专利名称：磁检测元件及检测方法
技术领域：
本发明涉及用于检测》兹性粒子或以磁性粒子标记的非/磁性物质的 磁检测元件，并且还涉及磁检测方法。
背景技术：
很久以来放射性免疫分析法(RIA)或免疫放射分析法(IRMA) 就作为定量免疫分析技术。在这些测定方法中，密切相关的抗原(或 抗体)被标记以放射性核素，而靶物质(抗体或抗原)通过测量比放 射性被间接测定。这种测定方法由于具有很高的敏感度对于临床诊断 是很有用的。然而，这种方法要求对于放射性核苷酸是安全的，并且 需要设备或装置用于处理放射性核苷酸。因此，提出了更加简单且更 安全的方法而不是放射分析法，这些方法应用比如荧光物质、酶、电 化学发光分子、磁性粒子等标记。
在以诸如荧光标记、酶标记、或电化学发光标记〗故标记的测定中， 通过测量光学特性如吸光度、光透射度和发光数量来检测靶物质。在 以酶做标记的酶免疫分析法(EIA)中，抗原-抗体反应被引发，使得 酶标记抗体与酶底物发生反应而显色，而后通过比色法定量测量吸光 度。
有几家研究机构发表了一些关于使用磁性传感器元件的生物传感 器的研究报告。磁性生物传感器直接检测以磁性粒子标记的生物学分 子。磁性传感器元件包括磁阻元件、Hall元件、约瑟夫森元件、线圏 元件、磁可变阻抗元件和磁通门(FG)传感器。
日本专利申请公开No. 2005-315744 (专利文件1); 2006-208368 (专利文件2); H. A. Ferreira等，J. Appl. Phys. ， 93 7281 ( 2003)， (非专利文件1); Pierre画A. Besse等，Appl. Phys. Lett. 80 4199( 2002 )，
4(非专利文件2 ); SeungKyun Lee等，Appl. Phys. Lett. 81 3094( 2002 )， (非专利文件3 ); Richard Luxton等，Anal. Chem. 16 1127 ( 2001 )(非 专利文件4 );以及Horia Chiriac等，J. Magn. Magn. Mat. 293 671 (非
专利文件5)。
FG传感器以软磁部件和线圏检测感应电动势。应用上述元件来 检测生物物质的检测方法具有各自的特点。在它们中间，FG传感器 具有磁场的高分辨率、对所施加磁场的高线性输出以及对温度的高稳 定性的优点。
FG传感器粗略地分成两种类型平行型传感器和正交型传感器。 平行型FG传感器通常包括软磁芯，用于对该磁芯施加交变磁场的激 励线圏，以及用于检测磁芯内磁性变化的检测线圏。采用此传感器， 磁场通过利用磁通量的变化而被检测，所述磁通量变化是由在交变磁 场Hac中软磁芯内的磁性变化导致的.("Zikikohgaku no Kiso to Oyoh": Denki Gakkai magnetics Technology Committee第171页 ("Base and Application of Magnetic Engineering": The Institude of Electical Engineers of Japan, Magnetics Technology Committee: 第 171页(非专利文件6))。
图13示出了典型的平行型FG传感器元件的构造。在图13中， 传感器对检测线圏1250、 1260纵向上的磁场进行检测。如图所示，平 行型FG传感器元件置于外部磁场H。(要检测的磁场)中，使检测线 圈1250、 1260的纵向与外部磁场Ho平行。用激励线圏1230将交变磁 场Hac施加到软磁芯1200。
图14是显示FG传感器元件的操作原理的视图。
在与交流电源1502通过激励线圏1230施加的电流方向相对应的 方向上，使得在激励线圏1230中产生磁场。在图中，在激励线圏1230 内图中向右所产生的磁场引发检测线圏1250中向上的磁场和检测线 图1260中向下的磁场。相反，在激励线圏1230内图中向左所产生的 磁场引发图中检测线圏1250中向下的磁场和检测线圏1260中向上的 磁场。在外部磁场H。以固定方向被施加时，所施加的交变》兹场Hac
5在检测线圏1250中的区域PA与检测线圈1260中的区域Pe之间的极 性被反转，如图14所示。由此，外部磁场H。的偏磁效应在位置PA
与PB之间^皮反转。
图15A至15D是显示图13所示FG传感器元件的磁场检测输出 过程的图表。在如图15A所示的交变磁场施加到激励线圏1230上的 情况中，软磁芯1200如下所述在区域Pa和Pb上被磁化。在Hac和 Ho相互平行的情况下，在如下Hac下磁饱和，即该Hac比HQ=0时的 Hac低H。。在Hac和Ho相互逆向平行的情况下，软磁芯1200在如下 Hac下》兹饱和，即该Hac比H0=0时的Hac高H0。
据此，穿过检测线圏1250、 1260的磁通量①a和①b如图15B所 示随时间随磁化的改变而变化，其中实线表示①a而虚线表示①b。相 应地，如图15C中所示在检测线圏1250、 1260中感应产生电动势， 其中实线表示线圏1250中的电动势，而虛线表示线圏1260中的电动 势。总输出在图15D中予以示出。从感应电动势(图15D)的相位与 Hac (图15A)相位的偏差，可检测Ho的强度，如图15B所示。如图 15A所示对软^兹芯1200施加反向Hac,能够以两倍的频率对感应电动 势进行检测以去除测量频率中的噪音，从而改善信噪比。平行型FG 传感器以相同的操作原理发挥作用，即使其结构不同。
发明内容
平行型FG传感器元件采用电路来检测磁场，所述电路包含软磁 芯1200、激励线圏1230以及如非专利文件6所述缠绕/F兹芯的检测线 圏。使交变电流流过激励线圏1230，并且由软磁芯1200中》兹变导致 的检测线圈1250、 1260中磁通量的变化作为感应电动势^皮检测。在该 检测中，施加到软磁芯1200上的磁场是要被检测的磁场与由激励线圏 1230施加的交变磁场Hac之和。因此，软磁芯1200中磁化变化依据 要,皮检测的》兹场与Hac之间关系而变化。通过比较磁性粒子固定之前 和之后的传感器输出，磁性粒子可通过由磁性粒子产生的磁场(Hs) 净皮检测出。在通过平行FG传感器元件对由磁性粒子产生的本地磁场Hs进行 检测时，磁性粒子对于检测线圏的相对位置的改变会由于传感器元件 中感应电动势的抵消作用而降低传感器输出。因此，在某些情况下， 即使存在磁性粒子，由于传感器的输出不足，磁性粒子也不能被检测 到。
本发明已完成以解决传统技术的前述问题。本发明试图提供在检 测由检测目标物质形成的磁场方面具有提高的灵敏度的磁检测元件及 利用该元件的检测方法。
本发明涉及一种》兹检测元件，包括
由软磁材料构成的芯体，用于检测施加到所述芯体上的/P兹场的检 测线圏，以及用于对所述芯体施加交变磁场的激励线圏；其中芯体的 表面沿检测线圈的纵向被分为第一区域和第二区域，所述第一区域以 及第二区域对于检测目标物质的亲合力不同。
本发明涉及一种磁检测元件，包括由软磁材料构成的芯体，用 于检测施加到所述芯体上的磁场的检测线圏，以及用于对所述芯体施 加AC磁场的激励线圏；其中检测线圏由相互串联且各自的缠绕方向 互为相反的两个线圏构成，从检测线圏的一个端部开始交替配置第一 区域和第二区域，所述第一区域和第二区域对于检测目标物质的亲合
力不同。
在磁检测元件中，可将膜配置在所述第 一 区域的至少一部分上， 所述膜由非磁性材料构成，该非磁性材料对于检测目标物质的亲合力 比所述第二区域高。
本发明涉及一种应用所述磁检测元件的检测方法，包括将检测 目标物质固定在磁检测元件的表面上，施加用于限定检测目标物质的 磁化方向的静磁场，施加交变磁场，以及利用磁检测元件测量在检测 线圏中产生的信号强度，以便检测所述检测目标物质的存在或浓度。
置处的切面正交。
所述检测目标物质可以包括不能磁化的物质以及固定在所述不能磁化的物质上的磁性粒子。
所述不能磁化的物质可以是生物物质。 所述检测目标物质可以是磁性物质。
本发明能够在磁性粒子或标记有磁性粒子的非磁性物质的检测 中，使得检测由磁性粒子导致的磁场的灵敏度增强。
本发明的进一步的特征将从以下参考附图对示例性实施方式的描 述中变得清楚。
图l是描绘本发明FG传感器元件的结构的示意图。 图2示意性示出了图1中所示FG传感器的示例。 图3示意性示出了磁性粒子固定在图2中所示FG传感器元件上 的示例。
图4A和4B是描绘固定在FG传感器元件上的磁性粒子的坐标的 视图。
图5A、 5B和5C是显示由磁性粒子施加到传统FG传感器元件上 的磁场的示意图。
图6A、 6B、 6C、 6D、 6E和6F包括FG传感器元件的示意图和 显示图5A中状态I下传感器元件输出过程的图表。
图7A、 7B、 7C、 7D、 7E和7F包括FG传感器元件的示意图和 显示图5B中状态II下传感器元件输出过程的图表。
图8示意性示出了本发明FG传感器元件的另一种构造。
图9示意性示出了磁性粒子固定在图8中所示FG传感器元件上 的示例。
图IO示意性示出了示例1的平行型FG传感器元件的外观。
图ll示出了示例l的检测目标物质的构造。
图12示意性示出了示例2的平行型FG传感器元件的外观。
图13示出了示例2的平行型FG传感器元件的构造。
图14是描绘FG传感器元件的操作原理的视图。图15A、 15B、 15C和15D是显示从图13中FG传感器元件输出 过程的图表。
具体实施例方式
下面对本发明实施方式的磁检测元件的构造给予了说明。在此实 施方式中，磁检测元件为平行型FG传感器元件。
图l是显示此实施方式中FG传感器元件的构造的示意图。在图 1中，FG传感器元件包括检测线圏1210、 1220，软磁芯1200，和激 励线圏1230，该激励线圈1230用于沿检测线圈的纵向对软不兹芯1200 施加交变磁场。检测线圈1210、 1220检测与要检测的被磁化物质的数 量相对应的不同的信号强度。
软磁芯1200由软磁材料制成，如由镍(Ni)和铁(Fe)组成的透 磁合金，以及由Ni 、 Fe和钼(Mo)组成的钼透磁合金。
本发明的此实施方式的FG传感器元件具有被横截面1300分别分 割成两个区域1301、 1302的表面部分，所述横截面1300沿纵向分别 穿过检测线圈1210、 1220。区域1301的至少一部分和区域1302的至 少一部分对检测目标物质有不同的亲和力。在此实施方式中，检测目 标物质为^兹性粒子。
图2示意性示出了上述参考图1的FG传感器的构造。在图2中， 形成磁性粒子固定膜1202，其在相应区域1301的全部或一部分上对 磁性粒子具有高亲和力，亲和力低于磁性粒子固定膜1202的磁性粒子 非固定膜1203形成于相应区域1302的全部或一部分中。亲和力可在 区域1301和区域1302之间逐渐地或局部地变化。
对磁性粒子具有不同亲和力的膜可通过在软磁芯1200上的区域 1301和区域1302上以溅射、电镀或气相沉积中的任意方式形成。否 则，可通过控制膜的亲水性和疏水性来改变对磁性粒子的亲和力。还 可通过改变同一个膜的厚度来改变对磁性粒子的亲和力。更进一步而 言，可通过逐渐改变形成在区域1301和区域1302之间软》兹芯1200 表面上的膜的厚度或组成来改变对磁性粒子的亲和力。
9例如，对磁性粒子高度亲和的材料在区域1301的部分中被做成最 厚。可以通过准直溅射将膜在局部形成得更厚。
上面描述了区域1301和区域1302对磁性粒子的亲和力。然而， 检测目标物质不局限于磁性粒子，而可以是能够固定在磁性粒子上的 物质。在此实施方式中，区域1301对磁性粒子的亲和力被假定成高于 区域1302对磁性粒子的亲和力。然而，相对的亲和力可在区域1301 和区域1302之间转换。
图3示意性示出了磁性粒子在图2中FG传感器元件上固定的示 例。采用平行型FG传感器元件，磁性粒子1401可被固定在传感器元 件表面的一部分上，如图3所示。在图3中，多个磁性粒子1401被固 定在/F兹性粒子固定膜1202上。
通过依据如下参考图4A、 4B、 5A、 5B和5C所述原理进行固定， 具有磁化强度"m"(以矢量表示)的一个磁性粒子被FG传感器元件 检测。
图4A和4B是说明固定在FG传感器元件上的磁性粒子的坐标的 图。图5A-5C示意性示出了由磁性粒子施加在传统FG传感器元件上 的磁场。在图5A-5C中，画出外廓的白色横向箭头标记指示出磁性粒 子施加在FG传感器元件上的磁场Hs(由矢量表示)的可检测分量的 方向。磁性粒子的磁化方向由磁场施加装置(图中未示出)控制，该 /磁场施加装置用于施加垂直于交变磁场的DC磁场。用于施加DC磁 场的装置可以是永久磁铁或电磁铁，但是并不局限于此，只要能够施 加想要的》兹场即可。
参考图4A，对FG传感器被虛线包围的部分进行研究。软磁芯 1200表面上的点P的位置由三维坐标表示。严格地讲，在具有图4A 中所示形状的元件中，软磁芯1200的检测线圏部分在纵向方向上是弯 曲的，不是直线的，但在此处是近似于直线的。此外，作为传统FG 传感器的说明，检测线圈由数字1204指代。图4B是图4A中虛线所 包围部分的放大图。
在图4B中，软/F兹芯1200表面上的点P的位置由三维坐标表示。在纵向上穿过磁芯1200中心的直线作为Z轴，且坐标原点O定义在 X轴和Y轴相交的位置。点P的位置由坐标(Rcos0, Rsine， z)表 示，其中R表示软磁芯1200的半径，且e表示连接点P与原点的线 段在XY坐标平面上的投影与X轴的角度。原点与在软磁芯1200表 面上位于点P的磁性粒子1401之间的距离r的矢量由矢量(Rcos6， Rsine-(R+L),z)表示，其中L表示在图中位于Y轴上的磁性粒子1401 的半径。浮动磁场Hs由公式(1)表示，其中 表示真空磁导率。
仏.=—
4冗
Hss,是通过对公式(1)进行求解，且对元件纵向的可检测磁场 强度IHs (z)l进行表面积分得出的。
状态I定义为》兹性粒子1401在FG元件的检测线圈1204的端部 或围绕FG元件的检测线圏1204的端部固定的状态，如图5A所示。 状态II定义为磁性粒子1401在检测线圈1204的中部或靠近检测线圏 1204的中部固定的状态。状态I和状态II的Hss,值差别很大。在状 态II中，如图5B所示，从磁性粒子1401施加到软磁芯1200的磁场 在穿过磁性粒子1401与传感器元件接触点的传感器元件的剖面处是 反向的。换句话说，在状态I中，传感器元件的输出较高，而在状态 II中传感器元件的输出极大地减弱，这是由于在整个检测线圏1204 上的反向Hs的偏/P兹效应的结合。
状态IH定义为/P兹性粒子1401相对于在线圏纵向上等分检测线圈 1204的剖面对称定位的状态(例如，位于图5C中检测线圏的两端)。 在状态III所示的多个磁性粒子1401的检测中，与状态II相似，Hs 的偏磁效应在整个检测线圏1204中相抵消。也就是说，越靠近状态 II或状态III，在整个元件上的抵消就越多，由此即4吏/磁颗粒存在，输 出也^皮降低。
接下来，将描述该示例FG传感器的工作原理。图6A至6F包括
iiFG传感器元件的示意图以及示出在图5A的状态I中传感器元件输出 过程的曲线图。图6A示意性示出了检测线圏1210。在图6A中，横 向白色箭头标记表示磁场Hs的可检测分量。在图6B和6C中，纵轴 表示磁场强度。在图6D至6F中，纵轴表示在检测线圈中产生的感应 电动势。
区域1301对磁性粒子1401具有较高的亲合力。因此，磁性粒子 1401可以容易地固定在区域1301上。在图6A所示的该状态I中，磁 性粒子1401定位在区域1301中的检测线圏1210的端部。响应于图 6B中所示的磁化变化，区域1301中的磁通量①如图6C中所示随着 时间而变化。检测线圈1210的输出在图6D中示出。相似检测线圏1220 检测另一磁场方向的磁场Hs。图6E以实线示出线圏1210的输出， 且以虛线示出线圏1220的输出。图6F示出了输出的总值，足够高。
图7A至7F包括FG传感器元件的示意图以及示出图5B中状态 II下的传感器元件输出过程的曲线图。图7A示意性地示出处于状态 II的检测线圏1210。在图7A中，横向白色箭头标记表示磁场Hs的 可检测分量。在图7B和7C中，纵轴表示》兹场强度。在图7D至7F 中，纵轴表示在检测线圏中产生的感应电动势。
图7A示意性示出处于状态II的FG传感器元件，其中磁性粒子 1401定位在区域1301中的检测线圏1210的中部。响应于图7B中所 示的磁化变化，区域1301、 1302中的磁通量如图7C中所示而变化， 线圏1210的输出如图7D所示变化，且线圈1210、 1220的输出如图 7E中所示变化。在图7E中，实线表示线圏1210的输出，而虚线表 示线圏1220的输出。区域1302与Hac同步，但几乎不受磁性粒子的 磁场Hs的影响。来自检测线圏1210和检测线圏1220的输出被抵消 变为零。
通过比较图6A至6F与图7A至7F中所示的输出来研究磁性粒 子施加到传感器元件的磁场Hs。可以理解，通过如图l所示在检测线 圏1210、 1220的每一个上分别提供区域1301和区域1302而^f更于磁性 粒子1401在区域1301上的固定，而且通过将》兹性粒子1401在各检测线圏1210和1220的一端或靠近各检测线圈1210和1220的一端固定， 可获得高输出。
在该实施方式中，对于检测目标物质具有强亲合力的部分配置在 检测线圈的两个分区之一的至少一部分上。因此，在测量由检测目标 物质产生的磁场时，磁性粒子被固定于对检测目标物质具有强亲合力 的部分上，这便于以与磁场相对应的高强度信号来检测磁性粒子的磁 场。
接下来，将描述本发明实施方式的FG传感器的另一种结构。图 8示出了该实施方式的FG传感器元件的另一种结构。在没有解释的 情况下，图1中所示相同的标记用来指代相应的元件。在该实施方式 中，检测目标也是磁性粒子。
如图8所示，FG传感器元件包括检测线圈1211、 1212、 1221、 1222;软磁芯1200;以及用于在线圏纵向上对软磁芯1200施加交变 磁场的激励线圏1230。检测线圈1211、 1212、 1221、 1222检测与净皮 磁化检测目标的数量相对应的强度不同的信号。
检测线圏1211和检测线圏1212被串联连接，但线圏的缠绕方向 相反。检测线圏1221和检测线圏1222被串联连接，但线圏的缠绕方 向相反。检测线圏1211和检测线圏1221在线圏缠绕方向上也相反。
检测线圏1211以及检测线圏1212的软磁芯1200表面上的膜在区 域1303和区域1304之间是不同的。区域1304配置在检测线圏1211、 1212的各自的端部，且区域1303配置在两个线圏的连接部分。在图8 中，区域1303由短间隙的虚线表示，区域1304由长间隙的虚线表示。 区域1303定位于在线圈1211与检测线圈1212之间线圏缠绕方向反向 的部分处。区域1303和区域1304相对于检测线圏1221和1222相同 定位。
在一连串四个检测线圏1212、 1211、 1221、 1222中，对线圏之间 的区域以及线圈端部的区域予以了考虑。区域1304位于检测线圏1212 的端部；区域1303位于检测线圏1212和检测线圏1211之间的连接部 分处。区域1304处在检测线圈1211和检测线圏1221之间的连接部分处，区域1304在图8中被分成两部分。区域1303处在检测线圏1221 和检测线圏1222的连接部分处，而区域1304处在检测线圏1222的端 侧。
如上所述，在软磁芯1200表面上的串联线圏的连接部分或端侧， 区域1303和区域1304从串联线圏的端部开始交替配置。区域1303 对应于本发明的第一区域，区域1304对应于本发明的第二区域。
区域1303与区域1304的至少一部分对于检测目标物质的亲合力 是不同的。在区域1303的一部分或整个上，形成有磁性粒子固定膜 1202，其对于磁性粒子具有高亲合力。在区域1304的一部分或整个上， 形成有磁性粒子非固定膜1203，其对于磁性粒子的亲合力比磁性粒子 固定膜1202低。亲合力可能在区域1301和区域1302之间沿着元件表 面逐渐变化，或者在所述表面的一部分上局部地变化。
以上描述了区域1303和区域1304对于磁性粒子的亲合力。然而， 检测目标物质并不限于磁性粒子，也可能是可被固定到磁性粒子表面 的物质。在以下的描述中，假定区域1303对于磁性粒子的亲合力比区 域1304更高，但区域1303和区域1304的相对亲合力可以相反。
图8中所示的FG传感器元件的检测线圏1211、 1221的检测操作 在此并未详细说明，因为所述操作可以以参照图6A至6F所述的相同 方式进行。釆用图8所示的元件，检测线圏1212、 1222也像检测线圏 1211、 1221 —样给予如上所述参考图6A到6F的输出。采用图8所示 的FG传感器元件，依据前述操作原理也可以获得传感器元件对于磁 性粒子1401的高输出。
在图8中，用串联的检测线圏1211、 1212替代了图1所示的检测 线圏1210，且用串联的检测线圏1221、 1222替代了图1所示的检测 线圈1220。然而，配置在与检测线圏1210、 1220相对应部分的线圏 数量并不局限为两个，也可以多于两个。在应用多于两个的检测线圏 时，线圈缠绕方向在相邻线圈之间交替反向，而且检测线圏可以在线 圏边沿处将线圏端部或区域1303重叠。
在磁性粒子1401的实际检测中，通过施加外部磁场或其它方法使磁性粒子1401的磁场在一个方向上排布，以实现在上面计算模型中所 模拟的状态。特别地，可以在检测困难方向上施加静磁场以避免灵敏 度饱和。特别地，在图5A至5C中，出于所述考虑，所述磁场的施加 方向与所述元件在固定位置处接触所述检测目标的平面正交。在该实 施方式以及在后面描述的示例中，术语"检测困难方向"表示在非检测 方向的方向上含有磁场分量的磁场。术语"正交方向上的磁场"表示具 有正交方向上的分量的磁场。术语"元件表面"表示具有围绕元件形成 的保护膜等的表面。
在图6A至6F所示的情况下，磁性粒子1401可通过检测磁性粒 子1401的磁场以高传感器元件输出而被检测。即使磁性粒子1401的 数量很少，与传统检测方法相比，也能在具有足够输出的同时进行检 测。
图9示意性示出了磁性粒子固定在FG传感器上的示例。采用前 述的平行型FG传感器元件，磁性粒子1401可被固定到传感器元件表 面的一部分上。在图9中，多个》兹性粒子1401 ;f皮固定在磁性粒子固定 膜1202上。
在此实施方式中，缠绕方向不同的两个或更多个线圏被串联连接。 对于检测目标物质具有较高亲合力的部分和具有较低亲合力的部分被 交替布置在检测线圏的连接部分和端部。由此，在测量由检测目标物 质产生的磁场时，磁性粒子被固定在对检测目标物质具有较高亲合力 的部分，以便于检测由磁性粒子产生的磁场，以给出与磁场相对应的 高信号输出。
应用本发明元件的磁检测元件和检测方法在磁性粒子或以磁性粒 子标记的非磁性物质的检测中改善了检测由磁性粒子产生的磁场的灵 敏度。
本发明的磁检测元件包括软磁芯、用于检测施加到所述磁芯的磁 场的检测线圏、以及用于向检测线圈施加交变磁场的激励线闺。所述 磁检测元件可具有针对检测线圏的磁芯表面特性的结构以解决前述的 问题。
15具体而言，磁检测元件在检测线圏的纵向上具有第 一 区域和第二 区域，所述第一区域和所述第二区域在表面特性上被做成互不相同。 所述表面特性的不同之处包括对于作为检测目标物质的磁性粒子的亲 合力不同。就所述区域在检测目标物质的易粘附性方面的不同而言， 表面特性的不同可以是表面平面度的不同。
<示例1>
印
(i) 传感器机构
该示例的FG传感器元件的结构在下面进行说明。图IO示意性示 出了该示例的平行型FG传感器元件的外部视图。如图IO所示，软磁 芯1200具有激励线圈1230，用于检测覆有薄膜的软磁芯1200中磁变 化的检测线圏1210、 1220。
以下简要说明了该示例中FG传感器元件的生产过程。在该示例 中，FG传感器元件通过半导体生产工艺来制造。非磁性材料，如SiOz 被布置在软》兹芯1200上，且检测线圈1210、 1220以及激励线圏1230 缠绕在软磁芯上。用于软磁芯的材料以FeCo合金为例。
在缠绕线围之前，通过由如图1中所示的截面在线圏的纵向上将 线圏分为两个部分，从而针对每个检测线圏1210、 1220，在检测元件 表面上限定出第一区域和第二区域。第一区域对应于图1中所示的区 域1301，第二区域对应于图2中所示的区域1302。在各自第一区域的 一部分上(靠近图10中检测线圏的一个端部)，形成金膜作为磁性粒 子固定膜1202。在各自第二区域的一部分上(靠近图IO检测线圏的 另一个端部)，形成SiN膜作为磁性粒子非固定膜1203。
(ii) 磁性粒子的固定
描述了检测目标物质的构成。图11示出该示例的检测目标物质的 构成。检测目标物质包括抗原1403 (非磁性物质)、磁性粒子1401以 及用于将抗原1403结合到磁性粒子1401的二次抗体1404。抗原1403 通过一次抗体1402连接到磁性粒子固定膜1202上。由此检测目标物质被固定在磁性粒子固定膜1202上。
采用上述的磁检测元件(FG传感器元件)，依据下面的方案，可 检测公认作为前列腺癌标志物的前列腺特异抗原(PSA)。用于识别 PSA的一次抗体被初步固定在FG传感器元件的软磁芯1200上。
(1) 包含作为抗原的PSA(检验目标)的磷酸盐緩沖生理盐水 (检验目标溶液)被注射进流路中，且培养5分钟；
(2) 使磷酸盐緩冲生理盐水通过所述流路流动以去除所有未 反应的PSA;
(3) 将包含以磁性粒子1401标记的抗PSA抗体(二次抗体) 的另一种磷酸盐緩沖生理盐水注射进所述流路中，并培养5分钟；以 及
(4) 利用磷酸盐緩冲生理盐水将未反应的被标记抗体洗去。 依据上述方案，》兹性粒子1401通过抗PSA抗体(二次抗体)1404、
抗原1403以及一次抗体1402而^f皮固定在磁性粒子固定膜1202上，处 于配置在FG传感器元件的软磁芯1200表面上的第一区域。在检验目 标中不存在抗原1403的情况下，磁性粒子1401并不固定到元件的磁 芯1200上。因此可以通过检测被固定的磁性粒子1401的存在来检测 抗原的存在。
(iii)测量程序
在FG传感器元件的检测困难方向上垂直于软磁芯1200的薄膜环 形芯体的膜表面施加外部磁场。由此，在第一区域的磁性粒子固定膜 1202上被固定的磁性粒子1401的磁性沿垂直于膜表面的方向排列。 图10中所示的交流电源1502启动从而在激励线圏1230中产生lMHz 的交变磁场。所产生的交变磁场被施加到软磁芯1200上。在串联连接 的检测线圈1210、1220中感应产生的电动势通过由检测线圏端部之间 的电位差指示的检测信号而被测量出来。
检测信号的相位与AC磁场相位的差异指示出磁性粒子1401的存 在。由相位差的大小能够估算被固定的磁性粒子1401的数量，从而就 可以间接估算包含在检测目标中的抗原1403的数量。更进一步，可以从所述数量估算出测试目标中的抗原1403的浓度。
在此示例的上述条目(ii)的操作中，只使用的一个流路，但是 可以在检测部分设置多个流路，以便在各个流路中引发不同的抗原-抗体反应从而同时检测多种抗原。
<示例2>
此示例描述了图8中所示构造在示例1中元件的应用。图12示意 性示出了此示例的平行型FG传感器的外部视图。
如图12所示，此示例的FG传感器包括检测线圈1211、 1212，和 检测线圏1221、 1222，它们反向缠绕并串联设置在示例1的FG传感 器上。在串联连接的检测线圏1211、 1212部分的软磁芯1200的表面 上，区域1303和区域1304与图8中所示区域一样布置。相同的区域 也布置在检测线圏1221、 1222的软磁芯1200的表面上。
^磁性粒子固定膜1202形成在对应于区域1303的区域的至少一部 分上，并且磁性粒子非固定膜1203形成在对应于区域1304的区域的 至少一部分上。在测量中，由磁性粒子产生的》兹场净皮测量，该磁场是 由固定在磁性粒子固定膜1202上的磁性粒子1401产生的。磁性粒子 的活动及测量以与示例1中相同的方式进行。因此，此处不描述其细 节。
在上述示例1和2中描述的FG传感器元件不局限于具有覆有薄 膜的环形芯体的那些FG传感器元件，而可以是另外的平行型FG传 感器。
尽管已经参考示范性实施方式描述了本发明，但应该明白本发明 并不局限于所公开的示范性实施方式。下述权利要求的保护范围要给 予最宽范围的解释以便包含所有此类修改和等效构造与功能。
此申请要求了 2007年7月9日提交的日本专利申请 No.2007-179636的优先权，其在此全文并入作为参考。
18
权利要求
1.一种磁检测元件，包括由软磁材料构成的芯体，用于检测施加到所述芯体上的磁场的检测线圈，以及用于对所述芯体施加交变磁场的激励线圈；其中所述芯体的表面沿检测线圈的纵向被分为第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域对于检测目标物质的亲合力不同。
2. —种石兹检测元件，包括 由软磁材料构成的芯体，用于检测施加到所述芯体上的磁场的检测线圏， 以及用于对所述芯体施加AC磁场的激励线圏； 其中检测线圏由相互串联且各自的缠绕方向互为相反的两个线圈 构成，从检测线圈的一个端部开始交替配置第一区域和第二区域，所述 第一区域和第二区域对于检测目标物质的亲合力不同。
3. 如权利要求1或2所述的磁检测元件，其中将膜配置在所述第 一区域的至少一部分上，所述膜由非磁性材料构成，该非磁性材料对 于检测目标物质的亲合力比所述第二区域高。
4. 一种应用如权利要求1至3中任一项所述的磁检测元件的检测 方法，包括将检测目标物质固定在磁检测元件的表面上， 施加用于限定检测目标物质的磁化方向的静磁场， 施加交变磁场，以及利用磁检测元件测量在检测线圏中产生的信号强度，以便检测所 述检测目标物质的存在或浓度。
5. 如权利要求4所述的检测方法，其中所述静磁场的磁化方向与 检测目标物质在磁检测元件上的固定位置处的切面正交。
6. 如权利要求4或5所述的检测方法，其中检测目标物质包括不能磁化的物质，以及固定在所述不能磁化的物质上的磁性粒子。
7. 如权利要求6所述的检测方法，其中所述不能磁化的物质为生
8. 如权利要求4或5所述的检测方法，其中所述检测目标物质为 /f兹性物质。
全文摘要
一种磁检测元件，包括由软磁材料构成的芯体，用于检测施加到该芯体上的磁场的检测线圈，和用于对该芯体施加交变磁场的激励线圈，其中所述所述芯体的表面沿检测线圈的纵向被分为第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域对于检测目标物质的亲合力不同。
文档编号G01N33/543GK101688850SQ200880023510
公开日2010年3月31日 申请日期2008年7月9日 优先权日2007年7月9日
发明者上田未纪, 池田贵司 申请人:佳能株式会社