应晶体管（FET）来测量电信号，然而至今的实验表明，即使运用高灵敏纳米FET或碳纳米管，仍不能探测发自于10 pl以下生物分子的信号，所以生物分子探测需要更高灵敏度及准确的识别方法。
用荧光分子或荧光纳米晶体标识生物分子和半导体量子点，其探测过程是可见的。直接、简单和可见的探测过程是生物分子光标识及探测的最大优点。通过探测光的波长及强度来确定被探测的生物分子是否存在及量的大小。然而光标识方法探测生物分子有着固有的缺点，即光致脱色及串活干扰。若励激激光太强，光对荧光分子的损伤引起荧光特性的丢失，从而检测失效。同样光对荧光分子的励激，由于杂质及背景的存在，可能产生一个宽的光谱，引起串活干扰。最后，用于荧光探测的激光扫描系统通常体积大、速度慢而且价格昂贵，不能满足针对社区医疗、农村基层医疗与家庭对食品安全大规模筛查的需求。
磁传感器方法已被用与生物、医学以及食品安全中的生物分子的检测与监控，其原理如图1所示，通过磁传感器对磁标记的待测生物分子的磁阻响应来进行生物分子的识别检测。常用的磁生物传感器包括各向异性磁电阻传感器（Anisotropic
magnetic resistance, AMR）、巨磁阻传感器（Giant
Magnetoresistance，GMR）和自旋电子隧穿传感器（Tunneling Magneto Resistance， TMR）。其中基于自旋阀结构的磁传感器由于灵敏度高而得到广泛研究。现有自旋阀结构又可分为两类：具有钉扎层的钉扎型自旋阀结构以及不带钉扎层的自旋阀结构。钉扎型自旋阀在传统的三明治结构自旋阀中加入了反铁磁（AF）钉扎层，其结构通常被表示为F1/N/F2/AF，其中的F1/N/F2表示两铁磁层F1、F2被较厚的非铁磁层N隔开的传统三明治结构，靠近钉扎层的铁磁层被称之为被钉扎层，另外一层铁磁层则称为自由层。图2显示了钉扎型自旋阀的基本结构，如图2所示，其包括钉扎层、被钉扎层、隔离层、自由层，当其中的隔离层为非磁性金属时，则构成GMR，当隔离层为绝缘材料时，则为TMR。其中钉扎层的功能主要是为了保持被钉扎层的稳定， 这样在外加磁场下底层不会旋转而仅仅自由层旋转以提高磁传感器的灵敏度。
随着生物分子检测技术的发展，对于磁传感器的小型化及灵敏度也提出了更高的要求，当传统钉扎型自旋阀结构的磁传感器尺寸仅仅为微米甚至纳米量级范围时，磁噪声对传感器灵敏度会产生严重影响，进而难以实现高灵敏度的分子检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种钉扎型自旋阀结构以及基于其的生物磁传感器、生物分子检测方法，可有效降低自旋阀结构的磁噪声，从而提高传感器的检测精度，同时又具有制备工艺简单、生产成本低的优点。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种钉扎型自旋阀结构，包括依次设置的钉扎层、被钉扎层、隔离层、自由层；该钉扎型自旋阀结构还包括依次设置于自由层相对于隔离层的另一侧的保护层、附加钉扎层；所述保护层为非磁性材料；所述附加钉扎层可产生对所述自由层中边缘多磁畴实现钉扎作用的磁钉场。
所述附加钉扎层可以为磁钉扎层，或者为反铁磁钉扎层，或者为超晶格反铁磁钉扎层。
所述隔离层可以为非磁性金属材料（此时为GMR）或者绝缘材料（此时为TMR）。
根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：
一种生物磁传感器，包括衬底以及设置于衬底之上的一组自旋阀结构，每个自旋阀结构的上表面均附着有生物亲和层，所述自旋阀结构为以上任一技术方案所述钉扎型自旋阀结构。
一种生物分子检测方法，首先将待测生物分子与磁纳米粒子进行结合以生成携带磁标记的待测生物分子；然后将带有磁标记的待测生物分子固定于以上技术方案所述生物磁传感器中的生物亲和层表面；最后，对待测生物分子所携带磁纳米粒子进行磁化，通过检测所述生物磁传感器在磁化后磁纳米粒子所产生磁边缘场中的电阻，获得待检测生物分子的浓度。
所述生物分子检测可以基于以下任一靶向系统：抗原－抗体、细胞因子－细胞因子受体、生物活性肽－受体、生物素－亲和素、手性分子。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过在传统钉扎型自旋阀结构的自由层一侧引入附加钉扎层，来对磁传感器自由层中边缘多磁畴进行钉扎，从而有效抑制了磁传感器的磁噪声，提高了磁传感器的灵敏度；
本发明所引入的附加钉扎层、保护层设置于传统钉扎型自旋阀结构的自由层之上，可利用现有自旋阀多层膜制备工艺实现，因此制备工艺简单，生产成本较低。
附图说明
图1为基于磁传感器的生物分子检测原理示意图；
图2为现有钉扎型自旋阀结构示意图；
图3为本发明钉扎型自旋阀结构示意图；
图4为本发明生物磁传感器的基本结构示意图；
图5为利用本发明生物磁传感器对牛奶中三聚氰胺含量进行检测的检测结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
经研究发现，当传统钉扎型自旋阀磁传感器的尺寸仅仅为微米甚至纳米量级范围时，磁传感器的自由层在边缘会生产多磁畴。在外加磁场下，这些多磁畴和单磁畴一样会产生旋转，从而产生大的磁噪声。因此，要提高磁传感器的灵敏度就需要对这些磁噪声进行有效抑制。为抑制磁传感器中自由层边缘多磁畴所带来的磁噪声，可以考虑在自旋阀结构侧面引入由硬磁材料构成的钉扎结构，利用硬磁材料的磁边缘场来抑制磁器件中的多磁畴旋转。然而采用这种侧面钉扎方案的缺点是制造方法复杂，特别是在磁隧穿器件中容易产生漏电。
本发明的发明思路是在传统钉扎型自旋阀的自由层顶部引入附加钉扎层，并在附加钉扎层与自由层之间加入由一定厚度非磁性材料所构成的保护层来对附加钉扎层所产生的钉扎场进行调节，从而阻止自由层中的边缘多磁畴旋转，同时对自由层中间部分的磁畴旋转不产生影响，即对自由层中的边缘多磁畴进行所谓的钉扎。如图3所示，本发明的钉扎型自旋阀结构，包括依次设置的钉扎层、被钉扎层、隔离层、自由层；该钉扎型自旋阀结构还包括依次设置于自由层相对于隔离层的另一侧的保护层、附加钉扎层；所述保护层为非磁性材料；所述附加钉扎层可产生对所述自由层中边缘多磁畴实现钉扎作用的磁钉场。采用该技术方案可有效抑制钉扎型自旋阀结构中由于自由层边缘多磁畴旋转所产生的磁噪声，进而提高自旋阀磁传感器的检测精度。
其中，所述附加钉扎层可以如传统钉扎型自旋阀中的钉扎层一样，采用磁性材料或者合金材料（例如CoFe、 NiFe、Fe, Co、Ni等）所构成的磁钉扎层，或者采用硬磁材料（例如PtMn和IrM）所构成的反铁磁钉扎层，或者采用磁性材料或者磁性反铁磁材料构成的超晶格反铁磁钉扎层，例如磁超晶格晶格：
CoFe/Ru/CoFe(PtMn、IrMn) ，CoFe 厚度范围5-100nm、 Ru （4.3或者8.2纳米）。所述保护层可以如传统钉扎型自旋阀中的隔离层一样，采用非磁性金属或绝缘体材料，例如可以为金属材料： Ru、Cu、Ta、Ti；或者非金属材料： SiO2、Al2O3、Si3N4， 厚度为2-100纳米。
其中附加钉扎层和保护层的厚度参数可实际试验和/或理论计算进行优化，优化的目标是在不影响自由层中间部分的磁畴旋转的前提下，使得自由层边缘多磁畴旋转得到最大程度的抑制。例如，当附加钉扎层产生的钉扎场过强而对自由层中间部分磁畴产生影响时，可通过增加保护层厚度和/或减小附加钉扎层厚度的方式进行调整；反之，则需要减小保护层厚度和/或增大附加钉扎层厚度。
由于本发明提出的钉扎型自旋阀结构有效抑制了磁噪声，因此基于该自旋阀结构的磁传感器可获得更高的检测精度，可用于生物、医学、计算机信息读取、运动传感等诸多领域。图4显示了基于该钉扎型自旋阀结构的本发明生物磁传感器的基本结构，如图4所示，其包括衬底以及设置于衬底之上的一组本发明的自旋阀结构（根据测量需要可以采用单自旋阀结构或者多自旋阀的阵列结构），每个自旋阀结构的上表面均附着有生物亲和层。该生物磁传感器可广泛用于现有各类生物分子检测，例如基于抗原－抗体、细胞因子－细胞因子受体、生物活性肽－受体、生物素－亲和素、手性分子等靶向系统的生物分子检测。
本发明所提出的钉扎型自旋阀结构以及生物磁传感器可利用现有工艺方法进行制备，制造过程简单，制造成本较低。
利用本发明生物磁传感器进行生物分子检测时，首先将待测生物分子与磁纳米粒子进行结合以生成携带磁标记的待测生物分子；然后将带有磁标记的待测生物分子固定于以上技术方案所述生物磁传感器中的生物亲和层表面；最后，对待测生物分子所携带磁纳米粒子进行磁化，通过检测所述生物磁传感器在磁化后磁纳米粒子所产生磁边缘场中的电阻，获得待检测生物分子的浓度。
为了便于公众理解本发明技术方案及其有益效果，下面以一个具体实施例来对本发明生物磁传感器的制备及生物分子检测过程进行详细说明。
本实施例中生物磁传感器的制备过程具体如下：
第1步、利用薄膜真空沉积方法在衬底上依次沉积钉扎层、被钉扎层、隔离层薄膜；
第2步、利用薄膜真空沉积方法制作自由层薄膜；
第3步、利用薄膜真空沉积方法沉积保护层；
第4步、利用薄膜真空沉积方法沉积附加钉扎层；
第5步、在附加钉扎层上面沉积生物亲和层；例如可采用以下方法：首先用等离子化学气相沉积方法在传感器表面沉积金属氧化物（TiO2、RuO2、Ta3O5等）， 然后用聚烯丙基胺溶液化学反应方法沉积高分子1-乙基-3-（3-二甲基氨基丙基）碳二亚胺盐酸盐和N -羟基琥珀酰亚胺层；
第6步、磁传感器微纳米制造：将磁传感器薄膜制造成传感器阵列。
至此即得到本发明的生物磁传感器，可用于生物分子的检测，以基于抗原－抗体靶向系统的生物分子检测为例，其具体过程如下：
第7步、磁纳米粒子的表面修饰：在磁纳米粒子上包覆壳层，所述壳层的材料是惰性金属、高分子聚合物或者二氧化硅，得到表面修饰的磁纳米粒子；
第8步、磁粒子的表面生物功能化：在第7步所得的表面修饰的磁纳米粒子上包覆上链霉亲和素，得到探测探针；
第9步、标定生物磁传感器的磁电阻；
第10步、在生物磁传感器的生物亲和层上键合要检测的生物分子抗原对应的抗体，得到键合抗体的磁传感器；
第11步、探测分子的生物偶联：先将探测分子的抗体与生物素偶联，然后与检测生物分子的抗原偶联，形成抗体-抗原-抗体（含有生物素）的三明治结构；
第12步、探针分子的生物偶联：将第8步产生的带有链霉亲和素的磁性探针和第11步中带有生物素的抗体偶联， 形成抗体-抗原-抗体（生物素）-磁性针（链霉亲和素）结构；
第13步、偶联和非偶联磁性探针的磁分离：开启磁场，没有和抗体（生物素）偶联-的磁性针（链霉亲和素）从生物磁传感器表面分离出去。在生物磁传感器表面只留下实现了抗体-抗原-抗体（生物素）-磁性针（链霉亲和素）偶联的磁性粒子；
第14步、传感器检测：开启扫描磁场，测试拥有抗体-抗原-抗体（生物素）-磁性针（链霉亲和素）偶联的传感器的磁电阻，根据传感器的信号强度确定生物分子量的大小。
利用这种方法检测牛奶中的三聚氰胺，可实现nL （10-9
molar）量级的三聚氰胺检测，利用这种方法检测的结果如图5所示。在图5中，横坐标是AFB1抗原的浓度，单位是Log(摩尔分数)，纵坐标是GMR传感器的输出电压，单位是Log(电压(毫伏))，从图中可以看出，在该浓度范围内，抗原浓度与输出电压的对数值，呈一定的线性关系和大的测量范围。
Claims (6)
1.一种钉扎型自旋阀结构，包括依次设置的钉扎层、被钉扎层、隔离层、自由层；其特征在于，该钉扎型自旋阀结构还包括依次设置于自由层相对于隔离层的另一侧的保护层、附加钉扎层；所述保护层为非磁性材料；所述附加钉扎层可产生对所述自由层中边缘多磁畴实现钉扎作用的磁钉场。
2.如权利要求1所述钉扎型自旋阀结构，其特征在于，所述附加钉扎层为磁钉扎层，或者为反铁磁钉扎层，或者为超晶格反铁磁钉扎层。
3.如权利要求1所述钉扎型自旋阀结构，其特征在于，所述隔离层为非磁性金属材料或者绝缘材料。
4.一种生物磁传感器，包括衬底以及设置于衬底之上的一组自旋阀结构，每个自旋阀结构的上表面均附着有生物亲和层，其特征在于，所述自旋阀结构为权利要求1～3任一项所述钉扎型自旋阀结构。
5.一种生物分子检测方法，其特征在于，首先将待测生物分子与磁纳米粒子进行结合以生成携带磁标记的待测生物分子；然后将带有磁标记的待测生物分子固定于权利要求4所述生物磁传感器中的生物亲和层表面；最后，对待测生物分子所携带磁纳米粒子进行磁化，通过检测所述生物磁传感器在磁化后磁纳米粒子所产生磁边缘场中的电阻，获得待检测生物分子的浓度。
6.如权利要求5所述生物分子检测方法，其特征在于，所述生物分子检测基于以下任一靶向系统：抗原－抗体、细胞因子－细胞因子受体、生物活性肽－受体、生物素－亲和素、手性分子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610226559.5A CN105911103A (zh) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | 钉扎型自旋阀结构、生物磁传感器、生物分子检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610226559.5A CN105911103A (zh) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | 钉扎型自旋阀结构、生物磁传感器、生物分子检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105911103A true CN105911103A (zh) | 2016-08-31 |
Family
ID=56746901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610226559.5A Pending CN105911103A (zh) | 2016-04-13 | 2016-04-13 | 钉扎型自旋阀结构、生物磁传感器、生物分子检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105911103A (zh) |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1213816A (zh) * | 1997-10-01 | 1999-04-14 | 富士通株式会社 | 磁阻头 |
| CN1221170A (zh) * | 1997-12-25 | 1999-06-30 | 富士通株式会社 | 旋转阀磁头及其制作方法和使用旋转阀磁头的磁盘驱动器 |
| CN1251933A (zh) * | 1998-10-21 | 2000-05-03 | 国际商业机器公司 | 用于磁性稳定自旋阀传感器的高矫顽力多层膜硬磁性层 |
| US6462919B1 (en) * | 1999-04-28 | 2002-10-08 | Seagate Technology Llc | Spin valve sensor with exchange tabs |
| US6466419B1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-10-15 | Seagate Technology Llc | Current perpendicular to plane spin valve head |
| US6469878B1 (en) * | 1999-02-11 | 2002-10-22 | Seagate Technology Llc | Data head and method using a single antiferromagnetic material to pin multiple magnetic layers with differing orientation |
| CN1534603A (zh) * | 2003-03-31 | 2004-10-06 | ������������ʽ���� | 磁阻效应磁头及其制造方法 |
| US20050068698A1 (en) * | 2003-09-30 | 2005-03-31 | Isamu Sato | Magnetoresistance effect element and magnetic head |
| CN1655374A (zh) * | 2004-02-10 | 2005-08-17 | 日立环球储存科技荷兰有限公司 | 电流垂直于平面磁阻传感器及其制造方法 |
| CN1983659A (zh) * | 2005-12-14 | 2007-06-20 | 日立环球储存科技荷兰有限公司 | 电流垂直平面磁致电阻传感器 |
| CN1992367A (zh) * | 2005-12-27 | 2007-07-04 | 日立环球储存科技荷兰有限公司 | 窄间隙电流垂直平面磁致电阻传感器 |
| CN101964393A (zh) * | 2010-08-10 | 2011-02-02 | 杭州电子科技大学 | 一种消除自旋阀磁敏电阻磁滞的方法 |
| CN104034881A (zh) * | 2014-05-20 | 2014-09-10 | 南京益得冠电子科技有限公司 | 高通量多通道低丰度生物分子的磁传感识别方法 |
| CN107003365A (zh) * | 2014-11-19 | 2017-08-01 | 森斯泰克有限责任公司 | 用于制造磁场传感装置的方法和设备以及相应的磁场传感装置 |
-
2016
- 2016-04-13 CN CN201610226559.5A patent/CN105911103A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1213816A (zh) * | 1997-10-01 | 1999-04-14 | 富士通株式会社 | 磁阻头 |
| CN1221170A (zh) * | 1997-12-25 | 1999-06-30 | 富士通株式会社 | 旋转阀磁头及其制作方法和使用旋转阀磁头的磁盘驱动器 |
| CN1251933A (zh) * | 1998-10-21 | 2000-05-03 | 国际商业机器公司 | 用于磁性稳定自旋阀传感器的高矫顽力多层膜硬磁性层 |
| US6469878B1 (en) * | 1999-02-11 | 2002-10-22 | Seagate Technology Llc | Data head and method using a single antiferromagnetic material to pin multiple magnetic layers with differing orientation |
| US6462919B1 (en) * | 1999-04-28 | 2002-10-08 | Seagate Technology Llc | Spin valve sensor with exchange tabs |
| US6466419B1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-10-15 | Seagate Technology Llc | Current perpendicular to plane spin valve head |
| CN1534603A (zh) * | 2003-03-31 | 2004-10-06 | ������������ʽ���� | 磁阻效应磁头及其制造方法 |
| US20050068698A1 (en) * | 2003-09-30 | 2005-03-31 | Isamu Sato | Magnetoresistance effect element and magnetic head |
| CN1655374A (zh) * | 2004-02-10 | 2005-08-17 | 日立环球储存科技荷兰有限公司 | 电流垂直于平面磁阻传感器及其制造方法 |
| CN1983659A (zh) * | 2005-12-14 | 2007-06-20 | 日立环球储存科技荷兰有限公司 | 电流垂直平面磁致电阻传感器 |
| CN1992367A (zh) * | 2005-12-27 | 2007-07-04 | 日立环球储存科技荷兰有限公司 | 窄间隙电流垂直平面磁致电阻传感器 |
| CN101964393A (zh) * | 2010-08-10 | 2011-02-02 | 杭州电子科技大学 | 一种消除自旋阀磁敏电阻磁滞的方法 |
| CN104034881A (zh) * | 2014-05-20 | 2014-09-10 | 南京益得冠电子科技有限公司 | 高通量多通道低丰度生物分子的磁传感识别方法 |
| CN107003365A (zh) * | 2014-11-19 | 2017-08-01 | 森斯泰克有限责任公司 | 用于制造磁场传感装置的方法和设备以及相应的磁场传感装置 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| WEI ZHANG ET AL.: "《Stability of GMR heads biased utilizing patterned exchange tabs》", 《JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》 * |
| 包丽梅 等: "《隧道结巨磁电阻材料的研究进展》", 《硅酸盐学报》 * |
| 郭子政 等: "《纳米材料和器件导论》", 31 December 2010, 清华大学出版社 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10060880B2 (en) | Magnetoresistive (MR) sensors employing dual MR devices for differential MR sensing | |
| CN110462416B (zh) | 采用具有不同磁场灵敏度的隧道磁阻(tmr)器件以提高检测灵敏度的tmr传感器 | |
| CN101726535B (zh) | 时间分辨剩磁弛豫检测仪及其在超顺磁性纳米材料检测中的应用 | |
| Ejsing et al. | Magnetic microbead detection using the planar Hall effect | |
| CN104034881B (zh) | 高通量多通道低丰度生物分子的磁传感识别方法 | |
| US8815610B2 (en) | Magnetic nanoparticle detection across a membrane | |
| US20080129286A1 (en) | Means and Method for Reducing Magnetic Cross-Talk in Biosensors | |
| Djamal | Development of sensors based on giant magnetoresistance material | |
| JP5279340B2 (ja) | 標的物質検出キットおよび標的物質検出方法 | |
| CN102270736A (zh) | 一种用于磁敏传感器的磁性纳米多层膜及其制造方法 | |
| EP3252461B1 (en) | A magnetic measurement system based on an ultrasensitive planar hall magnetoresistive biosensor (phr) and a method for measuring low specific bioparticles concentrations and quantifying bio-particles interactions | |
| Li et al. | The progress of magnetic sensor applied in biomedicine: A review of non‐invasive techniques and sensors | |
| Sun et al. | Sandwich immunoassay for the prostate specific antigen using a micro-fluxgate and magnetic bead labels | |
| CN100561225C (zh) | 巨磁电阻生物芯片检测分析仪 | |
| Jin et al. | Highly-sensitive magnetic sensor for detecting magnetic nanoparticles based on magnetic tunnel junctions at a low static field | |
| Qiu et al. | Spin-Valve based magnetoresistive nanoparticle detector for applications in biosensing | |
| Henriksen et al. | Planar Hall effect bridge sensors with NiFe/Cu/IrMn stack optimized for self-field magnetic bead detection | |
| CN105938872A (zh) | 磁隧道结结构、隧道磁阻元件 | |
| Yuan et al. | A linear slope analyzing strategy of GMR sensor transfer curve for static detection of magnetic nanoparticles | |
| US20180266991A1 (en) | Magneto-impedance (mi) sensors employing current confinement and exchange bias layer(s) for increased sensitivity | |
| CN105911103A (zh) | 钉扎型自旋阀结构、生物磁传感器、生物分子检测方法 | |
| Hung et al. | Novel planar Hall sensor for biomedical diagnosing lab-on-a-chip | |
| CN103344754A (zh) | 一种磁标记生物检测系统及其检测方法 | |
| Li et al. | Magnetism of iron oxide nanoparticles and magnetic biodetection | |
| Li et al. | Biomarkers identification and detection based on GMR sensor and sub 13 nm magnetic nanoparticles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20160831 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |