GMR生物傳感器的原理及研究

1 引言

1988年，在法國(guó)巴黎大學(xué)物理系Fert教授科研組工作的巴西學(xué)者M(jìn).N.Baibich研究Fe/Cr磁性超晶格薄膜的電子輸運(yùn)性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)了巨磁阻(GMR)效應(yīng)，即材料的電阻率隨著材料磁化狀態(tài)的變化而呈現(xiàn)顯著改變的現(xiàn)象。

這一發(fā)現(xiàn)引起了許多國(guó)家科學(xué)家的關(guān)注，巨磁電阻效應(yīng)及其材料的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究迅速成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)自此以后，10多年來(lái)，巨磁電阻效應(yīng)的研究發(fā)展非常迅速，并且基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究幾乎齊頭并進(jìn)，已成為基礎(chǔ)研究快速轉(zhuǎn)化為商業(yè)應(yīng)用的國(guó)際典范目前，GMR材料已在磁傳感器、計(jì)算機(jī)讀出磁頭、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器等領(lǐng)域得到商業(yè)化應(yīng)用。

利用GMR材料制作的傳感器稱作巨磁阻傳感器，它具有靈敏度高、探測(cè)范圍寬、抗惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，可利用半導(dǎo)體曝光和刻蝕工藝，使該元件集成化、小型化，其性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他幾種磁場(chǎng)傳感器本文綜述一種將GMR傳感器和生物技術(shù)相結(jié)合的新型傳感器——GMR生物傳感器該傳感器應(yīng)用于生物檢測(cè)領(lǐng)域，是一種對(duì)磁標(biāo)記的生物樣本進(jìn)行檢測(cè)的傳感器，由免疫磁性微球(IMB)、高磁靈敏度的GMR傳感器以及相關(guān)讀出電路三部分構(gòu)成。

2 免疫磁性微球

1979年，John Ugelstad等人成功地制備了一種均勻性和粒度適宜的聚苯乙烯微球，將其磁化并與抗體連接后，即成為一種分離細(xì)胞效果極佳的免疫磁標(biāo)記——dynabeads從此，免疫磁標(biāo)記得到廣泛應(yīng)用，并引發(fā)了生物分離技術(shù)上的一次革命免疫磁標(biāo)記的特點(diǎn)主要有分離速度快、效率高、可重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)單、不需要昂貴的儀器設(shè)備、不影響被分離細(xì)胞或其他生物材料的生物學(xué)性狀和功能。

免疫磁性微球，或稱免疫磁標(biāo)記，是表面結(jié)合有單克隆抗體的磁性微球，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究比較熱門的一種新的免疫學(xué)技術(shù)它以免疫學(xué)為基礎(chǔ)，滲透到病理、生理、藥理、微生物、生化及分子遺傳學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用口益廣泛，尤其在免疫學(xué)檢測(cè)、細(xì)胞分離、蛋白質(zhì)純化等方面取得巨大的進(jìn)展現(xiàn)在國(guó)外已經(jīng)有多家公司專門生產(chǎn)磁標(biāo)記產(chǎn)品，如比較著名的Dynal，Nanomag，Micromer公司等國(guó)內(nèi)生產(chǎn)該方面產(chǎn)品的公司有寧波新芝生物科技股份有限公司、杭州聯(lián)科生物技術(shù)有限公司、深圳納微生物科技有限公司等圖1是一些免疫磁標(biāo)記的磁化曲線，其中，Dynal公司的M-280是目前最常用于GMR生物傳感器檢測(cè)的免疫磁標(biāo)記，直徑2.8μm，具有超順磁性。

免疫磁標(biāo)記技術(shù)的基本原理如下：免疫磁標(biāo)記既可結(jié)合活性蛋白質(zhì)(抗體)，又可被磁鐵所吸引，經(jīng)過一定處理后，可將抗體結(jié)合在磁標(biāo)記上，使之成為抗體的載體，磁標(biāo)記上抗體與特異性抗原物質(zhì)結(jié)合后，則形成抗原-抗體-磁標(biāo)記免疫復(fù)合物免疫磁標(biāo)記的功能基團(tuán)主要與蛋白質(zhì)結(jié)合，但是借助親和素-生物素系統(tǒng)，還能使免疫磁標(biāo)記與非蛋白質(zhì)結(jié)合，如各種DNA，RNA分子等.從而使免疫磁標(biāo)記發(fā)揮更大作用。

3 高靈敏度的GMR傳感器

目前，由實(shí)驗(yàn)和理論研究所得出具有GMR效應(yīng)的磁有序材料主要有四種類型：多層膜結(jié)構(gòu)、自旋閥結(jié)構(gòu)、磁性合金顆粒結(jié)構(gòu)以及顆粒-薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)四種結(jié)構(gòu)各有特點(diǎn)，而GMR生物傳感器大多采用多層膜結(jié)構(gòu)或自旋閥結(jié)構(gòu)。