TW200411175A - Magnetoresistive sensing device, system and method for determining a density of magnetic particles in a fluid - Google Patents

Description

200411175 ⑴ 玖、發明說明 (#明說明應敘明ϊ發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 技術領域 _ 本發明係關於一種磁電阻感應裝置。, 本發明還係關於一種用以決定包含該磁電阻感應裝置的 一流體中磁性質點之密度的系統。 本發明又係關於一種用以決定使用該磁電阻感應裝置的 一流體中磁性質點之密度的方法。 φ 先前技術

Chemla寻人在PNAS雜諸（97卷第26號，2000年12月19曰） 上發表的文章「用於同類免疫測定之超靈敏磁性生物感應 ^ (Ultrasensitive magnetic biosensor for homogeneous immunoassay)」中說明一種基於SQUID的超磁性質點感應 益。該SQUID偵測由於表面一井中基板區域中存在的磁性毫 微質點而引起的磁通量。該文章舉例說明配置在該井中的一

Mylar⑧薄片，其中質點附著其上以固定不動。施加一平面 内磁場以引起磁性毫微質點之磁矩。接著關閉該磁場。根據 · N0el機制，附著之毫微質點磁偶極子的隨後鬆弛產生一幾秒 鐘的可測量時脈相依性場，其係垂直於該固定區域平面。該 場係由靠近該固定區域的一 SQUID探針偵測。 根據Brownian運動，在該整個液體中的亳微質點可自由 旋轉。在Chemla等人研究的系統中，該旋轉引起的磁場鬆 弛比固定質點的鬆弛要快許多。因&，在該SQmD感應器 中由該流體中此等非固定質點產生的總磁通量幾乎立即減 為零。 200411175 。亥所知1置的-個缺點係該squid只在低溫下操作。對-4 SQUID關於該固定區域的精確定位相當困難，並且由於 薄基板的要求，基板的選擇受到限制。 違所知裝置的主要缺點係··由於關閉該磁場後該整個流 體中磁性毫微質點的迅速鬆弛，決定該流體中磁性質點之 體積濃度係不T能。對於精確決定生物分子或分子碎片（其 又稱為目‘」）的役度存在一普遍需要。因此，以高精度 決定作為一目標之磁性標誌的磁性質點密度係相當必要。 獲得一種決定流體中磁性質點之體積密度的精確系統與方 法將有普遍意義。 引進微陣列或生物晶片係革新了脫氧核糖核酸 (desoxyribonucleic acid ; DMA)、核糖核酸（ribonucleic acid ;RNA)以及蛋白質的分析。其應用範例有：人類基因分析 (例如在醫院中或由個別醫生或護士進行）、細菌篩選、生物 學及藥理學研究。現今使用多種類型的測試來分析少量的 生物分子或分子碎片，例如結合測試（binding assay)、競爭 測試（competitive assay)、頂替測試（displacement assay)、 夾心測試（sandwich assay)或擴散測試（diffusion assay)。在 生化測試中的挑戰在於：流體樣本中需要決定的目標分子 濃度低（例如 fmol.l·1)而不同之背景材料濃度高（例如 mmol.l-1)。目標可以是縮氨酸（peptide)、諸如肌紅蛋白 (myoglobine)的荷爾蒙生物標諸、蛋白質、核酸、諸如膽固 醇的類固醇、酶、抗原、半抗原或麻藥。背景材料或矩陣 可以是尿液、血液或血清。其他重要測試有細胞計算、生 (3) 200411175

物凝結以及生物活動。 標誌改善一目標的偵測限制 色珠、螢光化學群組、酶、光 。標誌的範例有光學標誌、 學條碼或磁性標誌。 因此’以高精度決定流體中作為一目標之磁性標钱的磁 性質點之體積密度係相當必要。 發明内容

，本發明的-個目的係提供_種本文序言段中提及之系命 類型’該系統可以決定流體中磁性質點的體積密度。 關於根據本發明之系統的本發明目的之實現在於該磁屬 阻感應裝置包括-基板，其具有一用以支援流體的分層與 構’該分層結構具有在一第一層中的一第一表面區域和名 另一第二層中的一第二表面區域，以及用以偵測該流體中 至少一磁性質點之磁場的一磁電阻元件，該磁電阻元件夺 位於5亥第一與第二表面區域之間一過渡附近並且至少面詞 一表面區域。該流體包含一液體或一氣體。

該磁電阻感應裝置偵測磁性質點的淨磁矩。該流體中和 ;亥刀層結構上的磁性質點具有—磁矩m。磁矩係與—磁場到 準，並垂直施加於該磁電阻感應裝置。若該基板係平面， 由於在該整個流體中無規律散佈的亳微質點，該基板中該 磁電阻元件平面中的淨磁場將相互抵消而平均為零。然而 :由於該過渡，存在一邊緣磁場。該第一和第二表面區域 的平面未必係彼此平行。它們可彼此形成一角度。其表面 也未必係平坦表面。該過渡可以具有一傾斜輪廓。彼此鄰 近的過渡可形成一波狀表面，從而該第一表面區域和第二 (4) 200411175 表面區域可以係非常小。 1 一般而言，該磁電阻元件中的平面内磁場可以藉整合獲 仔。僅為說明之目的，決定該體積密度的運算式係由該第 :至該第二表面區域的一階梯過渡表示。由於該表面的階 梯形結構，從該磁電阻感應裝置至該第一纟面區域的距離 七係與其至該第：表面區域的距離^不同。在該磁電阻感應 元件平面中存在-淨磁場，並且其剛好在該第一和第二層 表面之間的邊緣之下。

Hx 2π Ν\η χ 其中Ν係該流體中磁性f點的體積密度，❿係每個質點的雙 極嘩矩，其中χ係與該階梯邊緣垂直的平面内方向。該正 方向係從距離為旬之區域至距離為心之區域的方向。 忒磁電阻感應裝置將該磁場轉換成一電阻值。由於該磁 電阻裝置的磁場所對應的電阻係眾所周知，可從該電阻值 計算該體積密度。 為杈正之目的，應測量不存在磁性質點之流體中的磁場 所對應的電阻。該磁電阻感應裝置可基於（例如）GMR、丁MR 或AMR效應。該磁電阻感應裝置包含一薄膜分層結構，其 最好係具有對應磁場曲線（尤其是對於小型磁場）的一線性 電阻並具有一可忽略磁滯。 有 面 在該磁電阻感應裝置上該第一和第二表面區域表面若 一貫貝上的垂直巴起’在該磁電阻感應元件與該第一表 區域之間最好存在一重疊。 -9 - 200411175

(5) 由該第一與第二表面區域之間的該過渡上的磁性質點產 生的該淨磁場係最強。尤其是在該第—與第二層之間存在 -急劇過渡的情形巾’該磁電阻感應裝置中的平面内磁場 係一第一階近似值。

Hx(x)« -

ζ (2)

其中x係關於該過渡中心定義的距離，其係垂直於該階梯 邊緣方向亚平行於該第_表面。當該磁電阻感應裝置靠近 過渡並與該第-表面相距甚近時，要偵測的該磁場係最強 該第-與該第二表面區域之間的該過渡最好具有一階梯 狀輪廓。等式（2)係此情形的一第一階近似值。

—-般而t，在該結構化表面存在的磁性質點還有一表面 密度。在該第一表面上磁性毫微質點的表面密度係^表 示，而在該第二表面上磁性毫微質點的表面密度係由^表 不。包含具有毫微質點標諸元件之流體中 體積密度係由N表示。對於沿著正ζ方向的-質：^ 面階梯下的平面内磁場的第一階近似值為：

Hx« 2π d' (3) 其中m係該質點的磁矩。通常，質點表面密度的範圍是在 平方微米的零到1〇3至1〇4質點之間。 磁電阻感應裝置的 二表面，則可從該 不 如下所述，該體積密度可從若干不同 同輪出信號結合來計算。 若該第一表面的表面密度不同於該第 -10-

⑹ 表面(其至少具有深度dl和t之不同組合的三個結構) 表面密度和體積密度。每個表面結構具有一相同磁電 =應裝置，存在於同_平面中，並相對於每個階梯處於 回二山由於階梯的不同高度，來自感應裝置的三種不 :二唬使件後得磁1生質點之表面密度和濃度成為可能 。在έ玄第一和繁-主± 禾一表面之表面密度相等的特殊情形中，可 從-結構化表面(其至少具有深度M〇d2之不同結合的二個 結構）決定該表面和體積密度。 /在、Ό °測5式、競爭測試或頂替測試中，在該第一表面區 或上般存在一捸針區域。附著於該探針區域的係結合位 置。 Ό & ^ "式中，磁性質點與形成磁性標諸的一目標轉合 °玄磁性私誌目標藉著Brownian運動在整個流體中擴散。 小質點擴散較快，並比大質點更快到達結合位置。該磁性 標誌目標在該結合位置被結合。 在競爭測試中，在該流體中存在要決定其濃度的目標和 磁性標誌目標。該二種類爭相結合以捕獲分子。在豐度和 結合動力（擴散、結合效率）上的差別決定了此等種類與捕獲 分子的相對結合。在結合位置存在磁性標誌目標的越多， 則在測试體積中存在的目標就越少。 在頂替測試中，磁性標誌目標係在結合位置結合。在 體積中的目標擴散至結合位置並取代磁性標諸目標分子 。在該流體中的目標濃度越大，則偵測出的磁性標誌目 標越少。 -11- 200411175 發爾__ 1 j Ο)所給㈣’要決定磁性質的體積密度，就 而一在層一和層二表面上磁性質點的表面密度影響。 置，其勹2阻感應裝置具有一惠斯登電橋配 八包含位於該基板上的磁電阻元件，則可改善偵測精 〇 X第一半電橋可位於一第一表面區域與一第二表面 區域之間的—筮_、证、办> 弟一匕渡之下，而另一半電橋可位於表面區 V之間一不同的第二過渡之下，使得在施加外部場時二感 應器的電阻變化係不同。 二使用成對的第一和第二磁電阻感應裝置或成組的第一 和^ 一磁電阻感應裝置，則可進一步改善偵測精確性，其 母對裝置與一過渡相聯並相鄰，該第一和第二磁電阻裝 的輸出傳送至偵測在施加外部場時磁電阻感應裝置電阻 變化的構件。 在一較佳具體實施例中，該分層結構係由複數個位置彼 匕平行的凹槽形成。對應於場曲線的磁電阻感應元件材料 之電阻的第一近似值係該施加場之χ成分的一線性函數。此 等7〇件係存在於該基板中，並且實質上係帶狀並沿著凹槽 邊、咏居中。凹槽邊緣之間的距離大於帶狀磁電阻元件的寬 度0 在另一較佳具體實施例中，該分層結構也係由複數個位 置彼此平行的凹槽形成。然而，此例中對應於場曲線的磁 電阻感應元件材料之電阻的第一近似值係該施加場之χ成 分的一對稱函數。其只對該場之χ成分的絕對值敏感，而對 野"ίσ ^虎不破感。此寺元件係存在於該基板中，並且在χ方 -12- 200411175 ⑻ βϊβ 向的尺寸可比凹槽之間邊緣間的距離大許多。在此情形中 ^於Μ件的凹槽之精確位置不再十分重要。或者，若 讀磁電阻70件的尺寸相當於凹槽邊緣之間的距離或更小 ’：帶狀感應器元件係沿著凹槽邊緣居中。 k樣，可以在短時間内分析大量不同分子或平行分子碎 片的v里刀子。-個生物晶片可容納或更多的不同分 卞片々又期望在今後十年内，由於使用生物晶片而可 $為可用之資訊的有效性將迅速增長，其係由於諸如人類 二土因工私（Human Gen〇me叫邮）以及在基因和蛋白質功 能方面之後繼研究的結果。 若需要分析大量目標種類（例如來自-流體測試樣本的 目標種類），則可堆疊具有凹槽的基板以形成—三維通道陣 列。這就提供一非常簡潔㈣測系統。尤其是在彼此堆疊 之基板中進行資料處理時。 電Μ應裝置_磁電阻變化的構件最好包括一積 « 21。在基板中可輕易製造一積體電路。尤其在該基板 ，、”導體時，可使用傳統技術獲得諸如M0SFET、雙極 電晶體、二極體、風# ga > M 1 ^ 先予裝置之類的電子裝置，或諸如溫度 2應器、離子感應電極、壓力感應器1度感應器、流體 感應Μ電流感應器或電壓感應器之類的多種感應器。 本1¾月的另個目的係提供—種可以決定測試樣本流體 中體積密度的系統。 、關於根據本發明之系統的本發明目的之實現在於使用一 、電阻感應裝置’其包括一具有用以支援流體之分層結構 200411175 的基板，該分層結構具有在一第一層的一第一表面區域和、 在另一第二層的一第二表面區域，以及用以偵測該流體中 至乂磁性質點之磁場的一磁電阻元件，該磁電阻元件係 · 、人幕與第一表面區域之間一過渡附近並且至少面對 《 表面區域，以及用以偵測磁電阻感應裝置一磁電阻變化 的-電路，該電路係存在於該基板t。 5亥電路可包括一差動比較器電路。 本發明的另一個目的係提供-種可以決定測試樣本流H · 中體積密度的方法。 關於根據本發明之系統的本發明目的之實現在於使用一 磁包阻感應裝置’其包括一具有用以支援流體之分層結構 的基板，該分層結構具有在一第一層的一第一表面區域和 在另一第二層的一第二表面區土或，以及用以谓測該流體中 至少-磁性質點之磁場的一磁電阻元件，該磁電阻元件係 位於„亥第一與第二表面區域之間一過渡附近並且至少面冑 一表面區域，該方法包括以下步驟： -提供在該分層結構上的包含磁性質點的一流體 鲁 - 施加一磁場 -施加該磁場同時，感應該磁電阻感應元件 -比較來自該磁電阻感應裝置的輸出信號與在零施加 ‘ 場取得的—參考信號，從而決定磁性質點的體積密度。 磁I·生質點的體積密度係藉著施加一垂直磁場時該磁電阻 錢裝置，電阻變化而得出，而該電阻之改變係在該感應 β以-不4感應電流操作時施加該磁場而導致該裝置電壓 -14- 200411175

差異改變之後。 一般需要獨立決定在表面上和在整體中的質點密度。其 可藉著結合同一晶片上或同一裝置中整合的若干感應器之 測量而獲得，此等感應器具有不同表面結構，例如具有不 同值的di和df接著可結合來自一感應器陣列的資料以得出 σ!、（j2*N的精確值。 若該磁電阻感應元件的寬度比距離dl和d2小很多，則可 使用等式（3)用於此目的。但一般不會出現此種情形，因為 該感應元件的寬度可與距離以和心係相同大小。因此，所 得出的等式只是為了說明本發明的原理。 -右表面密度相等σ丨=〜，而（l/dM/d2) = (1/d3-1/d4) 且d2/dl不等於d4/d3，則體積密度N與對應於一第一表面結 構的一第一磁電阻感應元件與對應於一第二表面結構的一 第二磁電阻感應元件之間的電阻差成比例，該第二表面結 構具有-第三和第四表面層。距離们和㈣該第二感應元 件分別與該第三和第四表面的距離。 -若表面密度不相等：σι=/σ2,則需要—第三感應。 例如侧5等於d2/dl，但d6不等於dl，d5不等於们。從感應 疋件感應器dl/d2與d5鳩之間的電阻值之差得出（σι/(Π_ 〇2/d2)，從而可修正以/们感應器的測量之磁場。 從以下舉例說明本發明原理的詳細說明及附圖，可瞭解 根據本發明之裝置的此等和其他特色和優點。此說明只是 用於舉例之目的，並非限制本發明的範圍。 •15· 200411175

實施方式 圖1的磁電阻感應裝置包括一基板（1)，其具有一分層結 構（2)用以支援一流體（3)。該分層結構具有在一第一層中的 第一表面區域（4)和在另一第二層中的一第二表面區域 (5)’以及一磁電阻元件（6)用以偵測流體（3)中至少一磁性質 點（7)的磁場。該磁電阻元件（6)係位於該第一與第二表面區 域之間一過渡（8)附近，並且面對表面區域（4、5)之至少一 表面區域。 該流體包括一目標分子種類或一抗原。 任何可具有磁性標誌的生物分子都可能用於此應用。 回 ’磁電阻（magneto-resistive ; MR)感應器元件的寬 度1 〇和長度1丨比要測量其存在和濃度的磁性毫微質點的直 徑大很多。 微質點的直徑可以在（例如）1至25〇奈米之間，其在3 至1〇〇奈米之間較佳，而在1〇至6〇奈米之間最佳。該類小質 點的擴散速度相當快。感應器元件的長寬尺寸至少比毫微 貝直ix·(例如1微米X1微米）大1〇倍，或最好大倍或更多 。感應器元件也可以有其他尺寸。若使用不同尺寸，則獲 得不同S/N比率。 & 、.磁電阻感應元件6包括在參考材料<3難範例中的薄膜材 料{也了以疋其他薄膜材料，例如AMR、TMR或圍繞h=〇 之貫質上為線性R(H)曲線的其他MR材料。該感應元件係由 一層諸如二氧化矽、氮化矽或有機材料（如抗原或環氧）之類 的材料與磁性毫微質點7分隔。 (12) 200411175 tom! 在該磁電阻感應裝置的一第一 咸靡驻罢—, 弟具肽貫她例中，該磁電阻 ^置包括—GMR條帶。該感應元件的GMR條帶可以是 二:：帶，其導致-更大區域和改善之敏感度。若 =垂直施加於磁電阻感應元件6，則在該分層結構的該第 :广表面區域之間的過渡上存在一邊緣場。圖3顯示若 二感應=件的中心在過渡8的中心之下，則該感應元件父方 向的磁場係最強。 一士圖4所不，笔微質點7的磁化係由垂直施加於該磁電阻 I,:即化轴)的一外部場控制。該磁電阻元件現暴露在 由t微質點7引起的磁場中。 對於沿著正Z方向的-質點磁化，該第-與第二表面區域 之間的一階梯狀過渡下的平面内磁場的第一階近似值可以 表示為··

Hx» + 2π ~ + N\n A d2

其中祕該質點的磁矩。該第—表面區域上磁性毫微質點7 的表面密度係由密度σι表示，而該第二表面區域上磁性毫 微質點的表面密度传由谅；疮 主-^ . … 又糸由在度表不。包含具有毫微質點7標 誌兀件之流體中磁性亳微質點7的體積密度係由Ν表示。 在垓表面密度近似為零的特妹情形中，磁性質點的密度 Ν係由該感應元件的電阻得出。圖5顯示來自磁電阻元件6 的一典型輸出信號。濃度Ν係由以下因素決定··磁場仏的值 、直徑為35奈㈣一磁性質點之m=3.1〇i8Am2的所知磁矩、 距離d 1、d2以及下列公式 (13) (13) 200411175 纖議 Ν\η 2π Ui 圖6顯示一多步驟結構和許多感應元件。可在一大區域上 決定該體積密度。 圖7顯示-結構’其在該基板頂部具有許多層。該結構丨 - 用於決定均勻表面密度。除了該物理結構，該第—和第二 表面區域也可以是化學結構。例如’該分層結構的表面可 以是電聚聚合表面。例如’提供聚乙稀（P〇lyethylene ; PEG) _ 用以均勻油抹該表面。捕獲分子可以是（例如）抗體、抗體碎 片、受體、配位體、核酸或低核苦酸。捕獲分子係以化學 或物理化學方式提供在該表面上。此等捕獲分子能夠選擇 性結合一目標。 體積密度N可以從磁電阻感應元件6和6，之輸出信號的差 異來決定。 在l/dl-l/d2 = l/d3]/d4的特殊情形中，從信號之差異得出 -ιη/2π·Ν(1η d2/dl- In d4/d3 V從所知的至表面的距離，可決 定體積濃度N。例如，距離可以是dl = 1微米、d2=^微米， β 以及d3=2/3微米、d4=l微米。 可使用（例如）-差動放大器來放大來自磁電阻感應元件 的輸出信號。在半導體基板丨中存在許多半導體裝置，其形 成-電路30 ’例如雙極電晶體、金氧半場效電晶體 (MOSFET)和二極體。 在一較佳方法中，將一磁場垂直施加於磁電阻感應元件 。通常，該磁場大小為100至1000 (^(奥斯特）並進行轉換。 在一第一步驟中，最佳化該磁場的均勻度。在一時間 -18- (14) (14)200411175

=己錄通過線圈的電流。記錄感應元件 =二時間t2’再次債測感應元件…，的磁電阻曲線。 大#呈G、t2之間，感應元件6和6’的輸出曲線R(H)存在很 其表示在由場梯度引起㈣點上施加的力導致質 點位置改變。此時必須調整該磁場，例如使用產生互補場 梯度的小線圈。 。在一^磁場情況下，該磁場通常在秒時間内接通 、在此4間内，糟著發送通過裝置的_電流，感應磁電阻 感：元件6和6，。從輸出信號之差異，決定該體積密度和表 面在度。在零磁場獲得磁電阻感應元件的輸出信號作為一 參考係非常重要。參考電阻值係由一同步(1〇也丨侧^ 也可以（例如）在零磁場之丨毫秒内、在磁場Η之1毫秒内， 亚再次在零磁場之1毫秒内進行測量以獲得一參考。 當該磁場關閉時，該鬆弛非常迅速並幾乎是立即發生。 此鬆弛時間比丨亳秒小很多。在該磁場關閉期間，磁性質點 迅速擴散。該擴散長度比磁性質點彼此吸引的距離大許多 在1毫移内，直徑為3 5奈米的磁性質點的擴散距離大約為 〇·15微米，而對於磁矩^^丨^八㈤2而體積密度等於工 nmol/1的質點的吸引距離大約為1〇微微米。 在關閉期間，達到磁性質點的一均勻分佈。該磁場關閉 的時間通常係1毫秒。可使用一時間函數測量該樣本的砮干 區域。 在一 3分鐘時間内，可進行至少1 〇〇個測量。 在此程式下，偵測之體積濃度的精確性至少為1 nmd/i 200411175

。質點表面密度通常的範圍是在每平方微米的零到1〇3至l〇4 質點之間。 為決定該體積密度以及該表面密度，存在一第二分層結 構，如圖7所示。該第二分層結構在一第三層中具有一第三 表面區域，在一第四層中具有一第四表面區域。 對應於一第二磁電阻元件的該第二分層結構係位於該第 三與第四表面區域之間一過渡附近，並面對該第三表面區 域。 從等式（3)，可得出在一均勻表面密度σι= σ2的情形中， 從磁電阻感應元件至該表面的距離為 l/dl-l/d2=l/d3-l/d4 。 磁場差異 Ηχι-ΗΧ2=-ηι/2π.Ν(1η d2/dl- In d4/d3)。 從磁電阻差異和所知R(H)特徵，可得出該體積密度。從 該第一惠斯登電橋的磁電阻信號，可決定該表面密度。 從圖8和等式（3)，可得出在一表面密度σ2的情形中， 從磁電阻感應元件至該表面的距離為： l/dl = l/d3 + l/d5 l/d2=l/cl4+l/ci6 並且 dl 矣 d2，（13矣 以及 d5 矣 d6 磁％差異Ηχι-Ηχ2-Ηχ3=-ηι/2π.Ν(1η dl/d2- In d4/d3-ln d6/d5)。 從磁電阻差異和所知R(H)特徵，可得出該體積密度。從 該第一和第二惠斯登電橋的磁電阻信號，可決定該表面密 度σ!和σ2 0 圖式簡單說明 下述參考圖式係關於附圖。其中： (16) (16)200411175

圖i係根據本發明之磁電阻感應裝置的一示意斷面圖。 圖2係根據本發明之磁電阻感應裝置的一示意頂視圖。 圖3顯示在一 GMR感應元件平面中毫微質點之磁場的^ 分。 圖4係具有磁性質點一體積密度和表面密度的磁電阻感 應裝置的一示意斷面圖。 圖5顯示根據本發明之多層GMR感應元件對一 回應。 琢的 圖6顯示在複數個磁性感應元件之上的_多步驟結構。 圖7係根據本發明之系統的一示意斷面圖。 一二“ ’、表面區域在第一至第六層中的一分層結構的 圖式代表符號號明 1 基板 2 第一分層結構 3 流體 4 第一表面區域 5 弟一表面區域 6，6’ ，6丨丨 磁電阻元件 7 磁性質點 8 ' 8丨 過渡 9 重疊 10 寬度 11 長度 -21- 200411175

發明說明續頁 (17) 11 第二分層結構 12 凹槽 14 第三表面區域 15 第四表面區域 18 第三分層結構 19 第五表面區域 20 第六表面區域 30 電路 50 探針區域

-22.

Claims (1)

1. 200411175 拾、申請專利範圍 L 一種磁電阻感應裝置，包括一基板（1)，其具有一分層結 構（2)用以支援一流體（3)，該分層結構(2)具有在一第一 · 層中的一第一表面區域（4)和在另一第二層中的一第二 一 表面區域（5)，以及用以偵測該流體（3)中至少一磁性質 點（7)之磁場的一磁電阻元件（6)，該磁電阻元件係位於 該第一與第二表面區域之間一過渡（8)附近並且至少面 對一表面區域。 肇 2·如申請專利範圍第1項之磁電阻感應裝置，其中在該磁 電阻感應元件（6)上之第一表面區域（4)與第二表面區域 (5) 有一實質上垂直凸起的情形中，在該磁電阻感應元件 (6) 與該第一表面區域（4)之間存在一重疊（9)。 3 ·如申請專利範圍第2項之磁電阻感應裝置，其中該磁電 阻感應裝置（6)係圍繞該過渡（8)，外觀係實質上垂直凸 起。 4·如申請專利範圍第1項之磁電阻感應裝置，其中該過渡 (8)具有一階梯狀輪廓。 5 ·如申請專利範圍第1、2或3項之磁電阻感應裝置，其中 該磁電阻感應裝置具有一惠斯登（Wheatstone)電橋配置 ’其包含位於該基板（1)上的磁電阻元件。 6 ·如申請專利範圍第1項之磁電阻感應裝置，其中存在一 第二分層結構（11)’該第二分層結構在一第三層中具有 一第二表面區域（14)以及在一第四層中具有一第四表面 區域（15)，並且對應該第二分層結構（11)的一第二磁電 4200411175 k

   阻元件（6，）係位於該第三與第四表面 (8’）附近並且至少面對該第三表面區域（14)。 如申請專利範圍第1或6項之磁電阻感應裝置，其中該磁 電阻感應裝置（6)係存在於該基板（1)上。 如申請專利範圍第1項之磁電阻感應裝置，其中該結構 表面（4、5)係由複數個位置彼此平行的凹槽（12)形成。 如申請專利範圍第8項之磁電阻感應裝置，其中該結構 表面（4、5)係彼此頂部堆疊，形成一三維通道陣列。 1〇· 一種用以決定流體中磁性質點之密度之系統，該系統包 括如申請專利範圍第1項之磁電阻感應裝置。 U. ^申請專利範圍第H)項之系統，進—步包括用則測該 專磁電阻感應裝置之-磁電阻變化的—電路⑼），該電 路係存在於該基板中。 X 12.:申請專利範圍第1。或U項之系統，進一步包括用以產 生一磁場的構件（4〇：^ 二種使用如申請專利範圍第旧之裝置 磁性質點之密度讲包括…驟“體中 體⑺在該分層結構⑺上提供包含磁性質點⑺的一流 7. 8· 9. 13· 施加 磁場 _知加該磁場同時，感應該磁電阻感應 "比車乂來自該磁電阻感應元件⑹的輪出H盘不 存在-施加場時所取得的一參考信“出W與不 點（7)的體積密度。 心而決定磁性質 -2 -

   •如申請專利範圍第13項之方法，其包括以下步驟： '感應對應於另一第二分層結構（11)的一第二磁電 元件（6 )，该另一分層結構具有在一第三層中的一第 表面區域（14)和在一第四層中的一第四表面區域（15) -比較來自於對應該第一分層結構（2)和第二分層 結構（11)的磁電阻感應元件（6、0，）的輸出信號，並將該 類偽唬與不存在一施加場時決定的信號相比較，從而決 疋磁性質點（7)的體積密度和表面密度。 5.如申凊專利範圍第丨4項之方法，其包括以下步驟： -在提供該流體之前，在該分層結構的第一表面上 提供具有一結合位置的一探針區域（50)， -感應對應於一另一第三分層結構（18)的一第三磁 電阻το件（6”），該另一第三分層結構（18)具有在一第五層 中的一第五表面區域（19)和在一第六層中的一第六表面 區域（20)，以及 -比較存在及不存在該施加場時來自對應於該第一 、第二和第三分層結構的磁電阻感應裝置（6、6,、0”）的 輸出信號，從而決定存在於該第二表面（5)上的磁性質點 之體積密度和表面密度以及存在於該第一表面（4)上探 針區域中的磁性質點之表面密度。 16.如申請專利範圍第13至15項之方法，其中該流體係血 液。 如申請專利範圍第13至15項之方法，其中該流體係尿 液。 200411175 8·種⑤㈣體中一目標執合的磁性質點之偵測濃度之 方法，使用如申請專利範圍第1至9項中其中任何一項之 磁電阻感應裝置，該方法包括以下步驟： 在違分層結構（2)上提供包含該目標的一流體（3) -施加一磁場 -^加该磁場同時，感應該磁電阻感應元件（6) -比較來自該磁電阻感應元件（6)的輸出信號與不存 在施加場所取得的一參考信號，從而決定磁性質點（7) 的體積密度。 19.如申請專利範圍第18項之方法，其中該流體係血液。 2〇. 士申明專利範圍第1 8項之方法，其中該流體係尿液。 2 1 · 士申叫專利範圍第10項之系統，其中該系統係一血液測 試器。