专利名称：确定流体中的磁性颗粒密度的磁阻传感器、系统和方法
技术领域：
本发明涉及磁阻传感器。
本发明还涉及确定流体中的磁性颗粒的密度的系统，其包括磁阻传感器。
本发明还涉及使用磁阻传感器来确定流体中的磁性颗粒的密度的方法。
背景技术：
Chemla等人在文章“Ultrasensitive magnetic biosensor forhomogeneous immunoassay(用于免疫检测的超灵敏磁性生物传感器)”，PNAS，2000年12月19日，第97卷，第26期中描述了一种基于超磁性颗粒的传感器的SQUID。由于在衬底上的区域中存在的磁性纳米颗粒，SQUID检测表面内的阱(well)中的磁通量。颗粒附着于安装在阱中的Mylar薄片以便使它们固定，该Mylar薄片作为一个例子被描述。施加面内磁场以便引发磁性纳米颗粒的磁矩。然后，切断该磁场。根据Néel机制，附着的纳米颗粒的磁偶极子的随后驰豫产生持续数秒的垂直于固定区的平面的可测量的时变场。由靠近固定区放置的SQUID探针检测该磁场。
根据布朗运动，在散装液体(bulk liquid)中的纳米颗粒自由转动。在Chemla等人研究的系统中，由于该转动，该磁场的驰豫比固定颗粒的磁场的驰豫快很多。因此，在SQUID传感器中通过在流体中的非固定颗粒产生的整个磁通量几乎立即减小到0。
已知设备的缺点在于SQUID仅在低温温度中工作。关于固定区的SQUID精确定位是很困难的，并且由于对衬底要求小厚度，限制了衬底的选择。
已知设备的主要劣势在于确定在流体中的磁性颗粒的体积浓度是不可能的，这是因为在切断磁场之后在散装液体中的磁性纳米颗粒的快速驰豫的缘故。这对于非常精确地确定生物分子或者分子片段的密度是通常需要的，生物分子或者分子片段还被称为“目标”。因此，必须能够以非常高的精确度来确定作为目标起磁性标记的磁性颗粒的密度。通常的兴趣在于具有用于确定流体中的磁性颗粒的体密度的精确系统和方法。
引入微阵列或者生物芯片对分析DNA(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)和蛋白质具有革命性的意义。应用是例如人类基因型鉴定(例如在医院或者通过个体医生或护士)、细菌筛选，生物学和药理学研究。如今，具有多种类型的鉴定法用于分析少量的生物分子或者分子片段，例如结合鉴定法、竞争鉴定法、置换鉴定法、夹层鉴定法或者扩散鉴定法。生物化学测试中的挑战在于目标分子的低浓度(例如fmol.l-1)，该目标分子的低密度必须在流体样本中利用变化的背景材料的高浓度(mmol.l-1)来确定。该目标可以是肽、如肌红蛋白的激素生物标记、蛋白质、核酸，如胆固醇的类固醇、酶类、抗原，半抗原或者药物。背景材料或者基体可以是尿、血或者血清。其它重要的测试是细胞计数、生物凝结(biological coaggulation)和生物活性。
标记改善了目标的检测范围。作为标记的例子是光学标记、着色小球、荧光化学组、酶、光学条形码或者磁性标记。
因此，必须能够以更高精确度来确定对目标起磁性标记作用的流体中的磁性颗粒的体密度。
发明内容
本发明的一个目的是提供在开篇中所提类型的系统，其能够确定流体中的磁性颗粒的体密度。
实现关于根据本发明的该系统的发明目的在于磁阻传感器包括具有用于支持流体的层结构的衬底，该层结构具有在第一级中的第一表面区域和在另一第二级中的第二表面区域以及用于检测流体中的至少一个磁性颗粒的磁场的磁阻元件，该磁阻元件位于在第一和第二表面区域之间的过渡区附近并且面向所述表面区域的至少一个。流体包括液体或者气体。
磁阻传感器检测磁性颗粒的净磁矩。流体中和层结构上的磁性颗粒具有磁矩m。磁矩跟施加的垂直于磁阻传感器的磁场成一直线。当衬底将是平面时，由于散装液体中随机分散的纳米颗粒，衬底中的磁阻元件的平面内的净磁场将平均至0。然而，由于过渡区，存在磁性边缘场。第一和第二表面区域的平面不必彼此平行。它们可以彼此成一个角度。该表面不必是平的。过渡区可以具有梯度剖面。彼此接着的过渡区可以形成类似波浪的表面，由此第一表面区域和第二表面区域可以很小。
总之，在磁阻元件中的平面内磁场可以通过积分导出。正如图释说明的目的，对于从第一表面区域到第二表面区域的台阶的过渡区，给出了用于确定体密度的表示。由于表面的台阶结构，从磁阻传感器到第一表面区域的距离d1不同于到第二表面区域的距离d2。在磁阻传感元件的平面内存在净磁场，并且刚好在第一和第二级的表面之间的边缘之下Hx≈-m2π[Nln(d2d1)],]]>其中N是流体中的磁性颗粒的体密度，m是每颗粒的磁偶极矩，其中x是垂直于台阶边缘的平面内方向。正x方向是从具有距离d1的区域到具有距离d2的区域的方向。
磁阻传感器将磁场转化为电阻值。因为磁阻器件的电阻与磁场的比是公知的，所以可以从电阻值计算体密度。
为了校正目的，必须测量在没有磁性颗粒的情况下的流体中的电阻与磁场的比。磁阻传感器可以基于例如GMR、TMR或AMR效应。磁阻传感器包括薄膜的层结构，优选具有线性电阻与磁场比的曲线，特别用于小磁场，并且具有可忽略的磁滞。
优选的，在第一和第二表面区域的基本垂直投影在磁阻传感器的表面上时，在磁阻传感元件和第一表面区域之间存在重叠。
在第一和第二表面区域之间的过渡区处由磁性颗粒产生的净磁场最强。特别在第一和第二级的各层之间的锐过渡区的情况下，在磁阻传感器内的平面内磁场是第一级近似Hx(x)≈-mN2π∫d1d2dz[zx2+z2],---(2)]]>其中x是定义相对于过渡区的中心沿垂直于台阶边缘方向和平行于第一表面的方向的距离。当磁阻传感器靠近于过渡区存在并且具有到第一表面的短距离时，被检测的磁场最强。
优选的，在第一和第二表面区域之间的过渡区具有类似台阶剖面。公式(2)对于这种情况是第一级近似。
通常，同样具有在结构化表面上存在的磁性颗粒的面密度。在第一表面上的磁性纳米颗粒的面密度由σ1给出，在第二表面上的面密度由σ2给出。在包含具有纳米颗粒标记的元件的流体中的磁性纳米颗粒的体密度由N给出。对于沿正z方向的颗粒磁化强度，在表面台阶下面的的平面内磁场可以是通过下式第一级近似Hx≈-m2π[σ1d1-σ2d2+Nln(d2d1)]---(3)]]>其中m是颗粒的磁矩。面颗粒密度典型在0到1013-1014颗粒/μm2之间。
根据多个不同磁阻传感器的不同输出信号的组合来计算体密度，如下面解释的那样。
如果在第一表面上的面密度不同于第二表面上的面密度，则根据具有至少三种结构的结构化表面确定面密度和体密度，这至少三种结构是深度d1和d2的不同组合。每一个表面结构都具有存在于相同的平面内、在相对于每一个台阶的相同位置处的相同的磁阻传感器。由于不同的台阶高度，来自传感器的三种不同输出信号有可能导出表面面密度和磁性颗粒的浓度。在第一和第二表面处的面密度是相等的特定情况中，可以通过具有至少两种结构的结构表面确定面密度和体密度，该至少两种结构具有深度d1和d2的不同组合。
在结合鉴定法、竞争鉴定法或者置换鉴定法中，通常具有在第一表面区域存在的探针区。附着于该探针区的是结合位置。
在结合鉴定法中，磁性颗粒跟形成磁标记的目标连接。磁标记的目标通过布朗运动在流体中扩散。小颗粒比大颗粒扩散快并且更快达到结合位置。磁标记的目标连接在结合位置处。
在竞争鉴定法中，在流体中存在要确定其浓度的目标和磁标记的目标。这两个种类竞争用于结合来俘获分子。数量和结合动力学(扩散，结合效率)的差异确定该种类的相关结合以俘获分子。在结合位置处存在更多磁标记的目标，在测试体积中存在更少的目标。
在置换鉴定法中，磁标记的目标连接在结合位置处。该体积中的目标扩散到结合位置并且取代磁标记的目标分子。流体中的目标浓度越大，被检测的磁标记的目标越少。
如等式(3)给出的，磁性颗粒N的体密度的确定要求消除在一级和二级表面上的磁性颗粒的面密度的影响。
当磁阻传感器具有包括位于衬底上的磁阻元件的惠斯登电桥结构时，可以提高检测精度。第一半桥可以位于在第一表面区域和第二表面区域之间的第一过渡区下面，另一个半桥位于在表面区域之间的第二、不同过渡区下面，使得在施加外场时两个传感器的电阻的变化不同。
当使用第一和第二磁阻传感器对或者第一和第二磁阻传感器组时，能够进一步改善检测精度，每一对跟过渡区相关联并且位于该过渡区，第一和第二磁阻器件的输出被馈送到用于检测在施加外场时这些磁阻传感器的电阻的变化的装置。
在有优势的实施例中，通过多个彼此平行放置的槽形成层结构。磁阻传感元件由电阻与磁场比曲线是施加磁场的x分量的第一近似线性函数的材料构成。这些元件存在于衬底中并且基本是条纹形并且沿槽的边缘集中。在各槽边缘之间的距离大于条纹形磁阻元件的宽度。
在第二个具有优势的实施例中，还通过多个彼此平行的槽同样形成层结构。然而，现在的磁阻传感元件由电阻与磁场比曲线是施加磁场的x分量的第一近似对称函数的材料构成。其仅对磁场的x分量的绝对值敏感，而不是它的符号敏感。这些元件存在于衬底中并且具有在x方向上大于在各槽之间的边缘之间的距离的尺寸。在该情况下槽相对于元件的精确位置不是至关重要的。可选的，当磁阻条纹形元件的尺寸是槽边缘之间距离的数量级或者更小时，条纹形传感器元件沿各槽的边缘集中。
这提供了在短时间内并行分析少量的大数目不同分子或者分子片段的能力。一个生物芯片可以保持1000或者更多不同分子片段。期望的是，由于例如人类基因工程的项目和对基因和蛋白质的功能继续进行的研究，从使用生物芯片中获得的有用信息将在未来的10年内快速增加。
在必须分析极大量的目标种类的情况下，例如根据一个流体测试样本，可以堆叠具有槽的衬底，形成三维的沟道阵列。这允许非常紧凑的检测系统。特别是当数据处理发生在彼此堆叠的衬底中时。
优选的，用于检测磁阻传感器的磁阻变化的装置包括集成电路。电子集成的电路很容易在衬底中制造。特别当衬底是半导体时，可以使用常规技术得到电子器件，如MOSFET，双极晶体管，二极管，光学器件或者多种传感器，例如温度传感器、离子敏感电极，压力传感器，粘度传感器，流量传感器和电流传感器或者电压传感器。
本发明的另一个目的是提高允许确定测试样本的流体中体密度的系统。
实现根据本发明的系统的发明目的在于使用磁阻传感器，其包括具有用于支持流体的层结构的衬底，该层结构具有在第一级中的第一表面区域和在另一第二级中的第二表面区域以及用于检测流体中的至少一个磁性颗粒的磁场的磁阻元件，该磁阻元件位于在第一和第二表面区域之间的过渡区附近并且面向所述表面区域的至少一个，和用于检测磁阻传感器的磁阻变化的电子电路，该电子电路存在于衬底内。
电子电路可以包括不同的比较器电路。
本发明的另一个目的是提供允许确定测试样本的流体中的体密度的方法。
实现根据本发明的方法的发明目的在于使用磁阻传感器，其包括具有用于支持流体的层结构的衬底，该层结构具有在第一级中的第一表面区域和在另一第二级中的第二表面区域以及用于检测流体中的至少一个磁性颗粒的磁场的磁阻元件，该磁阻元件位于在第一和第二表面区域之间的过渡区附近并且面向所述表面区域的至少一个，该方法包括一下步骤-在层结构上提供包括磁性颗粒的流体-施加磁场-检测磁阻传感元件，同时施加磁场-比较来自磁阻传感器的输出信号和在施加磁场为0时得到的参考信号以便由此确定磁性颗粒的体密度。
根据施加垂直磁场时磁阻传感器的电阻变化来得到磁性颗粒的体密度，当传感器以恒定检测电流运行时，其从施加磁场时在器件上的电压差的变化中得出。
总之，要求在表面上和体积内独立确定颗粒密度。这可以通过组合集成在同一芯片上或者在同一器件内的多个传感器的测量来得到，这些传感器具有不同的表面结构，例如不同值d1和d2。然后组合来自传感器阵列的数据以产生精确值σ1、σ2和N。
如果磁阻传感元件的宽度比距离d1和d2小很多，等式(3)用于该目的。通常不是这种情况，因为传感元件的宽度可以是和距离d1和d2相同。由此得到的等式恰好说明了本发明的原理。
如果面密度相等σ1＝σ2，体密度N跟对应于第一表面结构的第一磁阻传感元件和对应于第二表面结构的第二传感元件之间的电阻差成比例，第二表面结构具有第三和第四表面级，如果(1/d1-1/d2)＝(1/d3-1/d4)并且d2/d1不等于d4/d3。距离d3和d4是第二传感元件分别到第三和第四表面的距离。
如果面密度不等σ1≠σ2，第三传感元件是必需的。例如，d6/d5等于d2/d1，但是d6，(d5)分别不等于d1，(d2)。根据在各传感元件之间的电阻值的差，具有d5/d6中的d1/d2的传感器遵循(σ1/d1-σ2/d2)，因此可以校正测量的d1/d2的磁场。
根据本发明的器件的各方面的特征和优势通过下面结合附图的详细描述显而易见，这通过实例说明了本发明的原理。这些描述仅仅作为例子被给出，而不是为了限制本发明的范围。
下面引用的参考附图是指附图，其中图1是根据本发明的磁阻传感器的示意性横截面图。
图2是根据本发明的磁阻传感器的示意性顶视图。
图3是GMR传感元件的平面内那么颗粒磁场的x分量的曲线图。
图4是磁阻传感器的示意性截面图，其具有磁性颗粒的体密度和面密度。
图5是根据本发明多层GMR传感器对施加磁场的响应的曲线图。
图6是示意性示出了在多个磁传感器元件之上的多台阶结构。
图7是根据本发明的系统的示意性横截面图。
图8示意性示出了层结构的横截面图，该层结构具有在第一至第六级的表面区域。
具体实施例方式
图1中的磁阻传感器包括具有用于支持流体(3)的层结构(2)的衬底(1)。层结构具有在第一级内的第一表面区域(4)和在另一个第二级内的第二表面区域(5)以及用于检测在流体(3)内的至少一个磁性颗粒(7)的磁场的磁阻元件(6)。磁阻元件(6)位于在第一和第二表面区域之间的过渡区(8)附近并且面向表面区域(4，5)的至少一个。
流体包括目标分子种类或抗体原。
具有磁标记的任何生物分子可以在该应用中潜在使用。
在图2中，磁阻(MR)传感器元件的宽度10和长度11远大于将测量其存在和浓度的磁性纳米颗粒的直径。
纳米颗粒可以具有例如1和250nm之间的直径，优选在3和100nm之间，最优选在10和60nm之间。对于这样小的颗粒，扩散很快。传感器元件的宽度和长度尺寸至少是大于纳米颗粒的直径10倍或者更多，优选是100倍或者更多，例如1μm×1μm。传感器元件的其它尺寸也是可能的。如果使用不同的尺寸，可以得到不同的S/N比。
磁阻传感元件6包括薄膜材料，在该例子中是在参考GMR材料之下，但是具有在H＝0周围的基本线性R(H)曲线的其它薄膜材料例如AMR、TMR或者其它MR材料同样是可能的。传感元件通过层例如二氧化硅、氮化硅或者如抗蚀剂或环氧树脂的有机材料与磁性纳米颗粒7分开。
在磁阻传感器的第一实施例中，磁阻传感元件由GMR条组成。传感元件的GMR条可以是弯曲的，产生较大面积和提高的灵敏度。如果施加垂直于磁阻传感元件6的磁场，则在层结构的第一和第二表面区域之间的过渡区处存在边缘场。图3中示出了如果传感元件的中心在过渡区8的中心之下，则传感元件的x方向上的磁场最大。
由施加的垂直于磁阻元件(即沿z轴)的外部磁场控制纳米颗粒7的磁化强度，如图4所示。磁阻元件现在暴露于由纳米颗粒7产生的磁场。
对于沿正z方向的颗粒磁化强度，在第一和第二表面区域之间的台阶状的过渡区下面的平面内磁场可以是被下面等式近似的第一级
Hx≈+m2π[σ1d1-σ2d2+Nln(d2d1)]]]>其中m是颗粒的磁矩。第一表面区域上的磁性纳米颗粒7的面密度由密度σ1给出，在第二表面区域上的磁性纳米颗粒的面密度由密度σ2给出。N给出了在包含具有纳米颗粒7标记的元件的流体中磁性纳米颗粒7的体密度。
在面密度几乎为0的具体情况中，磁性颗粒的密度N是从传感元件的电阻中导出。图5示出了来自磁阻元件6的典型输出信号。根据磁场Hx的值、具有35nm直径的磁性颗粒的已知磁矩m＝3.1018Am2、和距离d1，d2以及下面的公式来确定浓度N，Hx≈+m2π[Nln(d2d1)]]]>图6示出了多台阶结构和多个传感元件，可以确定大面积上的体密度。
图7中所示的结构具有在该衬底的顶部上的多个级。该结构对于确定均匀的面密度是有用的。除了物理结构之外，第一和第二表面区域以可以化学构成。例如，层结构的表面是聚合的等离子体。例如PEG(聚乙烯)被均匀提供到表面上。俘获分子可以是例如抗体、抗体片段、受体、配位体、核酸或者低聚核苷酸。俘获分子是以化学或者物理化学提供在表面上。该俘获分子能够选择地结合目标。
根据磁阻传感元件6和6’的输出信号的差来确定体密度N。
在1/d1-1/d2＝1/d3-1/d4的具体情况中，信号的差产生-m/2π.N(lnd2/d1-lnd4/d3)。根据已知的到表面的距离，确定体积浓度N。例如距离可以是d1＝1μm，d2＝2μm，d3＝2/3μm，d4＝1μm。
来自磁阻传感元件的输出信号可以被放大，例如用差分放大器。在半导体衬底1中，具有形成电子电路30的多个半导体器件，例如双极晶体管，MOSFET和二极管。
在有优势的方法中，施加垂直于磁阻传感元件的磁场。该磁场具有典型100-1000Oe的大小并且被转换。
在第一步骤中，优化磁场的均匀性。在时间t1＝0时，记录通过线圈或多个线圈的电流。记录传感元件的磁阻值。在第二时间t2时，再一次检测传感元件6和6’的磁阻曲线。如果在t1＝0和t2之间的传感元件6和6’的输出R(H)曲线之间存在很大差异，这表示颗粒位置由于场梯度在颗粒上产生的力而改变。然后必须例如利用产生补偿磁场梯度的小线圈调谐磁场。
具有均匀的磁场，在典型1ms的时间中开启磁场。在该时间中，通过发送经过这些器件的电流来检测磁阻传感元件6和6’。根据输出信号的不同，确定体密度和面密度。让磁阻传感元件的输出信号在0磁场时作为基准是非常重要的。利用锁定(lock-in)技术来确定参考电阻值。可以在例如0磁场时在1ms期间，在磁场H时1ms期间和在0磁场时又一个1ms期间进行测量以便得到一个基准。
当关闭磁场时，驰豫是非常快的，几乎立即发生。该驰豫时间小于1ms。在关闭磁场期间，磁性颗粒快速扩散。扩散长度大于磁性颗粒彼此吸引的距离。在1ms中，具有35nm直径的磁性颗粒的扩散距离是大约0.15微米，同时对于1nmol/l的体密度的吸引距离对于具有磁矩m＝3.1018Am2的颗粒是大约10纳米。
在关闭时间期间，达到磁性颗粒的均匀分布。磁场关闭的时间通常是1ms。可以在样本的多个区域内进行测量作为时间函数。
在3分钟的时间期间，可以进行至少100次测量。
利用该程序，可以检测体积浓度的精确度至少是1nmol/l。区域颗粒密度通常在0至103-104颗粒/μm2。
为了确定体密度和面密度，存在第二层结构，如图7所示。第二层结构具有在第三级中的第三表面区域和在第四级中的第四表面区域。
对应于第二磁阻元件的第二层结构的位于第三和第四表面区域之间的过渡区附近并且至少面向第三表面区域。
根据等式(3)可以得到，在均匀的面密度σ1＝σ2的情况中，从磁阻传感元件到表面的距离必须是1/d1-1/d2＝1/d3-1/d4。
磁场的差Hx1-Hx2＝-m/2π.N(lnd2/d1-lnd4/d3)。
根据磁阻的差异和已知R(H)特性，可以得出体密度。根据第一惠斯通电桥的磁阻信号，可以确定面密度。
根据图8和等式(3)可以得到，在面密度σ1≠σ2的情况下，从磁阻传感元件到表面的距离必须是1/d1＝1/d3+1/d5
1/d2＝1/d4+1/d6和d1≠d2，d3≠d4和d5≠d6磁场的差Hx1-Hx2-Hx3＝-m/2π.N(lnd1/d2-lnd4/d3-lnd6/d5)。
根据磁阻的差和已知R(H)特性，可以得出体密度。根据第一和第二惠斯通电桥的磁阻信号，可以确定面密度σ1和σ2。
权利要求
1.一种磁阻传感器，包括具有支持流体(3)的层结构(2)的衬底(1)，层结构(2)具有在第一级内的第一表面区域(4)和在另一个第二级内的第二表面区域(5)以及用于检测在流体(3)内的至少一个磁性颗粒(7)的磁场的磁阻元件(6)，磁阻元件(6)位于在第一和第二表面区域之间的过渡区(8)附近并且面向该表面区域的至少一个。
2.根据权利要求1的磁阻传感器，其中在第一(4)和第二(5)表面区域基本垂直投影在磁阻传感元件(6)上的情况下，在磁阻传感元件(6)和第一表面区域(4)之间存在重叠(9)。
3.根据权利要求2的磁阻传感器，其中磁阻传感元件(6)集中在过渡(8)区周围，在基本垂直投影内可见。
4.根据权利要求1的磁阻传感器，其中过渡(8)具有类似台阶的剖面。
5.根据权利要求1，2或3的磁阻传感器，其中该磁阻传感器具有包括位于衬底(1)上的磁阻元件的惠斯通电桥结构。
6.根据权利要求1的磁阻传感器，其中存在第二层结构(11)，该第二层结构具有在第三级内的第三表面区域(14)和在第四级内的第四表面区域(15)，对应于第二层结构(11)的第二磁阻元件(6’)位于第三和第四表面区域之间的过渡区(8’)附近并且至少面向第三(14)表面区域。
7.根据权利要求1或6的磁阻传感器，其中磁阻元件(6)存在于衬底(1)上。
8.根据权利要求1的磁阻传感器，其中成结构化表面(4，5)由多个彼此平行的槽(12)构成。
9.根据权利要求8的磁阻传感器，其中成结构化表面(4，5)在彼此的顶部堆叠，形成三维的沟道阵列。
10.一种用于检测流体中的磁性颗粒的密度的系统，该系统包括根据权利要求1的磁阻传感器。
11.根据权利要求10的系统，还包括用于检测磁阻传感器的磁阻变化的电子电路(30)，该电子电路存在于衬底上。
12.根据权利要求10或11的系统，还包括用于产生磁场的装置(40)。
13.一种利用根据权利要求1的磁阻传感器来确定流体中的磁性颗粒的密度的方法，该方法包括以下步骤在层结构(2)上提供包括磁性颗粒(7)的流体(3)，施加磁场，检测磁阻传感元件(6)，同时施加磁场，比较来自磁阻传感元件(6)的输出信号和在没有施加磁场时得到的参考信号以便由此确定磁性颗粒(7)的体密度。
14.根据权利要求13的方法，包括以下步骤检测对应于另一个第二层结构(11)的第二磁阻元件(6’)，该另一层结构具有在第三级内的第三表面区域(14)和在第四级内的第四表面区域(15)，比较来自对应于第一(2)和第二(11)层结构的磁阻传感元件(6，6’)的输出信号，比较这些信号和在没有施加磁场时确定的信号，以便由此确定磁性颗粒(7)的体密度和面密度。
15.根据权利要求14的方法，包括以下步骤在提供流体之前提供探针区域(50)，该探针区域具有在层结构的第一表面上的结合位置，检测对应于另一个第三层结构(18)的第三磁阻元件(6”)，该另一第三层结构具有在第五级内的第五表面区域(19)和在第六级内的第六表面区域(20)，和比较在有施加磁场和没有施加磁场的情况下的来自对应于第一、第二和第三层结构的磁阻传感元件(6，6’，6”)的输出信号，以便由此确定在第二表面(5)上存在的磁性颗粒的体密度和面密度以及在第一表面(4)上的探针区域内存在的磁性颗粒的面密度。
16.根据权利要求13-15的方法，其中流体是血液。
17.根据权利要求13-15的方法，其中流体是尿。
18.一种使用根据权利要求1-9中的任何一个所述的磁阻传感器来检测耦合到流体中的目标的磁性颗粒的浓度的方法，该方法包括以下步骤在层结构(2)上提供包括目标的流体(3)，施加磁场，检测磁阻传感元件(6)，同时施加磁场，比较来自磁阻传感元件(6)的输出信号和在没有施加磁场时得到的参考信号以便由此确定磁性颗粒(7)的体密度。
19.根据权利要求18的方法，其中流体是血液。
20.根据权利要求18的方法，其中流体是尿。
21.根据权利要求10的系统，其中该系统是血液测试器。
全文摘要
本发明涉及用于检测流体中的磁性颗粒的密度的磁阻传感器、系统和方法。该磁阻传感器包括具有支持流体(3)的层结构(2)的衬底(1)。该层结构具有在第一级内的第一表面区域(4)和在另一个第二级内的第二表面区域(5)以及用于检测在流体内的至少一个磁性颗粒(7)的磁场的磁阻元件(6)，磁阻元件(6)位于在第一和第二表面区域之间的过渡区(8)的附近并且面向该表面区域的至少一个。还描述了相应的系统和方法。
文档编号G01R33/12GK1605031SQ02825397
公开日2005年4月6日 申请日期2002年12月18日 优先权日2001年12月21日
发明者M·W·J·普林斯, R·科胡恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司