無(wú)外場(chǎng)磁性生物傳感器的制造方法
【專利摘要】一種磁性生物傳感器（100），其包括磁性結(jié)構(gòu)，例如GMR自旋閥傳感器（10、20、30、40），其具有凹槽表面以在生物學(xué)上將磁性標(biāo)簽（50）鍵合到凹槽內(nèi)的生物物質(zhì)（80）。凹槽（90）在磁性結(jié)構(gòu)內(nèi)，以便來(lái)自磁性結(jié)構(gòu)的雜散場(chǎng)（110）磁化所述凹槽（90）內(nèi)的磁性標(biāo)簽（50）。磁性標(biāo)簽（50）可以是磁性納米顆?；虼判晕⒅椤Ｔ摷夹g(shù)可以減少或消除任何外部磁場(chǎng)發(fā)生器的使用，例如電磁體或電流線。
【專利說(shuō)明】無(wú)外場(chǎng)磁性生物傳感器
[0001]本申請(qǐng)要求2011年9月14日提交的第61/534，636號(hào)申請(qǐng)的利益，其全部?jī)?nèi)容合并于此以供參考。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及磁性生物傳感器。
【背景技術(shù)】
[0003]用關(guān)注點(diǎn)(point-of-care)設(shè)定在超低量下檢測(cè)和量化生物分子的生物鑒定和生物傳感器在許多領(lǐng)域非常需要，包括基本的醫(yī)學(xué)科學(xué)、疾病控制和診斷、藥物發(fā)現(xiàn)和環(huán)境監(jiān)測(cè)。生物鑒定能夠被用于基于生物組分之間的具體相互作用的原理而進(jìn)行疾病或病原體檢測(cè)?？贵w-抗原相互作用是能夠使用的生物分子之間的具體相互作用的一個(gè)實(shí)例。生物相互作用的其它實(shí)例包括例如DNA-DNA或RNA-RNA相互作用的低聚核苷酸之間的相互作用、小分子-生物分子相互作用、適體-生物分子相互作用、蛋白質(zhì)相互作用等。
[0004]磁性生物傳感器包括巨型磁阻(GMR)傳感器、磁性隧道結(jié)(MTJ)傳感器、霍爾生物傳感器或巨型磁阻抗(GMI)生物傳感器。結(jié)合磁性生物傳感器和磁性納米顆粒(MNP)的磁性生物傳感是已經(jīng)集中研究的領(lǐng)域。在現(xiàn)有磁性生物傳感方案中，當(dāng)存在靶向生物分子時(shí)，其鍵合(bond)到獨(dú)立磁場(chǎng)傳感器或傳感器陣列的生物學(xué)功能化表面。功能化MNP鍵合到這些靶向生物分子。來(lái)自具體鍵合的磁化MNP的偶極子場(chǎng)將改變磁性生物傳感器的傳感層上的整個(gè)有效磁場(chǎng)。這引起磁性生物傳感器的磁化配置的變化，因此從生物傳感器生成電信號(hào)，其能夠與MNP的數(shù)目定量地關(guān)聯(lián)。
[0005]通常，如圖7和8中所示，需要強(qiáng)大的外部施加的磁場(chǎng)，并且該磁場(chǎng)作為使MNP磁化的唯一源。因此，在傳統(tǒng)的磁性生物傳感方案中，對(duì)外部磁場(chǎng)發(fā)生器的必需性降低了用于磁性生物傳感器的許諾的可攜帶性特征，并且增加了整個(gè)系統(tǒng)的功率消耗。
[0006]為使MNP磁化，也已經(jīng)提出通過(guò)生物傳感器上的嵌入電流線生成磁場(chǎng)。這能夠消除外部電磁體的使用。然而，仍舊存在對(duì)于大功率消耗的需要。通常在傳感芯片上需要存在大電流，諸如幾十毫安，以便為使MNP磁化產(chǎn)生足夠大的磁場(chǎng)。這種大電流引起加熱效應(yīng)，也可能導(dǎo)致保護(hù)層和生物試樣之間的介電中止。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]大體上，描述了磁性生物傳感技術(shù)，其利用來(lái)自磁性生物傳感器的雜散場(chǎng)來(lái)磁化生物分子并給生物分子鍵合磁性標(biāo)簽，磁性標(biāo)簽諸如磁性納米顆粒(MNP)或包括磁性微珠的略大的磁性顆粒。該技術(shù)可以減少或消除任何外部磁場(chǎng)發(fā)生器的使用，例如電磁體或電流線。該技術(shù)可以利用磁性生物傳感器中的具體的圖案化結(jié)構(gòu)，例如凹槽。該具體圖案化結(jié)構(gòu)可以使用離子銑削及其他光刻過(guò)程。
[0008]更具體地，描述了磁性納米顆粒檢測(cè)方案，其避免對(duì)任何外部生成的磁場(chǎng)的需要。傳統(tǒng)的磁性生物傳感方案采用外部施加磁場(chǎng)發(fā)生器來(lái)使超順磁MNP磁化。這導(dǎo)致額外的功率消耗，這可以是采用磁性生物傳感器的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)用的關(guān)鍵因素。本文中所述的檢測(cè)方案引入了生物傳感器中的圖案化凹槽結(jié)構(gòu)，其利用來(lái)自磁性器件的雜散場(chǎng)使MNP磁化。
[0009]下面基于自旋閥巨磁阻(GMR)傳感器件描述實(shí)例。對(duì)于這個(gè)結(jié)構(gòu)，來(lái)自自由層和釘扎層(pinned layer)的雜散場(chǎng)被用于磁化位于凹槽內(nèi)側(cè)的MNP。已經(jīng)進(jìn)行微磁模擬來(lái)計(jì)算這個(gè)檢測(cè)方案的信號(hào)水平。這個(gè)模擬從一個(gè)半徑為8nm氧化鐵磁性納米顆粒產(chǎn)生8.9xl0_5磁阻比(MR)變化的最大信號(hào)。如果使用現(xiàn)有技術(shù)電子電路用于信號(hào)處理，那么這個(gè)信號(hào)水平對(duì)于用于大約10個(gè)這種納米顆粒的檢測(cè)足夠高。這個(gè)新的探測(cè)方案不限于GMR器件，并且適用于其他自旋電子和磁性傳感器件，諸如磁性隧道結(jié)(MTJ)器件、具有夾層結(jié)構(gòu)的霍耳傳感器和巨型磁阻抗(GMI)器件。
[0010]例如，該生物傳感器可以利用具有自旋閥結(jié)構(gòu)的GMR傳感器件、具有自旋閥結(jié)構(gòu)的MTJ傳感器件、具有自旋閥結(jié)構(gòu)的GMI傳感器件或具有自旋閥結(jié)構(gòu)的霍爾傳感器件。該生物傳感器可以包括磁性傳感器件，其在霍爾傳感層下面具有軟磁層。在這個(gè)實(shí)例中，軟磁層響應(yīng)于傳感電流，并生成磁場(chǎng)。對(duì)于一些磁性傳感方案，像霍爾傳感器或半導(dǎo)體層，可以只需要單個(gè)層。傳感層下面的單個(gè)軟磁層可以被利用以生成磁場(chǎng)。
[0011]在附圖和下面描述中闡述本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)。本發(fā)明的其他特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將從下列描述和附圖以及從權(quán)利要求中顯而易見(jiàn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1A和IB分別以從上到下視圖和側(cè)視圖描繪了傳統(tǒng)的磁性生物傳感器的實(shí)例。
[0013]圖2A和2B分別以從上到下和側(cè)視圖描繪了使用所提出的生物傳感方案的實(shí)例磁性生物傳感器，其包括在生物傳感器上形成的凹槽。
[0014]圖3說(shuō)明了具有凹槽結(jié)構(gòu)的實(shí)例磁性生物傳感器，并且為生物傳感器結(jié)構(gòu)和凹槽結(jié)構(gòu)定義尺寸。
[0015]圖4A和4B是使用所提出磁性生物傳感器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果的圖表。圖4A圖解了來(lái)自使用IOOnm的固定凹槽寬度和變化凹槽長(zhǎng)度的傳感器的信號(hào)。圖4B圖解了來(lái)自使用200nm的固定凹槽寬度和變化凹槽長(zhǎng)度的傳感器的信號(hào)。
[0016]圖5是由所提出的磁性生物傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的模擬的圖表，在凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)部鍵合了作為磁性標(biāo)簽位置函數(shù)的單個(gè)磁性標(biāo)簽。
[0017]圖6是由所提出的磁性生物傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的模擬的圖表，該信號(hào)作為在凹槽結(jié)構(gòu)內(nèi)部鍵合的磁性標(biāo)簽數(shù)目的函數(shù)。
[0018]圖7說(shuō)明了使用外部磁場(chǎng)磁化該磁性標(biāo)簽的現(xiàn)有技術(shù)生物傳感方案。
[0019]圖8說(shuō)明了常規(guī)(現(xiàn)有技術(shù))磁性生物傳感器。
[0020]圖9A和9B說(shuō)明了利用所提出的磁性生物傳感檢測(cè)方案的實(shí)例手持裝置。圖9A描繪了與手持裝置結(jié)合的實(shí)例磁性生物傳感器。圖9B說(shuō)明了該手持裝置的方面。
[0021]圖1OA和IOB說(shuō)明了所提出的磁性生物傳感器的兩個(gè)實(shí)例配置。圖1OA示出了條型磁性生物傳感器，其中形成凹槽圖形，以包括磁性生物傳感條圍繞的多個(gè)平行線形凹槽。圖1OB示出第二實(shí)例提出的磁性生物傳感器，其中該磁性生物傳感襯底被用凹口圖案化。
[0022]圖11說(shuō)明了通過(guò)具有由多個(gè)凹口形成的凹槽圖形的實(shí)例所提出磁性生物傳感芯片506的解綁磁性標(biāo)簽的實(shí)例流動(dòng)方向。[0023]圖12說(shuō)明了被配置以便磁性標(biāo)簽僅鍵合到生物傳感器表面的實(shí)例所提出的磁性生物傳感器。
[0024]圖13說(shuō)明了被配置以便磁性標(biāo)簽僅鍵合在生物傳感器的凹槽中的實(shí)例所提出的磁性生物傳感器。
[0025]圖14說(shuō)明了被配置以便磁性標(biāo)簽?zāi)軌蜴I合到生物傳感器的表面和生物傳感器的凹槽中兩者的實(shí)例所提出的磁性生物傳感器。
[0026]圖15說(shuō)明了被連接到兩個(gè)電極的所提出的磁性生物傳感芯片的實(shí)例。
[0027]圖16說(shuō)明了被連接到多個(gè)電極的多個(gè)所提出的磁性生物傳感芯片的實(shí)例。
[0028]圖17是由所提出的磁性生物傳感器產(chǎn)生的信號(hào)的模擬的圖表，在凹口結(jié)構(gòu)內(nèi)部鍵合單個(gè)磁性標(biāo)簽，其中該凹口結(jié)構(gòu)具有IOOnm的固定長(zhǎng)度和100和400nm之間的變化寬度。
[0029]圖18是隨著變化強(qiáng)度的外部磁場(chǎng)被施加到系統(tǒng)的實(shí)例提出的生物傳感器中的雜散場(chǎng)的強(qiáng)度圖表。
[0030]圖19是隨著變化強(qiáng)度的外部磁場(chǎng)被施加到系統(tǒng)的常規(guī)磁性生物傳感器中的雜散場(chǎng)的強(qiáng)度圖表。
[0031]圖20示出使用所提出磁性生物傳感方案的布局和暗場(chǎng)顯微鏡圖像，這些圖像被用于產(chǎn)生條型生物傳感器。
[0032]圖21和22示出隨著磁性標(biāo)簽被引入系統(tǒng)，來(lái)自使用所提出的磁性生物傳感方案的實(shí)例條型傳感器的實(shí)時(shí)信號(hào)。圖21示出對(duì)于具有200nm凹槽的傳感器的結(jié)果，并且圖22示出對(duì)于具有IOOnm凹槽的傳感器的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為了易于描述，術(shù)語(yǔ)磁性納米顆粒將在描述中被用于指連到生物分子的磁性標(biāo)簽。然而，這個(gè)做法未將磁性標(biāo)簽僅限制于傳統(tǒng)上被描述為納米顆粒的顆粒。本發(fā)明也考慮諸如微珠的其他尺寸的磁性顆粒。本領(lǐng)域技術(shù)人員將已知為調(diào)整該器件的各種部件的尺寸，以接受其他尺寸的顆粒。
[0034]圖1A和IB分別以從上到下和橫截面視圖示出使用使用自旋閥結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)磁性生物傳感方案。如圖1A和IB中所示，磁性納米顆粒(MNP) 50通過(guò)生物鍵80被鍵合到磁性生物傳感器100的表面。磁性生物傳感器100可以由自由層10、間隔層20和釘扎層30形成。其他實(shí)施例可以包括襯底層40，而同時(shí)其他實(shí)施例可以包括更多或更少的層。釘扎層30可以容納磁場(chǎng)。附圖標(biāo)記70示出釘扎層30中的磁場(chǎng)的實(shí)例方向。自由層10也可以容納磁場(chǎng)。附圖標(biāo)記60示出自由層中的磁場(chǎng)的實(shí)例方向。在常規(guī)配置中，需要外部磁場(chǎng)75，以便使超順磁MNP50磁化。一旦MNP50變?yōu)榇呕?，該MNP50生成偶極磁場(chǎng)112 (圖2B中示出)，其在磁性生物傳感器100的自由層10上施加磁力。
[0035]例如，圖7和8進(jìn)一步說(shuō)明常規(guī)的生物傳感方案。圖7描述磁性生物傳感器304，其包含置于磁場(chǎng)發(fā)生器300中的MNP306。該磁場(chǎng)發(fā)生器300生成外加磁場(chǎng)302，其為在常規(guī)生物傳感方案中磁化MNP306所必需的。圖8示出與常規(guī)生物傳感方案相互作用的MNP350的靠攏(close up)。MNP350被連到生物分子355。圖8中顯示的常規(guī)磁性生物傳感器包括自由層310、間隔層320和釘扎層330。磁化該MNP350所需要的外加磁場(chǎng)由箭頭375表明。該外加磁場(chǎng)375可以由使用電磁體或其他磁體(未示出)引起。該場(chǎng)375也可以由使用貫穿生物傳感器(未示出)上的嵌入電流線的電流335引起。一旦MNP350已經(jīng)磁化，其偶極磁場(chǎng)312與自由層310相互作用，使自由層310的磁場(chǎng)360的方向偏轉(zhuǎn)。
[0036]返回參考圖1，在MNP50鍵合到傳感器表面之前，在自由層10上的有效場(chǎng)Heff是:
[0037]Heff=Hext+Hstray_pinned (I)
[0038]其中Heff為外加磁場(chǎng)75，Hstray pinned是來(lái)自釘扎層30的雜散場(chǎng)。在通過(guò)生物鍵80鍵合到磁性生物傳感器100的表面之后，MNP50被外加磁場(chǎng)75磁化。在常規(guī)器件中，來(lái)自自由層10和釘扎層30的兩個(gè)雜散場(chǎng)(在圖2B中所示的110)非常小，并且可以為常規(guī)磁性生物傳感方案忽略。因?yàn)閭鞲衅餮刂L(zhǎng)軸的尺寸較大，所以來(lái)自自由層10的磁性電荷(傳感器長(zhǎng)軸的兩端)遠(yuǎn)離大部分鍵合的MNP50。因?yàn)閺尼斣鷮?0到磁性生物傳感器100的頂表面的距離，所以來(lái)自釘扎層30的磁性電荷(傳感器短軸的兩端)遠(yuǎn)離大部分鍵合的MNP50。由于MNP50的超順磁性質(zhì)，用外加磁場(chǎng)75H，它的磁化能夠被表達(dá)為:
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種生物傳感器,包括: 磁性結(jié)構(gòu)，具有表面； 凹槽，在所述表面內(nèi)形成；和 生物物質(zhì)； 其中，所述生物物質(zhì)在生物學(xué)上鍵合在所述凹槽內(nèi)或上方的磁性標(biāo)簽，并且所述凹槽位于所述磁性結(jié)構(gòu)內(nèi)，以便來(lái)自所述磁性結(jié)構(gòu)的雜散磁場(chǎng)磁化所述凹槽內(nèi)或上方的所述磁性標(biāo)簽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中所述生物物質(zhì)在生物學(xué)上鍵合所述凹槽內(nèi)或上方或在所述磁性結(jié)構(gòu)的表面上的磁性標(biāo)簽，并且其中所述凹槽位于所述磁性結(jié)構(gòu)內(nèi)，以便來(lái)自所述磁性結(jié)構(gòu)的所述雜散磁場(chǎng)磁化所述凹槽內(nèi)或上方或在所述磁性結(jié)構(gòu)的表面上的所述磁性標(biāo)簽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中所述磁性標(biāo)簽被來(lái)自所述磁性結(jié)構(gòu)的所述雜散磁場(chǎng)和外加磁場(chǎng)兩者磁化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器,其中所述磁性標(biāo)簽包括磁性納米顆粒(MNP)，其直徑小于大約100納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中所述磁性標(biāo)簽包括磁性微珠，其直徑在大約I和2微米之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器， 其中所述磁性結(jié)構(gòu)包括具有自由層和釘扎層的自旋閥結(jié)構(gòu)，和 其中，在來(lái)自所述自由層和所述釘扎層兩者的雜散磁電荷穿過(guò)所述凹槽用于所述磁性標(biāo)簽的磁化的位置處，所述磁性標(biāo)簽鍵合在所述凹槽內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物傳感器，其中所述凹槽被形成為延伸穿過(guò)所述自由層和至少一部分所述釘扎層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物傳感器，其中所述自由層的厚度為I到10nm，并且所述釘扎層厚度為10到50nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物傳感器，其中所述凹槽深度大約為5到100納米。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物傳感器，其中所述生物傳感器包括具有所述自旋閥結(jié)構(gòu)的巨磁阻(GMR)傳感器件、具有所述自旋閥結(jié)構(gòu)的磁性隧道結(jié)(MTJ)傳感器件、具有所述自旋閥結(jié)構(gòu)的巨磁致阻抗(GMI)傳感器件或在霍爾傳感層下方具有軟磁層的霍爾傳感器件之一，所述軟磁層響應(yīng)傳感電流并產(chǎn)生所述磁場(chǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中所述凹槽的深度足以容納所述生物物質(zhì)并在生物學(xué)上將所述磁性標(biāo)簽鍵合到所述生物物質(zhì)上和所述凹槽內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中所述凹槽大約為所述磁性標(biāo)簽的寬度的2到3倍。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，進(jìn)一步包括至少一個(gè)電極，以輸出表示所述磁性標(biāo)簽到所述磁性結(jié)構(gòu)的鍵合的電信號(hào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中所述磁性結(jié)構(gòu)具有至少一微米的橫向尺寸，并且所述磁性結(jié)構(gòu)厚度小于200納米。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的生物傳感器，其中所述磁性結(jié)構(gòu)厚度小于100納米。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中所述磁性結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度小于大約3μ m且寬度大約為0.2 μ m。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中所述生物傳感器輸出指示所述凹槽內(nèi)鍵合的少至十個(gè)磁性標(biāo)簽的檢測(cè)的信號(hào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中所述凹槽符合直線形、曲線形、正弦曲線或鋸齒形輪廓之一。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物傳感器，其中所述凹槽包括在所述生物傳感器的所述表面中形成的一個(gè)或多個(gè)凹口。
20.一種制造磁性生物傳感器芯片的方法，包括: 在襯底上形成多層磁性結(jié)構(gòu)，所述磁性結(jié)構(gòu)被形成為具有凹槽表面，以在生物學(xué)上鍵合在所述凹槽內(nèi)的磁性標(biāo)簽，其中形成所述磁性結(jié)構(gòu)，以便來(lái)自所述磁性結(jié)構(gòu)的雜散磁場(chǎng)磁化所述凹槽內(nèi)的所述磁性標(biāo)簽。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述磁性結(jié)構(gòu)被形成為具有凹槽表面，以在生物學(xué)上鍵合在所述凹槽內(nèi)或所述磁性結(jié)構(gòu)的表面上的磁性標(biāo)簽，并且其中形成所述磁性結(jié)構(gòu)，以便來(lái)自所述磁性結(jié)構(gòu)的雜散磁場(chǎng)磁化所述凹槽內(nèi)或所述磁性結(jié)構(gòu)的表面上的所述磁性標(biāo)簽。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法， 其中所述磁性標(biāo)簽包含磁性納米顆粒(MNP)，其直徑小于大約100納米。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述磁性標(biāo)簽包含磁性微珠，其直徑在大約I和2微米之間。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法， 其中形成所述多層磁性結(jié)構(gòu)包括將所述磁性結(jié)構(gòu)形成為具有自由層和釘扎層的自旋閥結(jié)構(gòu)，以在來(lái)自所述自由層和所述釘扎層兩者的雜散磁電荷穿過(guò)所述凹槽用于所述磁性標(biāo)簽的磁化的位置處，將所述磁性層鍵合在所述凹槽內(nèi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述凹槽被形成為延伸通過(guò)所述自由層和至少一部分所述釘扎層。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述自由層被形成為厚度從I到10nm，并且其中所述釘扎層被形成為厚度從10到50nm。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述凹槽被形成為深度上大約10到100納米的厚度。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中所述生物傳感器包括具有所述自旋閥結(jié)構(gòu)的巨磁阻(GMR)傳感器件、具有所述自旋閥結(jié)構(gòu)的磁性隧道結(jié)(MTJ)傳感器件、具有所述自旋閥結(jié)構(gòu)的巨磁阻抗(GMI)傳感器件或具有所述自旋閥結(jié)構(gòu)的霍爾傳感器件之一。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述凹槽被形成而具有的深度足夠容納生物物質(zhì)并且在生物學(xué)上將所述磁性標(biāo)簽鍵合到所述生物物質(zhì)上和所述凹槽內(nèi)。
30.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述凹槽被形成為具有大約為所述磁性標(biāo)簽的寬度的2到3倍的寬度。
31.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括在所述磁性生物傳感器芯片內(nèi)形成至少一個(gè)電極，以輸出表不所述磁性標(biāo)簽到所述磁性結(jié)構(gòu)的鍵合的電信號(hào)。
32.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述磁性結(jié)構(gòu)以具有至少一微米的橫向尺寸和小于500納米的厚度。
33.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述磁性結(jié)構(gòu)以具有小于100納米的厚度。
34.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括形成所述磁性結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)度小于大約3μ m并且寬度大約0.5μm。
35.一種手持裝置，包括: 傳感芯片，包括磁性結(jié)構(gòu)，所述磁性結(jié)構(gòu)具有在所述生物傳感器的表面內(nèi)形成的凹槽，以在生物學(xué)上將磁性標(biāo)簽鍵合到所述凹槽內(nèi)的生物物質(zhì)，其中所述凹槽位于所述磁性結(jié)構(gòu)內(nèi)，以便來(lái)自所述磁性結(jié)構(gòu)的雜散磁場(chǎng)磁化所述凹槽內(nèi)的所述磁性標(biāo)簽； 控制器，接收并處理來(lái)自所述傳感芯片的電信號(hào)，其中所述電信號(hào)提供在生物學(xué)上被鍵合到所述傳感芯片的磁性標(biāo)簽的數(shù)目的指示；和 顯示屏，被耦合到所述控制器，以便為用戶提供指示所述磁性標(biāo)簽的所述數(shù)目的輸出。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中所述磁性標(biāo)簽被來(lái)自所述磁性結(jié)構(gòu)的所述雜散磁場(chǎng)和外加磁場(chǎng)磁化。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中所述磁性標(biāo)簽包含磁性納米顆粒(ΜΝΡ)，其直徑小于大約100納米。
38.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置，其中所述磁性標(biāo)簽包含磁性微珠，其直徑在大約I和2微米之間。
39.根據(jù)權(quán)利要求34所述的裝置， 其中所述磁性結(jié)構(gòu)包括具有自由層和釘扎層的自旋閥結(jié)構(gòu)，和 其中，在來(lái)自所述自由層和所述釘扎層兩者的雜散磁電荷穿過(guò)所述凹槽用于所述磁性標(biāo)簽的磁化的位置處，所述磁性標(biāo)簽鍵合在所述凹槽內(nèi)。
40.一種方法，包括: 用外部產(chǎn)生的磁場(chǎng)和由生物傳感器產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)激發(fā)磁性標(biāo)簽，以將所述磁性標(biāo)簽鍵合到所述生物傳感器，其中所述生物傳感器包括產(chǎn)生所述雜散磁場(chǎng)的磁性結(jié)構(gòu)、在所述磁性結(jié)構(gòu)的表面內(nèi)形成的凹槽和附到所述生物傳感器的生物物質(zhì)，其中所述生物物質(zhì)在生物學(xué)上鍵合在所述凹槽內(nèi)或上方的磁性標(biāo)簽；和 檢測(cè)來(lái)自所述生物傳感器的信號(hào)，所述信號(hào)是由通過(guò)所述外加磁場(chǎng)和由所述生物傳感器產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)對(duì)所述磁性標(biāo)簽的磁化而生成的。
【文檔編號(hào)】G01N27/74GK103930776SQ201280050034
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月14日
【發(fā)明者】王建平, 李遠(yuǎn)鵬, 王一 申請(qǐng)人:明尼蘇達(dá)大學(xué)董事會(huì)