TWI624661B - 生物分子磁感測器 - Google Patents

Abstract

一種生物分子磁感測器，用以感測待測生物分子附著於上的奈米磁珠，包括吸附片、磁力線產生器以及至少一磁感測元件。吸附片使這些奈米磁珠附著於上。磁力線產生器用以產生多條第一磁力線，這些第一磁力線的至少其中之一沿第一方向通過這些奈米磁珠，使奈米磁珠感應於部分這些第一磁力線而產生多條第二磁力線，其中磁力線產生器在第一方向上位於吸附片與至少一磁感測元件之間。磁感測元件用以感測這些第二磁力線的至少其中之一在第二方向上的磁場分量，其中第一方向不同於第二方向，以及磁感測器與吸附片在第二方向上具有第二偏移量。

Description

生物分子磁感測器

本發明是有關於一種生物感測器，且特別是有關於一種生物分子磁感測器。

近年來，由於奈米科技的進步，發展出許多新穎生物感測器，能夠有效而快速地偵測生物分子，其中利用磁性奈米粒子之特性以及其與生物分子間的作用機制，發展磁性奈米粒在生物醫學上的研究與應用，已逐漸受到矚目，尤其是用以感測生物分子的磁性感測器。

其中常用的感測方法包括奈米粒子分析法，是將奈米磁珠接固上待測生物分子，在特定範圍內施加外加磁場，利用奈米磁珠的超順磁特性，可產生額外磁場，並且使用磁感測器測量磁珠產生的額外磁場，以此方式間接量測出待測物體的數量或濃度。

也就是說磁感測器中的磁感測元件必須可以感應到奈米磁珠磁場之變化才可推估沾黏在奈米磁珠上的分子之密度，由於奈米磁珠必須在外加磁場的環境下才可感應出磁矩進而產生額外磁場，因此可用磁力產生器對奈米磁珠施加外加磁場。由於磁感 測元件也會對磁力產生器產生的外加磁場有反應，因此如何避免這些磁力產生器所產生的外加磁場影響磁感測元件也是重要的課題。

本發明提供一種生物分子磁感測器，用以感測附著待測生物分子於上的奈米磁珠，進而估算待測生物分子的密度、數量或濃度。

本發明的一實施例的生物分子磁感測器，用以感測至少一待測生物分子附著於上的奈米磁珠。生物分子磁感測器包括：吸附片、磁力線產生器以及至少一磁感測元件。吸附片用以使這些奈米磁珠附著於上。磁力線產生器用以產生多條第一磁力線，這些第一磁力線的至少其中之一沿第一方向通過這些奈米磁珠，使得這些奈米磁珠感應於這些第一磁力線的至少其中之一而產生多條第二磁力線，其中磁力線產生器在第一方向上位於吸附片與至少一磁感測元件之間，且該磁感測元件與該吸附片在不同方向上具有第一偏移量與第二偏移量。磁感測元件配置於這些第二磁力線的至少其中之一上，用以感測這些第二磁力線的至少其中之一在第二方向上的磁場分量，其中第一方向不同於第二方向，以及這些磁感測元件與吸附片在第二方向上具有第二偏移量。

在本發明的一實施例中，上述的磁感測元件與磁力線產生器在第二方向上具有第三偏移量，其中第三偏移量等於或大於 第二偏移量。

在本發明的一實施例中，上述的磁感測元件與吸附片在第一方向上具有第一偏移量。

在本發明的一實施例中，上述的磁力線產生器為磁性薄膜層，用以自發性產生這些第一磁力線。

在本發明的一實施例中，上述的磁性薄膜層的磁矩方向垂直磁性薄膜層的膜面。

在本發明的一實施例中，上述的磁性薄膜層結構是單層結構或複合結構，並且單層結構的鐵磁材料包括鐵、鈷、鎳、釓、鋱或鏑，或鐵鉑合金、鈷鐵硼合金、鈷鐵合金、鎳鐵合金或鐵硼合金，且複合結構包括鐵鉑複合層、鐵鎳複合層、鐵鈀複合層、鈷鉑複合層、鈷鎳複合層或鈷鈀複合層。

在本發明的一實施例中，上述的磁力線產生器包括至少一導線。

在本發明的一實施例中，上述的至少一導線包括彼此平行排列的二條直導線，並且這些直導線所接收的電流方向相反。

在本發明的一實施例中，上述的吸附片配置於這些奈米磁珠與磁力線產生器之間。

在本發明的一實施例中，上述的吸附片的形狀為矩形或圓形。

在本發明的一實施例中，上述的第一方向是垂直於吸附片吸附這些奈米磁珠的表面，以及第二方向垂直第一方向。

在本發明的一實施例中，上述的這些第一磁力線的至少其中之一沿第一方向通過吸附片。

在本發明的一實施例中，上述的這些第二磁力線的至少其中之一在吸附片附近呈現環狀分布，將這些第二磁力線的至少其中之一的兩端區分為相對的頂部與底部，磁感測元件位於這些第二磁力線的至少其中之一的底部。

在本發明的一實施例中，上述的磁感測元件依據吸附片成對稱分布。

在本發明的一實施例中，上述的磁感測元件環繞吸附片的中心軸。

在本發明的一實施例中，上述的生物分子磁感測器更包括第一磁感測電路以及第一輸出電路。第一磁感測電路，包括磁感測元件以及參考阻抗，磁感測元件與參考阻抗耦接至第一輸出端以輸出第一感測輸出訊號，第一感測輸出訊號是對應於參考阻抗與磁感測元件所對應的阻抗的比例。第一輸出電路耦接第一輸出端，並且依據第一感測輸出訊號以輸出第一感測訊號。

在本發明的一實施例中，上述的生物分子磁感測器更包括第一磁感測電路、第一輸出電路、第二磁感測電路、第二輸出電路以及類比數位轉換電路。第二磁感測電路包括參考磁感測元件以及另一參考阻抗，參考磁感測元件旁配置有另一磁力線產生器，此另一磁力線產生器上無奈米磁珠，參考磁感測元件與參考阻抗耦接至第二輸出端以輸出第二感測輸出訊號，第二感測輸出 訊號是對應於參考阻抗與參考磁感測元件感測此另一磁力線產生器所發出的多條磁力線的至少其中之一後所對應的阻抗的比例。第二輸出電路耦接第二輸出端，並且依據第二感測輸出訊號以輸出第二感測訊號。類比數位轉換電路耦接第一輸出電路以及第二輸出電路，用以接收類比的第一感測訊號與第二感測訊號，並且將第一感測訊號與第二感測訊號轉換為數位感測訊號。

在本發明的一實施例中，上述的生物分子磁感測器更包括第一磁感測電路、第一輸出電路、類比數位轉換電路以及另一第一磁感測電路與另一第一輸出電路。另一第一磁感測電路具有另一第一輸出端以輸出另一第一感測輸出訊號。另一第一輸出電路耦接另一第一輸出端，並且依據另一第一感測輸出訊號以輸出另一第一感測訊號。類比數位轉換電路耦接第一輸出電路以及另一第一輸出電路，用以接收類比的第一感測訊號與另一第一感測訊號，並且將第一感測訊號與另一第一感測訊號轉換為數位感測訊號。

在本發明的一實施例中，上述的的生物分子磁感測器更包括第三磁感測電路以及第三輸出電路。第三磁感測電路，包括至少一磁感測元件組，各磁感測元件組包括二個磁感測元件，並且各磁感測元件所感測的這些第二磁力線的至少其中之一在第二方向上的磁場分量的方向相反，其中至少一磁感測元件組耦接至第三輸出端以輸出第三感測輸出訊號，以及第三感測輸出訊號是對應於這些磁感測元件所分別對應的阻抗的比例。第三輸出電路 耦接第三輸出端，並且依據第三感測輸出訊號以輸出第三感測訊號。

在本發明的一實施例中，上述的生物分子磁感測器除了第三磁感測電路以及第三輸出電路，更包括第四磁感測電路、第四輸出電路以及類比數位轉換電路。第四磁感測電路，包括至少一參考磁感測元件組，各參考磁感測元件組包括二個參考磁感測元件，這些參考磁感測元件旁配置有另一磁力線產生器，此另一磁力線產生器上無奈米磁珠，並且各參考磁感測元件所感測的此另一磁力線產生器所發出的多條磁力線的至少其中之一在第二方向上的磁場分量的方向相反，其中至少一參考磁感測元件組耦接至第四輸出端以輸出第四感測輸出訊號，以及第四感測輸出訊號是對應於這些參考磁感測元件感測此另一磁力線產生器所發出的這些磁力線的至少其中之一後所對應的阻抗的比例。第四輸出電路耦接第四輸出端，並且依據第四感測輸出訊號以輸出第四感測訊號。類比數位轉換電路耦接第三輸出電路以及第四輸出電路，用以接收類比的第三感測訊號與第四感測訊號，並且將第三感測訊號與第四感測訊號轉換為數位感測訊號。

在本發明的一實施例中，上述的生物分子磁感測器除了第三磁感測電路以及第三輸出電路，更包括另一第三磁感測電路、另一第三輸出電路以及類比數位轉換電路。另一第三磁感測電路具有另一第三輸出端以輸出另一第三感測輸出訊號。另一第三輸出電路耦接另一第三輸出端，並且依據另一第三感測輸出訊 號以輸出另一第三感測訊號。類比數位轉換電路耦接第三輸出電路以及另一第三輸出電路，用以接收類比的第三感測訊號與另一第三感測訊號，並且將第三感測訊號與另一第三感測訊號轉換為數位感測訊號。

基於上述，在本發明的實施例的生物分子磁感測器中，由於這些第一磁力線的至少其中之一沿第一方向通過這些奈米磁珠，這些磁感測元件與吸附片在第一方向上具有第一偏移量，在第二方向上具有第二偏移量，且磁感測元件配置於這些第二磁力線的至少其中之一上，用以感測這些第二磁力線的至少其中之一在第二方向上的磁場分量，因此可降低磁力產生器所產生的磁場對磁感測元件的影響。此外，本發明的實施例的生物分子磁感測器的結構簡便，能大幅縮減元件未來設計及使用上所占用的體積，實現手持式生物元件感測器之相關產品。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、100’、100a’、100b’、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200‧‧‧生物分子磁感測器

110、110a、110b、910、1010、1010a、1010b、1610、1610a、1610b、1610c‧‧‧吸附片

120、120a、120b、920、1020、1020a、1020b、1620、1620a、1620b、1620c‧‧‧磁力線產生器

130、930、1630、1630a、1630b、1632、1634、1740、1740’、1940、1950、1940’、1950’‧‧‧磁感測元件

140‧‧‧奈米磁珠

210‧‧‧生物分子

150‧‧‧第一磁力線

160、1660、1662、1664‧‧‧第二磁力線

950‧‧‧介電材料

940‧‧‧金屬圖案導線

1710、1710’‧‧‧第一磁感測電路

1720、1720’‧‧‧第一輸出電路

1730、1730’‧‧‧第一輸出端

1750、1750’、1850‧‧‧參考阻抗

1760‧‧‧阻抗

1770‧‧‧運算放大器

1810‧‧‧第二磁感測電路

1820‧‧‧第二輸出電路

1830‧‧‧第二輸出端

1910、1910’‧‧‧第三磁感測電路

1920、1920’‧‧‧第三輸出電路

1930、1930’‧‧‧第三輸出端

1840、2040、2050‧‧‧參考磁感測元件

1960、1960’‧‧‧磁感測元件組

2010‧‧‧第四磁感測電路

2020‧‧‧第四輸出電路

2030‧‧‧第四輸出端

1860、2070、2160、2270‧‧‧類比數位轉換電路

2060‧‧‧參考磁感測元件組

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

D3‧‧‧第三方向

S1、S2‧‧‧表面

W_M、W_R、W_Ra、W_Ma、W_Rb、W_Mb、W_R1、W_R2、W_R3‧‧‧寬度

T‧‧‧頂部

B‧‧‧底部

h‧‧‧第一偏移量

W_C1、W_C2、W_C3‧‧‧間距

A1、A1’‧‧‧中心軸

L1‧‧‧第二偏移量

L2‧‧‧第三偏移量

L3‧‧‧第四偏移量

IL1、IL2‧‧‧直導線

SIG1、SIG1’‧‧‧第一感測輸出訊號

SIG2‧‧‧第二感測輸出訊號

SIG3、SIG3’‧‧‧第三感測輸出訊號

SIG4‧‧‧第四感測輸出訊號

SOUT1、SOUT1’‧‧‧第一感測訊號

SOUT2‧‧‧第二感測訊號

SOUT3、SOUT3’‧‧‧第三感測訊號

SOUT4‧‧‧第四感測訊號

DOUT‧‧‧數位感測訊號

Vdd‧‧‧系統電壓源

GND‧‧‧接地電壓

R_s ⁺‧‧‧正感測電阻

R_s ^-‧‧‧負感測電阻

R’_s ⁺‧‧‧正參考感測電阻

R’_s ^-‧‧‧負參考感測電阻

R_ref‧‧‧參考電阻

R_s‧‧‧感測電阻

R’_s‧‧‧參考感測電阻

IN‧‧‧輸入端

OUT‧‧‧輸出端

圖1繪示本發明一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。

圖2繪示附著待測生物分子的奈米磁珠吸附機制示意圖。

圖3繪示圖1的生物分子磁感測器中的第二磁力線分布示意 圖。

圖4繪示本發明一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。

圖5繪示本發明一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。

圖6繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。

圖7與圖8分別繪示本發明另二實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。

圖9繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的晶片結構示意圖。

圖10繪示本發明又另一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。

圖11、圖12繪示本發明另二實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。

圖13繪示本發明又一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。

圖14、圖15繪示本發明另二實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。

圖16A繪示本發明又一實施例的生物分子磁感測器的側視圖。

圖16B繪示圖16A的上視圖。

圖16C繪示本發明又一實施例的生物分子磁感測器的上視圖。

圖16D繪示本發明又一實施例的生物分子磁感測器的上視圖。

圖16E繪示本發明又一實施例的生物分子磁感測器的側視圖。

圖16F繪示圖16E的上視圖。

圖17A繪示本發明一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。

圖17B繪示本發明一實施例的輸出電路的內部電路示意圖。

圖18繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。

圖19繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。

圖20繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。

圖21繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。

圖22繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。

圖1繪示本發明一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。圖2繪示附著待測生物分子的奈米磁珠吸附機制示意圖。圖3繪示圖1的生物分子磁感測器中的第二磁力線分布示意圖。請參考圖1至圖3，本實施例之生物分子磁感測器100用以感測至少一待測生物分子附著於上的奈米磁珠140。本實施例的生物分子磁感測器100包括吸附片110、磁力線產生器120、磁感測元件130，用以偵測奈米磁珠140的密度、數量或濃度。吸附片110用以使這些奈米磁珠140附著於上。附著在吸附片110上的奈米磁珠數目可為一個或多個，取決於生物分子的數量、濃度或密度，本發明並不限於此，在本實施例中，圖1所繪示的以多個奈米磁珠附著在吸附片110上為例。

圖2繪示附著生物分子後的奈米磁珠吸附在吸附片的示意簡圖，生物分子210例如是核酸、核苷酸、蛋白質等，本發明並不加以限制，生物分子210被結合在奈米磁珠140上，之後奈米磁珠140吸附至吸附片110上。

舉例來說，生物分子210可以利用官能基鍵結的方式附著在奈米磁珠140上，奈米磁珠140可以與吸附片110產生矽烷化鍵結而被吸附至其上。此外，所述的生物分子210附著在奈米磁珠140的技術手段以及奈米磁珠140吸附至吸附片110的技術手段可以是所屬技術領域的任一種習知結合方式或是其他的結合手段，本發明並不加以限制。其詳細實施方式可以由所屬技術領域的通常知識獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

請參照圖1與圖3，在本實施例中，吸附片110配置在磁力線產生器120的正上方，例如，吸附片110的中心軸與磁力線產生器120的中心軸在垂直堆疊方向上重合，亦即在此實施例中，吸附片110與磁力線產生器120在水平方向的偏移量為0。吸附片110具有寬度W_R，在背對磁力線產生器120的表面S1上吸附了多個已附著生物分子的奈米磁珠140，具有寬度W_M的磁力線產生器120配置在吸附片110相對於奈米磁珠140的另一側，吸附片110的寬度W_R小於磁力線產生器120的寬度W_M。在一實施例中，吸附片110的寬度W_R可以是大於0.1微米(μm)並且小於10微米(μm)，磁力線產生器120的寬度W_M可以是大於W_R並且小於10微米。

接著，磁力線產生器120對奈米磁珠140施加磁場，利用奈米磁珠的超順磁特性，可驅動奈米磁珠140並產生額外磁場。

在此實施例中，磁力線產生器120例如自發性地產生多條第一磁力線150外加在奈米磁珠140上。這些第一磁力線150的至少其中之一可沿第一方向D1，例如垂直於吸附片110的表面S1的方向(以下亦稱為垂直方向)，通過奈米磁珠140以使奈米磁珠140感應於這些第一磁力線150的至少其中之一而產生多條第二磁力線160。

在本實施例中，磁力線產生器120自發性地產生多條第一磁力線150係指磁力線產生器120本身具有磁矩，利用鐵磁性材料的磁力線外露並形成封閉迴圈的特性，毋須外界供給電流即 可產生第一磁力線150以施加於奈米磁珠140上。舉例來說，磁力線產生器120可以是磁性薄膜層，在本實施例中，該磁性薄膜層具有垂直該磁性薄膜層的膜面方向的磁矩，可以自發性產生多條垂直方向的第一磁力線150，使得通過奈米磁珠140的第一磁力線的第一方向D1為垂直方向，在本實施例中磁矩的方向為往上或往下，本發明並不加以限定。

此外，本發明對於磁力線產生器120的材料及其結構並不加以限制。例如，磁力線產生器120的磁性薄膜層結構可以是單層結構或複合結構，並且單層結構的鐵磁材料包括鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、釓(Gd)、鋱(Tb)或鏑(Dy)，或鐵鉑(FePt)合金、鈷鐵硼(CoFeB)合金、鈷鐵(CoFe)合金、鎳鐵(NiFe)合金或鐵硼(FeB)合金，且複合結構包括鐵鉑(Fe-Pt)複合層、鐵鎳(Fe-Ni)複合層、鐵鈀(Fe-Pd)複合層、鈷鉑(Co-Pt)複合層、鈷鎳(Co-Ni)複合層或鈷鈀(Co-Pd)複合層。

請參照圖3，第二磁力線160在吸附片110附近呈現環狀分布，將第二磁力線160的兩端區分為相對的頂部T與底部B。以表面S1為參考點，第二磁力線160從表面S1背對磁力產生器120方向開始出發，到頂部T有多條第二磁力線160開始彎曲，大幅改變方向，變成沿逆方向延伸，直到底部B又開始有密集的第二磁力線160彎曲，再度大幅改變磁力線的方向，最後回到表面S1，完成一封閉的磁力線環狀分布。

再接著，磁感測元件130感測奈米磁珠140所產生的第 二磁力線160的磁場變化，並輸出對應的訊號便可以推估附著在奈米磁珠140的生物分子210的密度、數量或濃度。

請再參照圖1，磁感測元件130配置在吸附片110下方，磁力線產生器120在第一方向D1配置於吸附片110與磁感測元件130之間。具體來說，磁感測元件130靠近吸附片110的表面S2與吸附片110的表面S1在第一方向D1具有第一偏移量h，而且沿著垂直第一方向D1的第二方向D2，在此實施例中亦即水平方向，磁感測元件130與吸附片110具有第二偏移量L1，磁力線產生器120與磁感測元件130具有第三偏移量L2，例如磁感測元件130的中心軸與吸附片110的中心軸在第二方向D2具有第二偏移量L1，磁力線產生器120的中心軸與磁感測元件130的中心軸具有第三偏移量L2。根據上述，吸附片110配置在磁力線產生器120的正上方，因此在此實施例中，在第二方向D2上，亦即水平方向上，磁感測元件130與吸附片110之間的第二偏移量L1與磁感測元件130與磁力線產生器120之間的第三偏移量L2相等。中心軸定義在磁感測元件130與吸附片110、磁力線產生器120的D1方向上。

由於磁感測元件130並沒有如同習知技術一樣，與磁力線產生器或吸附片位於同一垂直線上，或是位在同一水平面上，而是與吸附片110有第一方向D1以及第二方向D2(在此實施例中，分別為垂直與水平方向)的偏移量，而第一方向D1不同於第二方向D2。

磁感測元件130例如是巨磁電阻(GMR)感測器、穿隧磁阻(TMR)感測器、各向異性磁電阻(AMR)感測器或霍爾感測器(Hall sensor)等可感測磁場之元件，本發明並不加以限定。

在本實施例中，磁感測元件130配置於這些第二磁力線160的至少其中之一，用以感測這些第二磁力線160的至少其中之一在第二方向D2上的磁場分量，例如磁感測元件130對水平方向磁場有反應。本實施例的結構會使磁感測元件130位於第二磁力線160的底部B。對於磁感測元件130在第二磁力線160的底部或是頂部，或是第二磁力線160的其他位置上，本發明並不加以限定，凡是配置於第二磁力線160有第二方向D2上的磁場分量的位置皆可。本實施例的結構配置可使磁感測元件130檢測到奈米磁珠140因被磁力線產生器120所驅動而產生的額外磁場在水平方向之磁場分量，而磁力線產生器120本身產生的第一磁力線150並不足以干預磁感測元件130的檢測結果。在一實施例中，磁感測元件130與吸附片110在第一方向D1的第一偏移量h可以是0.1微米至2微米，在第二方向D2上的第二偏移量L1可以是0.1微米至10微米，使得磁感測元件130檢測到第二磁力線在第二方向D2上的磁場分量。

本實施例的吸附片的形狀可以是圓形、矩形或其他任意形狀，本發明並不加以限制。圖1至圖3所示的奈米磁珠140、吸附片110、磁力線產生器120、磁感測元件130、第一及第二磁力線150、160的形狀或數量為示意，不應以此限制本發明的實施方 式。

在本實施例中的生物分子磁感測器100，由於磁力線產生器120產生的這些第一磁力線150的至少其中之一沿第一方向D1通過這些奈米磁珠140，並且這些磁感測元件130與吸附片110在第一方向D1上具有一第一偏移量h，在第二方向D2上具有一第二偏移量L1，磁感測元件130配置於這些第二磁力線160的至少其中之一上，用以感測這些第二磁力線160的至少其中之一在第二方向D2上的磁場分量，而且第一方向D1不同於第二方向D2，因此可降低磁力產生器120所產生的磁場對磁感測元件130的影響，使得生物分子磁感測器100的結構可以簡化，在製程上有很大的方便性，在未來元件設計上以及使用上具有小體積的優勢。

圖4繪示本發明一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。生物分子磁感測器100a的基本結構與圖1的實施例類似，但是差異在於：在此實施例中，吸附片110a的寬度W_Ra等於磁力線產生器120a的寬度W_Ma。在一實施例中，吸附片110a的寬度W_Ra可以是0.1微米至10微米。此實施例的結構與檢測原理、實施方式可以由圖1至圖3實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖5繪示本發明一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。生物分子磁感測器100b的基本結構與圖1的實施例類似，但是差異在於：在此實施例中，吸附片110b的寬度W_Rb大於磁力線產生器120b的寬度W_Mb。在一實施例中，吸附片110b的寬度 W_Rb可以是0.1微米至10微米，磁力線產生器120b的寬度W_Mb可以是大於0.1微米並且小於W_Rb。此實施例的結構與檢測原理可以由圖1至圖3實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖6繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。生物分子磁感測器100’的基本結構與圖1的實施例類似，但是差異在於：在此實施例中，吸附片110與磁力線產生器120在水平方向上具有第四偏移量L3，例如吸附片110的中心軸與磁力線產生器120的中心軸在水平方向上具有第四偏移量L3。第三偏移量L2實質上等於第二偏移量L1加第四偏移量L3，即第三偏移量L2大於該第二偏移量L1。

在此實施例中，在第二方向D2上，亦即水平方向上，磁力線產生器120與磁感測元件130之間的第三偏移量L2大於吸附片110與磁感測元件130之間的第二偏移量L1，因此磁感測元件130偵測到的是第二磁力線160在水平方向的磁場分量變化，進而能夠降低第一磁力線150對磁感測元件130的影響。

在一實施例中，磁感測元件130與吸附片110在第二方向D2的第二偏移量L1可以是0微米至W_R，磁感測元件130與磁力線產生器120在第二方向D2的第三偏移量L2可以是大於0微米並且小於0.5W_M+1.5W_R，吸附片110與磁力線產生器120的第四偏移量L3可以是大於0微米並且小於0.5W_M+0.5W_R。此實施例的結構與檢測原理可以由圖1至圖3範例實施例之敘述中獲致 足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖7與圖8分別繪示本發明另二實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。生物分子磁感測器100a’與生物分子磁感測器100b’的基本結構與圖6的實施例類似，但是差異在於：吸附片110a的寬度W_Ra等於磁力線產生器120a的寬度W_Ma以及吸附片110b的寬度W_Rb大於磁力線產生器120b的寬度W_Mb。此二實施例的結構與檢測原理可以由上述的實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖9繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的晶片結構示意圖。請參照圖9，生物分子磁感測器900本身可以是一個晶片。在此實施例中，磁感測元件930可以是磁穿隧接面(MTJ)磁感測元件，耦接金屬圖案導線940，磁力線產生器920可以是如上所述磁矩方向垂直膜面的磁性薄膜層，吸附片910可以是介電材料，而吸附片910、磁力線產生器920、金屬圖案導線940與磁感測器930彼此之間可以填充絕緣材料950，例如氮化矽(Si₃N₄)、氧化矽(SiO₂)。本發明的實施例的生物分子磁感測器可適於晶片結構，縮小占用體積，能夠實現手持式生物元件感測器之相關產品。

在本發明的實施例中，磁力線產生器也可以是導線，藉由接收電流而產生多條第一磁力線。圖10繪示本發明又另一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。生物分子磁感測器1000的基本結構與圖1的實施例類似，但是差異在於：在此實施例中， 生物分子磁感測器1000的磁力線產生器1020包括彼此平行排列具有間距W_C1的兩條直導線IL1、IL2，例如，兩條直導線IL1與IL2沿著垂直於第一方向D1與第二方向D2的方向延伸，並且兩條直導線IL1、IL2分別接收相反方向電流I1、I2，例如電流I1、I2沿著直導線IL1與IL2的延伸方向傳遞，但方向相反，以產生垂直導線IL1、IL2的平行排列平面的多條第一磁力線。

吸附片1010的寬度W_R1小於兩條直導線IL1、IL2的間距W_C1。在一實施例中，吸附片1010的寬度W_R1可以是0.1微米至10微米，磁力線產生器1020的間距W_C1可以是0.1微米至20微米。此實施例的結構與檢測原理可以由圖1至圖3範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖11、12繪示本發明另二實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。生物分子磁感測器1100與生物分子磁感測器1200的基本結構與圖10的實施例類似，但是差異在於：在此二實施例中，吸附片1010a、1010b的寬度W_R2、W_R3分別等於、大於磁力線產生器1020a、1020b的間距W_C2、W_C3。在一實施例中，吸附片1010a、1010b的寬度W_R2、W_R3可以分別是W_R2大於0.1微米並且小於10微米，W_R3大於0.1微米並且小於10微米，磁力線產生器1020a、1020b的間距W_C2、W_C3可以分別是W_C2大於0.1微米並且小於10微米，W_C3大於0.1微米並且小於10微米。此實施例的結構與檢測原理可以由上述的範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖13繪示本發明又一實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。生物分子磁感測器1300的基本結構與圖10的實施例類似，但是差異在於：在此實施例中，吸附片1010與磁力線產生器1020在水平方向上具有第四偏移量L3，例如吸附片1010的中心軸與磁力線產生器1020的中心軸在水平方向上具有第四偏移量L3。在一實施例中，磁感測元件130與吸附片1010在第二方向D2的第二偏移量L1可以是大於0微米並且小於W_R1，磁感測元件130與磁力線產生器1020在第二方向D2的第三偏移量L2可以是大於0微米並且小於0.5W_C1+1.5W_R1，吸附片1010與磁力線產生器1020的第四偏移量L3可以是大於0微米並且小於0.5W_C1+0.5W_R1。此實施例的結構與檢測原理可以由圖1至圖3範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖14、圖15繪示本發明另二實施例的生物分子磁感測器的概要示意圖。生物分子磁感測器1400、1500的基本結構與圖13的實施例類似，但是差異在於：在此二實施例中，分別是吸附片1010a的寬度W_R2等於磁力線產生器1020a的間距W_C2，吸附片1010b的寬度W_R3大於磁力線產生器1020b的間距W_C3。此實施例的結構與檢測原理可以由上述的範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

雖然上述的實施例中，繪示一個磁感測元件，但本發明對於磁感測元件的數目並不予以限制。圖16A繪示本發明又一實 施例的生物分子磁感測器的側視圖。圖16B繪示圖16A的上視圖。在此實施例中，生物分子磁感測器1600包括至少2個磁感測元件1632、1634，磁感測元件1630可位於第二磁力線1660的底部B，在此實施例中，吸附片1610的形狀是圓形，配置於磁力線產生器1620的上方，磁感測元件1630的配置位置可以依據吸附片1610成對稱分布。磁力線產生器1620例如為具有垂直膜面方向的磁矩的磁性薄膜層。在此實施例中，磁感測元件1630，包括磁感測元件1632、1634，的感測方向一致，因位置配置以吸附片1610為對稱中心軸，實質上等同為在垂直第一方向D1(此實施例中第一方向D1為垂直方向)的平面D2-D3(水平面)上環繞吸附片1610的中心軸A1，因此磁感測元件1632、1634所感測到的第二磁力線1662、1664在第二方向D2上的磁場分量方向相反，例如磁感測元件1632感測到的磁場方向與感測方向同向，磁感測元件1634感測到的磁場方向與感測方向反向，因此造成磁感測元件1632與磁感測元件1634感測到的不同的感測電阻變化，各對應不同的感測阻抗。

圖16C繪示本發明又一實施例的生物分子磁感測器的上視圖。請參照圖16C，生物分子磁感測器1600a相較於生物分子磁感測器1600，差異在於包括兩個以上磁感測元件1630a，磁感測元件1630a可以環繞吸附片1610的中心軸A1，各磁感測元件1630a在不同位置可以接收到不同的磁場分量，並且依據各磁感測元件1630a自己的感測方向而可以感應出相對應的感測電阻。關於磁感測元件的感測電阻的量測原理與實施方式，可以由所屬技 術領域的通常知識獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖16D繪示本發明又一實施例的生物分子磁感測器的上視圖。生物分子磁感測器1600b的吸附片1610b可以是矩形，配置於磁力線產生器1620b的上方，磁感測元件1630b的位置可以依據吸附片1610b成對稱分布，環繞吸附片1610b的中心軸A1’。

圖16E繪示本發明又一實施例的生物分子磁感測器的側視圖。圖16F繪示圖16E的上視圖。在此實施例中，磁力線產生器1620c例如為兩條通有相反方向電流的平行金屬直導線，與上述實施例的磁力線產生器1020、1020a以及1020b結構以及配置關係相同或類似，吸附片1610c的形狀是長方形，磁感測元件1630c的配置位置可以依據吸附片1610c成對稱分布。此實施例的結構與檢測原理可以由上述的範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖17A繪示本發明一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。生物分子磁感測器1700更包括第一磁感測電路1710與第一輸出電路1720。第一磁感測電路1710包括磁感測元件1740，具有感測阻抗，例如感測電阻R_s，與參考阻抗1750，例如參考電阻R_ref，並且磁感測元件1740與參考阻抗1750耦接至第一輸出端1730，並輸出第一感測輸出訊號SIG1。在本實施例中的磁感測元件1740可以是上述示範實施例中的任一磁感測元件，請參照圖3至圖15，本發明並不加以限制。磁感測元件1740依據感測到的水 平方向的的磁場分量以及自身的感測方向會產生對應的感測電阻R_s。例如參考阻抗1750的參考電阻R_ref為一電阻值固定的阻抗元件。在本實施例中，感測電阻R_s一端耦接第一參考電壓，例如系統電壓源Vdd，另一端耦接參考電阻R_ref，並且參考電阻R_ref的另一端耦接第二參考電壓，例如接地電壓GND。

在本實施例中，第一輸出端1730耦接感測電阻R_s與參考電阻R_ref，並輸出第一感測輸出訊號SIG1，其中第一感測輸出訊號SIG1對應於參考電阻R_ref與感測電阻R_s的比例。第一輸出電路1720耦接第一輸出端1730以接收第一感測輸出訊號SIG1，並且依據第一感測輸出訊號SIG1以輸出第一感測訊號SOUT1。由第一感測訊號SOUT1可推估待測生物分子的密度、數量或濃度。

圖17B繪示第一輸出電路1720的內部電路示意圖。第一輸出電路包括一運算放大器1770、一阻抗1760，具有電阻R_m，以及一輸入端IN與一輸出端OUT。輸入端IN接收第一感測輸出訊號SIG1並耦接運算放大器1770的反相輸入端，輸出端OUT耦接運算放大器1770的輸出端以輸出第一感測訊號SOUT1。阻抗1760的一端耦接輸入端IN，另一端耦接輸出端OUT。運算放大器1770的正相輸入端耦接二分之一第一參考電壓，例如Vdd/2，反相輸入端因為耦接輸入端IN，因此接收第一感測輸出訊號SIG1，對Vdd/2與第一感測輸出訊號SIG1進行差動放大輸出。當感測電阻R_s隨外加磁場變化、奈米磁珠數目、或奈米磁珠上的待測生物分子的變化，造成第一感測輸出訊號SIG1因而浮動，而輸出電路 1720會依據輸入的第一感測輸出訊號SIG1與二分之一第一參考電壓Vdd/2進行運算，以輸出第一感測訊號SOUT1。

圖17B的內部電路示意圖用以作為例示說明本發明輸出電路的實施方式，並非用以限制本發明。

圖18繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。生物分子磁感測器1800比起生物分子磁感測器1700，更包括第二磁感測電路1810，第二輸出電路1820以及類比數位轉換(analog-to-digital)電路1860。

第二磁感測電路1810包括參考磁感測元件1840，具有參考感測阻抗，例如參考感測電阻R’_s，以及另一參考阻抗1850，例如參考電阻R_ref。參考磁感測元件1840與參考阻抗1850耦接至第二輸出端1830，並輸出第二感測輸出訊號SIG2。參考磁感測元件1840旁配置有另一磁力線產生器，並且此磁力線產生器上方無奈米磁珠。

參考磁感測元件1840與另一磁力線產生器的結構細節、配置關係以及實施方式與上述圖3至圖8的範例實施例之磁感測元件與磁力線產生器的結構細節、配置關係以及實施方式相同或相似，其可從上述圖3至圖8的範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

也就是說生物分子磁感測器1800包括至少兩個磁感測元件1740、1840以及至少兩組磁力線產生器，其中一個作為參考磁感測元件，其中參考磁感測元件1840所對應的磁力線產生器上並 無奈米磁珠。

參考磁感測元件1840與上述磁感測元件的結構、實施方式類似，可例如為先前所述的示範實施例中的任一磁感測元件130、1630、1630a或1630b，或是第一磁感測電路1710的磁感測元件1740，但差異在於上述的磁感測元件感測的是附著在吸附片上的奈米磁珠所發出的第二磁力線在第二方向的磁場分量，而參考磁感測元件1840所對應的磁力線產生器上方無奈米磁珠，因此無額外的磁場產生，參考磁感測元件1840感測到的是其所對應的磁力線產生器所發出的多條磁力線的至少其中之一在第二方向的磁場分量，並產生對應的參考感測電阻R’_s。

相似的，在本實施例中，參考感測電阻R’_s耦接第一參考電壓，例如系統電壓源Vdd，另一端耦接參考電阻R_ref，參考電阻R_ref的另一端則耦接第二參考電壓，例如接地電壓GND。第二輸出端1830耦接參考感測電阻R’_s與參考電阻R_ref，並輸出第二感測輸出訊號SIG2，其中第二感測輸出訊號SIG2對應於參考感測電阻R’_s與參考電阻R_ref的比例。

第二輸出電路1820耦接第二輸出端1830以接收第二感測輸出訊號SIG2，並且依據第二感測輸出訊號SIG2產生第二感測訊號SOUT2。第二輸出電路的電路內部結構細節、配置關係以及實施方式可由圖17B範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述，對於第二輸出電路1820而言，輸入端IN接收的是第二感測輸出訊號SIG2，輸出端OUT輸出的是 第二感測訊號SOUT2。

類比數位轉換電路1860耦接第一輸出電路1720以及第二輸出電路1820，用以接收類比的第一感測訊號SOUT1與第二感測訊號SOUT2，並且將第一感測訊號SOUT1與第二感測訊號SOUT2轉換為一數位感測訊號DOUT。由數位感測訊號DOUT可推估待測生物分子的密度、數量或濃度。

圖19繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。生物分子磁感測器1900更包括第三磁感測電路1910與第三輸出電路1920，其中第三輸出電路1920耦接第三磁感測電路1910。

第三磁感測電路1910包括至少一磁感測元件組1960，其中各磁感測元件組1960包括二個磁感測元件1940、1950。此二個磁感測元件1940、1950例如都是感測同一個吸附片上的奈米磁珠所產生的第二磁力線，舉例來說，請參照圖16A到16F，對應於同一個有吸附奈米磁珠的吸附片的多個磁感測元件1630、1630a、1630b、1630c。該些磁感測元件1940、1950配置在不同位置上，例如依據同一個吸附片成對稱分布，因此根據各磁感測元件1940、1950的感測方向與檢測到的磁場分量而分別產生對應的感測電阻，例如正感測電阻R_s ⁺與負感測電阻R_s ^-。

請參照圖16A、16B、16E、16F，例如，正感測電阻R_s ⁺表示該磁感測元件1940所接收的第二磁力線在第二方向上的磁場分量與感測方向同向，負感測電阻R_s ^-則是表示對應的磁感測元件 1950所接收的第二磁力線在第二方向上的磁場分量與感測方向反向。

相似的，正感測電阻R_s ⁺的一端耦接第一參考電壓，例如系統電壓源Vdd，另一端耦接負感測電阻R_s ^-，負感測電阻R_s ^-的另一端則耦接第二參考電壓，例如接地電壓GND。第三輸出端1930耦接正感測電阻R_s ⁺與負感測電阻R_s ^-，並輸出第三感測輸出訊號SIG3，其中第三感測輸出訊號SIG3對應於正感測電阻R_s ⁺與負感測電阻R_s ^-的比例。

第三輸出電路1920耦接第三輸出端1930以接收第三感測輸出訊號SIG3，並且依據第三感測輸出訊號SIG3產生第三感測訊號SOUT3。第三輸出電路的電路內部結構細節、配置關係以及實施方式可由圖17B範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述，對於第三輸出電路1920而言，輸入端IN接收的是第三感測輸出訊號SIG3，輸出端OUT輸出的是第三感測訊號SOUT3。

圖20繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。生物分子磁感測器2000相較於生物分子磁感測器1900，更包括第四磁感測電路2010與第四輸出電路2020，以及類比數位轉換電路2070。

第四磁感測電路2010包括至少一參考磁感測元件組2060，其中參考磁感測元件組2060包括二個參考磁感測元件2040、2050。如上所述，參考磁感測元件組2060旁配置有另一磁 力線產生器，此磁力線產生器上無奈米磁珠。

參考磁感測元件2060與此另一磁力線產生器的結構細節、配置關係以及實施方式與上述圖16A至圖16D的範例實施例的磁感測元件與磁力線產生器相同或相似，以及可由上述圖19的範例實施例的磁感測元件組1960之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

此二個磁感測元件2040、2050例如都是對應同一個上面沒有奈米磁珠的磁力線產生器，因此都是感測上面沒有奈米磁珠的磁力線產生器所產生的第一磁力線的至少其中之一。也就是說生物分子磁感測器2000包括至少4個磁感測元件1940、1950、2040、2050，其中兩個是參考磁感測元件，以及至少兩組磁力線產生器，其中參考磁感測元件2040、2050所對應的磁力線產生器上方並無奈米磁珠。

請參照圖16A、16B，例如，正參考感測電阻R’_s ⁺表示該磁感測元件2040所接收的第一磁力線在第二方向上的磁場分量與感測方向同向，負參考感測電阻R’_s ^-則是表示對應的磁感測元件2050所接收的第一磁力線在第二方向上的磁場分量與感測方向反向。

同樣的，正參考感測電阻R’_s ⁺的一端耦接第一參考電壓，例如系統電壓源Vdd，另一端耦接負參考感測電阻R’_s ^-，負參考感測電阻R’_s ^-的另一端則耦接第二參考電壓，例如接地電壓GND。第四輸出端2030耦接正參考感測電阻R’_s ⁺與負參考感測電阻 R’_s ^-，並輸出第四感測輸出訊號SIG4，其中第四感測輸出訊號SIG4對應於正參考感測電阻R’_s ⁺與負參考感測電阻R’_s ^-的比例。

第四輸出電路2020耦接第四輸出端2030以接收第四感測輸出訊號SIG4，並且依據第四感測輸出訊號SIG4產生第四感測訊號SOUT4。第四輸出電路的電路內部結構細節、配置關係以及實施方式可由圖17B範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述，對於第四輸出電路2020而言，輸入端IN接收的是第四感測輸出訊號SIG4，輸出端OUT輸出的是第四感測訊號SOUT4。

類比數位轉換電路2070耦接第三輸出電路1920以及第四輸出電路2020，用以接收類比的第三感測訊號SOUT3與第四感測訊號SOUT4，並且將類比的第三感測訊號SOUT3與第四感測訊號SOUT4轉換為數位感測訊號DOUT。由數位感測訊號DOUT可推估待測生物分子的密度、數量或濃度。

圖21繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。生物分子磁感測器2100比起生物分子磁感測器1700，更包括另一第一磁感測電路1710’，另一第一輸出電路1720’以及類比數位轉換電路2160。

另一第一輸出電路1720’可輸出另一第一感測訊號SOUT1’，另一第一磁感測電路1710’與另一第一輸出電路1720’的結構細節、配置關係以及實施方式可由上述圖17A與圖17B的範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明， 因此不再贅述。

也就是說生物分子磁感測器2100包括至少兩個磁感測元件1740、1740’，兩個參考阻抗1750、1750’以及至少兩組磁力線產生器，兩組磁力線產生器上面皆附著奈米磁珠，用以產生第二磁力線。在本實施例中，第一磁感測電路1710所對應的磁力線產生器與第一磁感測電路1710’所對應的磁力線產生器可以是導線，其所通的電流方向例如是相反的，因此可以產生相反方向的磁力線。

類比數位轉換電路2160耦接第一輸出電路1720以及另一組第一輸出電路1720’，用以接收類比的第一感測訊號SOUT1與另一第一感測訊號SOUT1’，並且將類比的第一感測訊號SOUT1與另一第一感測訊號SOUT1’轉換為數位感測訊號DOUT。由數位感測訊號DOUT可推估待測生物分子的密度、數量或濃度。

此外，在本實施例中，關於上述生物分子磁感測器2100的相關實施方式、電路架構以及配置關係在前述圖17A至圖20的範例實施例以及實施方式之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

圖22繪示本發明另一實施例的生物分子磁感測器的電路示意圖。生物分子磁感測器2200比起生物分子磁感測器1900，更包括另一第三磁感測電路1910’，另一第三輸出電路1920’以及類比數位轉換電路2270。在本實施例中，第三磁感測電路1910 所對應的磁力線產生器與另一第三磁感測電路1910’所對應的磁力線產生器可以是導線，其所通的電流方向例如是相反的，因此可以產生相反方向的磁力線。

另一第三輸出電路1920’可輸出另一第三感測訊號SOUT3’，另一第三磁感測電路1910’與另一第三輸出電路1920’的結構細節、配置關係以及實施方式可由上述圖19的範例實施例之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

也就是說生物分子磁感測器2200包括至少四個磁感測元件1940、1950、1940’、1950’以及至少兩組磁力線產生器，兩組磁力線產生器上面皆存在奈米磁珠，用以產生第二磁力線。

類比數位轉換電路2270耦接第三輸出電路1920以及另一第三輸出電路1920’，用以接收類比的第三感測訊號SOUT3與另一第三感測訊號SOUT3’，並且將類比的第三感測訊號SOUT3與另一第三感測訊號SOUT3’轉換為數位感測訊號DOUT。由數位感測訊號DOUT可推估待測生物分子的密度、數量或濃度。

此外，在本實施例中，關於上述生物分子磁感測器2200的相關實施方式、電路架構以及配置關係在前述圖19至圖20的範例實施例以及實施方式之敘述中獲致足夠的教示、建議與實施說明，因此不再贅述。

磁感測元件、參考阻抗的數量和型式僅用以說明本發明 的實施例，本發明並不以此限。

綜上所述，本發明的實施例的生物分子磁感測器藉由磁力線產生器產生的這些第一磁力線的至少其中之一沿第一方向通過這些奈米磁珠，並且這些磁感測元件與吸附片在第二方向上具有一第二偏移量，磁感測元件配置於這些第二磁力線的至少其中之一上，用以感測這些第二磁力線的至少其中之一在第二方向上的磁場分量，而且第一方向不同於第二方向，因此可降低磁力產生器所產生的磁場對磁感測元件的影響，此外結構簡便，能大幅縮減元件未來設計及使用上所占用的體積，實現手持式生物元件感測器之相關產品。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (21)

1. 一種生物分子磁感測器，用以感測至少一待測生物分子附著於上的奈米磁珠，該生物分子磁感測器包括：一吸附片，用以使該奈米磁珠附著於上；一磁力線產生器，用以產生多條第一磁力線，該些第一磁力線的至少其中之一沿一第一方向通過該奈米磁珠，使得該奈米磁珠感應於該些第一磁力線的至少其中之一而產生多條第二磁力線，其中該磁力線產生器在該第一方向上位於該吸附片與至少一磁感測元件之間，且該磁感測元件與該吸附片在不同方向上具有一第一偏移量與一第二偏移量；以及該至少一磁感測元件，配置於該些第二磁力線的至少其中之一上，用以感測該些第二磁力線的至少其中之一在一第二方向上的磁場分量，其中該至少一磁感測元件是配置於該些第二磁力線的至少其中之一在該第二方向上的磁場分量不為零的位置，其中該第一方向不同於該第二方向，以及該至少一磁感測元件與該吸附片在該第二方向上具有該第二偏移量。
2. 如申請專利範圍第1項所述的生物分子磁感測器，其中該至少一磁感測元件與該磁力線產生器在該第二方向上具有一第三偏移量，其中該第三偏移量等於或大於該第二偏移量。
3. 如申請專利範圍第1項所述的生物分子磁感測器，其中該至少一磁感測元件與該吸附片在該第一方向上具有該第一偏移量。
4. 如申請專利範圍第1項所述的生物分子磁感測器，其中該磁力線產生器為一磁性薄膜層，用以自發性產生該些第一磁力線。
5. 如申請專利範圍第4項所述的生物分子磁感測器，其中該磁性薄膜層的磁矩方向垂直該磁性薄膜層的膜面。
6. 如申請專利範圍第5項所述的生物分子磁感測器，其中該磁性薄膜層結構是單層結構或複合結構，並且該單層結構的鐵磁材料包括鐵、鈷、鎳、釓、鋱、鏑、鐵鉑合金、鈷鐵硼合金、鈷鐵合金、鎳鐵合金或鐵硼合金，且該複合結構包括鐵鉑複合層、鐵鎳複合層、鐵鈀複合層、鈷鉑複合層、鈷鎳複合層或鈷鈀複合層。
7. 如申請專利範圍第1項所述的生物分子磁感測器，其中該磁力線產生器包括至少一導線。
8. 如申請專利範圍第7項所述的生物分子磁感測器，其中該至少一導線包括彼此平行排列的二條直導線，並且該些直導線所接收的電流方向相反。
9. 如申請專利範圍第1項所述的生物分子磁感測器，其中該吸附片配置於該奈米磁珠與該磁力線產生器之間。
10. 如申請專利範圍第1項所述的生物分子磁感測器，其中該第一方向是垂直於該吸附片吸附該奈米磁珠的表面，以及該第二方向垂直該第一方向。
11. 如申請專利範圍第10項所述的生物分子磁感測器，其中該些第一磁力線的至少其中之一沿該第一方向通過該吸附片。
12. 如申請專利範圍第1項所述的生物分子磁感測器，其中該吸附片的形狀為矩形或圓形。
13. 如申請專利範圍第1項所述的生物分子磁感測器，其中該些第二磁力線的至少其中之一在該吸附片附近呈現環狀分布，將該些第二磁力線的至少其中之一的兩端區分為相對的頂部與底部，其中該至少一磁感測元件位於該些第二磁力線的至少其中之一的底部。
14. 申請專利範圍第13項所述的生物分子磁感測器，其中該至少一磁感測元件依據該吸附片成對稱分布。
15. 如申請專利範圍第14項所述的生物分子磁感測器，其中該至少一磁感測元件環繞該吸附片的中心軸。
16. 如申請專利範圍第1項所述的生物分子磁感測器更包括：一第一磁感測電路，包括該磁感測元件以及一參考阻抗，該磁感測元件與該參考阻抗耦接至一第一輸出端以輸出一第一感測輸出訊號，該第一感測輸出訊號是對應於該參考阻抗與該磁感測元件所對應的阻抗的比例；以及一第一輸出電路，耦接該第一輸出端，並且依據該第一感測輸出訊號以輸出一第一感測訊號。
17. 如申請專利範圍第16項所述的生物分子磁感測器更包括：一第二磁感測電路，包括一參考磁感測元件以及另一參考阻抗，該參考磁感測元件旁配置有另一磁力線產生器，該另一磁力線產生器上無奈米磁珠，該參考磁感測元件與該另一參考阻抗耦接至一第二輸出端以輸出一第二感測輸出訊號，該第二感測輸出訊號是對應於該另一參考阻抗與該參考磁感測元件感測該另一磁力線產生器所發出的多條磁力線的至少其中之一後所對應的阻抗的比例；一第二輸出電路，耦接該第二輸出端，並且依據該第二感測輸出訊號以輸出一第二感測訊號；以及一類比數位轉換電路，耦接該第一輸出電路以及該第二輸出電路，用以接收類比的該第一感測訊號與該第二感測訊號，並且將該第一感測訊號與該第二感測訊號轉換為一數位感測訊號。
18. 如申請專利範圍第16項所述的生物分子磁感測器更包括：另一第一磁感測電路，具有另一第一輸出端以輸出另一第一感測輸出訊號；另一第一輸出電路，耦接該另一第一輸出端，並且依據該另一第一感測輸出訊號以輸出另一第一感測訊號；以及一類比數位轉換電路，耦接該第一輸出電路以及該另一第一輸出電路，用以接收類比的該第一感測訊號與該另一第一感測訊 號，並且將該第一感測訊號與該另一第一感測訊號轉換為一數位感測訊號。
19. 如申請專利範圍第1項所述的生物分子磁感測器更包括：一第三磁感測電路，包括至少一磁感測元件組，各該磁感測元件組包括二個該磁感測元件，並且各該磁感測元件所感測的該些第二磁力線的至少其中之一在該第二方向上的磁場分量的方向相反，其中該至少一磁感測元件組耦接至一第三輸出端以輸出一第三感測輸出訊號，以及該第三感測輸出訊號是對應於該些磁感測元件所分別對應的阻抗的比例；以及一第三輸出電路，耦接該第三輸出端，並且依據該第三感測輸出訊號以輸出一第三感測訊號。
20. 如申請專利範圍第19項所述的生物分子磁感測器更包括：一第四磁感測電路，包括至少一參考磁感測元件組，各該參考磁感測元件組包括二個參考磁感測元件，該些參考磁感測元件旁配置有另一磁力線產生器，該另一磁力線產生器上無奈米磁珠，並且各該參考磁感測元件所感測的該另一磁力線產生器所發出的多條磁力線的至少其中之一在該第二方向上的磁場分量的方向相反，其中該至少一參考磁感測元件組耦接至一第四輸出端以輸出一第四感測輸出訊號，以及該第四感測輸出訊號是對應於該些參考磁感測元件感測該另一磁力線產生器所發出的該些磁力線 的至少其中之一後所對應的阻抗的比例；一第四輸出電路，耦接該第四輸出端，並且依據該第四感測輸出訊號以輸出一第四感測訊號；以及一類比數位轉換電路，耦接該第三輸出電路以及該第四輸出電路，用以接收類比的該第三感測訊號與該第四感測訊號，並且將該第三感測訊號與該第四感測訊號轉換為一數位感測訊號。
21. 如申請專利範圍第19項所述的生物分子磁感測器更包括：另一第三磁感測電路，具有另一第三輸出端以輸出另一第三感測輸出訊號；另一第三輸出電路，耦接該另一第三輸出端，並且依據該另一第三感測輸出訊號以輸出另一第三感測訊號；以及一類比數位轉換電路，耦接該第三輸出電路以及該另一第三輸出電路，用以接收類比的該第三感測訊號與該另一第三感測訊號，並且將該第三感測訊號與該另一第三感測訊號轉換為一數位感測訊號。