CN107923877B - 用于提高磁传感器灵敏度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

提供了磁传感器，其包括具有传感器表面改性部的磁传感器元件和与所述磁传感器元件相邻并具有元件间区域表面改性部的元件间区域，其中所述传感器表面改性部和元件间区域表面改性部在元件间区域中提供了结合表面。还提供了使用主题磁传感器的装置、系统和方法。

Description

用于提高磁传感器灵敏度的装置和方法

相关申请的交叉引用

依照35 U.S.C.§119(e)，本申请要求2015年5月12日提交的美国临时专利申请第62/160210号的申请日的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

引言

生物标志物(也称为疾病特征)是可以被用作作用机理、疾病状态或临床终点的替代物的特定分析物，例如RNA、DNA和蛋白质。具体地，多重和多标志物方法可以用于分子诊断和个性化用药中，其目标是确认对于适合的患者在正确的时间和剂量下的正确治疗，或灵敏地且明确地检测早期的复杂疾病，例如癌症和心血管疾病。已经开发了DNA和蛋白质微阵列以容纳大量的生物标志物。

某些生物分子例如癌胚抗原(CEA)可以潜在地用作早期癌症的诊断指标。然而，许多预期具有诊断价值的蛋白质以极低的浓度存在于血流中，这使得它们难以用分析技术定量。

大多数商业DNA微阵列系统利用荧光标记(标签)来定量生物分子分析物(靶标)。因为它们需要大约10⁴个或更多个分子才能达到有用的信噪比，并且由于所涉及的光学系统以及由于串扰和漂白而是最低限度地定量的，所以它们可能灵敏度有限。光学检测系统通常与扩增技术结合使用，所述扩增技术例如聚合酶链式反应(PCR)，其将原始生物分子倍增多个数量级。具有更高灵敏度的替代性微阵列技术在分子诊断学和基因组学领域可以是有用的。

概述

提供了磁传感器，其包括具有传感器表面改性部的磁传感器元件和与所述磁传感器元件相邻并具有元件间区域表面改性部的元件间区域，其中所述传感器表面改性部和元件间区域表面改性部在元件间区域中提供了结合表面。还提供了其中使用主题磁传感器的装置、系统和方法。

在一些实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部包括不同的表面改性部。

在一些实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部包括不同的化学组成。

在一些实施方式中，传感器表面改性部包括磁传感器元件表面上的金属层，元件间区域表面改性部包括元件间区域表面上的介电材料层。在一些实施方式中，金属为金，介电材料为二氧化硅。

在一些实施方式中，传感器表面改性部包括磁传感器元件表面上的介电材料层，元件间区域表面改性部包括元件间区域表面上的金属层。在一些实施方式中，介电材料为二氧化硅，金属为金。

在一些实施方式中，元件间区域包括具有侧表面改性部的磁传感器元件的侧表面。

在一些实施方式中，侧表面改性部与传感器表面改性部不同。

在一些实施方式中，侧表面改性部与元件间区域表面改性部不同。

在一些实施方式中，侧表面改性部与元件间区域表面改性部相同。

在一些实施方式中，侧表面改性部具有15nm至150nm的厚度。

在一些实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部各自包括介电材料层，磁传感器元件的侧表面改性部包括金属层。在一些实施方式中，介电材料为二氧化硅，金属为金。

在一些实施方式中，传感器表面改性部包括在磁传感器元件表面上的覆盖物。

在一些实施方式中，元件间区域的宽度是磁传感器元件的宽度的0.5倍或更多倍。

在一些实施方式中，磁传感器元件的长度是磁传感器元件的宽度的1.5倍或更多倍。

在一些实施方式中，元件间区域具有25nm或更大的深度。

在一些实施方式中，磁传感器元件包括具有基本上平行于磁传感器元件的宽度的磁化强度的参照层。

本公开的方面包括磁传感器系统，其包括磁传感器装置和磁场源。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，每个磁传感器包括具有传感器表面改性部的磁传感器元件和与磁传感器元件相邻并具有元件间区域表面改性部的元件间区域，其中所述传感器表面改性部和元件间区域表面改性部在元件间区域中提供了结合表面。

在一些实施方式中，磁传感器系统包括处理器，其被配置为由磁传感器装置获得分析物特异性信号。

本公开的方面包括评估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，基于所述信号评估分析物是否存在于样品中。所述磁传感器包括具有传感器表面改性部的磁传感器元件和与磁传感器元件相邻并具有元件间区域表面改性部的元件间区域，其中所述传感器表面改性部和元件间区域表面改性部在元件间区域中提供结合表面。

在一些实施方式中，所述方法包括在接触之前磁性地标记样品。

在一些实施方式中，评估包括当经磁性标记的样品接触磁传感器时从磁传感器获得信号。

在一些实施方式中，接触包括在使磁传感器与样品接触之后将磁性标记施加到磁传感器上。

本公开的方面包括成套设备，其包括磁传感器装置和磁性标记。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，每个磁传感器包括具有传感器表面改性部的磁传感器元件和与磁传感器元件相邻并具有元件间区域表面改性部的元件间区域，其中所述传感器表面改性部和元件间区域表面改性部在元件间区域中提供了结合表面。

附图说明

图1显示了根据本公开的实施方式的磁传感器的横截面图。

图2显示了根据本公开的实施方式的80个磁传感器的阵列图像。

图3显示了图2的磁传感器的放大图像，其显示了根据本公开的实施方式的串联或并联排列的多个磁传感器元件。

图4显示了根据本公开的实施方式的磁传感器元件和元件间区域的排列的放大SEM图像。

详述

提供了磁传感器，其包括具有传感器表面改性部的磁传感器元件和与所述磁传感器元件相邻并具有元件间区域表面改性部的元件间区域，其中所述传感器表面改性部和元件间区域表面改性部在元件间区域中提供了结合表面。还提供了其中使用主题磁传感器的装置、系统和方法。

在更详细地描述本发明之前，应该理解，本发明不限于所描述的具体实施方式，这些实施方式当然可以改变。还应该理解的是，本文使用的术语仅仅是出于描述具体实施方式的目的，而不是为了限制，因为本发明的范围将仅由所附权利要求来限定。

在提供数值范围的情况下，应当理解的是，除非上下文另外明确指出，否则在所述范围的上限和下限之间每个中间值至下限单位的十分之一以及在所述给定范围中的任何其他给定值或中间值包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可以独立地包括在较小的范围内，并且也包括在本发明内，受限于给定范围内的任何明确排除的端点。在给定范围包括一个或两个端点的情况下，排除所包括的那些端点中的一个或两个的范围也包括在本发明中。

本文给出了数值之前是术语“约”的某些范围。术语“约”在本文中用于为其之后的精确数字以及接近或近似于该术语之后的数字的数字提供文字支持。在确定数字是否接近或近似具体记载的数字时，接近或近似的未记载的数字可以是在其出现的上下文中提供具体记载的数字的实质等同物的数字。

除非另外限定，本文所使用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属技术领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。虽然在本发明的实践或测试中也可以使用与本文所描述的方法和材料相似或等同的任意方法和材料，但是本文描述了代表性说明的方法和材料。

本说明书中引用的所有出版物和专利均通过引用并入本文，如同每个单独的出版物或专利被具体地和单独地表明为通过引用并入，并且通过引用并入本文以公开和描述与引用的出版物相关的方法和/或材料。任何出版物的引用是针对其在申请日之前的公开内容，并且不应该被解释为承认本发明由于在先发明而无权先于这种出版物。此外，所提供的出版日期可能与需要独立确认的实际出版日期不同。

应注意，如在本文和所附权利要求中所使用的，指示物前没有数量词修饰的情况包括多个指示物，除非文中另外明确地规定。还应注意，权利要求可以撰写为排除任何任选的要素。因此，对于与权利要求要素表述联用的这种排他性术语例如“唯一地”、“仅”等的使用，或“否定性”限定的使用，这种表述旨在用作引用基础。

应该理解，为了清楚起见，在单独实施方式的上下文中描述的本发明的某些特征也可以在单个实施方式中组合提供。相反地，为了简洁起见，在单个实施例的上下文中描述的本发明的不同特征也可以单独提供或以任何合适的亚组合提供。所有这些实施方式的组合都明确地包括在本发明中，并且正如每个和各个组合被单独地和明确地公开一样在本文中公开，到这些组合包含可操作的方法和/或装置/系统/成套设备的程度。另外，在描述这些变化方式的实施方式中列出的所有亚组合也明确地包括在本发明中，并且正如化学基团的每个和各个这种亚组合在本文中被单独地和明确地公开一样在本文中公开。

在阅读本公开后将对本领域技术人员明显的是，本文描述和说明的每个单独的实施方式具有独立的部件和特征，其可以容易地从任何其他几个实施方式中的特征分离或与任何其他几个实施方式中的特征组合，而不脱离本发明的范围或精神。任何所述的方法都可以按所叙述的事件的顺序或以逻辑上可能的任何其他顺序来执行。

在下面的章节中，首先更详细地描述主题磁传感器，随后描述其中使用主题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。在一些情况下，磁传感器被配置为增加磁传感器的灵敏度。例如，磁传感器可以被配置成优先在磁传感器表面的特定区域上结合磁性标记，以增加磁传感器对结合的磁性标记的灵敏度。增加磁传感器的灵敏度可以促进磁传感器的准确性提高，并且可以便于检测可能以低浓度存在于样品中的样品中的特定分析物。

在某些实施方式中，磁传感器包括具有传感器表面改性部的磁传感器元件和与磁传感器元件相邻并具有元件间区域表面改性部的元件间区域，其中所述传感器表面改性部和元件间区域表面改性部在元件间区域中提供结合表面(例如磁性标记结合表面)。

在某些实施方式中，所述磁传感器包括磁传感器元件。磁传感器元件可以为巨磁阻(GMR)元件或隧道磁阻(TMR)元件。例如，磁传感器元件可以为自旋阀磁阻元件或磁性隧道结(MTJ)磁阻元件，其各自在以下章节中另外详细描述。

在某些实施方式中，磁传感器元件包括传感器表面改性部。传感器表面改性部可以被配置为与磁性标记结合。例如，传感器表面改性部可以被配置为优先与由磁传感器装置分析的样品中的磁性标记结合。在某些实施方式中(如本文另外详述的)，传感器表面改性部可以包括特异性结合经磁性标记的分析物的分析物特异性探针(例如表面捕获配体)，从而将特定分析物间接结合到传感器表面上。

在其他实施方式中，传感器表面改性部可以被配置为使磁性标记与磁传感器元件的结合最小化。例如，传感器表面改性部可以提供磁传感器元件上的表面，其使传感器表面和磁性标记之间的结合相互作用最小化。在某些实施方式中，传感器表面改性部可以不包括分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。换句话说，传感器表面可以基本上不含分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。

在某些实施方式中，传感器表面改性部包括化学改性部。在一些实例中，传感器表面改性部包括金属层。例如，金属可以为金。在一些实例中，可以改性部金属表面(例如金表面)以与磁性标记结合。例如，金属表面(例如金表面)可以被配置为优先与由磁传感器装置分析的样品中的磁性标记结合。在某些实施方式中(如本文另外详述的)，金属表面改性部可以包括特异性结合经磁性标记的分析物的分析物特异性探针(例如表面捕获配体)，从而将特定分析物间接结合到金属传感器表面改性部上。

在其他实施方式中，金属表面(例如金表面)可以被配置为使磁性标记与磁传感器元件的结合最小化。例如，金属表面(例如金表面)可以提供磁传感器元件上的表面，其使传感器表面和磁性标记之间的结合相互作用最小化。在某些实施方式中，金属传感器表面改性部可以不包括分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。换句话说，金属传感器表面可以基本上不含分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。

如上所述，传感器表面改性部可以包括化学改性部。在一些实例中，传感器表面改性部包括介电材料层。例如介电材料可以为二氧化硅。在一些实例中，可以改性部介电材料表面以与磁性标记结合。例如，所述介电材料表面可以被配置为优先与由磁传感器装置分析的样品中的磁性标记结合。在某些实施方式中(如本文另外详述的)，介电表面改性部可以包括特异性结合经磁性标记的分析物的分析物特异性探针(例如表面捕获配体)，从而将特定分析物间接结合到介电传感器表面改性部上。

在其他实施方式中，介电材料的表面可以被配置为使磁性标记与磁传感器元件的结合最小化。例如，介电材料的表面可以提供磁传感器元件上的表面，其使传感器表面和磁性标记之间的结合相互作用最小化。在某些实施方式中，介电传感器表面改性部可以不包括分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。换句话说，介电传感器表面可以基本上不含分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。

在一些实施方式中，传感器表面改性部包括被设置在磁传感器元件表面上的传感器表面改性部层。传感器表面改性部层可以为基本上连续的表面层。“连续的”指传感器表面改性部覆盖传感器表面改性部层中没有明显空隙的区域或没有非连续区域的区域。

在一些情况下，传感器表面改性部层可以为基本上厚度均匀的。例如传感器表面改性部的厚度可以是1nm至1000nm，例如5nm至750nm，或5nm至500nm，或10nm至250nm，或10nm至200nm，或10nm至150nm，或15nm至150nm，或15nm至100nm，或15nm至75nm，或15nm至50nm。在一些情况下，传感器表面改性部的厚度是15nm至150nm。

在某些实施方式中，磁传感器包括与磁传感器元件相邻的元件间区域。元件间区域可以与磁传感器元件相邻以使元件间区域的一侧与磁传感器元件的一侧接触。例如，元件间区域的长度可以与磁传感器元件的长度相邻(例如接触)。在一些情况下，元件间区域与两个磁传感器元件相邻。例如，元件间区域可以在两个磁传感器元件之间。在一些情况下，元件间区域与元件间区域的一侧上的磁传感器元件相邻并且与元件间区域的相反侧上的另一个磁传感器元件相邻。例如，元件间区域可以与相邻的磁传感器元件共面。在这些实施方式中，磁传感器和相邻的元件间区域可以串联排列。在一些情况下，多个磁传感器元件和多个元件间区域可以以磁传感器元件和元件间区域交替的方式串联排列。如上所述，每个磁传感器元件可以与磁传感器元件的相反侧上的一个或两个元件间区域相邻，并且每个元件间区域可以与元件间区域的相反侧上的一个或两个磁传感器元件相邻。

在某些实施方式中，元件间区域包括元件间区域表面改性部。元件间区域表面改性部可以被配置为与磁性标记结合。例如，元件间区域表面改性部可以被配置为优先与由磁传感器装置分析的样品中的磁性标记结合。在某些实施方式中(如本文另外详述的)，元件间区域表面改性部可以包括特异性结合经磁性标记的分析物的分析物特异性探针(例如表面捕获配体)，从而将特定分析物间接结合到元件间区域表面上。

在其他实施方式中，元件间区域表面改性部可以被配置为使磁性标记与元件间区域的结合最小化。例如，元件间区域表面改性部可以提供元件间区域上的表面，其使元件间区域表面和磁性标记之间的结合相互作用最小化。在某些实施方式中，元件间区域表面改性部可以不包括分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。换句话说，元件间区域表面可以基本上不含分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。

在某些实施方式中，元件间区域表面改性部包括化学改性部。在一些实例中，元件间区域表面改性部包括金属层。例如，金属可以为金。在一些实例中，可以改性部金属表面(例如金表面)以与磁性标记结合。例如，金属表面(例如金表面)可以被配置为优先与由磁传感器装置分析的样品中的磁性标记结合。在某些实施方式中(如本文另外详述的)，金属元件间区域表面改性部可以包括特异性结合经磁性标记的分析物的分析物特异性探针(例如表面捕获配体)，从而将特定分析物间接结合到金属元件间区域表面改性部上。

在其他实施方式中，金属表面(例如金表面)可以被配置为使磁性标记与元件间区域的结合最小化。例如，金属表面(例如金表面)可以提供元件间区域上的表面，其使元件间区域的表面和磁性标记之间的结合相互作用最小化。在某些实施方式中，金属元件间区域表面改性部可以不包括分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。换句话说，金属元件间区域表面可以基本上不含分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。

如上所述，元件间区域表面改性部可以包括化学改性部。在某些实施方式中，元件间区域表面改性部包括介电材料层。例如，介电材料可以为二氧化硅。在一些实例中，可以改性部介电材料的表面以与磁性标记结合。例如，介电材料的表面可以被配置为优先与由磁传感器装置分析的样品中的磁性标记结合。在某些实施方式中(如本文另外详述的)，介电元件间区域表面改性部可以包括特异性结合经磁性标记的分析物的分析物特异性探针(例如表面捕获配体)，从而将特定分析物间接结合到介电元件间区域表面改性部上。

在其他实施方式中，介电材料的表面可以被配置为使磁性标记与元件间区域的结合最小化。例如，介电材料的表面可以提供元件间区域上的表面，其使元件间区域的表面和磁性标记之间的结合相互作用最小化。在某些实施方式中，介电元件间区域表面改性部可以不包括分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。换句话说，介电元件间区域表面可以基本上不含分析物特异性探针(例如表面捕获配体)。

在一些实施方式中，元件间区域表面改性部包括被设置在元件间区域的表面上的元件间区域表面改性部层。元件间区域表面改性部层可以为基本上连续的表面层。“连续的”指元件间区域表面改性部覆盖元件间区域表面改性部层中没有明显空隙的区域或没有非连续区域的区域。

在一些情况下，元件间区域表面改性部层可以为基本上厚度均匀的。例如，所述元件间区域表面改性部的厚度可以是1nm至1000nm，例如5nm至750nm，或5nm至500nm，或10nm至250nm，或10nm至200nm，或10nm至150nm，或15nm至150nm，或15nm至100nm，或15nm至75nm，或15nm至50nm。在一些情况下，元件间区域表面改性部的厚度是15nm至150nm。

在某些实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部包括不同的表面改性部。在某些实施方式中，传感器表面改性部可以被配置为使磁性标记与磁传感器元件的结合最小化，并且如本文所述的元件间区域表面改性部可以被配置为结合到磁性标记(例如，通过分析物特异性探针(例如表面捕获配体)而特异性结合到经磁性标记的分析物)。在其他实施方式中，如本文所述的传感器表面改性部可以被配置为结合到磁性标记(例如，通过分析物特异性探针(例如表面捕获配体)而特异性结合到经磁性标记的分析物)，元件间区域表面改性部可以被配置为使磁性标记与磁传感器元件的结合最小化。

如上所述，在某些实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部包括不同的表面改性部。在一些实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部包括不同的化学改性部(例如不同的化学组成)。例如，如上所述，一个表面改性部可以是金属表面改性部，另一个表面改性部可以是介电层表面改性部。在一些实施方式中，传感器表面改性部包括磁传感器元件表面上的金属层，元件间区域表面改性部包括元件间区域表面上的介电材料层。在一些情况下，金属为金，介电材料为二氧化硅。在一些实施方式中，传感器表面改性部包括磁传感器元件表面上的介电材料层，元件间区域表面改性部包括元件间区域表面上的金属层。在某些实施方式中，介电材料为二氧化硅，金属为金。

在某些实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部包括相同的(或基本上相同的)表面改性部。在一些实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部包括相同的(或基本上相同的)化学改性部(例如相同的(或基本上相同的)化学组成)。例如，如上所述，表面改性部可以是金属表面改性部，或表面改性部可以是介电层表面改性部。在一些实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部各自包括金属层。在某些实例中，金属为金。在其他实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部各自包括介电材料层。在某些实例中，介电材料是二氧化硅。

在某些实施方式中，元件间区域包括在磁传感器元件的侧表面上的表面改性部。磁传感器元件的侧表面可以是朝向元件间区域的磁传感器元件的表面，例如朝向元件间区域的内部体积。这样，具有表面改性部的磁传感器元件的侧表面可以是与元件间区域相邻的磁传感器元件的侧面。

在一些实施方式中，元件间区域包括在磁传感器元件的侧表面上的表面改性部，其不同于传感器表面改性部和元件间区域表面改性部。在某些实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部可以被配置为使磁性标记与磁传感器元件的结合最小化，侧表面改性部可以被配置为结合到如本文所述的磁性标记(例如通过分析物特异性探针(例如表面捕获配体)与经磁性标记的分析物特异性结合)。在其他实施方式中，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部可以被配置为结合到如本文所述的磁性标记(例如通过分析物特异性探针(例如表面捕获配体)特异性结合经磁性标记的分析物)，侧表面改性部可以被配置为使磁性标记与磁传感器元件的结合最小化。

如本文所述，在一些实施方式中，元件间区域包括在磁传感器元件的侧表面上的表面改性部，其不同于传感器表面改性部和元件间区域表面改性部。在一些情况下，元件间区域包括在磁传感器元件的侧表面上的化学改性部(例如化学组成)，其不同于传感器表面化学改性部(例如化学组成)和元件间区域表面化学改性部(例如化学组成)。例如，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部可以各自包括金属层，磁传感器元件的侧表面改性部可以包括介电材料层。在一些实施方式中，金属为金，介电材料为二氧化硅。在其他情况下，传感器表面改性部和元件间区域表面改性部可以各自包括介电材料层，磁传感器元件的侧表面改性部可以包括金属层。在一些实施方式中，介电材料为二氧化硅，金属为金。

在某些实施方式中，元件间区域包括在磁传感器元件的侧表面上的表面改性部，其与元件间区域表面改性部相同，且不同于传感器表面改性部。在某些实施方式中，传感器表面改性部可以被配置为使磁性标记与磁传感器元件的结合最小化，并且侧表面改性部和元件间区域表面改性部可以被配置为结合到如本文所述的磁性标记(例如通过分析物特异性探针(例如表面捕获配体)特异性结合经磁性标记的分析物)。在其他实施方式中，传感器表面改性部可以被配置为结合本文所述的磁性标记(例如通过分析物特异性探针(例如表面捕获配体)特异性结合经磁性标记的分析物)，侧表面改性部和元件间表面改性部可以被配置为使磁性标记与磁传感器元件的结合最小化。例如，元件间区域可以包括在磁传感器元件的侧表面上的表面化学改性部(例如化学组成)，其与元件间区域表面化学改性部(例如化学组成)相同，且不同于传感器表面化学改性部(例如化学组成)。

在某些实施方式中，如上所述，磁传感器元件和元件间区域是基本上共面的。在一些情况下，磁传感器元件的侧表面与磁传感器元件的表面形成角度。例如，磁传感器元件的侧表面与磁传感器元件的表面之间的角度可以为90°或更大，例如95°或更大、或100°或更大、或105°或更大、或110°或更大、或115°或更大、或120°或更大。在某些情况下，磁传感器元件的侧表面与磁传感器元件的表面之间的角度是90°。在一些情况下，磁传感器元件的侧表面与元件间区域的表面形成相应的角度。例如，磁传感器元件的侧表面与元件间区域的表面之间的角度可以是90°或更大，例如95°或更大、或者100°或更大、或者105°或更大、或者110°或更大、或者115°或更大、或者120°或更大。在某些情况下，磁传感器元件的侧表面与元件间区域的表面之间的角度是90°。

在某些实施方式中，磁传感器元件的侧表面改性部的厚度是1nm至1000nm，例如5nm至750nm、或5nm至500nm、或10nm至250nm、或10nm至200nm、或10nm至150nm、或15nm至150nm、或15nm至100nm、或15nm至75nm、或15nm至50nm。在一些情况下，磁传感器元件的侧表面改性部的厚度是15nm至150nm。

在一些实施方式中，所述传感器表面改性部包括在磁传感器元件表面上的覆盖物。例如覆盖物可以被设置在磁传感器元件的表面上。在一些实例中，覆盖物被设置在磁传感器元件的基本整个表面上(例如被设置在磁传感器元件的基本整个上表面上)。覆盖物可以被配置为最小化和/或阻止磁性标记与磁传感器元件的表面结合。在这些实施方式中，磁性标记与磁传感器元件的表面结合的最小化可以有利于提高磁传感器对元件间区域中的磁性标记的灵敏度。在一些实施方式中，覆盖物被设置在一个或更多个磁传感器元件上。例如，覆盖物可以具有足够的尺寸以被设置在两个或更多个磁传感器元件上，或被设置在磁传感器元件的阵列上。如下文更详细描述的，与磁传感器元件相邻的元件间区域可以具有位于相邻磁传感器元件的上表面下方的深度处的表面(例如上表面)。在这些实施方式中，设置在磁传感器元件表面上的覆盖物在元件间区域中形成管道。例如，管道可以在顶部由覆盖物界定、在底部由元件间区域界定、在相反侧由与元件间区域的相反侧相邻的磁传感器元件的侧表面界定。在某些情况下，可以通过管道将样品施加到磁传感器上，由此样品可以接触元件间区域和磁传感器元件的侧表面。

在某些实施方式中，元件间区域的宽度小于磁传感器元件的宽度。例如，元件间区域的宽度可以是磁传感器元件的宽度的0.1倍或更多倍，例如是磁传感器元件的宽度的0.2倍或更多倍、或0.3倍或更多倍、或0.4倍或更多倍、或0.5倍或更多倍、或0.6倍或更多倍、或0.7倍或更多倍、或0.8倍或更多倍、或0.9倍或更多倍。在某些情况下，元件间区域的宽度是磁传感器元件宽度的0.5倍或更多倍。

在某些实施方式中，磁传感器元件的长度大于磁传感器元件的宽度。例如，磁传感器元件的长度可以是磁传感器元件的宽度的1.1倍或更多倍，例如是磁传感器元件的宽度的1.2倍或更多倍、或1.3倍或更多倍、或1.4倍或更多倍、或1.5倍或更多倍、或1.6倍或更多倍、或1.7倍或更多倍、或1.8倍或更多倍、或1.9倍或更多倍、或2倍或更多倍。在某些情况下，磁传感器元件的长度是磁传感器元件的宽度的1.5倍或更多倍。

在某些实施方式中，与磁传感器元件相邻的元件间区域可以具有位于相邻磁传感器元件的上表面下方的深度处的表面(例如上表面)。在这些实施方式中，元件间区域和磁传感器元件可以为共面的，例如元件间区域和磁传感器元件可以被排列在磁传感器装置支撑件的共同(平面)表面上。在一些情况下，磁传感器元件的上表面可以位于磁传感器装置支撑件的表面上方的距离处，所述距离大于在元件间区域的表面上方延伸的距离。换句话说，所述元件间区域的高度可以小于相邻的磁传感器元件的高度。因此，如从磁传感器元件的上表面测量的，元件间区域在磁传感器元件的上表面下方的深度可以是5nm或更多，例如10nm或更多、或15nm或更多、或20nm或更多、或25nm或更多、或30nm或更多、或35nm或更多、或40nm或更多、或45nm或更多、或50nm或更多、或55nm或更多、或60nm或更多、或65nm或更多、或70nm或更多、或75nm或更多、或80nm或更多、或85nm或更多、或90nm或更多、或95nm或更多、或100nm或更多。在某些情况下，元件间区域在磁传感器元件的上表面下方的深度是25nm或更多。

在某些实施方式中，磁传感器元件宽度和元件间区域宽度为10μm或更小，例如9μm或更小、或8μm或更小、或7μm或更小、或6μm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。在某些情况下，磁传感器元件宽度和元件间区域宽度为2μm或更小。

在某些实施方式中，磁传感器元件包括具有基本上平行于磁传感器元件的宽度的磁化强度的参照层。例如，磁传感器元件的宽度尺寸可以沿轴设置，磁传感器元件包括基本上平行于轴的具有磁化强度的参照层。“基本上平行”指参照层的磁化强度以25°或更小与轴对齐，例如以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°或更小与轴对齐(例如与磁传感器元件的宽度尺寸对齐)。在某些情况下，参照层的磁化强度以10°或更小与轴对齐(例如与磁传感器元件的宽度尺寸对齐)。

图1显示了根据本公开的实施方式的磁传感器的横截面图。如图1所示，磁传感器包括在支撑件上的磁传感器元件，例如巨磁阻(GMR)元件(本文还称为GMR膜)，支撑件为例如由介电材料(本文还称为介电层(DL)构成的支撑件，介电材料可以由氧化物例如二氧化硅构成。磁传感器元件(GMR膜)具有传感器宽度(SW)和传感器长度(SL)。磁传感器元件(GMR膜)包括在磁传感器元件表面上的传感器表面改性部(SSM)。沿传感器长度(SL)与磁传感器元件相邻的是元件间区域(本文还称为沟槽)。元件间区域(沟槽)具有元件间区域宽度(沟槽宽度(TW))和元件间区域深度(沟槽深度(TD))。元件间区域具有元件间区域长度(沟槽长度)，其基本上与传感器长度(SL)相同。元件间区域沿磁传感器元件的侧面(本文还称为传感器边缘(SE))与磁传感器元件相邻。磁传感器元件的侧面(传感器边缘(SE))可以具有如本文所述的侧表面改性部，例如介电材料层(或金属层)。侧表面改性部具有厚度(TH)。元件间区域包括如本文所述的元件间区域表面改性部(本文还称为沟槽表面改性部(TSM))。如图1所示，可以串联排列超过一个的磁传感器以形成磁传感器阵列。

图4显示了根据本公开的实施方式的磁传感器元件和元件间区域的排列的放大SEM图像。

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。在一些实施方式中，支撑件包括设置于其上的磁传感器阵列(例如生物传感器阵列)。在一些实施方式中，每个磁传感器包括一个或更多个如本文所述的磁传感器元件和一个或更多个如本文所述的元件间区域。在以下章节中进一步描述磁传感器的方面。

在某些实施方式中，磁传感器包括两个或更多个磁传感器元件。在一些情况下，磁传感器元件彼此电连接。在某些情况下，磁传感器元件彼此串联地电连接。例如，磁传感器元件可以通过一个或更多个电极彼此串联地电连接。在一些实施方式中，通过将磁传感器元件串联地电连接在一起，电流(例如感应电流)可以(例如依次地)流过串联的磁传感器元件。

在某些实施方式中，磁传感器元件阵列包括串联和/或并联排列的多个磁传感器元件，磁传感器元件阵列可以包括2个或更多个磁传感器元件，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、或250个或更多个串联和/或并联排列的磁传感器。在一些情况下，磁传感器元件阵列包括100个或更多个串联和/或并联排列的磁传感器元件。图3显示了图2的磁传感器的放大图，其显示了根据本公开的实施方式串联或并联排列的多个磁传感器元件。

在一些实例中，磁传感器元件被排列(如上所述的串联和/或并联排列)以使相邻磁传感器元件之间的距离为50μm或更小，例如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。在一些情况下，相邻磁传感器元件之间的距离为2μm。

在某些实施方式中，磁传感器元件的尺寸可以为2μm×2μm至200μm×200μm，所述尺寸包括2μm×200μm或更小，例如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，元件间区域的尺寸可以为1μm×1μm至100μm×100μm，所述尺寸包括1μm×100μm或更小，例如50μm×1μm或更小，例如1μm×50μm或更小、或50μm×50μm或更小、或5μm×5μm或更小、或4μm×4μm或更小、或3μm×3μm或更小、或2μm×2μm或更小、或1μm×1μm或更小。

在某些实施方式中，电极由导电材料构成。在一些情况下，电极由导电金属制得，所述导电金属例如铜、铝、钯、钯合金、钯氧化物、铂、铂合金、铂氧化物、钌、钌合金、钌氧化物、银、银合金、银氧化物、锡、锡合金、锡氧化物、钛、钛合金、钛氧化物、钽、钽合金、钽氧化物、其组合等。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的层。例如，电极可以包括导电金属层，例如钽层。在一些实例中，电极包括两层或更多层的如上所述的导电材料。例如，电极可以包括两种不同导电金属的交替层，所述导电金属例如钽和钌。

在某些实施方式中，磁传感器包括多个磁传感器元件。在一些情况下，如上所述，磁传感器包括两个或更多个磁传感器元件(例如两个或更多个串联排列的磁传感器元件)。在一些实例中，磁传感器装置包括串联排列的磁传感器元件和与第一系列磁传感器阵列并联电连接的附加磁传感器元件。附加磁传感器元件可以包括如上所述的串联排列的两个或更多个磁传感器元件。这样，在某些情况下，磁传感器可以包括多个磁传感器元件串联和并联电连接的磁传感器元件的阵列。

本公开的方面包括磁传感器装置，其中磁传感器装置包括支撑件。在一些实施方式中，支撑件包括设置于其上的磁传感器阵列(例如生物传感器阵列)。在某些实施方式中，支撑件的厚度是5mm或更小，例如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。在某些实施方式中，支撑件的宽度是20mm或更小、或15mm或更小，例如12mm或更小，包括10mm或更小、或5mm或更小、或2mm或更小。

在某些实施方式中，磁传感器装置的支撑件被成形为长方体(尽管其他形状也是可能的)，其长度是1mm至20mm，例如1mm至10mm，包括1mm至5mm；宽度是1mm至20mm，例如1mm至10mm，包括1mm至5mm，或1mm至3mm；厚度是0.1mm至5mm，例如0.2mm至1mm，包括0.3mm至0.5mm。

磁传感器阵列

在某些实施方式中，磁传感器装置包括磁传感器阵列(例如生物传感器阵列)。磁传感器阵列可以具有各种不同的配置，例如关于磁传感器配置的各种不同的配置。在某些实施方式中，主题磁传感器被排列在生物芯片(例如生物传感器芯片)上。“生物芯片”或“生物传感器芯片”是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，生物芯片可以包括磁传感器装置，所述磁传感器装置包括在支撑面上显示两个或更多个不同的磁传感器阵列的支撑面。在某些实施方式中，磁传感器装置包括具有磁传感器阵列的支撑面。

“阵列”包括可寻址区域例如空间可寻址区域的任何二维或基本上二维的(以及三维的)布置。当阵列具有位于阵列上的特定预定位置(例如“地址”)处的多个传感器时，阵列是“可寻址的”。阵列特征物(例如传感器)可以通过中间空间分隔。任何给定的支撑件可以载有设置在支撑件的前表面上的一个、两个、四个或更多个阵列。取决于用途，任何或所有的阵列可以彼此相同或不同，并且每个可以包含多个不同的磁传感器。阵列可以包括一个或更多个，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个磁传感器可以排列成8×8阵列，或80个磁传感器可以排列成8×10阵列，或90个传感器可以排列成9×10阵列。图2显示了根据本公开的实施方式的80个磁传感器的阵列图像。

在一些实例中，磁传感器在阵列中排列为磁传感器的行和列。例如，阵列可以包括一行或者更多行的两个或者更多个磁传感器。在一些情况下，阵列包括1行或更多行，例如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行或更多行的磁传感器。在一些情况下，阵列包括1列或更多列，例如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列或更多列的磁传感器。例如，64个磁传感器可以排列成8×8阵列，其包括8行和8列的磁传感器，或80个磁传感器可以排列成8×10阵列，其包括10行和8列的磁传感器。

在某些实施方式中，磁传感器可以排列成面积为10cm²或更小、或9cm²或更小、5cm²或更小、4cm²或更小，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，例如10mm²或更小，或者甚至更小的阵列。例如，磁传感器可以排列成面积为15mm²或更小，例如12.2mm²或更小(例如3.2mm×3.8mm)的阵列。在一些实例中，磁传感器排列成面积为20mm²的阵列。例如，磁传感器可以具有每2mm²或更小的阵列面积1个磁传感器的阵列密度，例如每1mm²或更小的阵列面积1个磁传感器、或每0.5mm²阵列面积1个磁传感器、或每0.2mm²阵列面积1个磁传感器、或每0.16mm²阵列面积1个磁传感器、或每0.14mm²阵列面积1个磁传感器、或每0.12mm²阵列面积1个磁传感器、或每0.1mm²阵列面积1个磁传感器、或每0.08mm²阵列面积1个磁传感器、或每0.05mm²阵列面积1个磁传感器。在一些情况下，所述磁传感器可以具有每0.16mm²阵列面积1个磁传感器的阵列密度。

在一些实施方式中，根据本公开的实施方式的具有多个磁传感器元件的磁生物传感器的尺寸被设置为覆盖支撑件的一部分，所述支撑件与测试中的生物分子样品接触。可以通过将具有生物分子的液体样品小液滴置于支撑件的某些区域上，或通过将涂覆有生物分子的片状物置于与支撑件接触来将样品(例如生物分子)置于单个传感器或元件间区域上。在一些实施方式中，涂覆生物分子样品的支撑件区域和生物传感器区域是基本上相似的。例如，生物传感器的尺寸可以是10μm×10μm至1000μm×1000μm，所述尺寸包括10μm×1000μm或更小，例如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或者更小、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，生物传感器的尺寸是140μm×140μm或更小，例如120μm×120μm。

在一些实施方式中，根据本公开的实施方式的具有多个磁传感器元件的磁生物传感器是间隔的，以使每单位面积中的生物传感器数是最大化的，同时仍使得单个生物传感器与含有生物分子的液体样品的各个液滴接触。为了实现置于单个生物传感器上的相邻液滴间的实质性分离，生物传感器以一定距离间隔并通过如本文所述的元件间区域分隔。

在某些实施方式中，至少一些或全部磁传感器具有分析物特异性探针(例如表面捕获配体)，其与传感器表面或元件间区域表面稳定地结合。例如，每个磁传感器阵列可以包括1个或更多个磁传感器，其具有结合到磁传感器表面或元件间区域表面的分析物特异性探针。在给定阵列包括两个或更多个磁传感器的情况下，每个传感器或元件间区域可以具有相同或不同的与其表面结合的分析物特异性探针。例如，磁传感器阵列可以包括两个或更多个不同的磁传感器或元件间区域，其各自被配置为特异性地检测相同的分析物。在一些情况下，不同的分析物特异性探针可以存在于该装置的传感器表面或元件间区域表面，以使每个不同的分析物探针特异性地结合不同的分析物。例如，磁传感器阵列可以包括两个或更多个不同的磁传感器或不同的元件间区域，其各自被配置为特异性地检测不同的分析物。在其他情况下，磁传感器装置包括没有任何分析物特异性探针的磁传感器或元件间区域，以使磁传感器表面或元件间区域表面官能化以与分析物直接结合。在一些实例中，磁传感器或元件间区域包括阻隔层，其被设置在磁传感器表面或元件间区域表面上。阻隔层可以被配置为抑制任何分析物特异性探针或分析物与磁传感器表面结合(例如该被阻隔的磁传感器可以用作参照或对照电信号源时)，或抑制任何分析物探针或分析物与元件间区域表面结合(例如该被阻隔的元件间区域可以用作参照或对照电信号源时)。

如上所述，在某些实施方式中，磁传感器装置包括设置在支撑件上的两个或更多个磁传感器阵列。由此，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以具有一个或更多个磁传感器或元件间区域，其中每个磁传感器或元件间区域被配置为检测相同或不同的分析物。因此，磁传感器装置上的每个磁传感器阵列可以被配置为检测相同或不同的分析物组。例如，磁传感器装置可以包括两个或更多个不同的磁传感器阵列，每个磁传感器阵列被配置为特异性地检测同一组分析物。在其他情况下，磁传感器装置可以包括两个或更多个不同的磁传感器阵列，每个磁传感器阵列被配置为特异性地检测不同组分析物。

可以存在例如导电引线的电子通信元件，其被配置为将磁传感器电耦合到系统部件上，所述系统部件例如处理器、显示器等。另外，除了磁传感器阵列之外，给定的磁传感器装置可以包括多种其他部件。另外的磁传感器装置部件可以包括但不限于：信号处理部件、电源、流体处理部件、有线或无线通信部件等。

在某些实施方式中，磁传感器装置被配置为由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为由10mL或更少、或5mL或更少、或3mL或更少、或1mL或更少的样品尺寸产生可检测信号，所述样品尺寸例如500μL或更少，包括100μL或更少，例如50μL或更少、或25μL或更少、或10μL或更少。由此，在一些情况下，所述元件间区域可以被配置为接收产生可检测信号所需的最小量的样品。例如，所述元件间区域可以被配置为接收10mL或更少、或5mL或更少、或3mL或更少、或1mL或更少的样品，例如500μL或更少，包括100μL或更少，例如50μL或更少、或25μL或更少、或10μL或更少、或5μL或更少、或1μL或更少的样品。

在一些实施方式中，磁传感器装置被配置为连接用于检测样品中分析物存在的系统。因此，在某些实施方式中，磁传感器装置不包括磁场源。磁场源可以包括在用于检测样品中分析物存在的系统中，因此其不包括在磁传感器装置自身中。因此，测试方案可以包括将磁传感器装置有效耦合到用于检测样品中分析物存在的系统上。在一些实例中，如本文所述，磁传感器装置可以有效耦合到系统的激活和信号处理单元。所述磁传感器装置可以包括一个或更多个电触点，其被配置为将磁传感器装置电连接到系统上，例如连接到系统的激活和信号处理单元。所述电触点可以沿着磁传感器装置的边缘排列。

在某些实施方式中，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为存储信息，例如包括但不限于以下信息：校准数据(例如每个磁传感器和/或每个磁传感器阵列的校准数据)、在测试之前如何用表面官能化分子制备磁传感器的记录、已完成的测试步骤的记录、关于测量哪个样品的记录、测量结果的记录等。在一些实例中，可以使用条形码代替可编程存储器，或者除了可编程存储器之外还可以使用条形码。在包括条形码的磁传感器装置的实施方式中，与磁传感器装置相关的信息可以被存储并从与磁传感器装置分开的信息系统例如系统的激活和信号处理单元中获取。

磁传感器

如上所述，每个磁传感器可以包括一个或更多个磁传感器元件。在一些情况下，磁传感器是被配置为在磁性传感器和磁性标记之间没有任何直接物理接触的情况下检测附近磁性标记存在的传感器。在某些实施方式中，磁传感器被配置为检测样品中分析物的存在。例如，磁性标记可以直接或间接地结合分析物，所述分析物转而可以直接或间接地结合磁传感器。如果所结合的磁性标记位于磁传感器的检测范围内，则磁传感器可以提供指示所结合的磁性标记存在的信号，从而指示分析物的存在。

在一些实例中，磁传感器距磁传感器表面的检测范围是1nm到1000nm，例如距磁传感器表面的检测范围是1nm至800nm，包括1nm至500nm，例如1nm至300nm，包括1nm至100nm。在一些实例中，传感器的检测范围的最小化可以促进经特异性结合的分析物的检测，同时使来自非感兴趣的分析物的可检测信号最小化。“检测范围”是指距磁传感器表面的距离，其中磁性标记的存在将在磁传感器中引起可检测信号。在某些情况下，位于与磁传感器表面足够近并在磁传感器的检测范围内的磁性标记会在磁传感器中引起可检测的信号。在某些实例中，位于与磁传感器表面的距离大于磁传感器的检测范围的磁性标记不会在磁传感器中引起可检测的或不可忽略的信号。例如，磁性标记可以具有与1/r³成比例的磁通量，其中r为磁传感器和磁性标记之间的距离。因此，只有位于极为接近的位置(例如磁传感器的检测范围内)的那些磁性标记会在磁传感器中引起可检测信号。

在某些实施方式中，磁传感器的表面被官能化以直接结合分析物或磁性标记。例如，磁传感器的表面可以被官能化以提供在分析物或磁性标记和磁传感器之间的共价结合或非共价连接，其包括但不限于非特异性吸附、基于静电相互作用的结合(例如离子-离子对相互作用)、疏水相互作用、氢键相互作用等。

在一些实例中，磁传感器或元件间区域的表面包括与分析物特异性结合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以与磁传感器或元件间区域的表面结合。例如，阳离子聚合物例如聚乙烯亚胺(PEI)可以用于通过物理吸附将带电抗体非特异性结合到表面。或者，可以使用共价化学，其利用分析物特异性探针上的游离胺或游离硫醇基团以将分析物特异性探针共价结合到磁传感器或元件间区域的表面。例如，N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)和1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二酰亚胺(EDC)偶联体系可以用于将分析物特异性探针共价结合到磁传感器或元件间区域的表面。

所述分析物特异性探针可以包括特异性结合对的一个成员。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/链霉亲和素；地高辛/抗地高辛等。在某些实施方式中，磁传感器或元件间区域的表面包含特异性结合感兴趣的分析物的抗体。因此，使磁传感器或元件间区域与包含感兴趣的分析物的测试组合物接触可以导致分析物与结合到磁传感器或元件间区域的表面的分析物特异性探针(例如抗体)结合。

在某些实施方式中，磁传感器被配置为响应于磁传感器表面附近的磁性标记而产生电信号。例如，磁传感器可以被配置为检测磁传感器的电阻变化，其由局部磁场中的变化引起。在一些情况下，如上所述，极其靠近磁传感器的磁性标记(例如磁纳米颗粒标记)的结合引起磁传感器电阻的可检测变化。例如，在所施加的外部磁场的存在下，磁传感器附近的磁性标记可以被磁化。经磁化的磁性标记的局部磁场可以引起下面的磁传感器电阻的可检测变化。因此，磁性标记的存在可以通过检测磁传感器电阻的变化来检测。在某些实施方式中，磁传感器附近的磁性标记可以存在于元件间区域中，例如结合到如本文所述的元件间区域。在某些实施方式中，磁传感器附近的磁性标记可以存在于元件间区域，例如结合到如本文所述的磁传感器元件的侧表面。

在一些实施方式中，磁传感器被配置为检测1欧姆或更小的电阻变化，例如500毫欧姆或更小，包括100mOhm或更小、或50毫欧姆或更小、或25毫欧姆或更小、或10毫欧姆或更小、或5毫欧姆或更小、或1毫欧姆或更小的电阻变化。在某些实施方式中，电阻变化可以表示为相对初始传感器电阻的百万分率(PPM)，例如电阻变化为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10000PPM或更多、或20000PPMPPM或更多、或40000PPM或更多、或60000PPM或更多、或100000PPM或更多、或200000PPM或更多。

在某些情况下，磁传感器为多层薄膜结构。传感器可以包括铁磁材料和非磁性材料的交替层。铁磁材料可以包括但不限于坡莫合金(NiFe)、铁钴(FeCo)、镍铁钴(NiFeCo)、镍氧化物(NiO)、氧化钴物(CoO)、镍钴氧化物(NiCoO)、氧化铁(Fe₂O₃)、CoFeB、Ru、PtMn、其组合等。在一些情况下，非磁性材料为绝缘层，例如但不限于MgO、氧化铝等。在某些实施方式中，铁磁层的厚度是1nm至10nm，例如2nm至8nm，包括3nm至4nm。在一些实例中，非磁性层的厚度是0.2nm至5nm，例如1nm至3nm，包括1.5nm至2.5nm、或1.8nm至2.2nm。

自旋阀磁阻元件

在某些实施方式中，磁传感器元件为自旋阀磁阻元件。在某些情况下，自旋阀元件是包括第一铁磁层、设置在第一铁磁层上的非磁性层和设置在非磁性层上的第二铁磁层的多层结构。第一铁磁层可以被配置为使其磁化矢量固定在某一方向上。在一些情况下，第一铁磁层称为“固定层”。在某些实施方式中，自旋阀元件包括具有基本上平行于如上所述的磁传感器元件的宽度的磁化强度的固定层。第二铁磁层可以被配置为使得其磁化矢量可以在所施加的磁场下自由旋转。在一些情况下，第二铁磁层称为“自由层”。

在某些情况下，自旋阀元件的电阻取决于自由层的磁化矢量与固定层的磁化矢量的相对方向。当两个磁化矢量平行时，电阻最小；当两个磁化矢量反向平行时，电阻最高。电阻的相对变化称为磁阻(MR)比率。在某些实施方式中，自旋阀元件具有1％至20％的MR比率，例如3％至15％，包括5％至12％的MR比率。在一些情况下，在小的磁场例如100奥斯特的磁场中，自旋阀元件的MR比率为10％或更高。如上所述，可以检测由于在自旋阀元件的表面附近存在磁性标记而导致的自旋阀元件的电阻变化。

在某些实施方式中，由于磁性标记而来自自旋阀元件的信号取决于磁性标记与自旋阀元件的自由层之间的距离。在某些情况下，来自磁性标记的电压信号随着磁性标记的中心到自由层的中心平面的距离增加而减小。因此，在某些实例中，自旋阀元件中的自由层位于自旋阀元件的表面处。将自由层定位在自旋阀元件的表面处可以使自由层和任何结合的磁性标记之间的距离最小化，这可以有利于检测磁性标记。

在某些实施方式中，自旋阀元件可以包括设置在一个或更多个自旋阀元件表面上的钝化层。在一些情况下，钝化层的厚度是60nm或更小，例如50nm或更小，包括40nm或更小、30nm或更小、20nm或更小、10nm或更小。例如，钝化层的厚度可以是1nm至10nm，例如1nm至5nm，包括1nm至3nm。在某些实施方式中，钝化层包括金、钽、SiO₂、Si₃N₄及其组合等。

磁性隧道结(MTJ)磁阻元件

在某些实施方式中，磁传感器元件是磁性隧道结(MTJ)磁阻元件(在本文中还称为MTJ元件)。在某些情况下，MTJ元件包括多层结构，其包括第一铁磁层、设置在第一铁磁层上的绝缘层和设置在绝缘层上的第二铁磁层。绝缘层可以是薄的绝缘隧道屏障，并且可以包括氧化铝、MgO等。在一些情况下，第一铁磁层和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，在某些实施方式中，当第一铁磁层和第二铁磁层的磁化矢量平行时，隧穿电流高，而当第一铁磁层和第二铁磁层的磁化矢量反向平行时，隧穿电流低。

在一些情况下，MTJ元件具有1％至300％的磁阻比率(MR)，例如10％至250％，包括25％至200％的磁阻比率(MR)。如上所述，可以检测由于在MTJ元件的表面附近存在磁性标记而导致的MTJ元件的电阻变化。在一些情况下，MTJ元件的MR是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元件的MR可以是225％或更多。

在某些实施方式中，第二铁磁层(例如位于MTJ元件表面的MTJ元件层)包括两层或更多层。例如，第二铁磁层可以包括第一层、设置在第一层上的第二层和设置在第二层上的第三层。在一些情况下，第一层为薄的铁磁层(例如NiFe、CoFe、CoFeB等)。薄的金属层的厚度可以是6nm或更小，例如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。第二层可以包括导电金属，例如铜、铝、钯、钯合金、钯氧化物、铂、铂合金、铂氧化物、钌、钌合金、钌氧化物、银、银合金、银氧化物、锡、锡合金、锡氧化物、钛、钛合金、钛氧化物、钽、钽合金、钽氧化物、其组合等。第二层的厚度可以是2nm或更小，例如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。第三层可以包括铁磁材料，例如但不限于NiFe、CoFe、CoFeB等。第三层的厚度可以是6nm或更小，例如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，所述MTJ元件被配置为使得连接的磁性标记与自由层的上表面之间的距离为5nm至1000nm，或10nm至800nm，例如20nm至600nm，包括40nm至400nm，例如60nm至300nm，包括80nm至250nm。

MTJ元件可以包括设置在一个或更多个MTJ元件表面上的钝化层。在一些情况下，钝化层的厚度是60nm或更小，例如50nm或更小，包括40nm或更小、30nm或更小、20nm或更小、10nm或更小。例如，钝化层的厚度可以是1nm至50nm，例如1nm至40nm，包括1nm至30nm，或1nm至20nm。在一些实例中，钝化层的厚度是30nm。在一些情况下，钝化层包括金、钽、钽合金、钽氧化物、铝、铝合金、铝氧化物、SiO₂、Si₃N₄、ZrO₂、其组合等。在某些实施方式中，具有如上所述的厚度的钝化层有助于使从特异性结合到传感器表面或元件间区域的磁性标记检测到的信号最大化，同时最小化来自没有特异性结合的磁性标记的信号。

在某些实施方式中，MTJ元件的尺寸是1μm×1μm至200μm×200μm，所述尺寸包括1μm×200μm或更小，例如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元件的尺寸是120μm×0.8μm或更小，例如2.0μm×0.8μm。

在2008年9月19日提交的美国申请公开第2009/0104707号中进一步描述了磁性隧道结(MTJ)检测器，其公开内容在此通过引用整体并入本文。在2004年4月22日提交的美国专利第7906345号中进一步描述了检测器，其公开内容在此通过引用整体并入。

磁感应区域

在某些实施方式中，磁传感器装置可以被配置为包括一个或更多个磁感应区域。磁感应区域可以对应于磁传感器阵列(例如生物传感器阵列)所在装置的区域。例如，磁感应区域可以是在使用期间暴露于样品的装置表面上的区域，并且具有如上所述的磁传感器阵列(例如生物传感器阵列)。

磁感应区域可以被配置为包括流体储存器。流体储存器可以是各种配置中的任一种，其中流体储存器被配置为容纳与磁传感器阵列接触的样品。因此，流体储存器的构造可以包括但不限于：圆柱形井构造、方井构造、矩形井构造、圆底井构造等。例如，流体储存器可以包括将一个流体储存器与相邻流体储存器分开的壁。壁相对于储存器板的表面可以是基本垂直的。在一些情况下，每个流体储存器的壁限定空间体积，所述空间可以接收等于或小于由流体储存器限定的空间体积的样品体积。

在某些实施方式中，流体储存器的体积是10mL或更少、或5mL或更少、或3mL或更少、或1mL或更少，例如500μL或更少，包括100μL或更少，例如50μL或更少、或25μL或更少、或10μL或更少，这足以包含相等或更小体积的样品体积。

磁传感器系统

在某些实施方式中，所述系统包括磁传感器装置和磁场源。磁传感器装置包括具有两个或更多个位于其上的磁传感器阵列(例如生物传感器阵列)的支撑件。所述系统可以被配置为从每个磁传感器阵列获得指示每个样品中是否存在一种或更多种分析物的信号。

在某些实施方式中，所述系统包括磁场源。所述磁场源可以被配置为将足以在测试感应区域中产生DC场和/或AC场(例如在信号采集期间，在磁传感器阵列位于的区域)的磁场施加到磁传感器装置(例如磁传感器阵列)。在一些实例中，磁场源被配置为产生的磁场的磁场强度是1奥斯特或更多、或5奥斯特或更多、或10奥斯特或更多、或20奥斯特或更多、或30奥斯特或更多、或40奥斯特或更多、或50奥斯特或更多、或60奥斯特或更多、或70奥斯特或更多、或80奥斯特或更多、或90奥斯特或更多、或100奥斯特或更多。

磁场源可以位于使得当磁传感器装置在使用时在磁传感器阵列位于的区域中产生磁场。在一些情况下，磁场源被配置为在进行测试的储存器板上的流体储存器组周围产生均匀的可控磁场。磁场源可以包括一个或更多个磁场产生部件，例如两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个磁场产生部件。在一些情况下，磁场源可以包括一个或更多个电磁铁，例如线圈电磁铁。线圈电磁铁可以包括绕线线圈。例如，磁场源可以包括排列成Helmholtz线圈几何形状的两个电磁铁。

所述系统的实施方式还包括基于计算机的系统。系统可以被配置为定性和/或定量地评估如上所述的结合相互作用。“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、软件和数据存储部件。基于计算机的系统的硬件可以包括中央处理单元(CPU)、输入部件、输出部件和数据存储部件。各种基于计算机的系统中的任一个都适用于主题系统。数据存储部件可以包括任何计算机可读介质，其包括用于记录来自磁传感器阵列的信号的装置、或者可以存储来自磁传感器阵列的信号的可访问存储部件。

为了“记录”数据，计算机可读介质上的程序或其他信息指使用本领域已知的任何这种方法来存储信息的方法。取决于用于访问所存储的信息的方法，可以选择任何适当的数据存储结构。各种数据处理器程序和格式可以用于存储，例如，文字处理文本文件、数据库格式等。

在某些实施方式中，所述系统包括激活和信号处理单元。所述激活和信号处理单元可以被配置为有效耦合到磁传感器装置。在一些实例中，激活和信号处理单元被电耦合到磁传感器装置。激活和信号处理单元可以被电耦合，以提供去往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以被配置为向磁传感器装置的部件例如但不限于磁传感器阵列提供电力、激活信号等。由此，激活和信号处理单元可以包括激活信号发生器。激活信号发生器可以被配置为向分析物检测装置的部件例如但不限于磁传感器阵列提供电力、激活信号等。在一些实例中，激活和信号处理单元被配置为在磁传感器阵列两端施加1mV至10V的电压，例如100mV至5V，包括200mV至1V，例如300mV至500mV的电压。在一些情况下，激活和信号处理单元被配置为在磁传感器阵列两端施加500mV的电压。

另外，激活和信号处理单元可以被配置为从磁传感器装置接收信号，例如从磁传感器装置的磁传感器阵列接收信号。来自磁传感器装置的磁传感器阵列的信号可以用于检测样品中一种或更多种分析物的存在。在一些实例中，激活和信号处理单元可以包括被配置为响应于来自磁传感器阵列的接收信号而输出分析物检测结果的处理器。因此，激活和信号处理单元的处理器可以被配置为接收来自磁传感器装置的信号，根据预定算法处理信号，获得与样品中的一种或更多种分析物的存在有关的结果，并且以人可读或可听的格式向用户输出结果。

“处理器”指会执行一种或更多种程序化功能的任何硬件和/或软件组合。例如，本文中的任何处理器可以是可编程数字微处理器，例如以电子控制器、大型机、服务器或个人计算机(例如台式的或便携式的)的形式可用的。在处理器是可编程的情况下，可以将合适的程序从远程位置通讯至处理器，或者将其事先保存在计算机程序产品中(例如便携式或固定式计算机可读存储介质，不管是基于磁性、光学还是固态的装置)。例如，磁介质、光盘或固态存储器装置可以载有程序，并且可以被与处理器通讯的合适读取器读取。

在一些实例中，主题系统被配置为调节施加到磁传感器阵列的电流(例如感应电流)。主题系统也可以被配置为调节由磁场源产生的磁场。调节感应电流和磁场可以有利于信号噪声的最小化，并因此使信噪比最大化。调节感应电流和磁场的另外方面在2010年4月13日提交的美国申请公开第2011/0027901号中更详细地描述，其公开内容在此通过引用整体并入本文。

主题系统的实施方式还可以包括以下部件：(a)有线或无线通信模块，其被配置为例如经由用户计算机在系统与一个或更多个用户之间传送信息，如下所述；和(b)处理器，其用于执行涉及来自磁传感器的信号的定性和/或定量分析的一个或更多个任务。在某些实施方式中，提供了计算机程序产品，其包括具有存储在其中的控制逻辑(例如计算机软件程序，包括程序代码)的计算机可用介质。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。在其它实施方式中，一些功能主要在使用例如硬件状态机的硬件中实现。可以使用任何适当的方法和技术来实施硬件状态机以执行本文描述的功能。

除了磁传感器装置和激活和信号处理单元之外，系统还可以包括一些附加部件，例如但不限于：数据输出装置，例如监视器、扬声器等；数据输入装置，例如界面端口、按钮、开关、键盘等；流体处理部件，例如微流体部件；电源；功率放大器；有线或无线通信部件等。例如，系统可以包括流体处理部件，例如微流体流体处理部件。在某些实施方式中，微流体流体处理部件被配置为将流体输送到元件间区域。在一些情况下，流体包括以下中的一种或更多种：测试组合物、样品、磁性标记、捕获探针、试剂等。在某些情况下，微流体流体处理部件被配置为递送小体积流体，例如1mL或更少，例如500μL或更少，包括100μL或更少，例如50μL或更少、或25μL或更少、或10μL或更少。

在某些实施方式中，所述系统是高灵敏度分析物检测器。“高灵敏度”是指系统被配置为检测样品中的分析物，其中样品中分析物的浓度低。在一些情况下，系统被配置为产生指示样品中感兴趣的分析物的存在的可检测信号，其中样品中分析物的浓度是1μM或更小，例如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，例如10fM或更小、或5fM或更小、或1fM或更小。换句话说，系统可以被配置为检测极限例如定量下限(LLOQ)是1μM或更小，例如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，例如10fM或更小、或5fM或更小、或1fM或更小。

在某些实施方式中，所述系统包括显示器。显示器可以被配置为提供从如上所述的激活和信号处理单元获得的分析物检测结果的视觉指示。显示器可以被配置为显示定性的分析物检测结果。例如，定性显示器可以被配置为向用户显示样品包括或不包括感兴趣的特定分析物的定性指标。在一些实施方式中，显示器可以被配置为显示分析物检测结果，其中分析物检测结果是定量结果，例如样品中分析物浓度的定量测量。例如，在其中系统被配置为输出定量分析物检测结果的实施方式中，系统可以包括被配置为显示定量的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，其在磁传感器装置使用之前和使用期间可以利用相关信息编程，相关信息例如：对于每个单独传感器的校准数据；在测试之前如何用表面官能化分子制备生物芯片的记录；所有完成的测试步骤的记录；关于测量哪个样品的记录；测量结果的记录等。

方法

本公开的方面还包括评估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装置与样品接触以产生信号。此外，所述方法包括基于信号评估每个样品中是否存在分析物。

所述方法的实施方式涉及评估分析物是否存在于样品中，例如确定样品中一种或更多种分析物的存在或不存在。在所述方法的某些实施方式中，可以定性或定量地确定样品中一种或更多种分析物的存在。定性确定包括其中向用户提供关于样品中分析物的存在的简单是/否结果的确定。定量确定包括半定量确定和精确范围结果，在所述半定量确定中向用户提供关于样品中的分析物的量的粗略范围结果例如低、中、高，在所述精确范围结果中向用户提供分析物浓度的精确测量值。

在一些实施方式中，所述方法包括样品中分析物的单一分析。“单一分析”是指分析样品以检测样品中一种分析物的存在。例如，样品可以包括感兴趣的分析物和其他非感兴趣的分子实体的混合物。在一些情况下，所述方法包括样品的单一分析以确定样品混合物中感兴趣的分析物的存在。

某些实施方式包括样品中两种或更多种分析物的多重分析。“多重分析”是指确定两种或更多种不同分析物的存在，其中两种或更多种分析物彼此不同。例如，分析物可以包括其分子结构、序列等的可检测差异。在一些实例中，分析物的数量大于2种，例如4种或更多种、6种或更多种、8种或更多种等，至多为20种或更多种，例如50种或更多种，包括100种或更多种，或1000种或更多种不同的分析物。在某些实施方式中，所述方法包括2种至1000种不同分析物的多重分析，例如4种至500种不同分析物，包括4种至200种不同分析物、或4种至100种不同分析物、或4种至50种不同分析物、或4种至20种不同分析物的多重分析。在某些实施方式中，几种多重测试可以基本上同时并联进行。

在一些实例中，所述方法是评估样品中一种或更多种分析物的存在的免清洗方法。“免清洗”是指在试剂和/或样品与磁传感器接触之后不进行清洗步骤。由此，在这些实施方式的测试过程中不进行其中未结合的试剂(例如未结合的磁性标记)或未结合的样品从磁传感器表面去除的步骤。因此，尽管所述方法可以包括将一种或更多种不同试剂和/或样品依次与磁传感器表面接触，但是在分析过程中的任何时刻，样品表面都不以将未结合的试剂或样品从磁传感器表面去除的方式与流体接触。例如，在某些实施方式中，在磁传感器表面与样品接触之后不进行清洗步骤。在一些情况下，所述方法在磁传感器表面与磁性标记接触之后不包括清洗步骤。在某些实例中，在磁传感器表面与捕获探针接触之后不进行清洗步骤。

在进行清洗步骤的某些实施方式中，清洗步骤基本上不改变来自磁传感器的信号。清洗步骤可以不导致来自磁传感器的信号的显著变化，因为在一些实例中，未结合的磁性标记不具有如本文所述的基本上可检测的信号。例如，如果进行清洗步骤，则在一些情况下，清洗步骤导致信号改变25％或更小，例如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。在一些实施方式中，清洗步骤导致来自磁传感器的信号减小25％或更小，例如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以包括从磁传感器装置获得实时信号。由此，所述方法的实施方式包括从磁传感器阵列获得实时信号。“实时”是指信号在产生时或之后立即被观察到。例如，实时信号从其形成的时刻获得，并在给定的时间段期间连续获得。因此，某些实施方式包括以与感兴趣的结合相互作用的发生相关的实时信号观察进展(例如感兴趣的分析物与磁传感器或元件间区域的结合和/或磁性标记与感兴趣的分析物的结合)。实时信号可以包括在给定时间段内获得的两个或更多个数据点，其中在某些实施方式中，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的连续组(例如以迹线的形式)。感兴趣的时间段可以变化，在一些实例中为0.5分钟至60分钟，例如1分钟至30分钟，包括1分钟至15分钟或1分钟至10分钟。例如，时间段可以在实时信号形成的时刻开始，并且可以继续直到磁传感器达到最大或饱和水平(例如当磁传感器上的所有分析物结合部位被占据时)。例如，在一些情况下，当样品与磁传感器接触时，时间段开始。在一些情况下，时间段可以在使样品与磁传感器接触之前开始，例如使得在样品与磁传感器接触之前记录基线信号。信号中的数据点的数量也可以变化，其中在一些实例中，数据点的数量足以在实时信号的时间过程中提供连续的数据段。“连续”是指以每分钟1个数据点或更多的重复速率重复地获得数据点，例如每分钟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。

在某些实施方式中，实时信号是实时分析物特异性信号。实时分析物特异性信号是如上所述的实时信号，其仅从感兴趣的特定分析物中获得。在这些实施方式中，未结合的分析物和未结合的磁性标记不产生可检测的信号。在这些实施方式中，非特异性结合的分析物和非特异性结合的磁性标记不产生可检测的信号。因此，获得的实时信号仅来自与磁传感器或元件间区域结合的感兴趣的特定磁性标记的分析物，并且基本上不从未结合的或非特异性结合的磁性标记或其他试剂(例如没有与传感器特异性结合的分析物)获得信号。

在一些实施方式中，当测试装置处于湿条件时观察信号。“湿”或“湿条件”指测试组合物(例如，包括样品、磁性标记和捕获探针的测试组合物)仍然与磁传感器的表面接触。因此，不需要进行任何清洗步骤来去除非感兴趣的非结合部分或过量的未结合的磁性标记或捕获探针。在某些实施方式中，使用如上所述的磁性标记和磁传感器有利于“湿”检测，因为由磁性标记在磁传感器中引起的信号随着磁性标记和磁传感器表面的距离增加而减少。例如，使用如上所述的磁性标记和磁传感器可以有利于“湿”检测，因为由磁性标记产生的磁场随着磁性标记与磁传感器表面的距离增加而减小。在一些实例中，与表面结合的分析物结合的磁性标记的磁场明显超过分散在溶液中的未结合的磁性标记的磁场。例如，如上所述，实时分析物特异性信号可以仅从与磁传感器结合的感兴趣的特定磁性标记的分析物中获得，并且基本上没有信号可以从分散在溶液(例如与传感器非特异性结合)中的未结合的磁性标记中获得。分散在溶液中的未结合的磁性标记可以距离磁传感器的表面更远，并且可以处于布朗运动，这可以降低未结合的磁性标记引起磁传感器电阻的可检测变化的能力。

测试方案

以下部分描述了典型的测试方案以及测试的各个部分。在某些实施方式中，所述方法包括使磁传感器阵列与包含样品的测试组合物接触。然后，磁传感器阵列可以与磁性标记以及配置为结合磁性标记的捕获探针接触。从传感器获得信号以检测样品中分析物的存在。现在将更详细地描述这些步骤中的每一个。

样品

如上所述，可以在主题方法中测试的测试组合物包含样品。可以在主题方法中测试的样品可以变化，并且包含简单样品和复杂样品。简单样品是包含感兴趣分析物的样品，并且可能包含或可能不包含一种或更多种非感兴趣的分子实体，其中这些非感兴趣的分子实体的数量可以是低的，例如10种或更少种，5种或更少种等。简单样品可以包含以某种方式处理的初始生物样品或其他样品，例如使得从样品中去除潜在干扰的分子实体。“复杂样品”是指可能具有或可能不具有感兴趣的分析物的样品，其还包含许多不同的蛋白质和其他非感兴趣的分子。在一些实例中，在主题方法中分析的复杂样品是包括10种或更多种不同的(即不相同的)分子实体的样品，例如20种或更多种，包括100种或更多种，例如10³种或更多种，10⁴种或更多种(例如15000种、20000种或25000种或更多种)不同的(即不相同的)分子实体的样品，所述分子实体在分子结构上彼此不同。

在某些实施方式中，感兴趣的样品是生物样品，例如但不限于尿、血液、血清、血浆、唾液、汗液、粪便、脸颊拭子、脑脊髓液、细胞裂解液样品等。样品可以是生物样品，或者可以使用用于成功提取DNA、RNA、蛋白质和肽的常规方法从源自人、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中提取。在一些实例中，感兴趣的样品是水、食物或土壤样品。

如上所述，可以在主题方法中测试的样品可以包含一种或更多种感兴趣的分析物。可检测的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适配体、RNA适配体等；有修饰或无修饰的蛋白质和肽，例如抗体、双抗体、Fab片段、DNA或RNA结合蛋白、磷酸化蛋白(磷酸化蛋白质组学)、肽适配体、表位等；小分子，例如抑制剂、活化剂、配体等；寡糖或多糖；其混合物等。

磁性标记

可以在主题方法中测试的测试组合物包含磁性标记。磁性标记是当磁性标记位于磁传感器附近时可由传感器例如磁传感器检测的标记部分。虽然在检测期间磁性标记和磁传感器之间的距离可以根据特定磁性标记和磁传感器的性质而变化，但是在一些实例中，所述距离为距磁传感器1nm至1000nm、或距磁传感器1nm至800nm，例如5nm至500nm，包括5nm至100nm。在某些实施方式中，磁性标记是被配置为特异性结合感兴趣的分析物的可检测标记。术语“特异性结合”、“特异性地结合”等指相对于溶液或测试混合物中的其他分子或部分，第一结合分子或部分(例如靶特异性结合部分)优先直接结合第二结合分子或部分(例如靶分子)。在某些实施方式中，当第一结合分子或部分与第二结合分子或部分在结合复合物中彼此特异性结合时的亲和力的特征为K_D(离解常数)小于10^-6M、小于10^-7M、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。

当感兴趣的分析物以及由此结合的磁性标记位于磁传感器附近时，磁性标记与感兴趣的分析物的结合使得感兴趣的分析物被磁传感器检测。在一些情况下，磁性标记被配置为直接结合感兴趣的分析物。在其他情况下，磁性标记被配置为间接地结合感兴趣的分析物。例如，磁性标记可以被配置为特异性地结合到捕获探针，并且捕获探针可以被配置为特异性结合到感兴趣的分析物。因此，磁性标记和感兴趣的分析物与捕获探针的结合将磁性标记间接地结合到感兴趣的分析物，例如使得产生经标记的分析物。在一些实例中，磁性标记和分析物与捕获探针的结合是同时的。

在某些实施方式中，磁性标记用结合对的一个成员官能化。“结合对”或“特异性结合对”指在结合复合物中彼此特异性结合的两个互补的结合分子或部分。例如，磁性标记可以用结合对的第一成员官能化，感兴趣的分析物可以用结合对的第二成员官能化。因此，结合对的第一成员和第二成员的接触可以在磁性标记和感兴趣的分析物之间形成结合复合物。在其他情况下，磁性标记用结合对的第一成员官能化，捕获探针用结合对的第二成员官能化。因此，结合对的第一成员和第二成员的接触可以在磁性标记和捕获探针之间形成结合复合物。如上所述，在一些情况下，捕获探针被配置为特异性结合到感兴趣的分析物。由此，通过磁性标记和捕获探针之间形成的结合复合物，磁性标记可以间接地结合到感兴趣的分析物上。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/链霉亲和素、地高辛/抗地高辛等。

在某些实施方式中，磁性标记用链霉亲和素官能化，捕获探针用生物素官能化。由此，磁性标记可以通过链霉亲和素和生物素之间的特异性结合相互作用而特异性地结合到捕获探针。其他类型的结合相互作用也是可能的。例如，磁性标记可以用生物素官能化，捕获探针可以用链霉亲和素官能化。或者，磁性标记和捕获探针可以用如上所述的其他特异性结合对的互补成员官能化。

在一些实例中，磁性标记与结合对的一个成员稳定地缔合。“稳定地缔合”是指磁性标记和结合对的成员在使用条件下例如在测试条件下在空间中相对于彼此保持其位置。由此，磁性标记和结合对的成员可以非共价或共价地彼此稳定缔合。非共价缔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、疏水相互作用、氢键相互作用等。共价结合的实例包括在结合对的成员和存在于磁性标记表面上的官能团之间形成的共价键。

在某些实施方式中，磁性标记是胶体的。术语“胶体”或“胶体的”是指其中一种物质分散遍及在另一种物质中的混合物。胶体包括两相，分散相和连续相。在一些实例中，胶体磁性标记在溶液中保持分散，不会沉淀或从溶液中析出。在溶液中保持分散的胶体磁性标记可以有利于背景信号的最小化以及磁性标记与磁传感器或元件间区域的非特异性相互作用。例如，所述方法可以包括使磁传感器与包含样品和磁性标记的测试组合物接触，使得样品中感兴趣的分析物结合到磁传感器或元件间区域的表面。因为胶体磁性标记在溶液中保持分散，所以磁性标记离磁传感器不够近，不足以在磁传感器中引起可检测的信号，这有利于背景信号的最小化。在一些情况下，磁性标记与表面结合的分析物的特异性结合将磁性标记定位在磁传感器附近，使得在磁传感器中引起可检测的信号。

可以以各种方法(例如如本文所述)采用的磁性标记可以变化，并且包括当磁性标记位于磁传感器表面附近时在磁传感器中引起可检测信号的任何类型的标记。例如，磁性标记可以包括但不限于磁性标记、光学标记(例如表面增强的拉曼散射(SERS)标记)、荧光标记等。下面将更详细地讨论这些类型的磁性标记中的每一种。

磁性标记是以下标记部分：当与磁传感器或元件间区域充分缔合时，其可被磁传感器检测并使磁传感器输出信号。例如，磁传感器附近存在的磁性标记可以引起磁传感器的可检测变化，例如但不限于电阻、电导、电感、阻抗等的变化。在一些情况下，磁传感器附近存在的磁性标记引起磁传感器电阻的可检测变化。如果磁性标记的中心和磁传感器之间的距离是1000nm或更小，例如800nm或更小，例如400nm或更小，包括100nm或更小，则感兴趣的磁性标记可以与磁传感器充分缔合。

在某些情况下，磁性标记包括选自顺磁性、超顺磁性、铁磁性、铁磁性、反铁磁性材料、其组合等中的一种或更多种材料。例如，磁性标记可以包括超顺磁性材料。在某些实施方式中，磁性标记被配置为在没有外部磁场的情况下是非磁性的。“非磁性”是指磁性标记的磁化强度在一定时间段为零或平均为零。在一些情况下，由于磁性标记的磁化强度随着时间随机反转，磁性标记可以是非磁性的。在没有外部磁场的情况下被配置为非磁性的磁性标记可以有利于磁性标记在溶液中的分散，因为非磁性标记在没有外部磁场的情况下或者甚至在其中热能仍然占主要的小磁场的存在下通常不会团聚。在某些实施方式中，磁性标记包括超顺磁性材料或合成反铁磁性材料。例如，磁性标记可以包括两层或更多层的反铁磁耦合铁磁体。

在某些实施方式中，磁性标记是高磁矩磁性标记。磁性标记的磁矩是其与外部磁场对齐的趋势的度量。“高磁矩”指磁性标记具有更大的与外部磁场对齐的趋势。因为具有高磁矩的磁性标记更容易用外部磁场引起磁性标记的磁化强度，因此其可以有利于检测磁传感器表面附近的磁性标记的存在。

在某些实施方式中，磁性标记包括但不限于Co、Co合金、铁氧体、钴氮化物、钴氧化物、Co-Pd、Co-Pt、铁、铁氧化物、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、其组合等。高磁矩磁性标记的实例包括但不限于在室温下可以是超顺磁性的Co、Fe或CoFe纳米晶体，以及合成的反铁磁性纳米颗粒。

在一些实施方式中，磁性标记的表面是经改性部的。在某些实例中，磁性标记可以用被配置为有利于磁性标记与如上所述的结合对的一个成员稳定缔合的层涂覆。例如，磁性标记可以涂覆有金层、聚-L-赖氨酸改性部玻璃层、葡聚糖层等。在某些实施方式中，磁性标记包括嵌入葡聚糖聚合物中的一个或更多个铁氧化物核。另外，磁性标记的表面可以用一种或更多种表面活性剂改性部。在一些情况下，表面活性剂有利于提高磁性标记的水溶性。在某些实施方式中，磁性标记的表面用钝化层改性部。钝化层可以有利于测试条件下磁性标记的化学稳定性。例如，可以用包括金、铁氧化物、聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲酯膜)等的钝化层涂覆磁性标记。

在某些实施方式中，磁性标记具有球形形状。或者，磁性标记可以是盘、棒、线圈或纤维。在一些情况下，磁性标记的尺寸使得磁性标记不会干扰感兴趣的结合相互作用。例如，磁性标记可以与分析物和捕获探针的大小相当，使得磁性标记不干扰捕获探针与分析物的结合。在一些情况下，磁性标记是磁性纳米颗粒，或者包含通过合适的黏合剂保持在一起的多个磁性纳米颗粒。在一些实施方式中，磁性标记的平均直径为5nm至250nm，例如5nm至150nm，包括10nm至100nm，例如25nm至75nm。例如，所述主题方法可以使用平均直径为5nm、10nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm的磁性标记，以及具有在这些值中的任意两个之间的范围内的平均直径的磁性标记。在一些实例中，磁性标记具有50nm的平均直径。

在2008年9月19日提交的美国申请公开第2009/0104707号中进一步描述了磁性标记及其与生物分子的结合，其公开内容在此通过引用整体并入本文。

测试组合物产生

在一些实例中，所述方法包括通过使磁传感器阵列(例如生物传感器阵列)与样品和磁性标记依次接触来产生测试组合物。例如，所述方法可以包括首先使磁传感器阵列与样品接触，然后与磁性标记接触。或者，所述方法可以包括首先使磁传感器阵列与磁性标记接触，然后与样品接触。

在其他实施方式中，所述方法包括使样品和磁性标记结合以产生测试组合物，然后使磁传感器阵列与测试组合物接触。例如，所述方法可以包括首先使样品和磁性标记结合以产生测试组合物。然后，磁传感器可以与如上所述的测试组合物接触。然后，所述方法可以包括使磁传感器与如下文详细描述的捕获探针接触。

捕获探针

捕获探针可以是特异性结合靶蛋白质或核酸序列(例如感兴趣的分析物)的任何分子。根据分析物的性质，捕获探针可以是但不限于：(a)与用于检测核酸的靶DNA或RNA序列的特有区域互补的单链DNA；(b)用于检测蛋白质和肽的针对肽分析物表位的抗体；(c)任何识别分子，例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/链霉亲和素；地高辛/抗地高辛等。

在某些实施方式中，捕获探针包含抗体。捕获探针抗体可以特异性结合感兴趣的分析物。在一些情况下，捕获探针是经修饰的抗体。经修饰的抗体可以被配置为特异性结合感兴趣的分析物，并且还可以包括特异性结合对的一个或更多个另外的成员。特异性结合对的一个或更多个成员可以被配置为与特异性结合对的互补成员特异性结合。在某些实例中，特异性结合对的互补成员与如上所述的磁性标记结合。例如，捕获探针可以是特异性结合感兴趣的分析物的抗体。另外，捕获探针可以被修饰以包含生物素。如上所述，在某些实施方式中，磁性标记可被修饰以包含链霉亲和素。由此，捕获探针可以被配置为特异性结合感兴趣的分析物(例如通过抗体-抗原相互作用)并特异性结合磁性标记(例如通过链霉亲和素-生物素相互作用)。在一些情况下，捕获探针被配置为结合感兴趣的分析物和磁性标记。换句话说，捕获探针可以被配置为使得分析物与捕获探针的特异性结合不显著地干扰捕获探针特异性结合磁性标记的能力。类似地，可以将捕获探针配置为使得磁性标记与捕获探针的特异性结合不显著地干扰捕获探针特异性结合分析物的能力。

在某些实施方式中，捕获探针特异性结合感兴趣的分析物。在一些情况下，可以识别捕获探针，从而可以检测感兴趣的分析物的存在。捕获探针可以通过本文所述的任何方法识别。例如，如上所述，分析物可以直接或间接地结合到磁传感器或元件间区域。捕获探针可以与感兴趣的分析物接触并特异性结合。如上所述，捕获探针可以被配置为结合磁性标记和感兴趣的分析物。在某些实例中，捕获探针同时与表面结合的分析物和磁性标记结合，磁性标记定位在磁传感器的检测范围内，使得在磁传感器中引起可检测的信号。

在一些情况下，由于捕获探针与非感兴趣的部分的非特异性结合而产生的假阳性信号被最小化。例如，捕获探针与非感兴趣的其他部分的非特异性结合不会在磁传感器中引起可检测或不可忽略的信号，其中所述非感兴趣的其他部分不与磁传感器阵列表面结合且保留在溶液中，因为结合到捕获探针的磁性标记将不会位于磁传感器的检测范围内。

如上所述，磁性标记可以是胶体的，使得磁性标记在测试组合物溶液中保持分散。在某些实例中，捕获探针扩散到磁传感器表面并与分析物结合的动力学明显快于磁性标记扩散到磁传感器表面的动力学。捕获探针与分析物结合的动力学比磁性标记扩散到磁传感器阵列的表面更快可以有利于使由于磁性标记在磁传感器的检测范围内的非特异性定位造成的假阳性信号最小化。

在某些实施方式中，在磁传感器阵列与测试组合物接触后，磁传感器阵列与捕获探针接触。因此，所述方法可以包括首先产生包含样品和磁性标记的测试组合物。磁传感器阵列然后可以与测试组合物接触。然后，磁传感器阵列可以与捕获探针接触。

其他方法也是可以的。例如，所述方法可以包括首先使磁传感器阵列与捕获探针接触，然后使磁传感器阵列与测试组合物接触，其中所述测试组合物包括样品和磁性标记。在上述两种方法中，在磁传感器阵列与捕获探针接触之前，磁性标记存在于分析组合物中。

如上所述，在一些实例中，所述方法是评估样品中一种或更多种分析物的存在的免清洗方法。由此，在某些实施方式中，使磁传感器阵列与测试组分接触在磁传感器阵列与测试组合物的每个组分接触之前或之后不包括任何清洗步骤。因此，磁传感器与任何测试组分接触之前或之后都不进行清洗步骤。

获取信号以确定分析物是否存在于样品中

主题方法的实施方式还包括从磁传感器获得信号以检测样本中分析物的存在。如上所述，磁性标记可以直接或间接地结合到分析物上，所述分析物转而可以直接或间接地结合到磁传感器上。如果所结合的磁性标记位于磁传感器的检测范围内，则磁传感器可以提供指示所结合的磁性标记存在的信号，从而指示分析物的存在。

磁传感器可以被配置为响应于磁传感器附近的磁性标记而产生电信号。例如，磁传感器的电阻变化可以由局部磁场的变化引起。在一些情况下，极其接近磁传感器的磁性标记(例如磁性标记)的结合引起磁传感器的局部磁场的可检测变化。例如，由与感兴趣的的分析物结合的磁性标记产生的磁场可以超过由在样品中保持分散的未结合的磁性标记产生的磁场。磁传感器的局部磁场的变化可以被检测为磁传感器的电阻的变化。在某些实施方式中，未结合的磁性标记在磁传感器中不产生可检测的信号。

效用

主题系统和方法可以用于各种不同应用中，其中期望确定样品中一种或更多种分析物的存在或不存在和/或定量。主题系统和方法还可以用于期望筛选多个样品的应用中。在某些实施方式中，所述方法涉及在多个样品中检测生物标志物的组，例如两种或更多种不同的蛋白质生物标志物。例如，所述方法可以用于在正在进行的对象疾病状况的管理或治疗等中快速检测血清样品组中的两种或更多种疾病生物标志物，例如可以用于诊断对象的疾病状况。

在某些实施方式中，主题系统和方法可以用于检测生物标志物。在一些情况下，主题系统和方法可以用于检测特定生物标志物的存在或不存在，以及检测血液、血浆、血清或其他体液或排泄物中特定生物标志物浓度的增加或减少，其他体液或排泄物例如但不限于唾液、尿、脑脊髓液、泪液、汗液、胃肠液、羊水、黏膜液、胸膜液、皮脂油、呼出气等。

生物标志物的存在或不存在或生物标志物浓度的显著变化可以用于诊断个体的疾病风险、疾病存在或调整个体的疾病治疗。例如，特定生物标志物或生物标志物组的存在可以影响给予个体的药物治疗或施用方式的选择。在评估可能的药物疗法时，生物标志物可以用作天然终点的替代指标，例如存活或不可逆的发病率的替代指标。如果治疗改变了与改善的健康状况直接相关的生物标志物，则生物标志物可以用作评估特定治疗或施用方式的临床益处的替代终点。因此，主题方法和系统有利于基于在个体中所检测的特定生物标志物或生物标志物组的个性化诊断和治疗。此外，主题方法和系统的皮摩尔级和/或飞摩尔级灵敏度有利于早期检测与疾病相关的生物标志物。由于在单个磁传感器装置上检测多种生物标志物的能力，本公开的测试系统和方法可以用于筛选多重分子诊断中的多个样品。

在某些实施方式中，主题系统和方法可以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，例如但不限于癌症、肿瘤、乳头状瘤、肉瘤或上皮癌等。因此，主题系统和方法可以用于检测例如细胞增殖性疾病的疾病的存在，例如癌症、肿瘤、乳头状瘤、肉瘤、上皮癌等。在某些实施方式中，主题系统和方法可以用于检测传染病或疾病状态的生物标志物。在一些情况下，生物标志物可以是分子生物标志物，例如但不限于蛋白质、核酸、碳水化合物、小分子等。类似地，主题方法、系统和成套设备可以用于检测心血管疾病、中枢神经疾病、肾衰竭、糖尿病、自身免疫性疾病和许多其他疾病。

例如，在某些实施方式中，主题系统和方法可以用于检测生物标志物，例如癌胚抗原(癌胚抗原；CEA)。CEA指参与细胞黏附的高度相关的糖蛋白组，其通常在胎儿发育期间在胃肠组织中产生，但在出生前停止产生。因此，CEA通常在健康成年人的血液中仅存在非常低的水平。然而，在一些类型的癌症中，CEA的血清水平可能升高，因此可以在临床测试中用作肿瘤生物标志物。

在某些实施方式中，为了食品和/或环境安全，主题方法、系统和成套设备可以用于检测多个样品中一种或更多种分析物的存在或不存在和/或定量。例如，主题系统和方法可以用于确定可能受污染的水、土壤或食物的多个样品中分析物的存在，例如用于检测传染性致病原，例如细菌、病毒、霉菌等，包括可能的生物战剂。

计算机相关的实施方式

还提供了各种计算机相关的实施方式。具体地，可以使用计算机来执行前面部分中描述的数据分析方法。因此，提供了基于计算机的系统，其用于分析使用上述方法产生的数据，以提供感兴趣的结合相互作用的定性和/或定量确定。

在某些实施方式中，这些方法以“程序”的形式被编码到计算机可读介质上，其中本文使用的术语“计算机可读介质”指的是参与向用于执行和/或处理的计算机提供指令和/或数据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，无论这种装置是在计算机内部还是外部。包含信息的文件可以被“存储”在计算机可读介质上，其中“存储”指记录信息，使得其以后可以由计算机访问和检索。介质的实例包括但不限于非临时性介质，例如其中程序与物理结构相关联的物理介质，例如记录在物理结构上。非临时性介质不包括通过无线协议传输的电子信号。

在某些实施方式中，计算机程序可以包括用于指导计算机执行一个或更多个测试步骤以确定样品中感兴趣的分析物的存在的指令。例如，计算机程序可以包括用于指导计算机确定分析物是否存在于样品中的指令，例如确定样品中一种或更多种分析物的存在或不存在。在某些实施方式中，计算机程序包括指导计算机定性和/或定量地确定样品中一种或更多种分析物的存在的指令。如上所述，定性确定包括其中关于样品中分析物的存在的简单是/否结果被提供给用户的确定。定量确定包括半定量确定以及精细范围结果，在半定量测定中向用户提供关于样品中的分析物的量的粗略范围结果例如低、中、高，在精细范围结果中向用户提供分析物浓度的精确测量值。

在一些实施方式中，计算机程序包括指导计算机执行样品中分析物的单一分析的指令。“单一分析”是指分析样品以检测样品中一种分析物的存在。例如，样品可以包括感兴趣的分析物和非感兴趣的其他分子实体的混合物。在一些情况下，计算机程序包括用于指导计算机执行样品的单一分析以确定样品混合物中感兴趣的分析物的存在的指令。

在某些实施方式中，计算机程序包括用于指导计算机对样品中的两种或更多种分析物进行多重分析的指令。“多重分析”是指确定两种或更多种不同分析物的存在，其中两种或更多种分析物彼此不同。例如，如上所述，分析物可以包括其分子结构、序列等的可检测差异。在一些实例中，分析物的数量大于2种，例如4种或更多种、6种或更多种、8种或更多种等，至多为20种或更多种，例如50种或更多种，包括100种或更多种，或1000种或更多种不同的分析物。在某些实施方式中，计算机程序包括指导计算机执行2种至1000种不同分析物的多重分析的指令，例如4种至500种不同分析物，包括4种至200种不同分析物，或4种至100种不同分析物、或4种至50种不同分析物，或4种至20种不同分析物的多重分析的指令。在某些实施方式中，计算机程序包括用于指导计算机基本上同时并联地执行几个多重测试的指令。

关于计算机可读介质，“永久性存储器”是指永久性的存储器。永久性存储器不会通过终止向计算机或处理器供电而被擦除。计算机硬盘、CD-ROM、DVD-ROM、BD-ROM、固态存储器和软盘都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。

成套设备

还提供了用于实践上述方法的一个或更多个实施方式的成套设备。主题成套设备可以变化，可以包括各种装置和试剂。试剂和装置包括本文关于磁传感器装置或其部件(例如磁传感器阵列)、磁性标记、捕获探针、分析物特异性探针、缓冲液等提及的那些。试剂、磁性标记、捕获探针等可以在不同的容器中提供，使得试剂、磁性标记、捕获探针等可以根据期望单独使用。或者，可以在同一容器中提供一种或更多种试剂、磁性标记、捕获探针等，从而将一种或多种试剂、磁性标记、捕获探针等预组合地提供给用户。

在某些实施方式中，成套设备包括如上所述的磁传感器装置和磁性标记。例如，磁性标记可以是如上所述的磁性纳米颗粒。

在一些实例中，成套设备包括至少在方法(例如，如上所述的方法)中使用的试剂；以及其上存储有计算机程序的计算机可读介质，其中所述计算机程序当被加载到计算机中时操作所述计算机以从由磁传感器获得的实时信号定性和/或定量地确定感兴趣的结合相互作用；以及具有从中获得计算机程序的地址的物理基板。

除了上述部件之外，主题成套设备还可以包括用于实践主题方法的说明书。这些说明书可以以各种形式存在于主题成套设备中，其中一种或更多种可以存在于成套设备中。这些说明书可以存在的一种形式是作为在合适的介质或基板上的印刷信息，例如在其上印刷信息的一张纸或多张纸，其在成套设备的包装中、在包装说明书中等。另一种方式是其上记录了信息的计算机可读介质，例如CD、DVD、蓝光碟、计算机可读存储装置(例如闪存驱动器)等。另一种可以存在的方式是网站地址，其可以通过互联网访问远程站点的信息而被使用。任何方便的方式都可以存在于成套设备中。

尽管出于清楚理解的目的已经通过举例说明和实施例的方式详细描述了前述实施方式，但是根据本公开的教导，对于本领域普通技术人员明显的是，可以在不脱离所附权利要求的精神或范围的情况下做出某些改变和修改。

因此，前述仅仅举例说明了本公开的实施方式的原理。应该理解的是，本领域的技术人员将能够设想各种布置，尽管本文没有明确地描述或示出，但它们体现了主题实施方式的原理并且被包括在其精神和范围内。此外，本文记载的所有实施例和条件用语主要旨在帮助读者理解本公开的实施方式的原理以及发明人为促进本领域所贡献的构思，并且应被解释为不限于这些具体记载的实施例和条件。此外，本文中记载本公开的原理、方面和实施方式以及其具体实施例的所有陈述旨在包括其结构和功能上的等同方式。此外，这样的等同方式旨在包括当前已知的等同方式和将来开发的等同方式，即，执行相同功能的所开发的任何元件，无论其结构如何。因此，本公开的范围不旨在限于本文示出和描述的示例性实施方式。而是，本公开的范围和精神由所附权利要求体现。

Claims (25)

1.一种磁传感器，其包括：

包括传感器表面改性部的磁传感器元件；和

与所述磁传感器元件相邻并且包括元件间区域表面改性部的元件间区域，

其中所述传感器表面改性部和所述元件间区域表面改性部在元件间区域中提供结合表面，

其中，所述元件间区域具有位于所述磁传感器元件的上表面下方的深度处的上表面，并且

其中，所述磁传感器元件具有朝向所述元件间区域的内部体积的侧表面。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述传感器表面改性部和所述元件间区域表面改性部包括不同的表面改性部。

3.根据权利要求2所述的磁传感器，其中所述传感器表面改性部和所述元件间区域表面改性部包括不同的化学组成。

4.根据权利要求3所述的磁传感器，其中所述传感器表面改性部包括在所述磁传感器元件的表面上的金属层，所述元件间区域表面改性部包括在所述元件间区域的表面上的介电材料层。

5.根据权利要求3所述的磁传感器，其中所述传感器表面改性部包括在所述磁传感器元件的表面上的介电材料层，所述元件间区域表面改性部包括在所述元件间区域的表面上的金属层。

6.根据权利要求5所述的磁传感器，其中所述介电材料包括二氧化硅，所述金属包括金。

7.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述侧表面包括侧表面改性部。

8.根据权利要求7所述的磁传感器，其中所述侧表面改性部与所述传感器表面改性部不同。

9.根据权利要求7所述的磁传感器，其中所述侧表面改性部与所述元件间区域表面改性部不同。

10.根据权利要求7所述的磁传感器，其中所述侧表面改性部与所述元件间区域表面改性部相同。

11.根据权利要求7所述的磁传感器，其中所述侧表面改性部具有15nm至150nm的厚度。

12.根据权利要求8所述的磁传感器，其中所述传感器表面改性部和所述元件间区域表面改性部各自包括介电材料层，所述磁传感器的侧表面改性部包括金属层。

13.根据权利要求12所述的磁传感器，其中所述介电材料包括二氧化硅，所述金属包括金。

14.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述传感器表面改性部包括在所述磁传感器元件的表面上的覆盖物。

15.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述元件间区域的宽度是所述磁传感器元件的宽度的0.5倍或更多倍。

16.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述磁传感器元件的长度是所述磁传感器元件的宽度的1.5倍或更多倍。

17.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述元件间区域具有25nm或更大的深度。

18.根据权利要求1所述的磁传感器，其中所述磁传感器元件包括参照层，其具有基本上平行于所述磁传感器元件的宽度的磁化强度。

19.一种磁传感器系统，其包括：

磁传感器装置，其包括：

包括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：

包括传感器表面改性部的磁传感器元件；和

与所述磁传感器元件相邻并且包括元件间区域表面改性部的元件间区域，

其中所述传感器表面改性部和所述元件间区域表面改性部在元件间区域中提供结合表面，

其中，所述元件间区域具有位于所述磁传感器元件的上表面下方的深度处的上表面，并且

其中，所述磁传感器元件具有朝向所述元件间区域的内部体积的侧表面；和

磁场源。

20.根据权利要求19所述的磁传感器系统，其还包括处理器，所述处理器被配置为由所述磁传感器装置获得分析物特异性信号。

21.一种评估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：

包括传感器表面改性部的磁传感器元件；和

与所述磁传感器元件相邻并且包括元件间区域表面改性部的元件间区域，

其中所述传感器表面改性部和所述元件间区域表面改性部在元件间区域中提供结合表面，

其中，所述元件间区域具有位于所述磁传感器元件的上表面下方的深度处的上表面，并且

其中，所述磁传感器元件具有朝向所述元件间区域的内部体积的侧表面；和

基于所述信号来评估所述分析物是否存在于所述样品中。

22.根据权利要求21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。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述评估包括当经磁性标记的样品接触所述磁传感器时由磁传感器获得信号。

24.根据权利要求21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记应用于磁传感器。

25.一种成套设备，其包括：

磁传感器装置，其包括：

包括两个或更多个磁传感器的磁传感器阵列，所述磁传感器各自包括：

包括传感器表面改性部的磁传感器元件；和

与所述磁传感器元件相邻并且包括元件间区域表面改性部的元件间区域，

其中所述传感器表面改性部和所述元件间区域表面改性部在元件间区域中提供结合表面，

其中，所述元件间区域具有位于所述磁传感器元件的上表面下方的深度处的上表面，并且

其中，所述磁传感器元件具有朝向所述元件间区域的内部体积的侧表面；和

磁性标记。

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