CN112469997A - 具有混合氧化物钝化层的磁性传感器 - Google Patents

具有混合氧化物钝化层的磁性传感器 Download PDF

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Abstract

本公开的各方面包含具有混合氧化物钝化层的磁性传感器装置。根据某些实施例的磁性传感器装置包含磁性传感器元件和钝化层，所述钝化层具有氧化锆、氧化铝和氧化钽中的两种或更多种。还提供了具有封装钝化层的磁性传感器装置。根据某些实施例的磁性传感器装置包含衬底、磁性传感器元件和封装所述磁性传感器元件的钝化层。描述了用于制造具有钝化层的磁性传感器的方法。还描述了用于检测样品中的一种或多种分析物的方法和系统。各方面进一步包含具有本主题磁性传感器装置和磁性标签中的一个或多个的试剂盒。

Description

具有混合氧化物钝化层的磁性传感器
相关申请的交叉引用
本申请依据35 U.S.C.§119(e)要求于2018年6月22日提交的美国临时专利申请第62/688,935号的提交日的优先权，所述美国临时专利申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
背景技术
生物标志物是像RNA、DNA和蛋白质一样的特定的分析物，其可以充当作用机制、疾病状态或临床终点的替代物。具体地，多重或多标志物方法可以用于分子诊断和个性化医学，其目标是以正确的时间和剂量为正确的患者确定正确的治疗，或敏感地和具体地检测如癌症和心血管疾病等早期复杂的疾病。已经开发了DNA和蛋白质微阵列来容纳大量的生物标志物。
磁阻(巨磁阻、隧道磁阻)生物传感器是由金属磁阻薄膜制成的导电装置，其包含多个层，每层只有几纳米厚。巨磁阻或巨磁阻膜的金属层通常是由铁、镍、钴、锰、铜、钌、钽和硼元素构成的合金。当暴露于环境空气、环境湿度或如生物流体等水性液体时，这些金属层中的许多金属层容易氧化，并且这种氧化或腐蚀将导致传感器的功能降低或完全丧失。
发明内容
本公开的各方面包含具有混合氧化物钝化层的磁性传感器装置。根据某些实施例的磁性传感器装置包含磁性传感器元件和钝化层，所述钝化层具有氧化锆、氧化铝和氧化钽中的两种或更多种。还提供了具有封装钝化层的磁性传感器装置。根据某些实施例的磁性传感器装置包含衬底、磁性传感器元件和封装所述磁性传感器元件的钝化层。描述了用于制造具有钝化层的磁性传感器的方法。还描述了用于检测样品中的一种或多种分析物的方法和系统。各方面进一步包含具有本主题磁性传感器装置和磁性标签中的一个或多个的试剂盒。
附图说明
当结合附图阅读时，本公开可以从以下详细说明书得到最好的理解。附图中包含以下图：
图1描绘了根据某些实施例的具有封装钝化层的磁性传感器装置。
图2描绘了具有封装磁性传感器元件的钝化层的磁性传感器装置的显微镜横截面。
图3描绘了根据某些实施例的钝化层退火对磁性传感器装置腐蚀的影响。
具体实施方式
本公开的各方面包含具有混合氧化物钝化层的磁性传感器装置。根据某些实施例的磁性传感器装置包含磁性传感器元件和钝化层，所述钝化层具有氧化锆、氧化铝和氧化钽中的两种或更多种。还提供了具有封装钝化层的磁性传感器装置。根据某些实施例的磁性传感器装置包含衬底、磁性传感器元件和封装所述磁性传感器元件的钝化层。描述了用于制造具有钝化层的磁性传感器的方法。还描述了用于检测样品中的一种或多种分析物的方法和系统。各方面进一步包含具有本主题磁性传感器装置和磁性标签中的一个或多个的试剂盒。
在更详细地描述本发明之前，应理解的是，本发明不限于所描述的具体实施例，因为这些实施例当然可以变化。还应理解，本文所使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，并且不旨在为限制性的，因为本发明的范围仅受所附权利要求限制。
在提供了值范围的情况下，应当理解的是，在所述范围的上限与下限之间的每个中间值(到下限单位的十分之一，除非上下文清楚地另外指明)以及在所陈述范围内的任何其它所陈述的值或中间值均被涵盖在本发明之内。这些较小范围的上限和下限可以独立地包含在更小的范围中，并且也涵盖在本发明内，这受制于所陈述的范围中的任何具体排除的限值。在所陈述的范围包含极限中的一个或两个的情况下，排除那些被包含在内的极限中的任一个或两个的范围也包含在本发明中。
本文提供了在数值前面有术语“约”的某些范围。术语“约”在本文用于为其后面出现的精确数字以及接近或靠近所述术语后面的数字的数字提供文字性支持。在确定数字是否接近或靠近具体叙述的数字时，接近或靠近的未叙述的数字可以为这样的数字，其在出现的上下文中，提供具体叙述的数字的基本等同形式。
除非另外定义，否则本文中使用的全部技术术语和科学术语的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同。尽管类似于或等同于本文中所描述的方法和材料的任何方法和材料也可以用于对本发明的实践或测试，但是现在将对代表性说明方法和材料进行描述。
本说明书中所引用的所有出版物和专利通过引用结合在此，就像每个单独的出版物或专利被具体且单独地指示为通过引用结合并且通过引用结合在此，以便结合所引用的所述出版物来公开和描述所述方法和/或材料。对任何出版物的引用是针对其在提交日之前的公开内容，并且不应被解释为承认本发明因先前的发明而无权先于这种出版物。进一步地，所提供的出版日期可以与实际公开日期不同，所述实际公开日期可能需要独立确认。
注意，如本文以及所附权利要求中所使用的，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一个(a)”、“一种(an)”以及“所述(the)”包含复数指代物。另外注意，权利要求可以撰写为排除任何可选的要素。如此，这种陈述旨在充当对于此类与权利要求要素的叙述相结合的排除性术语如“单独地”、“仅”等的使用，或“否定型”限制的使用的先行基础。
如阅读本公开后对于本领域技术人员将清楚的是，本文所描述和展示的单独实施例中的每个实施例都具有离散的组成部分和特征，这些组成部分和特征可以在不偏离本发明的范围或精神的情况下易于与任何其它一些实施例的特征分离或组合。可以按照所叙述的事件的顺序或按照逻辑上可行的任何其它顺序来执行任何所叙述的方法。
在进一步描述本公开的实施例时，首先更详细地描述具有磁性传感器元件和混合氧化物钝化层的磁性传感器装置。接下来，描述具有封装钝化层的磁性传感器，随后描述用于将钝化层沉积到磁性传感器装置上的方法。提供了在其中使用本主题磁性传感器装置的系统和方法。
具有混合氧化物钝化层的磁性传感器装置
如以上所概述的，本公开的各方面包含具有混合氧化物钝化层的磁性传感器装置。根据某些实施例的磁性传感器装置包含磁性传感器元件和氧化锆、氧化铝和氧化钽的钝化层。如以下更详细描述的，钝化层被配置成为磁性传感器装置的磁性传感器元件提供弹性。在一些实施例中，钝化层被配置成减少或完全消除酸和碱的溶解。在其它实施例中，钝化层被配置成提供磁性传感器元件的耐腐蚀性。在实施例中，与不具有钝化层的磁性传感器装置相比，本文所描述的钝化层减少了对磁性传感器元件的腐蚀，如其中本主题钝化层将腐蚀减少10％或更多，如25％或更多、如50％或更多、如75％或更多、如90％或更多，并且包含将磁性传感器元件的腐蚀量减少99％或更多。在某些实施例中，与采用如氧化硅-氮化硅-氧化硅层等其它类型钝化层的磁性传感器装置相比，本文所描述的钝化层减少了磁性传感器元件的腐蚀，如其中本主题钝化层将腐蚀减少10％或更多，如25％或更多、如50％或更多、如75％或更多、如90％或更多，并且包含将磁性传感器元件的腐蚀量减少99％或更多。在某些实施例中，本主题钝化层完全消除了对磁性传感器元件的腐蚀。
在实施例中，本主题钝化层包含不同金属氧化物的混合物。在一些实施例中，钝化层包含氧化锆(例如，ZrO2)、氧化铝(例如，Al2O3)和氧化钽(例如，Ta2O5)中的一种或多种。例如，钝化层可以包含氧化锆(例如，ZrO2)、氧化铝(例如，Al2O3)和氧化钽(例如，Ta2O5)中的两种或更多种。在一些实施例中，钝化层包含氧化锆和氧化钽。在其它实施例中，钝化层包含氧化锆和氧化铝。在仍其它实施例中，钝化层包含氧化钽和氧化铝。在又其它实施例中，钝化层包含氧化锆、氧化铝和氧化钽。这些组分中的每种组分都可以以根据期望的钝化层性质而变化的量存在于钝化层中。在一些实施例中，钝化层中锆的原子百分比的范围为30％到70％，如35％到65％，并且包含40％到60％；钝化层中铝的原子百分比的范围为0％到40％，如5％到35％、如10％到30％，并且包含15％到25％；钝化层中钽的原子百分比的范围为30％到70％，如35％到65％，并且包含40％到60％。在一些实施例中，氧化锆的存在量范围可以为约15重量％到约65重量％，如约20重量％到约60重量％，并且包含约25重量％到约55重量％，其中氧化铝的存在量范围可以为约0重量％到约25重量％，如约5重量％到约20重量％、如约10重量％到约15重量％，并且包含约12重量％到约15重量％，并且其中氧化钽的存在量范围可以为约35重量％到约90重量％，如约40重量％到约85重量％、如约45重量％到约80重量％，并且包含约52.5重量％到约57.5重量％。
在某些实施例中，钝化层包含氧化锆、氧化铝和氧化钽的组合。在这些实施例中，每种组分的量可以变化，如其中：氧化锆可以以范围为约15重量％到约65重量％(如约25重量％到约45重量％，并且包含约30重量％到约40重量％)的量存在于钝化层中；氧化铝可以以范围为约0重量％到约25重量％(如约5重量％到约20重量％、如约10重量％到约15重量％，并且包含约12重量％到约15重量％)的量存在于钝化层中；氧化钽可以以范围为约35重量％到约90重量％(如约40重量％到约85重量％、如约45重量％到约80重量％，并且包含约52.5重量％到约57.5重量％)的量存在于钝化层中。在某些实施例中，钝化层包含约31重量％的量的氧化锆；约13重量％的量的氧化铝；以及约56重量％的量的氧化钽。
钝化层的厚度可以根据磁性传感器元件和混合氧化物组分的大小而变化，并且可以为60nm或更小，如50nm或更小，包含40nm或更小、30nm或更小、20nm或更小、10nm或更小。例如，钝化层的厚度可以为1nm到50nm，如1nm到40nm，包含1nm到30nm，或1nm到20nm。在一些情况下，钝化层的厚度为30nm。
在实施例中，本主题磁性传感器装置可以包含一个或多个钝化层，如2个或更多个、如3个或更多个，并且包含5个或更多个。在某些实施例中，钝化层是单个钝化层，并且磁性传感器装置由如本文所描述的单个钝化层组成。
在一些实施例中，钝化层封装本主题磁性传感器装置的磁性传感器元件。在某些情况下，如以下更详细描述的，磁性传感器包含衬底、定位于衬底顶部的磁性传感器元件、定位于磁性传感器元件顶部的掩模层，并且钝化层安置在掩模层的顶部。在钝化层封装磁性传感器元件的实施例中，钝化层可以从掩模层的顶部延伸到衬底上。在这些实施例中，钝化层覆盖磁性传感器元件的边缘，使得磁性传感器元件的任何部分都不暴露于周围环境。在某些情况下，衬底在磁性传感器元件的边缘表面处包含凹陷，使得磁性传感器元件下方的衬底高于凹陷中的衬底。在这些实施例中，钝化层覆盖凹陷表面的至少一部分，如凹陷的10％或更多、如15％或更多、如25％或更多、如50％或更多、如60％或更多、如70％或更多、如80％或更多、如90％或更多、如95％或更多、如99％或更多，并且包含凹陷表面的99.9％或更多。在某些实施例中，整个凹陷表面被钝化层覆盖(即，凹陷表面的100％)。
凹陷的深度可以根据磁性传感器装置衬底的厚度而变化，并且其范围可以为20nm到300nm，如25nm到275nm、如30nm到250nm、如35nm到225nm、如40nm到200nm、如45nm到175nm，并且包含50nm到150nm。在一些实施例中，凹陷的深度范围为50nm到100nm。在某些实施例中，凹陷的深度大于安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度。例如，凹陷的深度可以是安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度的5％或更多，如10％或更多、如15％或更多、如25％或更多、如50％或更多、如75％或更多、如90％或更多、如90％或更多，并且包括凹陷的深度是钝化层的厚度的95％或更多的情况。在一些情况下，凹陷的深度是钝化层的厚度的1.5倍，如2倍、如2.5倍、如3倍、如3.5倍、如4倍或更大、如4.5倍或更大，并且包含凹陷的深度是钝化层的厚度的5倍或更大的情况。
在钝化层封装磁性传感器元件的实施例中，钝化层可以具有不同的厚度。在一些实施例中，安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度不同于凹陷顶部的厚度，并且进一步不同于从掩模层的顶部延伸到凹陷的钝化层(即，覆盖磁性传感器元件的边缘的钝化层部分)的厚度。
在一些实施例中，覆盖磁性传感器元件的边缘的钝化层的厚度小于安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度。例如，覆盖磁性传感器元件的边缘的钝化层的厚度可以比安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度小1nm或更多，如2nm或更多、如3nm或更多、如5nm或更多，并且包含10nm或更多。在一些情况下，覆盖磁性传感器元件的边缘的钝化层的厚度比安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度小5％或更多，如10％或更多、如15％或更多、如25％或更多、如50％或更多、如75％或更多、如90％或更多、如90％或更多，并且包含覆盖磁性传感器元件的边缘的钝化层的厚度比安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度小95％或更多的情况。在一些情况下，安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度是覆盖磁性传感器元件的边缘的钝化层的厚度的1.5倍，如2倍、如2.5倍、如3倍、如3.5倍、如4倍、如4.5倍，并且包含5倍。
在一些实施例中，覆盖衬底凹陷的钝化层的厚度大于安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度。例如，覆盖衬底凹陷的钝化层的厚度可以比安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度大1nm或更多，如2nm或更多、如3nm或更多、如5nm或更多，并且包含10nm或更多。在一些中，覆盖衬底凹陷的钝化层的厚度是安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度的5％或更多，如10％或更多、如15％或更多、如25％或更多、如50％或更多、如75％或更多、如90％或更多、如90％或更多，并且包含覆盖衬底凹陷的钝化层的厚度是安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度的95％或更多的情况。在一些情况下，凹陷的深度是钝化层的厚度的1.5倍，如2倍、如2.5倍、如3倍、如3.5倍、如4倍、如4.5倍，并且包含凹陷的深度是安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度的5倍或更大的情况。
覆盖磁性传感器装置的不同组件的钝化层的厚度可以变化。在一些实施例中，安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度为约10nm到约200nm，如15nm到175nm、如20nm到150nm、如25nm到125nm，并且包含30nm到100nm。在某些实施例中，安置在掩模层的顶部的钝化层的厚度为30nm。在一些实施例中，从掩模层的顶部延伸到衬底的钝化层(即，覆盖磁性传感器元件的边缘的钝化层)的厚度范围为10nm到100nm，如15nm到75nm，并且包含20nm到50nm。在某些实施例中，从掩模层的顶部延伸到衬底的钝化层的厚度为约25nm。覆盖衬底凹陷的钝化层的厚度也会变化，其范围为20nm到300nm，如25nm到275nm、如30nm到250nm、如35nm到225nm、如40nm到200nm、如45nm到175nm，并且包含50nm到150nm。在一些实施例中，覆盖衬底凹陷的钝化层的厚度范围为50nm到100nm。
磁性传感器元件的边缘的角度可以变化，其范围为约30°到约90°，如约35°到约85°、如约40°到约80°、如约45°到约75°，并且包含约50°到约70°。
在一些实施例中，沉积的钝化层被退火。术语“退火”在其常规意义上用于指将钝化层处理为加强钝化层的固化过程。在某些实施例中，沉积的钝化层是热退火钝化层。在某些实施例中，与非退火钝化层相比，经退火钝化层表现出减少的脆性。在其它实施例中，与非退火钝化层相比，经退火钝化层表现出增加的光滑度。在又其它实施例中，与非退火钝化层相比，经退火钝化层表现出增加的延展性。在仍其它实施例中，与非退火钝化层相比，经退火钝化层表现出对下面的磁性传感器元件的腐蚀的经改善减少。例如，与具有非退火钝化层的磁性传感器装置相比，具有经退火钝化层的磁性传感器装置将腐蚀减少10％或更多，如25％或更多、如50％或更多、如75％或更多、如90％或更多，并且包含将对磁性传感器元件的腐蚀量减少99％或更多。
图1描绘了根据某些实施例的具有封装钝化层的磁性传感器装置。磁性传感器装置100包含具有厚度为“a”的凹陷的衬底101。安置在衬底顶部的是具有边缘102a和102b的磁性传感器元件102。磁性传感器元件102具有角度为“e”的边缘102a和102b。厚度为“d”的掩模层103安置在磁性传感器元件102顶部。掩模层103被钝化层104覆盖，所述钝化层在掩模层的顶部的厚度为“c”。从掩模层的顶部延伸到衬底凹陷的钝化层的厚度为厚度“b”，其小于厚度“c”。图2描绘了具有封装磁性传感器元件的钝化层的磁性传感器装置的显微镜横截面。
制作混合氧化物钝化层的方法
如以上所概述的，本公开的各方面还包含用于产生混合氧化物钝化层的方法。在实施例中，方法包含通过物理沉积方案(如溅射)将混合氧化物层涂施在磁性传感器装置顶部(例如，掩模层的顶部)。如本文所使用的，术语“涂施”是指将一种或多种材料置于表面上，例如置于衬底的表面上。如此，涂施可以包含定位于顶部上、在表面上沉积或以其它方式产生材料。在某些实施例中，涂施包含将钝化混合氧化物材料层沉积到磁性传感器装置上。例如，方法可以包含沉积混合氧化物钝化材料薄层，如具有以下厚度的层：1nm或更多，如2nm或更多、如5nm或更多、如10nm或更多、如25nm或更多、如50nm或更多、如100nm或更多、如150nm或更多、如200nm或更多、如250nm或更多、如300nm或更多，并且包含350nm或更多。在实施例中，根据需要，混合氧化物钝化层材料可以涂施在整个表面或部分表面上。在一些实施例中，将混合氧化物钝化层材料涂施到表面包含将材料沉积到少于整个表面上。例如，将混合氧化物钝化层材料涂施到表面可以包含将混合氧化物钝化层材料沉积到整个表面的50％或更少表面上，如40％或更少、如25％或更少、如10％或更少、如5％或更少，并且包含整个表面的1％或更少。在某些情况下，将混合氧化物钝化层材料涂施到表面包含将混合氧化物钝化层材料沉积到表面上的特定位置。例如，将混合氧化物钝化层材料沉积到特定位置可以包含将混合氧化物钝化层材料以点(或任何其它几何形状)或条(例如，具有规则和不规则图案的直线或非直线条)的形式沉积到表面上。
可以采用任何方便的物理沉积溅射方案，只要物理沉积对磁性传感器元件(例如，巨磁阻或隧道磁阻)传感器没有害处，如在过高的温度(例如，350℃或更高)下或在有毒气体的存在下进行物理沉积的情况。在一些实施例中，混合氧化物钝化层通过从混合氧化物溅射靶溅射产生，所述混合氧化物溅射靶含有近似相等原子百分比的期望金属(例如，锆、铝、钽中的两种或更多种)以及一定百分比的氧，以实现期望的平衡化学计量。例如，混合溅射靶可以包含以下：氧化锆，所述氧化锆的量的范围为约15重量％到约65重量％，如约20重量％到约60重量％，并且包含约25重量％到约55重量％；氧化铝，所述氧化铝的量的范围为约0重量％到约25重量％，如约5重量％到约20重量％、如约10重量％到约15重量％，并且包含约12重量％到约15重量％；氧化钽，所述氧化钽的量的范围为约35重量％到约90重量％，如约40重量％到约85重量％、如约45重量％到约80重量％，并且包含约52.5重量％到约57.5重量％。在某些实施例中，溅射靶包含约31重量％的量的氧化锆；约13重量％的量的氧化铝；以及约56重量％的量的氧化钽。
在其它实施例中，方法包含用具有期望金属的金属合金溅射靶沉积钝化层。例如，金属合金溅射靶可以包含以下：锆，所述锆的量的范围为约20重量％到约50重量％，如约25重量％到约45重量％，并且包含约30重量％到约40重量％；铝，所述铝的量的范围为约5重量％到约25重量％，如约10重量％到约20重量％、如约10重量％到约15重量％，并且包含约12重量％到约15重量％；钽，所述钽的量的范围为约40重量％到约80重量％，如约45重量％到约65重量％、如约50重量％到约60重量％，并且包含约52.5重量％到约57.5重量％。在这些实施例中，混合氧化物钝化层由金属溅射靶通过在反应溅射中添加少量氧气而形成。
在实施例中，钝化层的组合物含有混合氧化物材料的基本上纯的组合物。“基本上纯的”意指钝化层的组合物含有99.5％或更多的混合氧化物材料，如99.9％或更多、如99.99％或更多、如99.998％或更多的单个材料。如此，钝化层包含0.5％或更少的任何杂质，如0.1％或更少、如0.05％或更少、如0.01％或更少、如0.005％或更少，包含0.002％或更少的任何杂质。“杂质”意指钝化层组合物的不同于期望钝化层材料并且在一些情况下可能是不期望的或者对钝化层组合物有害的任何组分。例如，杂质可能干扰(即，减少)或抑制钝化层的特定期望性质，例如防腐蚀性或耐酸/碱性。在其它实施例中，杂质可能对钝化层的沉积一致性有害，例如导致钝化层的厚度或光滑度不合适。杂质可包含但不限于残留的水分、不期望的金属成分(包含任何前述金属或合金)或在溅射沉积期间可以与溅射材料混合的痕量材料。
在一些实施例中，钝化层在减压下沉积。“减压”意指磁性传感器装置定位于压力低于大气压的密封壳体中。例如，钝化层可以在10-2托或更低的压力下涂施，如10-3托、如10-4托或更低、如10-5托或更低，包含10-6托或更低。在某些情况下，钝化层在高真空下沉积。“高真空”意指沉积室被抽空到非常低的压力，如10-7托或更低、如10-8托或更低，并且包含10-10托或更低。通过在高真空下涂施钝化层，在溅射沉积期间几乎不存在杂质和不期望的颗粒，从而产生极高纯度的钝化层。在一些情况下，可以在沉积钝化层的同时调整样品室的压力。换句话说，在钝化层沉积期间，压力可以随时增加或减少。例如，在一些情况下，样品室的压力可以升高0.0000001托或更多，如0.000001托或更多、如0.0001托或更多、如0.001托或更多、如0.01托或更多，包含0.1托或更多。在其它情况下，样品室的压力减小0.0000001托或更多，如0.000001托或更多、如0.0001托或更多、如0.001托或更多、如0.01托或更多，包含0.1托或更多。样品室的压力可以通过任何方便的方法调整，包含但不限于机械低真空泵、涡轮分子泵、扩散泵等。
在一些实施例中，钝化层可以在气体组合物的存在下溅射沉积。在某些情况下，气体组合物包含氧气。在其它情况下，气体组合物包含非反应性气体。在仍其它实施例中，气体组合物包含氧气和非反应性气体的混合物。术语“非反应性气体”在其常规意义上用于指不会导致任何类型的化学相互作用的气体组分。例如，合适的非反应性气体可以包含但不限于N2、氩气、氦气、氖气等。在一些实施例中，气体组合物是氩气组合物。在其它实施例中，气体组合物是氧气-氩气组合物。在仍其它实施例中，气体组合物是氩气-氧气-氮气组合物。气体组合物可以以不同的压力存在，如10-8托或更高、如10-7托或更高、如10-6托或更高、如10-5托或更高、如10-4托或更高、如10-3托或更高、如10-2托或更高，并且包含10-1托或更高。在其它实施例中，气体组合物在大气压下存在。在仍其它实施例中，气体组合物在增加的压力下存在，如1000托或更高、如1100托或更高、如1200托或更高，并且包含在1500托或更高的压力下存在。
在一些实施例中，在室温下进行钝化层的沉积。术语“室温”在其常规意义上用于指环境大气的温度，其范围通常介于20℃与25℃(298K)之间，如22℃。如果需要，可以在沉积钝化层的同时调整在涂施钝化层期间沉积室的温度。换句话说，在p层的沉积期间，温度可以升高或降低。例如，在一些情况下，温度可以升高0.5℃或更多，如1℃或更多、如5℃或更多、如10℃或更多、如15℃或更多，包含25℃或更多。在其它情况下，温度降低0.5℃或更多、如1℃或更多、如5℃或更多、如10℃或更多、如15℃或更多，包含25℃或更多。
所涂施的钝化层的厚度(如上所述)将取决于混合氧化物钝化层材料、沉积速率、涂施的层数和沉积持续时间。在一些实施例中，沉积速率的范围可以为如0.01到
Figure BDA0002906854120000091
如0.1到
Figure BDA0002906854120000092
如1到
Figure BDA0002906854120000093
如10到
Figure BDA0002906854120000094
如15到
Figure BDA0002906854120000095
如20到
Figure BDA0002906854120000096
包含25到
Figure BDA0002906854120000097
钝化层可以涂施0.5秒或更长时间，如1秒或更长时间、如2秒或更长时间、如5秒或更长时间、如10秒或更长时间、如30秒或更长时间，包含60秒或更长时间。可以涂施一层或多层混合氧化物钝化材料。例如，可以将两层或更多层混合氧化物钝化材料涂施到衬底表面，如可以涂施三层或更多层、如四层或更多层，包含5层或更多层混合氧化物钝化材料。如果必要的话，可以向混合氧化物钝化层添加另外的混合氧化物钝化材料层，例如以提高钝化层的光滑度和均匀性。例如，如果在评估沉积的钝化层之后，确定钝化层不是最佳的或者不合适，则可以将另外的钝化层涂施到全部或部分的沉积钝化层。如此，最终沉积的钝化层的厚度可以为0.1nm或更多，如0.5nm或更多、如1.0nm或更多、如1.5nm或更多、如2.0nm或更多、如5nm或更多、如10nm或更多，包含15nm或更多。沉积的钝化层材料的量将根据衬底上涂施区的大小以及沉积的层数而变化。在某些情况下，所涂施的钝化层材料的量为100ng或更多，如250ng或更多、如500ng或更多、如1000ng或更多，包含2500ng或更多。
在一些实施例中，在涂施钝化层的同时移动磁性传感器装置。“移动”意指在涂施钝化层期间以规则的模式将运动施加到磁性传感器装置。例如，可以在涂施钝化层的同时旋转磁性传感器装置。在其它情况下，可以在涂施钝化层期间将侧向移动施加到磁性传感器装置。
在某些实施例中，可以在沉积钝化层的同时将侧向移动施加到磁性传感器装置。“侧向移动”意指磁性传感器装置以来回运动的方式移动，使得磁性传感器装置上的特定位置可以移动预定距离，停止并返回到其原始位置。侧向移动可以在任何方向上进行，如竖直方向上、水平方向上或其任何组合(即，相对于磁性传感器装置的中线成对角地)。衬底的幅度或总位移可以变化。“位移幅度”或“总位移”意指移动期间磁性传感器装置上的特定位置(例如，中线)所行进的距离的总和。例如，施加到磁性传感器装置的总位移为2mm的侧向移动意指所述位置在侧向移动期间总共行进了2mm。例如，所述位置可以从初始位置移动2mm并停止，从而产生2mm总位移，或者所述位置可以从初始位置移动1mm，并再次移动1mm以返回其初始位置。在本公开的实施例中，涂施钝化层时磁性传感器装置的侧向移动可以变化，位移幅度的范围为约10到50mm，如约15到45mm、如约15到40mm、如约15到35mm、如约20到30mm，包含约22到25mm。侧向移动的速率可以变化。例如，磁性传感器装置的来回移动的范围可以为每秒约1到25次，如每秒5到25次、如每秒10到20次，包含每秒15次。
在某些情况下，在涂施钝化层期间旋转磁性传感器装置。例如，磁性传感器装置可以在涂施期间连续旋转。“连续旋转”意指在涂施钝化层期间衬底在任何时候都不改变方向的情况下顺时针或逆时针旋转。例如，磁性传感器装置可以随着钝化层的沉积在顺时针方向连续旋转。在其它情况下，磁性传感器装置随着钝化层的沉积在逆时针方向连续旋转。钝化层沉积时磁性传感器装置的旋转速率可以变化，其范围为1×10-3到1×105rps(每秒转数)，如5×10-2到1×105rps、如1×10-2到5×104rps、如5×10-1到1×103rps、如1到5×102rps，包含5到10rps。在沉积钝化层的同时可以使用任何方便的方案来旋转磁性传感器装置，例如通过电动机、电磁旋转装置等。
在其它情况下，磁性传感器装置可以以往复运动的方式旋转。“往复运动”意指衬底以交替方式旋转，使得磁性传感器装置沿一个方向(例如，顺时针方向)旋转第一预定时间段，并改变方向以沿相反方向(例如，逆时针方向)旋转第二预定时间段。例如，磁性传感器装置可以以“来回”运动的方式旋转，在顺时针与逆时针运动之间交替。每个方向(例如，顺时针或逆时针)可以根据需要执行任何时间量。例如，磁性传感器装置可以在任一方向上旋转10-3秒或更长时间，如10-2秒或更长时间、如10-1秒或更长时间、如1秒或更长时间、如2秒或更长时间、如5秒或更长时间、如10秒或更长时间、如100秒或更长时间，包含500秒或更长时间。根据需要，任一方向上的旋转速率可以相同或不同。任一方向上的旋转速率可以是恒定的(即，在整个钝化层涂施过程中保持不变)，或者可以是可变的(即，在钝化层的涂施期间随时变化)。此外，往复运动可以根据需要重复，如2次或更多次、如5次或更多次、如10次或更多次、如50次或更多次、如100次或更多次、如1000次或更多次、如10,000次或更多次，包含100,000次或更多次。
在一些实施例中，方法进一步包含对沉积的钝化层进行退火。在一些情况下，对沉积的钝化层进行退火包含热退火。可以在范围为100℃到200℃的温度(如125℃到175℃、如130℃到170℃，并且包含140℃到160℃)下对沉积的钝化层执行热退火。在某些实施例中，沉积的钝化层在约150℃下退火。沉积的钝化层可以退火任何合适的时间量，如通过从热源施加热量1分钟或更长时间，如2分钟或更长时间、如3分钟或更长时间、如5分钟或更长时间、如10分钟或更长时间、如15分钟或更长时间、如30分钟或更长时间、如60分钟或更长时间，并且包含120分钟或更长时间。退火可以在大气压或减压下执行，如10-2托或更低的压力，如10-3托、如10-4托或更低、如10-5托或更低，包含10-6托或更低。在某些情况下，钝化层在高真空下退火。“高真空”意指沉积室被抽空到非常低的压力，如10-7托或更低、如10-8托或更低，并且包含10-10托或更低。在其它实施例中，沉积的钝化层在增加的压力(即，大于大气压)下退火，如1000托或更大、如1100托或更大、如1200托或更大，并且包含在1500托或更大的压力下退火。退火过程中可以使用任何方便的热源，并且包含但不限于辐射热源(例如，加热灯、热风枪等)以及对流热源，如使沉积的钝化层与加热的表面接触。
方法还可以包含监测钝化层的沉积。“监测”意指结合沉积或在沉积之后确定和评估钝化层的一种或多种性质。此外，监测还可以包含评估/保持沉积过程的操作参数，例如沉积的配置和角度、磁性传感器装置移动、沉积温度以及沉积室压力。
在一些实施例中，方法包含确定钝化层的化学成分(例如，每种金属氧化物组分的百分比)。确定化学成分是指分析钝化层中存在的化学性质或组分中的一种或多种。确定钝化层的成分可以包含但不限于确定钝化层的化学成分(例如，金属组合物、杂质的量)、电化学性质、光谱性质等。可以采用任何方便的方案来确定钝化层的成分。用于分析钝化层成分的方法包含但不限于IR光谱法、UV-可见分光光度法、可见显微镜法、电子显微镜法以及其它分析方案。
在其它实施例中，方法包含确定钝化层的物理成分。确定物理成分是指分析钝化层的一个或多个物理参数。例如，可以评估钝化层的不同部分的沉积材料量、厚度、光滑度和均匀性(例如，安置在掩模层的顶部的厚度、衬底凹陷顶部的厚度、从掩模层的顶部延伸到衬底表面的钝化层的厚度，即，覆盖磁性传感器元件的边缘的部分)。可以采用任何方便的方案来确定钝化层的物理成分。用于分析钝化层的物理成分的方法包含但不限于石英晶体微量天平法、可见显微镜法、电子显微镜法、表面反射分析法、接触角研究等。
可以在本主题方法期间的任何阶段监测钝化层的沉积。例如，可以分别在沉积后立即确定钝化层的成分。在其它实施例中，在整个沉积过程中确定钝化的成分。例如，可以如通过实时数据收集在整个沉积过程中监测关于钝化层的数据(即，厚度、导电率、杂质含量等)。在其它实施例中，在沉积过程期间通过以规则的间隔收集数据来监测钝化层，例如，每1分钟、每5分钟、每10分钟、每30分钟、每60分钟、每100分钟、每200分钟、每500分钟或一些其它间隔收集数据。
本公开的方法还包含评估所收集数据。“评估”所收集数据意指人类(单独地或在计算机的帮助下，如果使用最初在人类指导下建立的计算机自动化过程的话)评估所收集的关于钝化层的数据，并确定所述层是合适的还是不合适的。换句话说，这些实施例的方法包含评估所收集数据以标识对钝化层的任何期望的调整的步骤。期望的调整可以根据目标而改变，其中在一些情况下，期望的调整最终导致一些期望的参数(例如，光滑度、均匀性、厚度、耐腐蚀性以及耐酸/碱性)的效率增强。在一些情况下，在钝化层已经被确定为至少不是最佳的情况下，所述层可以被进一步处理。如果必要的话，钝化层可以在本公开的方法期间被处理一次以上。
在某些实施例中，处理可以包含调整沉积的钝化层的厚度。例如，处理钝化层可以包含增加沉积层的厚度，如增加0.1nm或更多、如0.5nm或更多、如1.0nm或更多、如1.5nm或更多、如2.0nm或更多、如5nm或更多，包含10nm或更多。可以调整每层的部分或全部的厚度。例如，在一些实施例中，方法包含增加整个沉积的钝化层的厚度。在其它实施例中，可以增加少于所述整个沉积的钝化层的厚度，如增加沉积层的95％或更少的厚度，如75％或更少、如50％或更少、如25％或更少、如10％或更少，并且包含增加钝化层的5％或更少的总厚度。在某些情况下，可以调整沉积的钝化层上的特定区域(例如，沉积在掩模层的顶部的钝化层部分、沉积在衬底凹陷顶部的钝化层部分、从掩模层的顶部延伸到衬底表面的钝化层部分，即，覆盖磁性传感器元件的边缘的部分)，从而使钝化层的离散部分具有不同的厚度。
在其它实施例中，处理可以包含调整沉积的钝化层的光滑度。例如，处理钝化层可以包含改善沉积的层的光滑度。如此，可以处理沉积的层的全部或一部分，以改善沉积的层的光滑度。在一些情况下，可以将沉积的层上的离散位置作为靶标以改善平滑度。
磁性传感器装置
本公开的各方面包含磁性传感器装置。磁性传感器装置包含支撑件。在一些实施例中，支撑件包含安置在其上的磁性传感器阵列(例如，生物传感器阵列)。在某些实施例中，每个磁性传感器包含如本文所描述的钝化层(例如，混合氧化物钝化层、封装钝化层)。以下章节进一步描述了磁性传感器的各方面。
在实施例中，磁性传感器装置包含一个或多个磁性传感器元件，如2个或更多个、如3个或更多个、如4个或更多个、如5个或更多个，并且包含10个或更多个。磁性传感器元件可以被布置(例如，如上所述串联和/或并联布置)成使得相邻磁性传感器元件之间的距离为50μm或更小，如40μm或更小，包含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，相邻磁性传感器元件之间的距离为2μm。
在某些实施例中，每个磁性传感器元件的尺寸范围可以为2μm×2μm到200μm×200μm，包含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。
在某些实施例中，电极的尺寸范围可以为2μm×2μm到200μm×200μm，包含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。在一些情况下，电极(例如，顶部电极)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或更小。在一些情况下，电极(例如，底部电极)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或更小。
在某些实施例中，电极由导电材料构成。在一些情况下，电极由导电金属制成，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、其组合等。在一些情况下，电极由钽制成。在一些情况下，电极由钌制成。在一些情况下，电极包含一层如上所述的导电材料。例如，电极可以包含一层导电金属(如钽)。在一些情况下，电极包含两层或更多层如上所述的导电材料。例如，电极可以包含两种不同导电金属(如钽和钌)的交替层。在一些情况下，电极的厚度范围为1nm到1000nm，如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。在一些实施例中，电极的厚度范围为1nm到30nm，如30nm、或20nm或10nm的厚度。
在某些实施例中，磁性传感器包含多个MTJ元件。在一些情况下，磁性传感器包含两个或更多个MTJ元件(例如，两个或更多个串联布置的MTJ元件)，如以上所描述的。在一些情况下，磁性传感器装置包含串联布置的MTJ元件和与第一系列的MTJ传感器阵列并联电连接的另外的MTJ元件。另外的MTJ元件可以包含如上所述串联布置的两个或更多个MTJ元件。如此，在某些情况下，磁性传感器可以包含多个MTJ元件串联和并联电连接的MTJ元件布置。
本公开的各方面包含一种磁性传感器装置，其中所述磁性传感器装置包含支撑件。在一些实施例中，支撑件包含安置在其上的磁性传感器阵列(例如，生物传感器阵列)。在某些实施例中，支撑件的厚度为5mm或更小，如2mm或更小，包含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。在某些实施例中，支撑件的宽度为20mm或更小、或15mm或更小、如12mm或更小，包含10mm或更小、或5mm或更小、或2mm或更小。
在某些实施例中，磁性传感器装置的支撑件成形为矩形固体(尽管其它形状也是可能的)，所述矩形固体的长度范围为1mm到20mm，如1mm到10mm，包含1mm到5mm；宽度范围为1mm到20mm，如1mm到10mm，包含1mm到5mm、或1mm到3mm；并且厚度范围为0.1mm到5mm，如0.2mm到1mm，包含0.3mm到0.5mm。
磁性传感器阵列
在某些实施例中，磁性传感器装置包含磁性传感器阵列(例如，生物传感器阵列)。例如，相对于磁性传感器配置，磁性传感器阵列可以具有各种不同的配置。在某些实施例中，本主题磁性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”意指包含磁性传感器阵列(例如，生物传感器阵列)的磁性传感器装置。例如，生物芯片可以包含磁性传感器装置，所述磁性传感器装置包含在支撑表面上显示两个或更多个不同的磁性传感器阵列的支撑表面。在某些实施例中，磁性传感器装置包含具有磁性传感器阵列的支撑表面。
“阵列”包含可寻址区域(例如，空间可寻址区域)的任何二维或基本上二维(以及三维)布置。当阵列的多个传感器定位于阵列上的特定的预定位置(例如，“地址”)时，所述阵列是“可寻址的”。阵列特征(例如，传感器)可以由中间空间分隔开。任何给定的支撑件可以承载一个、两个、四个或更多个安置在支撑件的前表面上的阵列。根据用途，阵列中的任何或所有阵列可以彼此相同或不同，并且每个阵列可以含有多个不同的磁性传感器。阵列可以含有一个或多个，包含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个或更多个磁性传感器。例如，64个磁性传感器可以被布置成8×8阵列，或者80个磁性传感器可以被布置成8×10阵列，或者90个传感器可以被布置成9×10阵列。
在一些情况下，磁性传感器以磁性传感器的行和列布置在阵列中。例如，阵列可以包含一行或多行两个或更多个磁性传感器。在一些情况下，阵列包含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行或更多行的磁性传感器。在一些情况下，阵列包含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列或更多列的磁性传感器。例如，64个磁性传感器可以被布置成包含8行和8列磁性传感器的8×8阵列，或者80个磁性传感器可以被布置成包含10行和8列磁性传感器的8×10阵列。
在某些实施例中，磁性传感器可以被布置成具有以下面积的阵列：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，包含50mm2或更小、20mm2或更小，如10mm2或更小，或甚至更小。例如，磁性传感器可以被布置成面积为15mm2或更小，如12.2mm2或更小(例如，3.2mm×3.8mm)的阵列。在一些情况下，磁性传感器被布置成面积为20mm2的阵列。例如，磁性传感器的阵列密度可以为每2mm2阵列面积1个磁性传感器或更小，如每1mm2阵列面积1个磁性传感器或更小、或每0.5mm2阵列面积1个磁性传感器、或每0.2mm2阵列面积1个磁性传感器、或每0.16mm2阵列面积1个磁性传感器、或每0.14mm2阵列面积1个磁性传感器、或每0.12mm2阵列面积1个磁性传感器、或每0.1mm2阵列面积1个磁性传感器、或每0.08mm2阵列面积1个磁性传感器、或每0.05mm2阵列面积1个磁性传感器。在一些情况下，磁性传感器的阵列密度可以为每0.16mm2阵列面积1个磁性传感器。
在一些实施例中，根据本公开的实施例，具有多个MTJ元件的磁性生物传感器的尺寸被设计成覆盖支撑件的一部分，所述部分在测定期间与生物分子的样品接触。可以通过将小滴具有生物分子的液体样品放置在支撑件的某些区域上或者通过使涂覆有生物分子的样品放置成与支撑件接触来将样品(例如，生物分子)放置在单独的传感器上。在一些实施例中，被生物分子样品涂覆的支撑件的面积和生物传感器的面积基本相似。例如，生物传感器的尺寸范围可以为10μm×10μm到1000μm×1000μm，包含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。在一些情况下，生物传感器的尺寸为140μm×140μm或更小，如120μm×120μm。
在一些实施例中，根据本公开的实施例，具有多个MTJ元件的磁性生物传感器被间隔开，使得每单位面积的生物传感器数量最大化，同时仍然允许单独的生物传感器与含有生物分子的液体样品的单独液滴接触。为了实现放置在单独的生物传感器上的相邻液滴之间的充分分离，生物传感器可以间隔一定距离。在某些情况下，相邻生物传感器之间的中间空间是相邻生物传感器之间的惰性、非传感区。在一些实施例中，相邻生物传感器之间的此惰性区可以覆盖生物传感器大小的1到5倍的距离。例如，如果生物传感器覆盖100μm×100μm的面积，则相邻生物传感器之间的惰性区可以覆盖范围为100μm到500μm的距离。如以上所讨论的，在一些情况下，生物传感器的尺寸为120μm×120μm。在一些实施例中，生物传感器可以以400μm的规则间隔布置(如从生物传感器的中心到相邻生物传感器的中心进行测量)，使得相邻生物传感器之间的惰性空间的长度大约为280μm。
在某些实施例中，磁性传感器中的至少一些或所有磁性传感器具有与传感器的表面稳定关联的分析物特异性探针(例如，表面捕获配体)。例如，每个磁性传感器阵列可以包含一个或多个磁性传感器，所述磁性传感器具有结合到磁性传感器表面的分析物特异性探针。在给定阵列包含两个或更多个磁性传感器的情况下，每个传感器可以具有与其表面相关联的相同或不同的分析物特异性探针。例如，磁性传感器阵列可以包含两个或更多个不同的磁性传感器，每个磁性传感器被配置成专门检测相同的分析物。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与不同的分析物特异性结合。例如，磁性传感器阵列可以包含两个或更多个不同的磁性传感器，每个磁性传感器被配置成专门检测不同的分析物。在其它情况下，磁性传感器装置包含没有任何分析物特异性探针的磁性传感器，使得磁性传感器的表面被功能化成与分析物直接结合。在一些情况下，磁性传感器包含安置在磁性传感器表面之上的阻挡层。阻挡层可以被配置成抑制任何分析物特异性探针或分析物与磁性传感器表面的结合(例如，在此类被阻挡的磁性传感器可以用作参考或控制电信号的来源的情况下)。
如上所述，在某些实施例中，磁性传感器装置包含安置在衬底上的两个或更多个磁性传感器阵列。如此，磁性传感器装置包含两个或更多个磁性传感器阵列。如上所述，每个磁性传感器阵列可以具有一个或多个磁性传感器，其中每个磁性传感器被配置成检测相同或不同的分析物。因此，磁性传感器装置上的每个磁性传感器阵列可以被配置成检测相同组或不同组的分析物。例如，磁性传感器装置可以包含两个或更多个不同的磁性传感器阵列，每个磁性传感器阵列被配置成专门检测相同组的分析物。在其它情况下，磁性传感器装置可以包含两个或更多个不同的磁性传感器，每个磁性传感器被配置成专门检测不同组的分析物。
在某些实施例中，阵列中的磁性传感器之间可以存在区，所述区不携带任何分析物特异性探针或者不被功能化成与分析物直接结合。当存在时，此类传感器间区可以具有各种大小和配置。在一些情况下，这些传感器间区可以被配置成抑制或防止不同传感器之间的流体运动，例如，其中传感器间区涂覆有疏水性材料和/或流体屏障(如壁)。
可以存在电子通信元件，例如，导电引线，所述电子通信元件被配置成将磁性传感器电耦接到系统的组件，如处理器、显示器等。另外，除了磁性传感器阵列之外，给定的磁性传感器装置还可以包含各种其它组件。另外的磁性传感器装置组件可以包含但不限于：信号处理组件、电源、流体处理组件、有线或无线通信组件等。
在某些实施例中，磁性传感器装置被配置成根据最小量的样品产生可检测信号。在一些情况下，磁性传感器装置被配置成根据以下样品大小来产生可检测信号：10mL或更少、或5mL或更少、或3mL或更少、或1mL或更少，如500μL或更少，包含100μL或更少，例如50μL或更少、或25μL或更少、或10μL或更少。如此，在一些情况下，储存器板的流体储存器可以被配置成接收产生可检测信号所需的最小量的样品。例如，流体储存器可以被配置成接收10mL或更少、或5mL或更少、或3mL或更少、或1mL或更少，如500μL或更少，包含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。
在一些实施例中，磁性传感器装置被配置成连接到用于检测样品中分析物的存在的系统。因此，在某些实施例中，磁性传感器装置不包含磁场源。磁场源可以包含在用于检测样品中分析物的存在的系统中，因此不包含在磁性传感器装置中。因此，测定方案可以包含将磁性传感器装置可操作地耦接到用于检测样品中分析物的存在的系统。在一些情况下，磁性传感器装置可以可操作地耦接到系统的激活和信号处理单元，如本文所描述的。磁性传感器装置可以包含一个或多个电触点，所述电触点被配置成将磁性传感器装置电连接到系统，如电连接到系统的激活和信号处理单元。电触点可以沿磁性传感器装置的边缘布置。
在某些实施例中，磁性传感器装置包含可编程存储器。在一些情况下，可编程存储器被配置成存储信息，如包含但不限于以下的信息：校准数据(例如，每个磁性传感器和/或每个磁性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性传感器的记录；已完成测定步骤的记录；关于测量了哪个样品的记录；测量结果的记录；等等。在一些情况下，可以使用条形码来代替可编程存储器，或除可编程存储器之外可以使用条形码。在包含条形码的磁性传感器装置的实施例中，与磁性传感器装置相关联的信息可以从与磁性传感器装置分离的信息系统(如系统的激活和信号处理单元)中存储和检索。
磁性传感器
如上所述，每个磁性传感器可以包含一个或多个磁性传感器元件。在一些情况下，磁性传感器是被配置成检测附近磁性标签的存在而磁性传感器与磁性标签之间没有任何直接物理接触的传感器。在某些实施例中，磁性传感器被配置成检测样品中分析物的存在。例如，磁性标签可以与分析物直接或间接结合，所述分析物进而可以与磁性传感器直接或间接结合。如果结合的磁性标签定位于磁性传感器的检测范围内，则磁性传感器可以提供指示结合的磁性标签存在并且因此指示分析物的存在的信号。
在一些情况下，磁性传感器的检测范围为距磁性传感器的表面1nm到1000nm，如距磁性传感器的表面1nm到800nm，包含1nm到500nm，如1nm到300nm，包含1nm到100nm。在一些情况下，最小化传感器的检测范围可以有助于检测特异性结合的分析物，同时最小化来自不关注的分析物的可检测信号。“检测范围”意指距磁性传感器的表面的距离，其中磁性标签的存在将在磁性传感器中感应出可检测信号。在一些情况下，足够靠近磁性传感器表面定位以在磁性传感器的检测范围内的磁性标签将在磁性传感器中感应出可检测信号。在某些情况下，定位于距磁性传感器表面的距离大于磁性传感器的检测范围的距离处的磁性标签将不会在磁性传感器中感应出可检测的或不可忽略的信号。例如，磁性标签可以具有与1/r3成比例的磁通量，其中r是磁性传感器与磁性标签之间的距离。因此，只有那些紧接定位(例如，在磁性传感器的检测范围内)的磁性标签才会在磁性传感器中感应出可检测信号。
在某些实施例中，磁性传感器的表面被功能化成与分析物或磁性标签直接结合。例如，磁性传感器的表面可以被功能化成提供分析物或磁性标签与磁性传感器之间的共价结合或非共价结合，包含但不限于非特异性吸附、基于静电相互作用(例如，离子对相互作用)、疏水相互作用、氢键相互作用等的结合。
在一些情况下，磁性传感器的表面或元件间区包含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性传感器的表面或元件间区结合。例如，如聚乙烯亚胺(PEI)等阳离子聚合物可以用于通过物理吸附使带电抗体与表面非特异性地结合。可替代地，可以利用分析物特异性探针上的游离胺或游离硫醇基团使用共价化学使分析物特异性探针与磁性传感器的表面或元件间区共价结合。例如，N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)到1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC)偶联系统可以用于使分析物特异性探针与磁性传感器的表面或元件间区共价结合。
分析物特异性探针可以包含特异性结合对的一个成员。例如，合适的特异度结合对包含但不限于：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/亲和素；生物素/链霉亲和素；地高辛/抗地高辛；等等。在某些实施例中，磁性传感器的表面或元件间区包含与所关注的分析物特异性结合的抗体。因此，使磁性传感器或元件间区与包含所关注的分析物的测定组合物接触可能导致分析物与分析物特异性探针(例如，抗体)结合，所述分析物特异性探针与磁性传感器的表面或元件间区结合。
在某些实施例中，磁性传感器被配置成响应于磁性传感器的表面附近的磁性标签而生成电信号。例如，磁性传感器可以被配置成检测由局部磁场的变化引起的磁性传感器电阻的变化。在一些情况下，如上所述，磁性标签(例如，磁性纳米颗粒标签)与磁性传感器紧密结合会引起磁性传感器电阻的可检测变化。例如，在施加的外部磁场存在的情况下，磁性传感器附近的磁性标签可以被磁化。经磁化的磁性标签的局部磁场可以引起下面的磁性传感器电阻的可检测变化。因此，磁性标签的存在可以通过检测磁性传感器电阻的变化来检测。在某些实施例中，磁性传感器附近的磁性标签可以存在于元件间区中，如本文所述的与元件间区结合。在某些实施例中，磁性传感器附近的磁性标签可以存在于元件间区中，如本文所述的与磁性传感器元件的侧表面结合。
在某些实施例中，磁性传感器被配置成检测以下电阻变化：1Ohm或更小，如500mOhm或更小，包含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。在某些实施例中，电阻的变化可以用相对于原始传感器电阻的百万分之几(PPM)来表示，如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或更多的电阻变化。
在某些情况下，磁性传感器是多层薄膜结构。传感器可以包含铁磁材料和非磁性材料的交替层。铁磁材料可以包含但不限于坡莫合金(NiFe)、铁钴(FeCo)、镍铁钴(NiFeCo)、氧化镍(NiO)、氧化钴(CoO)、镍钴氧化物(NiCoO)、氧化铁(Fe2O3)、CoFeB、Ru、PtMn、其组合等。在一些情况下，非磁性材料是绝缘层，如但不限于MgO、氧化铝等。在某些实施例中，铁磁层的厚度为1nm到10nm，如2nm到8nm，包含3nm到4nm。在一些情况下，非磁性层的厚度为0.2nm到5nm，如1nm到3nm，包含1.5nm到2.5nm、或1.8nm到2.2nm。
自旋阀磁阻元件
在某些实施例中，磁性传感器元件是自旋阀磁阻元件。在某些情况下，自旋阀元件是多层结构，所述多层结构包含第一铁磁层、安置在第一铁磁层上的非磁性层和安置在非磁性层上的第二铁磁层。第一铁磁层可以被配置成使其磁化矢量固定在某个方向上。在一些情况下，第一铁磁层被称为“钉扎层(pinned layer)”。在某些实施例中，自旋阀元件包含磁化基本平行于磁性传感器元件宽度的钉扎层，如以上所描述的。第二铁磁层可以被配置成使得其磁化矢量可以在施加的磁场下自由旋转。在一些情况下，第二铁磁层被称为“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相对于钉扎层的磁化矢量的相对取向。当两个磁化矢量平行时，电阻最低；当两个磁化矢量反平行时，电阻最高。电阻的相对变化被称为磁阻(MR)比率。在某些实施例中，自旋阀元件的MR比率为1％到20％，如3％到15％，包含5％到12％。在一些情况下，自旋阀元件的MR比率在小磁场中为10％或更高，例如，100Oe。由于自旋阀元件表面附近磁性标签的存在而产生的自旋阀元件的电阻变化可以被检测到，如以上所描述的。
在某些实施例中，由于磁性标签而来自自旋阀元件的信号取决于磁性标签与自旋阀元件的自由层之间的距离。在一些情况下，来自磁性标签的电压信号随着从磁性标签的中心到自由层的中间平面的距离增加而减小。因此，在某些情况下，自旋阀元件中的自由层定位于自旋阀元件的表面。将自由层定位于自旋阀元件的表面可以最小化自由层与任何结合的磁性标签之间的距离，这可以有助于磁性标签的检测。
在某些实施例中，自旋阀元件可以包含安置在自旋阀元件表面中的一个或多个表面上的钝化层。在一些情况下，钝化层的厚度为60nm或更小，如50nm或更小，包含40nm或更小、30nm或更小、20nm或更小、10nm或更小。例如，钝化层的厚度可以为1nm到10nm，如1nm到5nm，包含1nm到3nm。在某些实施例中，钝化层包含金、钽、SiO2、Si3N4、其组合等。
磁性隧道结(MTJ)磁阻元件
在某些实施例中，磁性传感器元件是磁性隧道结(MTJ)磁阻元件(本文还称为MTJ元件)。在一些情况下，MTJ元件包含多层结构，所述多层结构包含第一铁磁层、安置在第一铁磁层上的绝缘层和安置在绝缘层上的第二铁磁层。绝缘层可以是薄的绝缘隧道阻挡层，并且可以包含氧化铝、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，在某些实施例中，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平行时，隧穿电流低。
在一些情况下，MTJ元件的磁阻比率(MR)为1％到300％，如10％到250％，包含25％到200％。由于MTJ元件表面附近磁性标签的存在而产生的MTJ元件的电阻变化可以被检测到，如以上所描述的。在一些情况下，MTJ元件的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元件的MR可以为225％或更多。
在某些实施例中，第二铁磁层(例如，定位于MTJ元件表面的MTJ元件层)包含两层或更多层。例如，第二铁磁层可以包含第一层、安置在第一层上的第二层和安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)。薄金属层的厚度可以为6nm或更小，如5nm或更小，包含4nm或更小、3nm或更小、2nm或更小、或1nm或更小、或0.5nm或更小。第二层可以包含导电金属，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、其组合等。第二层的厚度可以为2nm或更小，如0.5nm或更小，包含0.4nm或更小、0.3nm或更小、0.2nm或更小、或0.1nm或更小。第三层可以包含铁磁材料，如但不限于NiFe、CoFe、CoFeB等。第三层的厚度可以为6nm或更小，如5nm或更小，包含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元件被配置成使得相关联的磁性标签与自由层的顶表面之间的距离范围为5nm到1000nm，或者10nm到800nm，如20nm到600nm，包含40nm到400nm，如60nm到300nm，包含80nm到250nm。
MTJ元件可以包含安置在MTJ元件表面中的一个或多个表面上的钝化层。在一些情况下，钝化层的厚度为60nm或更小，如50nm或更小，包含40nm或更小、30nm或更小、20nm或更小、10nm或更小。例如，钝化层的厚度可以为1nm到50nm，如1nm到40nm，包含1nm到30nm，或1nm到20nm。在一些情况下，钝化层的厚度为30nm。在一些情况下，钝化层包含金、钽、钽合金、氧化钽、铝、铝合金、氧化铝、SiO2、Si3N4、ZrO2、其组合等。在某些实施例中，具有如上所述厚度的钝化层有助于最大化从与传感器表面或元件间区特异性结合的磁性标签检测到的信号，同时最小化来自未特异性结合的磁性标签的信号。
在某些实施例中，MTJ元件的尺寸范围为1μm×1μm到200μm×200μm，包含1μm×200μm或更小的尺寸，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。在一些情况下，MTJ元件的尺寸为120μm×0.8μm或更小，如2.0μm×0.8μm。
于2008年9月19日提交的美国申请公开第2009/0104707号进一步描述了磁性隧道结(MTJ)检测器，所述美国申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。于2004年4月22日提交的美国专利第7,906,345号进一步描述了检测器，所述美国专利的公开内容通过引用以其整体并入本文。
磁感测区
在某些实施例中，磁性传感器装置可以被配置成包含一个或多个磁感测区。磁感测区可以对应于磁性传感器阵列(例如，生物传感器阵列)所定位的装置区。例如，磁感测区可以是装置的表面上的区，所述表面在使用期间暴露于样品并且具有如上所述的磁性传感器阵列(例如，生物传感器阵列)。
磁感测区可以被配置成包含流体储存器。流体储存器可以是多种配置中的任一种，在所述配置中，流体储存器被配置成保持样品与磁性传感器阵列接触。因此，流体储存器的配置可以包含但不限于：圆柱井配置、方井配置、矩形井配置、圆底井配置等。例如，流体储存器可以包含将一个流体储存器与相邻的流体储存器分开的壁。壁可以相对于储存器板的表面基本上竖直。在一些情况下，每个流体储存器的壁限定了一定体积的空间，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。
在某些实施例中，流体储存器的体积为10mL或更小、或5mL或更小、或3mL或更小、或1mL或更小，如500μL或更小，包含100μL或更小，例如，50μL或更小、或25μL或更小、或10μL或更小，所述体积足以容纳相等或更小体积的样品体积。
磁性传感器系统
在某些实施例中，系统包含磁性传感器装置和磁场源。磁性传感器装置包含具有在其上定位的两个或更多个磁性传感器阵列(例如，生物传感器阵列)的支撑件。系统可以被配置成从每个磁性传感器阵列获得指示每个样品中是否存在一种或多种分析物的信号。
在某些实施例中，系统包含磁场源。磁场源可以被配置成向磁性传感器装置(例如，磁性传感器阵列)施加足以在测定感测区(例如，在信号采集期间磁性传感器阵列所定位的区)中产生DC和/或AC场的磁场。在一些情况下，磁场源被配置成产生具有以下磁场强度的磁场：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。
磁场源可以被定位成使得当磁性传感器装置被使用时，在磁性传感器阵列所定位的区中产生磁场。在一些情况下，磁场源被配置成在执行测定的储存器板上的一组流体储存器周围生成均匀的、可控的磁场。磁场源可以包含一个或多个，如两个或更多个、三个或更多个、四个或更多个磁场生成组件。在一些情况下，磁场源可以包含一个或多个电磁体，如线圈电磁体。线圈电磁体可以包含绕线线圈。例如，磁场源可以包含以亥姆霍兹(Helmholtz)线圈几何形式布置的两个电磁体。
系统的实施例进一步包含基于计算机的系统。如上所述，系统可以被配置成定性地和/或定量地评估结合相互作用。“基于计算机的系统”是指用于分析来自磁性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以包含中央处理器(CPU)、输入组件、输出组件和数据存储组件。多种基于计算机的系统中的任一种都适用于本主题系统。数据存储组件可以包含任何计算机可读介质，所述计算机可读介质包含用于记录来自磁性传感器阵列的信号的装置，或者可以存储来自磁性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、编程设计或其它信息是指使用本领域已知的任何此类方法来存储信息的过程。可以根据用于访问所存储信息的方法来选择任何方便的数据存储结构。多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。
在某些实施例中，系统包含激活和信号处理单元。激活和信号处理单元可以被配置成可操作地耦接到磁性传感器装置。在一些情况下，激活和信号处理单元电耦接到磁性传感器装置。激活和信号处理单元可以电耦接，以便如提供到或来自磁性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成向磁性传感器装置(如但不限于磁性传感器阵列)的组件提供电力、激活信号等。如此，激活和信号处理单元可以包含激活信号生成器。激活信号生成器可以被配置成向分析物检测装置(如但不限于磁性传感器阵列)的组件提供电力、激活信号等。在一些情况下，激活和信号处理单元被配置成跨磁性传感器阵列施加范围为1mV到10V的电压，如100mV到5V，包含200mV到1V，例如，300mV到500mV。在一些情况下，激活和信号处理单元被配置成跨磁性传感器阵列施加500mV的电压。
另外地，激活和信号处理单元可以被配置成从磁性传感器装置接收信号，如从磁性传感器装置的磁性传感器阵列接收信号。来自磁性传感器装置的磁性传感器阵列的信号可以用于检测样品中的一种或多种分析物的存在。在一些情况下，激活和信号处理单元可以包含处理器，所述处理器被配置成响应于接收来自磁性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以被配置成从磁性传感器装置接收信号，根据预定算法处理信号，获得与样品中的一种或多种分析物的存在相关的结果，并且以人类可读或可听的格式向用户输出结果。
“处理器”是指将执行一个或多个编程功能的任何硬件和/或软件组合。例如，本文中的任何处理器都可以是如可以电子控制器、主机、服务器或个人计算机(例如，台式计算机或便携式计算机)的形式使用的可编程数字微处理器。在处理器可编程的情况下，可以将合适的编程从远程位置传送到处理器，或者可以将合适的编程预先保存在计算机程序产品中(如便携式或固定式计算机可读存储介质，无论是磁性的、光学的还是基于固态装置的)。例如，磁性介质、光盘或固态存储器装置可以承载变成设计，并且可以由与处理器通信的合适的读取器读取。
在一些情况下，本主题系统被配置成调节施加到磁性传感器阵列的电流(例如，感测电流)。本主题系统还可以被配置成调节由磁场源生成的磁场。调节感测电流和磁场可以促进信号噪声的最小化，并且因此促进信噪比的最大化。于2010年4月13日提交的美国申请公开第2011/0027901号中更详细地描述了调节感测电流和磁场的另外的方面，所述美国申请的公开内容通过引用整体并入本文。
本主题系统的实施例还可以包含以下组件：(a)有线或无线通信模块，所述有限或无线通信模块被配置成例如通过用户计算机在系统与一个或多个用户之间传递信息，如下所述；以及(b)处理器，所述处理器用于执行来自磁性传感器的信号的定性和/或定量分析中涉及的一个或多个任务。在某些实施例中，提供了一种计算机程序产品，其包含计算机可用介质，所述计算机可用介质具有存储在其中的控制逻辑(例如，包含程序代码的计算机软件程序)。控制逻辑当由计算机的处理器执行时使处理器执行本文描述的功能。在其它实施例中，一些功能主要使用例如硬件状态机在硬件中实施。实施硬件状态机以便执行本文描述的功能可以使用任何方便的方法和技术来实现。
除了磁性传感器装置以及激活和信号处理单元之外，系统还可以包含多个另外的组件，如但不限于：数据输出装置，例如，监测器、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，微流控组件；电源；功率放大器；有线或无线通信组件；等等。例如，系统可以包含流体处理组件，如微流控流体处理组件。在某些实施例中，微流控流体处理组件被配置成将流体递送到元件间区。在一些情况下，流体包含以下一种或多种：测定组合物、样品、磁性标签、捕获探针、试剂等。在某些情况下，微流控流体处理组件被配置成递送小体积的流体，如1mL或更少，如500μL或更少，包含100μL或更少，例如50μL或更少、或25μL或更少、或10μL或更少。
在某些实施例中，系统是高灵敏度分析物检测器。“高灵敏度”意指系统被配置成检测样品中的分析物，其中样品中分析物的浓度很低。在一些情况下，系统被配置成产生指示样品中存在所关注的分析物的可检测信号，其中样品中分析物的浓度为1μM或更小，如100nM或更小、或10nM或更小、或1nM或更小，包含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，系统可以被配置成具有1μM或更小的检测极限，例如，定量下限(LLOQ)，如100nM或更小、或10nM或更小、或1nM或更小，包含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。
在某些实施例中，系统包含显示器。显示器可以被配置成提供从激活和信号处理单元获得的分析物检测结果的视觉指示，如以上所描述的。显示器可以被配置成显示定性分析物检测结果。例如，定性显示器可以被配置成向用户显示样品包含或不包含所关注的特定分析物的定性指标。在一些实施例中，显示器可以被配置成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结果。例如，在系统被配置成输出定量分析物检测结果的实施例中，系统可以包含被配置成显示定量分析物检测结果的显示器。
磁性传感器装置任选地包含可编程存储器，在使用磁性传感器装置之前和期间，所述可编程存储器可以用如以下等相关信息进行编程：每个单独传感器的校准数据；在测定之前如何用表面功能化分子制备生物芯片的记录；所有已完成测定步骤的记录；关于测量了哪个样品的记录；测量结果的记录；等等。
方法
本公开的各方面还包含用于评估样品中是否存在分析物的方法。所述方法包含使磁性传感器装置与样品接触以生成信号。另外，所述方法包含基于信号评估每个样品中是否存在分析物。
所述方法的实施例涉及评估样品中是否存在分析物，例如，确定样品中是否存在一种或多种分析物。在所述方法的某些实施例中，可以定性地或定量地确定样品中的一种或多种分析物的存在。定性确定包含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。定量确定包含半定量测定和精确标度结果，在所述半定量测定中向用户提供关于样品中分析物的量的粗略标度结果(例如，低、中、高)，在所述精确标度结果中向用户提供分析物浓度的精确测量结果。
在一些实施例中，方法包含对样品中的分析物进行单重分析。“单重分析”意指对样品进行分析，以检测样品中一种分析物的存在。例如，样品可以包含所关注的分析物与不关注的其它分子实体的混合物。在一些情况下，所述方法包含对样品进行单重分析，以确定样品混合物中所关注的分析物的存在。
某些实施例包含对样品中的两种或更多种分析物进行多重分析。“多重分析”意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，分析物可以在其分子结构、序列等方面包含可检测的差异。在一些情况下，分析物的数量大于2，如4个或更多个、6个或更多个、8个或更多个等，多达20个或更多个，例如，50个或更多个，包含100个或更多个，或1000个或更多个不同的分析物。在某些实施例中，所述方法包含对2到1000种不同分析物进行多重分析，如4到500种不同分析物，包含4到200种不同分析物、或4到100种不同分析物、或4到50种不同分析物、或4到20种不同分析物。在某些实施例中，若干多重测定可以基本上同时并行进行。
在一些情况下，所述方法是评估样品中的一种或多种分析物的存在的免洗方法。“免洗”意指试剂和/或样品与磁性传感器接触后不执行洗涤步骤。如此，在这些实施例的测定期间不执行从磁性传感器表面去除未结合的试剂(例如，未结合的磁性标签)或未结合的样品的步骤。因此，虽然所述方法可以包含一种或多种不同的试剂和/或样品与磁性传感器表面的顺序接触，但是在测定期间，样品表面在任何时候都没有以从磁性传感器表面去除未结合的试剂或样品的方式与流体接触。例如，在某些实施例中，在磁性传感器表面与样品接触后不执行洗涤步骤。在一些情况下，所述方法不包含磁性传感器表面与磁性标签接触后的洗涤步骤。在某些情况下，在磁性传感器表面与捕获探针接触后不执行洗涤步骤。
在执行洗涤步骤的某些实施例中，洗涤步骤基本上不改变来自磁性传感器的信号。洗涤步骤可能不会导致来自磁性传感器的信号发生实质性变化，因为在一些情况下，未结合的磁性标签不具有如本文所述的基本上可检测信号。例如，如果执行洗涤步骤，则在一些情况下，洗涤步骤会导致25％或更小的信号变化，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。在一些实施例中，洗涤步骤会导致来自磁性传感器的信号减少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。
所述方法的各方面还可以包含从磁性传感器装置获得实时信号。如此，所述方法的实施例包含从磁性传感器阵列获得实时信号。“实时”意指在信号产生时或紧接其后观察到信号。例如，实时信号从其启动时刻开始获得，并在给定的时间段内连续获得。因此，某些实施例包含实时观察与所关注的结合相互作用(例如，所关注的分析物与磁性传感器或元件间区的结合和/或磁性标签与所关注的分析物的结合)的发生相关的信号的演变。实时信号可以包含在给定时间段内获得的两个或更多个数据点，其中在某些实施例中，所获得的信号是在给定的所关注时间段内(例如，以轨迹的形式)连续获得的一组连续的数据点。所关注时间段可以变化，在一些情况下其范围为0.5分钟到60分钟，如1分钟到30分钟，包含1分钟到15分钟，或1分钟到10分钟。例如，所述时间段可以在实时信号的启动时刻开始，并且可以持续到磁性传感器达到最大值或饱和水平(例如，磁性传感器上的所有分析物结合位点都被占据的情况)。例如，在一些情况下，时间段从样品与磁性传感器接触时开始。在一些情况下，时间段可以在样品与磁性传感器接触之前开始，例如，以在样品与磁性传感器接触之前记录基线信号。信号中数据点的数量也可以变化，其中在一些情况下，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拉伸。“连续”意指按以下重复率重复地获得数据点：每分钟1个数据点或更多，如每分钟2个数据点或更多，包含每分钟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。
在某些实施例中，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仅从所关注的特定分析物中获得的实时信号。在这些实施例中，未结合的分析物和未结合的磁性标签不产生可检测信号。在这些实施例中，非特异性结合的分析物和非特异性结合的磁性标签不产生可检测信号。如此，所获得的实时信号仅来自与磁性传感器或元件间区结合的特定磁性标记的所关注的分析物，并且基本上没有从未结合的或非特异性结合的磁性标签或其它试剂(例如，未与传感器特异性结合的分析物)中获得信号。
在一些实施例中，当测定装置处于湿工况下时观察到信号。“湿”或“湿工况”意指测定组合物(例如，包含样品、磁性标签和捕获探针的测定组合物)仍然与磁性传感器的表面接触。如此，不需要执行任何洗涤步骤来去除不关注的非结合部分或过量的未结合磁性标签或捕获探针。在某些实施例中，如上所述，磁性标签和磁性传感器的使用有助于“湿”检测，因为磁性标签在磁性传感器中感应的信号随着磁性标签与磁性传感器表面之间的距离的增加而减小。例如，如上所述，磁性标签和磁性传感器的使用可以有助于“湿”检测，因为磁性标签产生的磁场随着磁性标签与磁性传感器表面之间的距离的增加而减小。在一些情况下，与表面结合的分析物结合的磁性标签的磁场明显超过分散在溶液中的未结合的磁性标签的磁场。例如，如上所述，实时分析物特异性信号可以仅从与磁性传感器结合的特定磁性标记的所关注的分析物中获得，并且基本上无法从分散在溶液中的未结合磁性标签(例如，未与传感器特异性结合)中获得信号。分散在溶液中的未结合磁性标签可以处于距磁性传感器的表面更远的距离处，并且可以处于布朗(Brownian)运动中，这可能会降低未结合磁性标签引起磁性传感器电阻的可检测变化的能力。
测定方案
以下章节描述了典型的测定方案以及测定的单独组分。在某些实施例中，所述方法包含使磁性传感器阵列与包含样品的测定组合物接触。然后，磁性传感器阵列可以与磁性标签和被配置成与磁性标签结合的捕获探针接触。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个步骤。
样品
如上所述，可以在本主题方法中测定的测定组合物包含样品。可以在本主题方法中测定的样品可以变化，并且包含简单样品和复杂样品。简单样品是包含所关注的分析物的样品，并且可以包含或不包含一个或多个不关注的分子实体，其中这些不关注的分子实体的数量可以很少，例如，10个或更少、5个或更少等。简单样品可以包含已经以某种方式处理过(例如，以从样品中去除潜在的干扰分子实体)的初始生物或其它样品。“复杂样品”意指可能具有或不具有所关注的分析物而且还包含许多不同的蛋白质和其它不关注的分子的样品。在一些情况下，在本主题方法中测定的复杂样品是包含10个或更多个有区别的(即，不同的)分子实体的样品，如20个或更多个，包含100个或更多个，例如，103个或更多个，104个或更多个(如15,000；20,000或25,000或更多个)，所述分子实体在分子结构方面彼此不同。
在某些实施例中，所关注的样品是生物样品，如但不限于尿液、血液、血清、血浆、唾液、汗液、粪便、颊拭子、脑脊液、细胞裂解物样品等。样品可以是生物样品，或者可以使用常规方法从源自人类、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中提取，以成功提取DNA、RNA、蛋白质和肽。在一些情况下，所关注的样品是水、食物或土壤样品。
如上所述，可以在本主题方法中测定的样品可以包含一种或多种所关注的分析物。可检测分析物的实例包含但不限于：核酸，例如，双链或单链DNA、双链或单链RNA、DNA-RNA杂交体、DNA适体、RNA适体等；经过修饰的或未经修饰的蛋白质和肽，例如，抗体、双抗体、Fab片段、DNA或RNA结合蛋白、磷酸化蛋白(磷酸蛋白质组学)、肽适体、表位等；小分子，如抑制剂、活化剂、配体等；低聚糖或多糖；其混合物；等等。
磁性标签
可以在本主题方法中测定的测定组合物包含磁性标签。磁性标签是当磁性标签定位于磁性传感器附近时可由传感器(如磁性传感器)检测的标记部分。虽然检测期间磁性标签与磁性传感器之间的距离可以根据特定磁性标签和磁性传感器的性质而变化，但是在一些情况下，此距离范围为距磁性传感器1nm到1000nm，或距磁性传感器1nm到800nm，如5nm到500nm，包含5nm到100nm。在某些实施例中，磁性标签是被配置成与所关注的分析物特异性结合的可检测标签。术语“特异性结合”、“特异性结合的”等是指第一结合分子或部分(例如，靶特异性结合部分)相对于溶液或测定混合物中的其它分子或部分优先与第二结合分子或部分(例如，靶分子)直接结合的能力。在某些实施例中，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，其之间的亲和力表征为小于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的KD(解离常数)。
当所关注的分析物以及由此结合的磁性标签定位于磁性传感器附近时，磁性标签与所关注的分析物的结合使得所关注的分析物能够被磁性传感器检测到。在一些情况下，磁性标签被配置成与所关注的分析物直接结合。在其它情况下，磁性标签被配置成与所关注的分析物间接结合。例如，磁性标签可以被配置成与捕获探针特异性结合，并且捕获探针可以被配置成与所关注的分析物特异性结合。因此，磁性标签和所关注的分析物与捕获探针的结合使磁性标签与所关注的分析物间接结合，例如以产生标记的分析物。在一些情况下，磁性标签和分析物与捕获探针的结合是同时进行的。
在某些实施例中，磁性标签用结合对中的一个成员进行功能化。“结合对”或“特异性结合对”意指在结合复合物中彼此特异性结合的两个互补结合分子或部分。例如，磁性标签可以用结合对的第一成员进行功能化，并且所关注的分析物可以用结合对的第二成员进行功能化。因此，接触结合对的第一成员和第二成员可以在磁性标签与所关注的分析物之间形成结合复合物。在其它情况下，磁性标签可以用结合对的第一成员进行功能化，并且捕获探针可以用结合对的第二成员进行功能化。因此，接触结合对的第一成员和第二成员可以在磁性标签与捕获探针之间形成结合复合物。如上说述，在一些情况下，捕获探针被配置成与所关注的分析物特异性结合。如此，磁性标签可以通过在磁性标签与捕获探针之间形成的结合复合物而与所关注的分析物间接结合。合适的特异性结合对包含但不限于：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/亲和素；生物素/链霉亲和素；地高辛/抗地高辛；等等。
在某些实施例中，磁性标签用链霉亲和素进行功能化，并且捕获探针用生物素进行功能化。如此，磁性标签可以通过链霉亲和素与生物素之间的特异性结合相互作用与捕获探针特异性结合。其它类型的结合相互作用也是可能的。例如，磁性标签可以用生物素进行功能化，并且捕获探针可以用链霉亲和素进行功能化。可替代地，磁性标签和捕获探针可以用其它特异性结合对的互补成员进行功能化。
在一些情况下，磁性标签与结合对中的一个成员稳定地关联。“稳定地关联”意指在使用条件下(例如，在测定条件下)磁性标签和结合对的成员在空间中保持其相对于彼此位置。如此，磁性标签和结合对的成员可以非共价或共价地彼此稳定关联。非共价关联的实例包含非特异性吸附、基于静电的结合(例如，离子对相互作用)、疏水相互作用、氢键相互作用等。共价结合的实例包含在结合对的成员与磁性标签表面上存在的官能团之间形成的共价键。
在某些实施例中，磁性标签是胶体的。术语“胶体”或“胶体的”是指一种物质遍布分散在另一种物质中的混合物。胶体包含两种相，分散相和连续相。在一些情况下，胶体磁性标签保持分散在溶液中，并且不会从溶液中沉淀或沉积出。保持分散在溶液中的胶体磁性标签可以有助于背景信号的最小化以及磁性标签物与磁性传感器或元件间区的非特异性相互作用。例如，所述方法可以包含使磁性传感器与包含样品和磁性标签的测定组合物接触，使得样品中所关注的分析物与磁性传感器的表面或元件间区结合。因为胶体磁性标签保持分散在溶液中，所以磁性标签没有足够靠近磁性传感器定位以在磁性传感器中感应出可检测信号，这有助于背景信号的最小化。在一些情况下，磁性标签与表面结合分析物的特异性结合使磁性标签定位在磁性传感器附近，使得在磁性传感器中感应出可检测信号。
在各种方法(例如，如本文所描述的)中采用的磁性标签可以变化，并且包含当磁性标签定位于磁性传感器表面附近时在磁性传感器中感应出可检测信号的任何类型的标签。例如，磁性标签可以包含但不限于磁性标签、光学标签(例如，表面增强拉曼散射(SERS)标签)、荧光标签等。以下更详细地讨论了这些类型的磁性标签中的每一种。
磁性标签是标记部分，所述标记部分当与磁性传感器或元件间区充分关联时可被磁性传感器检测到并使磁性传感器输出信号。例如，磁性传感器附近的磁性标签的存在可以引起磁性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，磁性传感器附近的磁性标签的存在会引起磁性传感器电阻的可检测变化。如果磁性标签的中心与磁性传感器之间的距离为1000nm或更小，如800nm或更小、如400nm或更小，包含100nm或更小，则所关注的磁性标签可以与磁性传感器充分关联。
在某些情况下，磁性标签包含选自顺磁材料、超顺磁材料、铁磁材料、铁磁材料、反铁磁材料、其组合等的一种或多种材料。例如，磁性标签可以包含超顺磁材料。在某些实施例中，磁性标签被配置成在没有外部磁场的情况下是非磁性的。“非磁性”意指磁性标签的磁化为零或在特定时间段内平均为零。在一些情况下，由于磁性标签的磁化随时间随机翻转，因此磁性标签可以是非磁性的。被配置成在没有外部磁场的情况下是非磁性的磁性标签可以促进磁性标签在溶液中的分散，因为在没有外部磁场的情况下或者甚至在存在热能仍然占主导地位的小磁场的情况下，非磁性标签通常不会聚集。在某些实施例中，磁性标签包含超顺磁性材料或合成反铁磁性材料。例如，磁性标签可以包含两层或更多层反铁磁性耦合的铁磁体。
在某些实施例中，磁性标签是高磁矩磁性标签。磁性标签的磁矩是其与外部磁场对齐趋势的度量。“高磁矩”意指磁性标签更倾向于与外部磁场对齐。具有高磁矩的磁性标签可以有助于检测磁性传感器表面附近磁性标签的存在，因为用外部磁场更容易引起磁性标签的磁化。
在某些实施例中，磁性标签包含但不限于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、其组合等。高磁矩磁性标签的实例包含但不限于在室温下可以是超顺磁的Co、Fe或CoFe纳米晶体，以及合成的反铁磁纳米颗粒。
在一些实施例中，磁性标签的表面被修改。在某些情况下，磁性标签可以涂覆有被配置成有助于磁性标签与结合对中的一个成员的稳定结合的层，如上所述。例如，磁性标签可以涂覆有一层金、一层聚-L-赖氨酸改性玻璃、葡聚糖等。在某些实施例中，磁性标签包含嵌入葡聚糖聚合物中的一个或多个氧化铁核。另外，磁性标签的表面可以用一种或多种表面活性剂修饰。在一些情况下，表面活性剂有助于增加磁性标签的水溶性。在某些实施例中，磁性标签的表面用钝化层修饰。钝化层可以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，所述钝化层包含金、氧化铁、聚合物(例如，聚甲基丙烯酸甲酯膜)等。
在某些实施例中，磁性标签具有球形形状。可替代地，磁性标签可以是盘、棒、线圈或纤维。在一些情况下，磁性标签的大小使得磁性标签不干扰所关注的结合相互作用。例如，磁性标签的大小可以与分析物和捕获探针的大小相当，使得磁性标签不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颗粒，或者含有由合适的结合剂保持在一起的多个磁性纳米颗粒。在一些实施例中，磁性标签的平均直径为5nm到250nm，如5nm到150nm，包含10nm到100nm，例如25nm到75nm。例如，平均直径为5nm、10nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm的磁性标签以及平均直径在这些值的任何两个之间的范围内的磁性标签可以与本发明的方法一起使用。在一些情况下，磁性标签的平均直径为50nm。
于2008年9月19日提交的美国申请公开第2009/0104707号进一步描述了磁性标签和其与生物分子的缀合，所述美国申请的公开内容通过引用以其整体并入本文。
测定组合物产生
在一些情况下，所述方法包含通过使磁性传感器阵列(例如，生物传感器阵列)与样品和磁性标签相继接触来产生测定组合物。例如，所述方法可以包含首先使磁性传感器阵列与样品接触，并且随后与磁性标签接触。可替代地，所述方法可以包含首先使磁性传感器阵列与磁性标签接触，并且随后与样品接触。
在其它实施例中，所述方法包含将样品和磁性标签组合以产生测定组合物，并且然后使磁性传感器阵列与测定组合物接触。例如，所述方法可以包含首先将样品和磁性标签组合以产生测定组合物。然后，磁性传感器可以与测定组合物接触，如上所述。随后，所述方法可以包含使磁性传感器与捕获探针接触，如以下详细描述的。
捕获探针
捕获探针可以是与所靶向的蛋白质或核酸序列特异性结合的任何分子(例如，所关注的分析物)。根据分析物的性质，捕获探针可以是但不限于：(a)与靶DNA或RNA序列的独特区域互补的用于检测核酸的单链DNA；(b)用于检测蛋白质和肽的抗肽分析物表位的抗体；(c)任何识别分子，如特异性结合对的成员。例如，合适的特异度结合对包含但不限于：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/亲和素；生物素/链霉亲和素；地高辛/抗地高辛；等等。
在某些实施例中，捕获探针包含抗体。捕获探针抗体可以与所关注的分析物特异性结合。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成与所关注的分析物特异性结合，并且还可以包含特异性结合对中的一个或多个另外的成员。特异性结合对中的一个或多个成员可以被配置成与特异性结合对的互补成员特异性结合。在某些情况下，特异性结合对的互补成员与磁性标签结合，如上所述。例如，捕获探针可以是与所关注的分析物特异性结合的抗体。另外，捕获探针可以被修饰成包含生物素。如上所述，在某些实施例中，磁性标签可以被修饰成包含链霉亲和素。如此，捕获探针可以被配置成(例如，通过抗体-抗原相互作用)与所关注的分析物特异性结合，并且(例如，通过链霉亲和素-生物素相互作用)与磁性标签特异性结合。在一些情况下，捕获探针被配置成与所关注的分析物和磁性标签结合。换句话说，捕获探针可以被配置成使得分析物与捕获探针的特异性结合不会显著干扰捕获探针与磁性标签特异性结合的能力。类似地，捕获探针可以被配置成使得磁性标签与捕获探针的特异性结合不会显著干扰捕获探针与分析物特异性结合的能力。
在某些实施例中，捕获探针与所关注的分析物特异性结合。在一些情况下，捕获探针可以被鉴定为使得然后可以检测到所关注的分析物的存在。捕获探针可以通过本文所描述的方法中的任何方法来鉴定。例如，如上所述，分析物可以与磁性传感器或元件间区直接或间接结合。捕获探针可以接触所关注的分析物，并且与其特异性结合。如上所述，捕获探针可以被配置成与磁性标签和所关注的分析物结合。在某些情况下，将捕获探针与表面结合分析物和磁性标签同时结合会将磁性标签定位在磁性传感器的检测范围内，使得在磁性传感器中感应出可检测信号。
在一些情况下，由于捕获探针与不关注的部分的非特异性结合而导致的假阳性信号被最小化。例如，捕获探针与不关注的其它部分(其不与磁性传感器阵列的表面结合并保留在溶液中)的非特异性结合将不会在磁性传感器中感应出可检测的或不可忽略的信号，因为与捕获探针结合的磁性标签将不会定位在磁性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。在某些情况下，捕获探针扩散到磁性传感器表面并与分析物结合的动力学显著快于磁性标签扩散到磁性传感器表面的动力学。由于磁性标签在磁性传感器的检测范围内的非特异性定位，捕获探针与分析物结合的动力学比磁性标签向磁性传感器阵列表面的扩散的动力学更快可以有助于最小化假阳性信号。
在某些实施例中，在磁性传感器阵列与测定组合物接触之后，磁性传感器阵列与捕获探针接触。因此，所述方法可以包含首先产生包含样品和磁性标签的测定组合物。然后，磁性传感器阵列可以与测定组合物接触。随后，磁性传感器阵列可以与捕获探针接触。
其它方法也是可能的。例如，所述方法可以包含首先使磁性传感器阵列与捕获探针接触，并且随后使磁性传感器阵列与测定组合物接触，其中测定组合物包含样品和磁性标签。在上述两种方法中，在磁性传感器阵列与捕获探针接触之前，磁性标签存在于测定组合物中。
如上所述，在一些情况下，所述方法是评估样品中的一种或多种分析物的存在的免洗方法。如此，在某些实施例中，使磁性传感器阵列与测定组分接触不包含磁性传感器阵列与测定组合物中的每种组分接触之前或之后的任何洗涤步骤。因此，在磁性传感器与测定组分中的任何测定组分接触之前或之后不执行任何洗涤步骤。
获得信号以确定样品中是否存在分析物
本主题方法的实施例还包含从磁性传感器获得信号以检测样品中分析物的存在。如上所述，磁性标签可以与分析物直接或间接结合，所述分析物进而可以与磁性传感器直接或间接结合。如果结合的磁性标签定位于磁性传感器的检测范围内，则磁性传感器可以提供指示结合的磁性标签存在并且因此指示分析物的存在的信号。
磁性传感器可以被配置成响应于磁性传感器附近的磁性标签而生成电信号。例如，磁性传感器的电阻变化可能由局部磁场的变化引起。在一些情况下，磁性标签(例如，磁性标签)与磁性传感器的紧密结合在磁性传感器的局部磁场中引起可检测的变化。例如，由与所关注的分析物结合的磁性标签产生的磁场可以超过由保持分散在样品中的未结合的磁性标签产生的磁场。磁性传感器的局部磁场的变化可以被检测为磁性传感器电阻的变化。在某些实施例中，未结合的磁性标签在磁性传感器中不产生可检测信号。
效用
本主题方法、系统和试剂盒可用于期望确定样品中的一种或多种分析物的存在或不存在和/或定量的各种不同应用中。在某些实施例中，所述方法涉及检测样品中的一组生物标志物，例如2种或更多种不同的蛋白质生物标志物。例如，本发明的方法可以用于血清样品中2种或更多种疾病生物标志物的快速临床检测，例如，可用于受试者疾病状况的诊断、受试者疾病状况的持续管理或治疗等。
在某些实施例中，本主题方法、系统和试剂盒可用于检测生物标志物。在一些情况下，本主题方法、系统和试剂盒可以用于检测特定生物标志物的存在或不存在，以及血液、血浆、血清或其它体液或排泄物中特定生物标志物浓度的增加或降低，所述体液或排泄物如但不限于唾液、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疾病风险、个体中疾病的存在，或针对个体疾病定制治疗方案。例如，特定生物标志物或生物标志物小组的存在可能影响给予个体的药物治疗或施用方案的选择。在评估潜在的药物治疗时，生物标志物可以用作自然终点(如存活率或不可逆发病率)的替代物。如果治疗改变了与改善健康直接相关的生物标志物，则生物标志物可以充当用于评估特定治疗或施用方案的临床益处的替代终点。因此，本主题方法和系统有助于基于在个体中检测到的特定生物标志物或生物标志物小组的个性化诊断和治疗。此外，本主题方法和系统的皮摩尔和/或飞摩尔灵敏度有助于对与疾病相关联的生物标志物的早期检测。由于在单个芯片上检测多种生物标志物的能力，结合灵敏度、可扩展性和易用性，目前公开的测定方法和系统可用于便携式和即时或近患者多重分子诊断。
在某些实施例中，本主题方法、系统和试剂盒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、乳头状瘤、肉瘤或癌等。因此，本主题方法、系统和试剂盒可用于检测疾病的存在，如细胞增殖性疾病，如癌症、肿瘤、乳头状瘤、肉瘤、癌等。在某些情况下，用于检测癌症或细胞增殖性疾病指示物的所关注的特定生物标志物包含但不限于以下：C反应蛋白，所述C反应蛋白是炎症的指示物；转录因子，如p53，所述转录因子有助于细胞周期和凋亡控制；多胺浓度，所述多胺浓度是光化性角化病和鳞状细胞癌的指示物；增殖细胞核抗原(PCNA)，所述增殖细胞核抗原是一种在处于增殖生长阶段的细胞核中表达的细胞周期相关蛋白；生长因子，如IGF-I；生长因子结合蛋白，如IGFBP-3；微小RNA，所述微小RNA是调节基因表达的长度约21-23个核苷酸的单链RNA分子；碳水化合物抗原CA19.9，所述碳水化合物抗原是胰腺癌和结肠癌的生物标志物；前列腺特异性膜抗原，所述前列腺特异性膜抗原是前列腺癌的生物标志物；细胞周期蛋白依赖性激酶；上皮生长因子(EGF)；血管内皮生长因子(VEGF)；蛋白质酪氨酸激酶；雌激素受体(ER)和孕激素受体(PR)的过表达；等等。
在某些实施例中，本主题方法、系统和试剂盒可用于检测传染性疾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，如但不限于蛋白质、核酸、碳水化合物、小分子等。可以通过本主题方法、系统和试剂盒检测的特定疾病或疾病状态包含但不限于细菌感染、病毒感染、基因表达增加或减少、染色体异常(例如，缺失或插入)等。例如，本主题方法、系统和试剂盒可以用于检测胃肠道感染，如但不限于：无菌性脑膜炎、肉毒中毒、霍乱、大肠杆菌感染、手足口病、螺杆菌感染、出血性结膜炎、疱疹性咽峡炎、心肌炎、副伤寒、脊髓灰质炎、志贺氏菌病、伤寒、弧菌败血症、病毒性腹泻等。另外，本主题方法、系统和试剂盒可以用于检测呼吸道感染，如但不限于：腺病毒感染、非典型肺炎、禽流感、黑死病、白喉、流行性感冒、麻疹、脑膜炎球菌性脑膜炎、腮腺炎、副流感、疫咳(即，百日咳)、肺炎、肺炎性鼠疫、呼吸道合胞病毒感染、风疹、猩红热、败血性鼠疫、严重急性呼吸综合征(SARS)、结核病等。另外，本主题方法、系统和试剂盒可以用于检测神经疾病，如但不限于：克-雅氏病(Creutzfeldt-Jakob disease)、牛海绵状脑病(即，疯牛病)、帕金森氏病、阿尔茨海默病、狂犬病等。另外，本主题方法、系统和试剂盒可以用于检测泌尿生殖系统疾病，如但不限于：AIDS、软下疳、衣原体、尖锐湿疣、生殖器疱疹、淋病、性病淋巴肉芽肿、非淋菌性尿道炎、梅毒等。另外，本主题方法、系统和试剂盒可以用于检测病毒性肝炎疾病，如但不限于：甲型肝炎、乙型肝炎、丙型肝炎、丁型肝炎、戊型肝炎等。另外，本主题方法、系统和试剂盒可以用于检测出血热疾病，如但不限于：埃博拉(Ebola)出血热、肾综合征出血热(HFRS)、拉沙(Lassa)出血热、马尔堡(Marburg)出血热等。另外，本主题方法、系统和试剂盒可用以于检测人畜共患病，如但不限于：炭疽、禽流感、布鲁氏菌病、克-雅氏病、牛海绵状脑病(即，疯牛病)、致泻性大肠杆菌感染、日本脑炎、钩端螺旋体病、Q热、狂犬病、严重急性呼吸综合征(SARS)等。另外，本主题方法、系统和试剂盒可以用于检测虫媒病毒感染，如但不限于：登革出血热、日本脑炎、蜱传脑炎、西尼罗河热、黄热病等。另外，本主题方法、系统和试剂盒可以用于检测抗生素耐药性感染，如但不限于：鲍氏不动杆菌(Acinetobacterbaumannii)、白色念珠菌(Candida albicans)、肠球菌属(Enterococci sp.)、肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)等。另外，本主题方法、系统和试剂盒可以用于检测病媒传播感染，如但不限于：猫抓病、地方性斑疹伤寒、流行性斑疹伤寒、人埃立克体病(humanehrlichosis)、日本斑疹热、虱传型回归热、莱姆病(Lyme disease)、疟疾、战壕热(trenchfever)、恙虫病等。
类似地，本主题方法、系统和试剂盒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它疾病。
试剂盒
还提供了用于实践上述方法的一个或多个实施例的试剂盒。本主题试剂盒可以变化，并且可以包含各种装置和试剂。试剂和装置包含本文提到的关于磁性传感器装置或其组件(如磁性传感器阵列)、磁性标签、捕获探针、分析物特异性探针、缓冲液等的试剂和装置。试剂、磁性标签、捕获探针等可以在单独的容器中提供，使得试剂、磁性标签、捕获探针等可以根据需要单独使用。可替代地，一种或多种试剂、磁性标签、捕获探针等可以提供在同一容器中，使得一种或多种试剂、磁性标签、捕获探针等以预先组合的方式提供给用户。
在某些实施例中，试剂盒包含如上所述的磁性传感器装置和磁性标签。例如，磁性标签可以是磁性纳米颗粒，如上所述。
在一些情况下，试剂盒至少包含在本方法中使用的试剂(例如，如上所述)；以及计算机程序存储在其上的计算机可读介质，其中当计算机程序被加载到计算机中时，计算机程序操作计算机通过从磁性传感器中获得的实时信号来定性地和/或定量地确定所关注的结合相互作用；以及具有获得计算机程序的地址的物理衬底。
除了以上组件之外，本主题试剂盒可以进一步包含用于实践本主题方法的说明。这些说明可以以各种形式存在于本主题试剂盒中，其中的一种或多种可以存在于试剂盒中。这些说明可能存在的一种形式是适当的介质或衬底上的印刷信息，例如，试剂盒的包装中、包装说明书中的上面印有信息的一张或多张纸等。另一种途径是已经记录有信息的计算机可读介质，例如，CD、DVD、Bluray、计算机可读存储器装置(例如，闪存驱动器)等。可能存在的又另一个途径是可以用于通过因特网在远离的站点访问信息的网站地址。任何方便的途径都可以存在于试剂盒中。
本公开的示例性非限制性方面
以上描述的本主题的各方面(包含实施例)可以单独地有益或与一个或多个其它方面或实施例组合地有益。在不限制前述描述的情况下，下文提供了编号为1-70的本公开的某些非限制性方面。如对于本领域普通技术人员将显而易见的是，在阅读本公开时，每个单独编号的方面可以与前面或后面的任何单独编号的方面一起使用或组合。这旨在为所述方面的所有这种组合提供支持并且不限于下文明确提供的方面的组合：
1.一种磁性传感器装置，其包括：
磁性传感器元件；以及
钝化层，所述钝化层包括氧化锆、氧化铝和氧化钽中的两种或更多种。
2.根据1所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括氧化锆和氧化钽。
3.根据1所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括氧化锆和氧化铝。
4.根据技术方案1所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括氧化铝和氧化钽。
5.根据1所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括氧化锆、氧化铝和氧化钽。
6.根据1到5中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括：原子百分比为30％到70％的锆；原子百分比为30％到70％的钽和原子百分比为0％到40％的铝。
7.根据1所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括：
约15重量％到约65重量％的量的氧化锆；
约0重量％到约25重量％的量的氧化铝；以及
约35重量％到约90重量％的量的氧化钽。
8.根据7所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括：
约20重量％到约60重量％的量的氧化锆；
约0重量％到约20重量％的量的氧化铝；以及
约40重量％到约85重量％的量的氧化钽。
9.根据7所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括：
约31重量％的量的氧化锆；
约13重量％的量的氧化铝；以及
约56重量％的量的氧化钽。
10.根据1到9中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器包括：
衬底；
磁性传感器元件，所述磁性传感器元件定位于所述衬底的顶部；
掩模层，所述掩模层定位于所述磁性传感器元件的顶部；以及
钝化层，所述钝化层安置在所述硬掩模层的顶部，所述钝化层包括氧化锆、氧化铝和氧化钽。
11.根据1到10中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器元件包括多个层。
12.根据10到11中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层封装所述磁性传感器元件和所述掩模层。
13.根据10到12中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层从所述掩模层的所述顶部延伸到所述衬底上。
14.根据10到13中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层覆盖所述磁性传感器元件的边缘。
15.根据10到14中任一项所述的磁性传感器装置，其中衬底表面包括凹陷。
16.根据15所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷从所述磁性传感器元件的边缘延伸。
17.根据15到16中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器元件下方的所述衬底高于所述凹陷中的所述衬底。
18.根据15到17中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层覆盖所述凹陷。
19.根据15到18中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷的深度大于安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度。
20.根据10到19中任一项所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度小于安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度。
21.根据10到20中任一项所述的磁性传感器装置，安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度为约10nm到约200nm。
22.根据10到21中任一项所述的磁性传感器装置，其中安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度为约30nm。
23.根据15到22中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷的所述深度为约50nm到约100nm。
24.根据13到23中任一项所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度为约10nm到约100nm。
25.根据24所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度为约25nm。
26.一种磁性传感器装置，其包括：
衬底；
磁性传感器元件；以及
钝化层，所述钝化层封装所述磁性传感器元件。
衬底；
磁性传感器元件，所述磁性传感器元件定位于所述衬底的顶部；
掩模层，所述掩模层定位于所述磁性传感器元件的顶部；以及
钝化层，所述钝化层封装所述磁性传感器元件和所述掩模层。
28.根据26到27中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器元件包括多个层。
29.根据26到28中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层从所述掩模层的所述顶部延伸到所述衬底上。
30.根据26到29中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层覆盖所述磁性传感器元件的边缘。
31.根据26到30中任一项所述的磁性传感器装置，其中衬底表面包括凹陷。
32.根据31所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷从所述磁性传感器元件的边缘延伸。
33.根据31到32中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器元件下方的所述衬底高于所述凹陷中的所述衬底。
34.根据31到33中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层覆盖所述凹陷。
35.根据31到34中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷的深度大于安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度。
36.根据30到35中任一项所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度小于安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度。
37.根据26到36中任一项所述的磁性传感器装置，安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度为约10nm到约200nm。
38.根据26到37中任一项所述的磁性传感器装置，其中安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度为约30nm。
39.根据31到38中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷的所述深度为约50nm到约100nm。
40.根据30到39中任一项所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度为约10nm到约100nm。
41.根据40所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度为约25nm。
42.一种确定样品中是否存在分析物的方法，所述方法包括：
产生根据1到41中任一项所述的磁性传感器装置；以及
从所述磁性传感器装置获得实时信号，以确定所述样品中是否存在所述分析物。
43.根据42所述的方法，其中所述产生包括使所述磁性传感器装置与样品接触，以产生样品暴露传感器。
44.根据43所述的方法，其中所述样品在所述接触步骤之前已经被磁性标记。
45.根据43所述的方法，其中所述方法包括在所述接触步骤之后磁性标记所述样品暴露传感器。
46.根据42所述的方法，其中所述产生包括：
(a)将所述样品定位在所述磁性传感器装置的表面上，以产生样品显示传感器表面；以及
(b)磁性标记所述样品显示传感器表面。
47.根据42所述的方法，其中所述磁性传感器装置包括两个或更多个不同的磁性传感器元件，每个磁性传感器元件特异性地检测不同的分析物。
48.根据47所述的方法，其中所述磁性传感器装置包括四个或更多个不同的磁性传感器元件，每个磁性传感器元件特异性地检测不同的分析物。
49.根据48所述的方法，其中所述磁性传感器装置包括20个或更少的不同的磁性传感器，每个磁性传感器特异性地检测不同的分析物。
50.根据42到49中任一项所述的方法，其中所述磁性传感器元件包括自旋阀传感器。
51.根据42到49中任一项所述的方法，其中所述磁性传感器元件包括磁性隧道结传感器。
52.根据42到49中任一项所述的方法，其中所述磁性传感器元件包括巨磁阻传感器。
53.根据42到52中任一项所述的方法，其中所述分析物是蛋白质。
54.根据42到52中任一项所述的方法，其中所述分析物是核酸。
55.根据42到54中任一项所述的方法，其中所述样品是复合物样品。
56.根据55所述的方法，其中所述复合物样品是血清样品。
57.一种系统，其包括：
根据1到41中任一项所述的磁性传感器装置；以及
处理器，所述处理器被配置成从所述磁性传感器装置获得实时信号，以确定样品中是否存在分析物。
58.根据57所述的系统，其中所述磁性传感器元件包括自旋阀传感器。
59.根据57所述的系统，其中所述磁性传感器元件包括磁性隧道结传感器。
60.根据57所述的系统，其中所述磁性传感器元件包括巨磁阻传感器。
61.一种系统，其包括：
根据1到41中任一项所述的磁性传感器装置；
处理器，所述处理器被配置成从所述磁性传感器装置获得实时信号，以确定样品中是否存在分析物，和/或量化所述分析物；以及
磁性标签。
62.根据61所述的系统，其中所述磁性传感器元件包括自旋阀传感器。
63.根据61所述的系统，其中所述磁性传感器元件包括磁性隧道结传感器。
64.根据61所述的系统，其中所述磁性传感器元件包括巨磁阻传感器。
65.根据61到64中任一项所述的系统，其中所述磁性标签是磁性纳米标签。
66.一种试剂盒，其包括：
根据1到41中任一项所述的磁性传感器装置；
磁性标签。
67.根据66所述的试剂盒，其中所述磁性传感器元件包括自旋阀传感器。
68.根据66所述的试剂盒，其中所述磁性传感器元件包括磁性隧道结传感器。
69.根据66所述的试剂盒，其中所述磁性传感器元件包括巨磁阻传感器。
70.根据66到69中任一项所述的试剂盒，其中所述磁性标签是磁性纳米标签。
实例
提出以下实例以便向本领域普通技术人员提供如何制造和使用本发明的完整公开和描述，并且不旨在限制诸位发明人考虑作为其发明的范围，也不旨在表示以下实验是进行的全部或仅有的实验。
实例1
通过在钝化层沉积后将芯片加热到150℃持续30分钟来测试钝化退火的效果。结果在图3中示出。第一个观察结果是，即使在150℃的相对适中的退火温度下，所有情况下的耐蚀性也有所提高。如图3所示，与具有钝化层的传感器相比，没有磁性传感器装置的钝化表现出512％的传感器腐蚀。仅具有氧化铝的钝化层表现出18％的腐蚀性，而氧化硅-氮化硅-氧化硅钝化层表现出7％的腐蚀性。具有混合氧化物钝化层(例如，氧化铝-氧化锆-氧化钽)的磁性传感器装置表现出高得多的耐腐蚀性，仅表现出2％的腐蚀性。然而，氧化硅-氮化硅-氧化硅钝化层是三层钝化层。
尽管已经出于清楚理解的目的通过说明和实例的方式较为详细地描述了前述发明，但是本领域的技术人员根据本发明的教导很容易明白的是，可以对其进行某些改变和修改而不偏离所附权利要求的精神或范围。
因此，先前内容仅说明本发明的原理。应理解的是，本领域技术人员将能够设计不同的布置，所述不同的布置虽然没有在本文中明确地描述或显示，但体现本发明的原理并且被包含在其精神和范围之内。此外，本文中叙述的所有实例和条件语言主要旨在帮助读者理解本发明的原理和由发明人为本领域技术发展所贡献的概念，并且应解释为但不限于这种具体叙述的实例和条件。此外，本文中叙述本发明的原理、方面和实施例以及其具体实例的所有陈述旨在涵盖其结构等效物和其功能等效物两者。另外地，这种等效物旨在包含当前已知的等效物以及将来开发的等效物两者，即，所开发的执行相同功能的任何要素，而不考虑结构。因此，本发明的范围不旨在受限于本文中所示出和描述的示例性实施例。而是，本发明的范围和精神通过所附权利要求来具体化。

Claims (41)

1.一种磁性传感器装置，其包括：
磁性传感器元件；以及
钝化层，所述钝化层包括氧化锆、氧化铝和氧化钽中的两种或更多种。
2.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括氧化锆和氧化钽。
3.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括氧化锆和氧化铝。
4.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括氧化铝和氧化钽。
5.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括氧化锆、氧化铝和氧化钽。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括：原子百分比为30％到70％的锆；原子百分比为30％到70％的钽和原子百分比为0％到40％的铝。
7.根据权利要求1所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括：
约15重量％到约65重量％的量的氧化锆；
约0重量％到约25重量％的量的氧化铝；以及
约35重量％到约90重量％的量的氧化钽。
8.根据权利要求7所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括：
约20重量％到约60重量％的量的氧化锆；
约0重量％到约20重量％的量的氧化铝；以及
约40重量％到约85重量％的量的氧化钽。
9.根据权利要求8所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层包括：
约31重量％的量的氧化锆；
约13重量％的量的氧化铝；以及
约56重量％的量的氧化钽。
10.根据权利要求1到9中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器包括：
衬底；
磁性传感器元件，所述磁性传感器元件定位于所述衬底的顶部；
掩模层，所述掩模层定位于所述磁性传感器元件的顶部；以及
钝化层，所述钝化层安置在所述硬掩模层的顶部，所述钝化层包括氧化锆、氧化铝和氧化钽。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器元件包括多个层。
12.根据权利要求10到11中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层封装所述磁性传感器元件和所述掩模层。
13.根据权利要求10到12中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层从所述掩模层的所述顶部延伸到所述衬底上。
14.根据权利要求10到13中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层覆盖所述磁性传感器元件的边缘。
15.根据权利要求10到14中任一项所述的磁性传感器装置，其中衬底表面包括凹陷。
16.根据权利要求15所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷从所述磁性传感器元件的边缘延伸。
17.根据权利要求15到16中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器元件下方的所述衬底高于所述凹陷中的所述衬底。
18.根据权利要求15到17中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层覆盖所述凹陷。
19.根据权利要求15到18中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷的深度大于安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度。
20.根据权利要求10到19中任一项所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度小于安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度。
21.根据权利要求10到20中任一项所述的磁性传感器装置，其中安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度为约10nm到约200nm。
22.根据权利要求10到21中任一项所述的磁性传感器装置，其中安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度为约30nm。
23.根据权利要求15到22中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷的所述深度为约50nm到约100nm。
24.根据权利要求13到23中任一项所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度为约10nm到约100nm。
25.根据权利要求24所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度为约25nm。
26.一种磁性传感器装置，其包括：
衬底；
磁性传感器元件；以及
钝化层，所述钝化层封装所述磁性传感器元件。
27.根据权利要求26所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器包括：
衬底；
磁性传感器元件，所述磁性传感器元件定位于所述衬底的顶部；
掩模层，所述掩模层定位于所述磁性传感器元件的顶部；以及
钝化层，所述钝化层封装所述磁性传感器元件和所述掩模层。
28.根据权利要求26到27中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器元件包括多个层。
29.根据权利要求26到28中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层从所述掩模层的所述顶部延伸到所述衬底上。
30.根据权利要求26到29中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层覆盖所述磁性传感器元件的边缘。
31.根据权利要求26到30中任一项所述的磁性传感器装置，其中衬底表面包括凹陷。
32.根据权利要求31所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷从所述磁性传感器元件的边缘延伸。
33.根据权利要求31到32中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述磁性传感器元件下方的所述衬底高于所述凹陷中的所述衬底。
34.根据权利要求31到33中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述钝化层覆盖所述凹陷。
35.根据权利要求31到34中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷的深度大于安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度。
36.根据权利要求30到35中任一项所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度小于安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度。
37.根据权利要求26到36中任一项所述的磁性传感器装置，其中安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度为约10nm到约200nm。
38.根据权利要求26到37中任一项所述的磁性传感器装置，其中安置在所述掩模层的顶部的所述钝化层的厚度为约30nm。
39.根据权利要求31到38中任一项所述的磁性传感器装置，其中所述凹陷的所述深度为约50nm到约100nm。
40.根据权利要求30到39中任一项所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度为约10nm到约100nm。
41.根据权利要求40所述的磁性传感器装置，其中覆盖所述磁性传感器元件的所述边缘的所述钝化层的厚度为约25nm。
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