FI121248B - Laite magneettisten partikkelien mittaamiseksi ja vastaava menetelmä - Google Patents

Description

LAITE MAGNEETTISTEN PARTIKKELIEN MITTAAMISEKSI JA VASTAAVA MENETELMÄ

Keksintö koskee laitetta magneettisesti leimatun analyytin 5 kvalitatiiviseksi tai kvantitatiiviseksi mittaamiseksi, johon laitteeseen kuuluu kelajärjestely analyytin mittaamiseksi tes-tialustalle absorboidusta näytteestä, johon kelajärjestelyyn kuuluu ainakin yksi mittaava kela ja sen yhteyteen sovitettu referenssikela ja jonka kelajärjestelyn väliulostulosta on so-10 vitettu tunnistettavaksi magneettisesti leimatun analyytin pitoisuutta korreloiva mittaavan kelan itseisinduktanssin muutos. Lisäksi keksintö koskee myös vastaavaa menetelmää.

Tekniikan tasosta tunnetaan lukuisia menetelmiä ja laitteisto-15 ja magneettisten partikkelien mittaamiseksi esimerkiksi analyyttisissä testeissä. Esimerkiksi suomalaisessa patentissa numero 113297 esitetään ajatus koskien niin sanotun astaatti-sen kelajärjestelyn käyttöä analyytin mittaamiseksi testialus-talle absorboidusta näytteestä. Siinä kelajärjestelyllä tun-20 nistetaan magneettisesti leimatun analyytin pitoisuutta korreloiva induktanssin muutos.

Perinteistä kelateknologiaa sovellettaessa tällaiseen järjestelyyn liittyy kuitenkin merkittäviä, esimerkiksi laitteiston 25 herkkyyteen liittyviä ongelmia. Näistä eräitä esimerkkejä ovat kelasilmukoiden kapasitiivinen läpikuuluminen. Eräänä toisena ongelmana voidaan mainita kelojen epäsymmetrisyys, jota aiheuttaa esimerkiksi kelojen käsinkäärintä.

30 Magneettisten partikkelien magneettisuus ja siten niiden aikaan saama induktanssin muutos kelajärjestelyssä on hyvin mitätöntä esimerkiksi ympäristön tai testialustan itsensä aiheuttamiin virhesignaaleihin nähden. Siten laitteella saadut mittaustulokset jättävät paljon toivomisenvaraa.

35 2

Lisäksi tunnetun tekniikan mukaisista testialustoista johtuen analyytin reaktiot testialustalla tapahtuvat huomattavan pienessä mittakaavassa johtuen esimerkiksi reagenssien hintavuu-desta. Tällöin esimerkiksi testialustan asemointi suhteessa 5 laitteeseen muodostaa haastavan ongelman ja saattaa väärin asemoituna aiheuttaa vääristymiä mittaustuloksiin. Lisäksi testialusta aiheuttaa erityisesti käärityille kelarakenteille erikoisvaatimuksia.

10 Myös PCT-julkaisuissa WO - 2005111614 ja WO - 2005111615 esitetyt ratkaisut tekevät tunnetuiksi kelavälineiden soveltamisen analyyttisissä pikatesteissä. Ne perustuvat induktanssin muutoksen tunnistamiseen resonanssitaajuuden muutoksesta. Re-sonanssitaajuuden muutoksen mittauksessa LC-piirin resonanssi-15 piikki siirtyy eri taajuudelle kelan induktanssin tai kondensaattorin kapasitanssin muuttuessa. Ongelman aiheuttaa kuitenkin kelan pieni induktanssi. Kaikenlaiset parasiittiset ilmiöt pääsevät kytkeytymään helposti pienen induktanssin omaavaan kelaan ja siten ne myös erottuvat signaalista.

20

Tunnettuja ovat myös erilaiset niin sanotut SQUID-tyyppiset menetelmät. Niiden toimintaperiaate kuitenkin edellyttää operointia hyvin matalissa lämpötiloissa, jopa lähellä absoluuttista nollapistettä. Tästä syystä laitteista tulee monimutkai-25 nen esimerkiksi POCT-sovelluksia ajatellen (vuoteenvieritesta-us) .

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan parannettu laite ja vastaava menetelmä magneettisesti leimatun analyytin kvali-30 tatiiviseksi tai kvantitatiiviseksi mittaamiseksi, jolla saadaan aikaan oleellisesti tarkempaa mittaustietoa, kuin tunnettuihin, esimerkiksi huoneenlämpötilassa toimiviin kelajärjes-telyihin perustuvilla laitteilla. Keksinnön mukaisen laitteen tunnusomaiset piirteet on esitetty oheisessa patenttivaatimuk- 3 sessa 1 ja sitä vastaavan menetelmän tunnusomaiset piirteet on esitetty patenttivaatimuksessa 14.

Keksinnön mukaiseen laitteeseen kuuluu virhesignaaleja kompen-5 soiva kelajärjestely esimerkiksi ympäristön ja/tai epäspesifi-sesti testialustaan sitoutuneiden magneettipartikkeleiden aiheuttamien virhesignaalien kompensoimiseksi. Tämän lisäksi it-seisinduktanssin muutos on sovitettu tunnistettavaksi kelajär-jestelyn väliulostulosta mitatussa signaalissa ilmenevästä 10 amplitudin ja/tai vaiheen muutoksesta, josta mitatusta signaalista on virhesignaalit kompensoitu.

Erään sovellusmuodon mukaan induktiivisen reaktanssin nostamiseksi resistanssia suuremmaksi laitteessa käytetty mittaustaa-15 juus on sovitettu olemaan 105 Hz - 109 Hz, edullisesti 106 Hz -108 Hz. Tällainen huomattavan korkeiden mittaustaajuuksien käyttäminen parantaa yllättävästi laitteella saatavien mittaustuloksien tarkkuutta.

20 Erään kehittyneemmän sovellusmuodon mukaan laitteeseen voi kuulua lisäksi virhesignaaleja kompensoiva kelajärjestely, joka voidaan muodostaa useallakin eri tavalla. Sillä voidaan kompensoida esimerkiksi ympäristön ja/tai epäspesifisesti testialustaan sitoutuneiden magneettipartikkeleiden aiheuttamia 25 virhesignaaleja. Myös referenssikela voi osaltaan toimia tässä kompensointitarkoituksessa. Sillä voidaan kompensoida muun muassa testialustasta aiheutuneita virhesignaaleja. On toki huomattava, että referenssikelalla on keksinnön mukaisessa laitteessa muitakin funktioita, joten tässä yhteydessä viitattu 30 kompensointifunktio ei ole muita funktioita mitenkään poissulkeva. Kompensoiva rakenne voidaan toteuttaa erään sovellusmuodon mukaan esimerkiksi differentiaalisena kelajärjestelynä. Eräs esimerkki tästä voi olla impedanssisilta. Tällöin mittaa-va kela ja referenssikela ovat kompensoivan rakenteen yhtey-35 dessä.

4

Keksinnön mukaisella laitteella saadaan hyvin tarkkoja mittaustuloksia myös hyvin heikosti magneettisten analyyttien tapauksessa. Mittauksessa sovellettujen suurien mittaustaajuuksien 5 ja differentiaalisen kelarakenteen ansiosta laite soveltuu erinomaisen hyvin käytettäväksi lämpötilaolosuhteiltaan jopa huoneenlämmössä.

Erään sovellusmuodon mukaan laitteesta saadaan myös hyvin lop-10 pukäyttäjäystävällinen. Jos testialusta on integroitu kelajär-jestelyn kanssa vuorovaikutukseen, ei sitä tarvitse erikseen asetella kelavälineiden yhteyteen. Tällöin riittää, että näyte saatetaan alustalle ja suoritetaan mittaus. Laitesovellusmuo-tona tämä voi tulla kyseeseen erityisesti juuri mittakaaval-15 taan mikrokokoluokan keloissa ja esimerkiksi Point-of-Care Testing eli POCT sovelluksissa.

Muut keksinnön mukaiselle laitteelle ja menetelmälle ominaiset piirteet käyvät ilmi oheisista patenttivaatimuksista ja lisää 20 saavutettavia etuja on lueteltu selitysosassa.

Seuraavassa keksintöä, jota ei ole rajoitettu seuraavassa esitettäviin suoritusmuotoihin, selostetaan tarkemmin viittaamalla oheisiin kuviin, joissa 25

Kuvat 1-3 esittävät eräitä mahdollisia esimerkkejä keksinnön mukaisessa laitteessa käytettävistä kelarakenteista,

Kuva 4 esittää erästä ensimmäistä sovellusmuotoa 30 keksinnön mukaisesta laitteesta, jossa so velletaan differentiaalista kelaparia,

Kuva 5 esittää erästä toista sovellusmuotoa keksin nön mukaisesta laitteesta, jossa sovelletaan differentiaalista silmukkakelaparia, 5

Kuva 6 esittää piirikomponentein mallinnettua so- vellusmuotoa keksinnön mukaisesta laitteesta, jossa sovelletaan siltamittausperiaatet-ta, 5 Kuva 7 esittää erästä kolmatta sovellusmuotoa kek sinnön mukaisesta laitteesta, jossa sovelletaan siltamittausta kelojen ollessa samassa tasossa,

Kuva 8 esittää sovellusmuotoa keksinnön mukaisesta 10 laitteesta, jossa sovelletaan siltamittausta ja jossa ainakin osa keloista on eri tasossa ja

Kuva 9 esittää sovellusmuotoa keksinnön mukaisesta laitteesta, jossa sovelletaan siltamittausta 15 ja jossa kelat on samassa tasossa rivissä.

Keksinnön mukaisilla laitteilla 10 ja niihin perustuvalla mittausmenetelmällä voidaan ilmaista magneettisten partikkeleiden 12 määrää testialustasta 11. Mittaaminen perustuu kelajärjes-20 telyn 13, 18 - 20 käyttöön, jonka toimintaan magneettisten partikkelien läsnäolo aiheuttaa tunnistettavan poikkeuman.

Kuvissa 1-3 esitetään eräitä yksinkertaistettuja esimerkkejä keksinnön mukaisissa laitteissa 10 käytettäväksi soveltuvista 25 keloista 21 magneettisesti leimatun analyytin 12 kvalitatiiviseksi tai kvantitatiiviseksi mittaamiseksi.

Kuvassa 1 esitetään eräs ensimmäinen esimerkki kelasta 21, jota laitteessa 10 voidaan soveltaa. Kelarakenne on tässä tapa-30 uksessa muodostettu tasomaiseksi nelikulmaiseksi spiraaliksi, jonka kierroslukumäärä on nyt kaksi. Pitkänomainen testialusta 11 voidaan asemoida kelan 21 suhteen varsin vapaamuotoisesti. Tässä tapauksessa testialusta 11 menee kelan 21 poikki ja sen pituussuunta on kohtisuorassa kontaktinastojen 14, 15 määrit- 35 telemään suuntaan nähden, joista kontaktinastoista 14, 15 ke- 6 lasilmukkaan 21 voidaan kytkeytyä. Esimerkillinen induktanssi-väli tällaiselle kelalle 21 voi olla yleisesti, 1 pH - 1 mH, erityisemmin 1 nH - 1000 nH ja resistanssiväli yleisesti 1 -100 Ω, erityisemmin 10 mQ - 10 Ω (riippuen käytetystä mittaus-5 taajuudesta). Yleisesti voidaan todeta, että resistanssi- ja induktanssiarvoihin pääasiallisesti vaikuttava tekijä on kelan dimensiot. Tässä esitetyt lukuarvot on sovitettu myöhemmin esitettyihin keladimensioihin.

10 Kuvassa 2 esitetään eräs toinen esimerkki laitteessa 10 käytettävästä kelasta 21. Kuten sovellusmuoto osoittaa, kelan 21 rakenne voi olla hyvinkin yksinkertainen. Nyt kela 21 muodostuu ainoastaan yhdestä johdinsilmukasta ollen siis pelkistetty versio kuvassa 1 esitetystä kelarakenteesta. Johdinsilmukka 15 muodostaa yksikierroksisen, tasomaiseen kelan 21, jonka kanssa vuorovaikutukselliseen yhteyteen testialusta 11 magneettipar-tikkeleineen 12 voidaan järjestää. Tässäkin kelasilmukkaan 21 kytkeydytään kontaktinastoista 14 ja 15, jotka ovat nyt samalla puolella. Eräs esimerkillinen kelasilmukan 21 induktanssi-20 väli voi tällaiselle kelarakenteelle olla 1 nH - 20 nH ja resistanssiväli 1 mQ - 100 mQ.

Kuvassa 3 esitetään eräs kolmas esimerkki yksittäisen kelan 21 rakenteesta. Tässä kela 21 muodostuu vielä yksinkertaisemmasta 25 rakenteesta kuin kahdessa edellä esitetyssä tapauksessa. Esimerkki osoittaa, että kela 21 voi muodostua jopa pelkästä suorasta johdinrakenteesta, johdinpalkista, joka on vedetty tes-tialustan 11 poikki. Huolimatta rakenteen yksinkertaisuudesta voidaan tämäkin rakenne ymmärtää edelleen kiistatta kelaksi, 30 sillä nyt johdinpalkki 21 muodostaa sähköisessä piirissä kela-osan elektroniikkaan kytkeytyneenä ollessaan. Jälleen johti-meen 21 voidaan kytkeytyä kontaktinastoista 14, 15. Eräs esi merkillinen induktanssiväli tällaiselle rakenteelle voi olla 100 pH - 3 nH ja resistanssiväli 0,1 mQ - 10 mQ.

35 7

Kuvissa 4 ja 5 esitetään eräitä sovellusmuotoja keksinnön mukaisista laitteista 10, joissa voidaan soveltaa kuvissa 1-3 esitettyjä kelarakenteita. Keksinnön mukaisessa laitteessa 10 kelajärjestelyyn, jolla mitataan analyyttia 12 testialustalle 5 11 absorboidusta näytteestä, kuuluu perusmuodossaan ainakin kaksi johdinrakenteesta muodostettua kelaa 13, 18, jotka joh- dinrakenteet voivat olla esimerkiksi tasomaisia ja galvaani-sesti toisiinsa kytkettyjä. On huomattava, että kuvissa 1-9 ei ole yksinkertaistamissyistä johtuen esitetty lainkaan esi-10 merkiksi piirikortilla 22 mahdollisesti tarvittavia eristeitä tai mittauselektroniikkaan liittyvää varustelua, jota laitteen 10 toteuttaminen käytännössä edellyttää / saattaa vaatia. Kuva 6 esittää tällaista kokonaisuutta kaikkein yksityiskohtaisim-min.

15

Kuvassa 4 esitettyyn laitteeseen 10 kuuluu kaksi tasomaista neliöspiraalin muotoista kelaa 13, 18, jotka molemmat ovat samassa tasossa vierekkäin sarjaan kytkettyinä. Kelaa 13 käytetään varsinaiseen mittaukseen ja sen läheisyydessä olevaa ke-20 laa 18 mittavan kelan 13 referenssinä, joka tässä tapauksessa muodostaa osaltaan kompensoivan rakenteen. Mittaavan kelan 13 yhteyteen sovitettu referenssikela 18 voi olla esimerkiksi mittaavan kelan 13 identtinen kopio tai sen peilikuva ollen asemoituna symmetrisesti mittaavan kelaan 13 nähden. Identti-25 nen kopio- tai peilikuvaominaisuudella parannetaan kelajärjes-telyn häiriöimmuniteettia.

Referenssikelalla 18 on keksinnön mukaisessa laitteessa useitakin eri merkityksiä, jotka eivät ole toisiaan poissulkevia. 30 Eräs ensimmäinen referenssikelan funktioista on kompensoida mittaavan kelan 13 itseisinduktanssi, resistanssi, resistanssin lämpötilariippuvuus ja kapasitanssi. Yleisesti voidaankin puhua kelan 13 itsensä aiheuttamien sähköisten suureiden ja niiden magneettisista partikkeleista aiheutumattomien muutos-35 ten kompensoinnista. Kelojen 13, 18 itseisinduktanssien olles- 8 sa samoja, näkyy mittaavan kelan 13 ulostulossa partikkeleiden määrään verrannollinen erotus, jonka myötä mittauksen voidaan sanoa olevan differentiaalinen. Lisäksi referenssikelalla 18 voidaan myös osaltaan kompensoida testialustan 11 ja / tai ym-5 päristön aiheuttamia virheitä, joka myös osaltaan liittyy järjestelyn differentiaalisuuteen. Näistä virheistä testialustan 11 aiheuttamiksi voidaan luokitella esimerkiksi testialustaan 11 epäspesifisesti sitoutuneet partikkelit, mahdollinen kapa-sitiivinen kytkeytyminen kelan kierrosten ja testialustan 11 10 materiaalin välillä ja näytteitä ja partikkeleita kuljettavan väliaineen (näyteliuos tms.) ja kelan kierrosten välinen kapa-sitiivinen kytkeytyminen. Ympäristön aiheuttamia virhelähteitä ovat esimerkiksi lämpötilavaihteluiden aiheuttama resistanssin muutos, syöttöelektroniikasta 23 indusoituvat virhesignaalit, 15 maan magneettikenttä ja muut häiriöt.

Testialustalla 11 olevat partikkelit 12 ilmaistaan mittaavalla kelalla 13. Mittaus voidaan suorittaa niin sanottuna väliulos-tulomittauksena kelojen 13, 18 välistä kontaktista 15. Kelojen 20 13, 18 yli kontakteista 14, 16 syötetty vaihtosähköinen sig naali summautuu väliulostulossa 15 nollaksi, kun testialusta 11 on partikkeliton. Kelajärjestelyyn kuuluvan mittaavan kelan 13 magneettikentällä magnetoidaan ilmaistavat partikkelit, jotka on saatettu ainakin laitteen 10 mittavan kelan 13 kanssa 25 vuorovaikutukseen. Magnetoituneet partikkelit voimistavat mittaavan kelan 13 omaa magneettikenttää, jolloin mittaava kela 13 näkee muutoksen induktanssin muutoksena. Mittaavan kelan 13 magneettikentän voimistumisen seurauksena väliulostulossa 15 näkyy partikkeleiden määrään verrannollinen jännite, jota ver-30 rataan syöttösignaalin maahan. Tässä yhteydessä voidaankin puhua differentiaalisesta kytkennästä eli ulostulona on kahden signaalin erotus.

Laitteen 10 kelajärjestelyä 13, 18 - 20 käyttäen voidaan siis 35 tunnistaa magneettisesti leimatun analyytin 12 pitoisuutta 9 korreloiva induktanssin muutos, joka keksinnön mukaisessa laitteessa 10 ja menetelmässä mitataan kelajärjestelyn 13, 18 - 20 signaalissa ilmenevästä amplitudin ja/tai vaiheen muutoksesta. Erään sovellusmuodon mukaan tämä voidaan mitata mittaa-5 van kelan 13 ja referenssikelan 18 väliulosoton 15 amplitudin ja/tai vaiheen muutoksesta. Mittaustavalla saavutetaan erityistä etua, johon palataan tarkemmin tuonnempana selityksessä. Induktanssin muutos on verrannollinen partikkeleiden määrään ja paikkaan, jotka ovat tavoiteltuja mittaustuloksia ja 10 joista voidaan vetää johtopäätöksiä testin lopputulosten suhteen .

Kuvassa 4 testialusta 11 on sijoitettu vain mittaavan kelan 13 päälle. Vaihtoehtoisesti testialusta 11 voitaisiin järjestää 15 molempien kelahaarojen 13, 18 yli, kuten kuvassa 5 esitetty sovellusmuoto osoittaa. Kelojen 13, 18 muodostamaan mittaus järjestelmään kytkeydytään sähköisesti kontaktinastoista 14 - 16.

20 Kuvassa 5 esitetään eräs toinen sovellusmuoto differentiaalisesta anturisilmukkaparista, joka muodostuu nyt kahdesta yksi-kierroksisesta tasomaisesta ja rinnakkain olevasta kelasilmu-kasta 13, 18. Rakenne on hieman yksinkertaisempi kuvassa 4 esitettyyn sovellusmuotoon nähden ja täten edullisempi valmis-25 taa. Tässä sovellusmuodossa testialusta 11 magneettipartikke-leineen 12 on sijoitettu poikittain molempien kelojen 13, 18 päälle. Testialustan 11 päällekkäisyydellä molempien kelojen 13, 18 päällä parannetaan muun muassa testialustasta 11 aiheutuvien mittausvirheiden eliminointia. Mittausjärjestelmään 30 kytkeydytään kontaktinastoista 14 - 16, joista 15 on molemmille keloille 13, 18 jälleen yhteinen väliulostulo. On huomattava, että jokaiselle kelalle 13, 18 voi olla myös omat kontak- tinastansa 14 - 16 sovellusmuodosta riippumatta.

10

Molemmissa sovellusmuodoissa mittaava kela 13 ja sille kompensoivan rakenteen muodostava referenssikela 18 muodostavat nyt siis differentiaalisen kelajärjestelyn. Mittaavan kelan 13 yhteydessä olevalla referenssikelalla 18 voidaan mittavan kelan 5 13 induktanssin muutosta korreloivan signaalin amplitudia ja / tai vaihetta mitata differentiaalisesti. Tämä minimoi ympäristön häiriöitä sekä erityisesti ylimääräisten, epäspesifisesti sijoittuneiden magneettisten partikkeleiden aiheuttamaa vir-hesignaalia.

10

Virhesignaaleja kompensoivia rakenteita voi kuulua laitteeseen 10 useampiakin. Rakenteiden lukumäärä ja liittyminen mittaa-vaan kelaan 13 riippuu kulloisestakin mittausvariaatiosta.

15 Kuvassa 6 esitetään piirikomponentein mallinnettua sovellus-muotoa keksinnön mukaisesta laitteesta 10, jossa sovelletaan siltamittausperiaatetta neljällä kelalla 13, 18 - 20. Kompen soivilla lisärakenteilla 19, 20 tai rakenteella ja niiden sijoittelulla (esimerkiksi symmetria, päällekkäisyys) pyritään 20 tässä tapauksessa ensisijaisesti poistamaan ympäristön aiheuttamia virhesignaaleja. Näitä voivat aiheuttaa esimerkiksi sähkömagneettiset koneet ja laitteet ja myös maan magneettikenttä. Lisäksi siltamittaus mahdollistaa "kelluvan mittauksen", jossa signaalia ei verrata maapotentiaaliin, josta muutoin 25 saattaisi aiheutua virhettä.

Tässä tapauksessa kompensoivaan rakenteeseen kuuluu referens-sikelan 18 lisäksi ainakin kaksi kelaa 19, 20. Mittaava kela 13, ref erenssikela 18 ja kompensoiva rakenne 19, 20 on tässä 30 tapauksessa sovitettu toistensa suhteen impedanssisiltaan. Lisäksi kelat 13, 18 - 20 on järjestetty toisiinsa nähden myös symmetrisesti. Tällöin kelat 13, 18 - 20 voivat olla esimer kiksi mittaavan kelan 13 identtisiä kopioita tai sen peilikuvia, joilla ominaisuuksilla parannetaan järjestelyn häiriön-35 sietokykyä. Mittaava kela 13, referenssikela 18 ja kompensoiva 11 rakenne 19, 20 voivat olla siten esimerkiksi induktanssiltaan, resistanssiltaan ja/tai kapasitanssiltaan samansuuruisia. Täten ainakin osa niiden sähköisistä suureista voi olla samansuuruisia. Identtisten kelojen soveltamisella saadaan silta-5 mittauksen herkkyyttä huomattavasti nostettua, kun kaikki impedanssit ovat pääasiallisen samansuuruisia.

Impedanssisilta muodostuu siis mittaavasta kelasta 13, sen re-ferenssikelasta 18 ja näiden kompensointikeloista 19, 20. Tes-10 tialusta 11 voidaan järjestää esimerkiksi kuvien 7-9 esittämällä tavalla ainakin mittaavan kelan 13 ja tässä tapauksessa myös referenssikelan 18 yli. Loput keloista 19, 20 ovat kompensointia varten. Kuvassa 6 on esitetty kelat 13, 18 - 20 niiden yleisellä vastinpiirillä kuvaten (kela L, sarjavastus R 15 ja rinnankondensaattori Cp) . Signaalilähdettä merkitään viitenumerolla 23.

Kuvaan 6 on sisällytetty myös joitakin mahdollisia resonanssi-kondensaattorin sijoitustapoja (CRi - CR6) . Eräs esimerkillinen 20 järjestämistapa resonanssikondensaattoreille voi olla sellainen, että kondensaattorit ovat piirissä syöttöpuolella sarjaan kytketysti ja mittauspuolella rinnankytketysti. Kondensaattorit voivat olla myös valmistettu kelojen 13, 18 - 20 kanssa yhteiselle alustalle 22. Etuna tästä on se, että sillä saadaan 25 helposti aikaan ensimmäinen signaalia kohottava vahvistusaste.

Siltakytkennässä signaali mitataan kahden erillisen kelaparin välistä. Mittaavan kelaparin 13, 18 väliulosotosta 15 saatavaa signaalia verrataan vastaavan kompensoivan partikkelittoman 30 kelaparin 19, 20 väliulostuloon 17, jolloin myös voidaan puhua differentiaalisesta mittauksesta. Samalla voidaan puhua myös "kelluvasta" mittauksesta, koska varsinaista mittaussignaalia verrataan maapotentiaaliin, joka ei ole galvaanisessa kontaktissa esimerkiksi syöttölaitteen 23 maapotentiaaliin.

35 12

Kuvat 7-9 esittävät neljän kelan siltamittaukselle joitakin mahdollisia kelojen 13, 18 - 20 sijoittelutapoja. Kuvassa 7 esitetään sovellusmuotoa, jossa kaikki kelat 13, 18 - 20 ovat samassa tasossa ollen matriisimaisessa asetelmassa. Siinä mit-5 taava kela 13 ja referenssikela 18 ovat asemoituina symmetrisesti mittaussignaalijohtimiin 15 ja 17 nähden. Kompensointi-kelat 19, 20 ovat rinnakkain neliömäisesti samassa tasossa.

Lisäksi ne ovat ainakin yhden akselin suhteen symmetrisesti mittaussignaalijohtimiin 15, 17 ja ensimmäiseen kelapariin 13, 10 18 nähden. Koska mittaussignaalijohtimista 15, 17 lähtevä vir ta on huomattavasti pienempi kuin syöttösignaalijohtimiin 14, 16 tuotava virta, saavutetaan tällaisella symmetrisellä järjestämistavalla merkittävää lisäetua esimerkiksi häiriöiden kompensoinnissa. Symmetrinen jatkuvuus voi ulottua kelojen 13, 15 18 - 20 vaikutusalueelle. Kelojen 13, 18 - 20 vaikutusalueen voidaan sanoa päättyvän, kun ympäristön häiriöistä tulee dominoivia .

Testialusta 11 magneettipartikkeleineen 12 on sijoitettu poi-20 kittain molempien kelojen 13, 18 päälle. Syöttösignaalijohti- met 14, 16 ovat piirikortin sivuilla ja mittaussignaalijohti- met 15, 17 keskellä kahdessa tasossa. Ulostulosignaali mitataan kahden mittaussignaalijohtimen 15, 17 väliltä ("Output" kuvassa 6).

25

Kuvassa 8 esitetään toinen sovellusmuoto siltamittauksesta. Siinä kelaparit 13, 18; 19, 20 ovat päällekkäin. Yleisesti voidaan puhua kerrosmaisesta asetelmasta, jossa ainakin osa keloista on eri tasossa suhteessa toisiinsa nähden. Samassa 30 tasossa olevat kelat 13, 18 voivat tällöin olla rinnakkain, kuten esimerkiksi symmetrisesti pareittain. Mikäli epäspesifinen sitoutuminen on hyvin vähäistä, niin tällöin kelat 13, 18 - 20 voivat olla yksittäin, kuten myöhemmin tarkemmin esitetään .

35 13

Mittaava kela 13 ja referenssikela 18 ovat jälleen asemoitu symmetrisesti mittaussignaalijohtimiin 15, 17 nähden. Syöt- tösignaalijohtimet 14 ja 16 tulevat sivuilta. Kuvassa 7 esitetystä sovelluksesta poiketen kompensointikelat 19, 20 ovat nyt 5 mittaavan kelan 13 ja referenssikelan 18 alla. Testialusta 11 magneettipartikkeleineen 12 on tässä sovelluksessa sijoitettu poikittain molempien "kelapinojen" päälle. Tässä kelojen 13, 18 - 20 päällekkäinen geometria minimoi häiriöitä paremmin kuin kuvassa 7 esitetyssä sovellusmuodossa. Lisäksi tämä so-10 vellusmuoto mahdollistaa kelojen paremman asemoinnin tes-tialustalle 12. Tämä on etu erityisesti lateraalivirtaustestiä käytettäessä.

Kuvassa 9 esitetään eräs kolmas sovellusmuoto siltamittaukses-15 ta, jossa kelat 13, 18 - 20 ovat jälleen samassa tasossa, mutta tässä tapauksessa rivimuodostelmassa. Jälleen mittauskela 13 ja referenssikela 18 ovat asemoitu symmetrisesti mittaussignaali j ohtimiin 15, 17 nähden. Myös tässä syöttösignaalijohtimet 14, 16 tulevat sivulta. Kompensointikelat 19, 20 ovat 20 nyt mittaus- ja referenssikelan 13, 18 molemmin puolin kelajo-non päädyissä. Testialusta 11 magneettipartikkeleineen 12 on sijoitettu jälleen poikittain kaikkien kelojen 13, 18 - 20 päälle. Tämän rakenteen eräänä etuna on parempi asemointi tes-tialustaan 12 nähden.

25

Vielä erään siltamittaussovellusmuodon mukaisesti kelat 13, 18 - 20 voivat olla myös samankeskisesti tolpassa. Tässä tapauksessa voidaan viitata kuvaan 8. Mittaus- ja referenssikelojen 13, 18 signaalijohtimet voidaan vetää kuvasta 8 poiketen myös 30 siten, että kelojen ympäriltä voidaan tarvittaessa poistaa esimerkiksi jyrsimällä eristemateriaalia. Tällä tavoin mittaus- ja referenssikelat 13, 18 saadaan selkeästi ympäristöä, kuten esimerkiksi muita johtimia korkeammalle. Esimerkiksi kuvan 8 johdin 17 voitaisiin valmistaa kulkemaan johtimen 15 ta 14 kaa ja alapuolelta. Rakenteen etuna on parempi asemointi joillekin testialustoille.

Erään sovellusmuodon mukaan testialusta 11 voidaan myös integ-5 roida anturirakenteen 13, 18 - 20 kanssa erilliseen kertakäyttöiseen alustaan 22 (kuva 9) . Tällöin vähintäänkin mittaava kela 13 on integroitu testialustan 11 välittömään läheisyyteen ollen siinä kiinni tai ainakin hyvin lähellä sitä (etäisyys < 1/10 kelan 13 läpimitasta). Joka tapauksessa, järjestämista-10 vasta riippumatta, voidaan puhua vuorovaikuttavasta yhteydestä testialustan 11 ja kelajärjestelyn, minimissään siis mittaavan kelan 13 välillä. Vastaavat testialustan 11 kelan 13, 18 yh teyteen järjestämistavat ovat mahdollisia myös sellaisessa laitteessa, jonka yhteyteen testialusta 11 voidaan poistetta-15 vasti tuoda. Samalle alustalle 22 voidaan integroida myös osa tai kaikki keloista (referenssikela 18, kompensointikelat 19, 20) ja / tai mittauselektroniikasta ainakin osa tai se jopa kokonaisuudessaan. Integroitu kertakäyttöinen alusta 22 voidaan kytkeä muuhun elektroniikkaan esimerkiksi galvaanisesta, 20 kapasitiivisesti tai induktiivisesti.

Kuten edellä esitetyt sovellusesimerkit osoittavat, testialusta 11 voi olla sijoitettuna kelatason suuntaisesti (XY - taso) , mutta myös kohtisuoraan kelatasosta läpi (Z - akseli). 25 Testialue voi olla mittaavaan kelaan 13 nähden myös poikittain (XY - tasossa).

Integrointiasteesta riippumatta keksinnön mukainen kelajärjes-tely voidaan valmistaa tyypillisesti eristeelle tai puolijoh-30 teelle. Tällainen eriste voi olla esimerkiksi lasi (kvartsi), muovi (FR4) tai puolijohdeoksidi (Si02) . Käytettävä eristemateriaali riippuu valmistustekniikasta. Mittaava kela 13, referenssikela 18 ja mahdolliset kompensointikelat/rakenteet 19, 20 voidaan valmistaa sähkönjohtavasta metalleista, kuten esi-35 merkiksi kuparista, alumiinista, kullasta tai hopeasta, mutta 15 myös muista sähkönjohteista, kuten esimerkiksi sähkönjohtavas-ta polymeereistä tai seostetusta puolijohteesta. Rakenteiden valmistamiseen voidaan käyttää esimerkiksi mikrotyöstömenetel-miä, kuten esimerkiksi fotolitografiaa, märkä- tai kuivaetsa-5 usta, seostusta, metallointia, tulostettavaa elektroniikkaa ja/tai paksukalvotekniikoita. Rakenteita voidaan valmistaa myös mekaanisilla työstömenetelmillä, kuten esimerkiksi jyrsimällä .

10 Erään sovellusmuodon mukaan kelajärjestelyn, kuten esimerkiksi mittaavan kelan 13 induktiivisen reaktanssin nostamiseksi resistanssia suuremmaksi laitteen 10 mittaustaajuus voidaan sovittaa korkeaksi suhteessa tekniikan tasosta tunnettuihin mit-taustaajuuksiin nähden. Eräs esimerkki tällaisesta mittaustaa-15 juudesta voi olla 105 Hz - 109 Hz ja vielä erityisemmin 106 Hz - 108 Hz. Laitteen 10 kelojen 13, pienillä dimensioilla 10“7 m - 10”1 m, erityisemmin 10~5 m - 10“3 m ja korkeilla mittaustaa-juuksilla 105 Hz - 109 Hz ja erityisemmin 106 Hz - 108 Hz saavutetaan suurempi herkkyys aikaisempiin induktanssin muutosta 20 mittaaviin laitteisiin ja menetelmiin nähden.

Myös itse testialusta 11 voi olla keksinnön kannalta varsin moninainen. Eräitä esimerkkejä näistä ovat niin sanottu late-raalivirtaustesti, kuoppalevy, kapillaari, mikrotluidistinen 25 kanava, mikroarray tai jokin muu tapa tuoda mitattavat partikkelit laitteen 10 läheisyyteen. Suurempien partikkelimäärien kuljetukseen voidaan käyttää lateraalivirtaustestiä sen yksinkertaisuuden, luotettavuuden ja edullisuuden takia. Pienempien partikkelimäärien ja pienempien antureiden kuljetusformaatilta 30 odotetaan erityistä paikoitustarkkuutta (etäisyys kelasta 13) . Mikrofluidistiikka soveltuu tähän lateraalitestiä paremmin ja kelan 13 yhteyteen mahdollisesti kiinteästi integroitu testialusta 11 mahdollistaa hyvän paikoitustarkkuuden kelan 13 ja testialustan 11 sijainnin suhteen toisiinsa nähden.

35 16

Yksittäisten magneettisten partikkelien halkaisija, joita keksinnön mukaisella laitteella 10 voidaan määrittää, voi olla esimerkiksi välillä 1 nm - 10 pm. Erityisesti mielenkiintoisia ovat pienemmistä, esimerkiksi 5 - 30 nm partikkeleista muodos-5 tettavat partikkeliryppäät, joiden halkaisija voi olla, tes-tialustasta riippuen, esimerkiksi välillä 30 nm - 10 pm tai erityisesti välillä 100 - 600 nm. Magnetiitin tai vastaavan magneettisen materiaalin määrä voi olla esimerkiksi suurusluo-kassa 1 ng - 1 mg ja vastaava näytetilavuus esimerkiksi välil-10 lä 1 nl - 1 ml. Tällöin partikkeleiden määrä testialustalla voi olla välillä 1 - 1012 kpl, erityisemmin välillä 103 - 1010

Q

(esimerkiksi lateraalivirtaustestit) tai 1-10 (esimerkiksi miniatyrisoitu diagnostiikka). Partikkeleiden koon ja määrän ala- ja yläraja riippuu yleensä sovelluksesta ja käytettävän 15 kelajärjestelyn dimensioista.

Mittaavan kelan 13 muoto kuin myös muidenkin laitteeseen 10 mahdollisesti kuuluvien kelavälineiden 18 - 20 muoto voi olla esimerkiksi kulmikas (esimerkiksi neliö, suorakulmio, kolmio, 20 heksagoni) tai pyöreä (esimerkiksi ympyrä, ovaali, omega), mahdollisesti spiraalimainen, tasomainen, jatkuva, sähkönjoh-tava, virrallinen johdinrakenne.

Keksinnön mukaisessa laitteessa 10 ainakin yksi johdinraken-25 teen dimensio ainakin yhdessä kelarakenteessa 13 on suuruus-luokkavälillä muutamista mikrometreistä muutamiin satoihin mikrometreihin. Tällöin esimerkiksi johtimen korkeus eli paksuus (ja samalla eristeväli ja kierrosväli) voi olla 10"7 - 10" 4 m ja johtimen leveys 10‘6 - 10“4 m. Tässä johtimen korkeudel-30 la ja paksuudella tarkoitetaan alustaan 22 nähden kohtisuoraa suuntaa ja leveydellä alustan 22 tason suuntaa.

Kunkin laitteeseen 10 kuuluvan kelan 13, 18 - 20 tasosuuntai- nen mittakaava (tasosuuntainen poikkileikkaus ja/tai pituus 35 ja/tai leveys) voi olla esimerkiksi 10~7 m - 10~2 m, erityisem- 17 min 10”5 m - 10”3 m. Tämä erityisesti useasta johtimesta muodostuvassa kelarakenteessa. Valmistustekniikasta riippuen eräitä esimerkkejä tasosuunnan dimensioista voivat olla 3 mm x 3 mm tai 300 pm x 300 pm. Vastaavasti kelojen 13, 18 - 20 joh-5 dinten välit voivat olla esimerkiksi 100 pm tai 10 pm. Silta-rakennetta soveltavissa kelarakenteissa kelojen 13, 18 - 20 etäisyys toisistaan voi olla 1-5 mm, kuten esimerkiksi 1-3 mm. Yleisesti voidaan puhua siis makro- tai mikrokeloista.

10 Testialustan 11 ja siinä olevan reaktioalueen koko riippuu käytettävästä sovelluksesta ja partikkeleiden lukumäärästä. Isompien partikkelimäärien kuljetukseen soveltuva lateraali-virtaustesti voi olla esimerkiksi 3 mm leveä, 50 mm pitkä ja joitakin satoja mikrometrejä paksu. Lateraalivirtaustestin 15 testialueen pinta-ala voi olla esimerkiksi 3 mm x 1 mm tai 5 mm x 1 mm. Partikkelijakauma voi tällaisessa testissä olla esimerkiksi melko homogeenisesti koko liuskan 11 paksuudelle jakautunut. Pienempien partikkelimäärien kuljetukseen paremmin soveltuvan mikrotluidistiikan kanavahalkaisija voi olla esi-20 merkiksi noin 100 pm ja testialueen pinta-ala esimerkiksi noin 300 pm x 300 pm. Partikkelijakauma on mikrotluidistiikalla toteutetussa testissä esimerkiksi testialueen pinnassa tai sen välittömässä läheisyydessä.

25 Kelojen 13, 18 - 20 dimensioilla vaikutetaan mittausjärjestelmän herkkyyteen merkittävästi. Kuvissa 1-3 esitetyt sovellusesimerkit esittävät perusgeometrioita planaarikeloille. Yksinkertaistuksen vuoksi ainoastaan nelikulmaiset kelamuodot on tässä tapauksessa esitetty. Muita mahdollisia kelamuotoja mai-30 nittiin jo edellä. Kuvien 1-3 sovellusmuotojen kelojen kierroksien lukumäärät, kelojen pituudet, paksuudet ja leveydet voivat olla erilaisia suhteissa toisiinsa. Kelojen sähköiset ominaisuudet määräytyvät niiden geometriasta ja dimensioista. Variaatioille on edellä esitetty mittauksiin ja simulointeihin 35 perustuvia karkeita arvioita lukuarvoista (niihin rajoittumat- 18 ta) induktanssille ja resistanssille kuparista valmistetun kelan johtimen poikkipinnan ollessa noin 36 ym x 100 ym ja kelan poikkileikkauksen X- ja Y-suuntiin 2-4 mm. Näistä määräytyvä impedanssi riippuu käytetystä taajuudesta.

5

Seuraavassa selitetään lyhyesti keksinnön mukaisen laitteen 10 toimintaperiaatetta ja vastaavaa menetelmää. Magneettiset partikkelit 12 voidaan tuoda mittaavan kelan 13 mittausalueelle siihen soveltuvaa testialustaa 11 käyttäen. Partikkelit voi-10 mistavat kelan 13 ympäristön magneettikenttää joutuessaan kelan 13 magneettikentän vaikutuksen alaisiksi. Kela 13 näkee tämän vaikutuksen ympäristön suhteellisen permeabiliteetin muutoksena (yr > 1). Tämä aiheuttaa mittaavaan kelan 13 induktanssin (L0) muutoksen (AL) 15 AL = L0(a-1) X-L — ^0-^0 20 Partikkeleiden määrään verrannollinen induktanssin muutos (AL) voidaan ilmaista induktiivisen reaktanssin (XL) muutoksen (AXl) aiheuttamana kokonaisimpedanssin (Z) muutoksena. Tätä parantaa amplitudin ja/tai vaihetta koskevan mittauksen suorittaminen korkeilla taajuuksilla. Mittaukseen voidaan käyttää 25 myös LC - piiriä, mutta tällöinkin mitataan amplitudia (y-akseli) eikä taajuutta.

Kelan 13 induktanssi (esimerkiksi 1 - 100 nH) ja sen muutos (esimerkiksi noin 50 fH - 50 pH) voidaan ilmaista mittaamalla 30 kelaan 13 syötetyn korkeataajuisen jännite- tai virtasignaalin amplitudin ja / tai vaiheen muutoksia. Lähteen 23 antama syöt-töjännite voi vaihdella välillä 0,1 - 10 V, erityisemmin 0,5 -2,5 V ja syöttövirta (impedanssista) välillä 0,001 - 10 A, erityisemmin 0,05 - 1 A. Syöttöjännitteen / virran taajuus voi 19 vaihdella välillä 105 Hz - 109 Hz ja erityisemmin 106 Hz - 108 Hz (esimerkiksi mikrokeloilla) . Taajuudesta esimerkkinä mainittakoon eräässä makromittakaavan pilot-laitteessa käytetty 5 - 20 MHz, erityisemmin 7-14 MHz. Amplitudin ja / tai vaiheen 5 muutoksen mittaus voidaan toteuttaa seuraamalla mittauskelan 13 impedanssin ja / tai vaiheen absoluuttiarvoa ennen ja jälkeen magneettipartikkeleille altistumista. Suurin ongelma tällaisessa mittausjärjestelmässä ovat ulkopuoliset häiriöt, jotka vääristävät mittaustuloksia ja vähentävät mittauksen luo-10 tettavuutta, mutta joiden vaikutukset kompensointirakenteilla 18 - 20 saadaan yllättävästi eliminoitua.

Vertailu voidaan toteuttaa esimerkiksi kuvissa 4 ja 5 esitetyillä differentiaalisella rakenteella, jossa rakenteella mils tatusta signaalista kompensoidaan referenssikelalla 18 pois tyhjän mittauskelan 13 aiheuttama signaali (kelan impedanssi ja ympäristön häiriöt). Tällainen differentiaalinen rakenne on esitetty kuvassa 4. Siinä kaksi identtistä spiraalikelaa 13, 18 on kytketty sarjaan ja korkeataajuinen jännite- tai vir-20 tasignaali syötetään kelojen yli (tyypilliset virran, jännitteen ja taajuuden vaihteluvälit edellä). Ihanteellisessa tilanteessa voitaisiin olettaa molempien kelojen 13, 18 olevan täysin identtisiä induktanssiltaan sekä resistanssiltaan. Näin ollen molempien kelojen 13, 18 yli olevan jännitteen tulisi 25 summautua nollaksi kelojen 13, 18 välisessä väliulosotossa 15. Magneettiset partikkelit poikkeuttavat tätä tasapainotilaa. Epätasapaino voidaan mitata esimerkiksi väliulosoton 15 virta/ j ännitesignaalina.

30 Kuvissa 4 ja 5 esitettyjen laitteiden 10 herkkyyttä voidaan lisätä saattamalla kela 13 tai kelat 13, 18 resonanssiin sopivalla taajuudella (erityisesti välille 106 Hz - 108 Hz). Tämä voidaan toteuttaa esimerkiksi erilaisilla LC-kytkennöillä lisäämällä piiriin mittauskelan/kelojen rinnalle tai sarjaan so-35 pivia kondensaattoreita, kuten kuvassa 6 on esitetty. Tällai- 20 sen kondensaattorin arvo määräytyy muun muassa kelan induktanssista ja halutusta resonanssitaajuudesta. Mainitulle taa-juusvälille kapasitanssi voi vaihdella (esimerkiksi 50 nH kelalla) välillä 1 fF - 1 pF, erityisemmin 50 pF - 500 nF.

5

Mittausherkkyyttä voidaan edelleen parantaa käyttämällä kuvissa 6 - 9 esitettyä siltakytkentää, jossa mittaus tapahtuu kahden differentiaalisen rakenteen väliulostulojen 15, 17 välil tä. Rakenteella saavutetaan entistä parempi herkkyys ja häiri-10 önsietokyky. Kuvassa 6 on esitetty yleinen kuvaus impedanssi-sillalle, mutta myös muun tyyppiset siltaratkaisut tulevat kyseeseen. Kuvaan 6 on sisällytetty joitakin mahdollisia reso-nanssikondensaattorin sijoitustapoja CRi - CR6. Näistä kondensaattoreista voidaan käyttää ainakin osaa tai jopa kaikkia. 15 Kondensaattorien kapasitanssi määräytyy sinällään tunnetulla tavalla kelan induktanssin ja halutun resonanssitaajuuden perusteella. Eräs esimerkki kapasitanssivälistä voi olla 1 fF -1 pF, erityisemmin 50 pF - 500 nF.

20 Järjestelmän signaalitaso voidaan asettaa nollaan syöttämällä järjestelmän ulostuloon, kuten esimerkiksi siltamittauksen ulostuloon tai differentiaalisen mittauksen ulostuloon vastak-kaisvaiheista ja saman amplitudista virta ja / tai jännitesig-naalia.

25

Mittaavan kelan 13 sekä referenssi 18 ja / tai kompensointike-lojen 19, 20 muotosuhteita ja dimensioita muuttamalla (esimerkiksi kelan tasossa) voidaan vähentää näytteen sijoitusvir-heestä aiheutuvaa mittausvirhettä ja näin lisätä järjestelmän 30 robustisuutta.

Vielä on huomattava myös se, että keksinnön mukaisessa laitteessa 10 mittavan kelan 13 referenssi tulee suoraan galvaanisella kontaktilla viereisestä referenssikelasta 18. Galvaani-35 sen kontaktin myötä mittaava kela 13 ja referenssikela 18 voi- 21 vat olla samaa johdinta / rakennetta. Jo pelkällä kelojen 13, 18 välisellä suoralla kontaktilla ilman välielektroniikkaa saadaan yllättävästi eliminoitua häiriöitä. Esimerkiksi huonoista komponenteista tai epäsymmetrisyydestä aiheutuvat vir-5 heet voidaan minimoida, kun perusrakenne järjestetään mahdollisimman symmetriseksi ja yhtenäiseksi.

Keksinnön mukaisessa laitteessa 10 voidaan käyttää miltei ideaalista referenssisignaalia, joka mittaa näytteestä taustan 10 (epäspesifisestä sitoutuneet partikkelit) pois ja poistaa lisäksi ulkoisia häiriöitä (esimerkiksi maan magneettikentän).

On ymmärrettävä, että edellä oleva selitys ja siihen liittyvät kuvat on tarkoitettu ainoastaan havainnollistamaan esillä ole-15 vaa keksintöä. Keksintöä ei siten ole rajattu pelkästään edellä esitettyihin tai patenttivaatimuksissa määriteltyihin so-vellusmuotoihin, vaan alan ammattimiehelle tulevat olemaan ilmeisiä monet erilaiset keksinnön variaatiot ja muunnokset, jotka ovat mahdollisia oheisten patenttivaatimusten määritte-20 lemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (17)

1. 22
2. 1. Laite (10) magneettisesti leimatun analyytin (12) kvalitatiiviseksi tai kvantitatiiviseksi mittaamiseksi, johon lait- 5 teeseen (10) kuuluu kelajärjestely (13, 18) analyytin (12) mittaamiseksi testialustalle (11) absorboidusta näytteestä, johon kelajärjestelyyn kuuluu ainakin yksi mittaava kela (13) ja sen yhteyteen sovitettu referenssikela (18) ja jonka kela-järjestelyn (13, 18) väliulostulosta (15) on sovitettu tunnis-10 tettavaksi magneettisesti leimatun analyytin (12) pitoisuutta korreloiva mittaavan kelan (13) itseisinduktanssin muutos, tunnettu siitä, että laitteeseen (10) kuuluu lisäksi virhesig-naaleja kompensoiva kelajärjestely (18 - 20) esimerkiksi ympäristön ja/tai epäspesifisesti testialustaan (11) sitoutuneiden 15 magneettipartikkeleiden aiheuttamien virhesignaalien kompensoimiseksi ja jossa sanottu itseisinduktanssin muutos on sovitettu tunnistettavaksi kelajärjestelyn (13, 18) väliulostulosta (15) mitatussa signaalissa ilmenevästä amplitudin ja/tai vaiheen muutoksesta, josta mitatusta signaalista on virhesig-20 naalit kompensoitu.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite (10), tunnettu siitä, että mittaavan kelan (13) induktiivisen reaktanssin nostamiseksi resistanssia suuremmaksi laitteen (10) mittaustaajuudek- 25 si on sovitettu olemaan 101 2 Hz - 109 Hz, edullisesti 103 4 Hz -108 Hz.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite (10), tunnettu siitä, että ainakin referenssikela (18) on mittaavan kelan 30 (13) identtinen kopio tai sen peilikuva. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite (10), tun 2 nettu siitä, että mittaava kela (13), referenssikela (18) ja 3 mahdollinen kompensoiva kelarakenne (19, 20) on sovitettu muo- 4 35 dostamaan differentiaalisen kelajärjestelyn. 23
5. 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite (10), tunnettu siitä, että kompensoivaan kelarakenteeseen kuuluu ainakin kaksi kelaa (19, 20), jotka on sovitettu mittaavaan kelaan 5 (13) ja referenssikelaan (18) nähden symmetrisesti.
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite (10), tun nettu siitä, että mittaava kela (13), referenssikela (18) ja kompensoiva kelarakenne (19, 20) on sovitettu toistensa suh- 10 teen impedanssisiltaan.
7. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laite (10), tunnettu siitä, että mittaava kela (13), referenssikela (18) ja kompensoiva kelarakenne (19, 20) ovat ainakin yhdeltä sähköi- 15 seltä suureeltaan samansuuruisia.
8. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laite (10), tunnettu siitä, että impedanssisillan muodostavat kelat (13, 18 - 20) ovat tasomaisessa matriisiasetelmassa. 20
9. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen laite (10), tunnettu siitä, että impedanssisillan muodostavat kelat (13, 18 - 20) ovat kerrosmaisessa asetelmassa.
10. 10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen laite (10), tun nettu siitä, että testialusta (11) on integroitu laitteeseen (10) siten, että se on vuorovaikuttavasti kelajärjestelyn (13, 18) yhteydessä.
11. 11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen laite (10), tunnettu siitä, että kelojen (13, 18 - 20) mittakaava taso- suunnassa on 10~7 m - 10-2 m, edullisesti 10”5 m - 10”3 m.
12. 12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen laite (10), 35 tunnettu siitä, että kelat (13, 18 - 20) on sovitettu muodos- 24 tumaan johdinrakenteesta (13), jossa johtimen paksuus on 10"7 - 10“4 m ja leveys 10“6 - 10‘4 m.
13. 13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen laite (10), 5 tunnettu siitä, että ainakin mittaava kela (13) ja referenssi- kela (18) on asemoitu symmetrisesti mittaussignaalijohtimiin (15, 17) nähden.
14. 14. Menetelmä analyyttien (12) kvalitatiiviseksi tai kvantita-10 tiiviseksi mittaamiseksi, jossa analyytin (12) mittaamiseksi näytteestä käytetään testialustaa (11), ja jossa menetelmässä - näyte absorboidaan testialustalle (11) ja - testialustaa (11) analysoidaan kelajärjestelyllä, johon kuuluu ainakin mittaava kela (13) ja sen yhtey- 15 teen sovitettu referenssikela (18) ja jonka kelajär- jestelyn (13, 18) väliulostulosta (15) tunnistetaan magneettisesti leimatun analyytin (12) pitoisuutta korreloiva mittaavan kelan (13) itseisinduktanssin muutos, 20 tunnettu siitä, että lisäksi menetelmässä kompensoidaan ympäristön ja/tai epäspesifisesti testialustaan (11) sitoutuneiden magneettipartikke-leiden aiheuttamia virhesignaaleja ja - tunnistetaan itseisinduktanssin muutos kelajärjes- 25 telyn (13, 18) signaalissa ilmenevästä amplitudin ja/tai vaiheen muutoksesta, josta virhesignaalit on kompensoitu ja jota mitataan kelajärjestelyn (13, 18) väliulostulosta (15).
15. 15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittaavan kelan (13) induktiivisen reaktanssin nostamiseksi resistanssia suuremmaksi mittaus suoritetaan 105 Hz -109 Hz, edullisesti 106 Hz - 108 Hz mittaustaajuutta käyttäen. 25
16. 16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompensointia suoritetaan differentiaalisella kela j ärjestelyllä.
17. 17. Jonkin patenttivaatimuksen 14 - 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä näyte absorboidaan tes-tialustalle (11), joka on integroitu vuorovaikutukseen ainakin osan kelajärjestelystä (13, 18 - 20) kanssa. 26