电感生物传感器结构原理
eeskill 2022-05-20

1.前言

业界对高敏感度、高特异性、低成本、易携带的生物传感器的研发兴趣有增无减。这些要求对于医疗、食品、制药、临床等应用领域具有重要意义。高敏感度和高特异性是生物传感器的核心要素,通过整合适合的变送方法与适合的生物过程,例如,免疫分析法和/或核酸杂交,可以实现高敏感度和高特异性。生物传感器概念的核心是把特定生物识别事件转换成电信号并输出。生物识别事件是通过一个涉及使用适合的标记法的生物过程,来识别分析物(抗原或DNA序列)与其特定识别元件(抗体或寡核苷酸)之间发生的特定生物事件。标记物可以是磁性、放射性、酶、荧光、电化或电介质物质。应根据特定应用的功能选择适合的标记物。

在这种情况下,使用磁性颗粒作为免疫分析法的标记物(夹心式免疫分析法和竞争性免疫分析法均使用这种方法[3])有潜在优势,这与其极高的稳定性、低成本、无毒、易感测有关。

通过选用适合的标记法,可直接量化磁珠数量,无需再为获取可测量的信号而执行其它操作。现有多种不同的磁珠感测方法,例如,磁阻传感器[4]、微机械悬臂装置 [5]、超导量子干涉仪[6]、自旋阀[7]、霍尔探针[8]、磁通门磁力计[9-11]。另一种感测方法是把样品置于线圈内或附近,线圈同时还兼作致动器和传感器。微射流系统是线圈被用作致动器的例子[12]:在微射流系统的通道中,电感器用于分离磁性颗粒上固定化的生物分子。

一个新方法是使用磁珠进行量化,利用磁珠磁芯来影响初级线圈磁场的空间分布,这样,可以使用一个次级线圈感测与磁性颗粒链接的生物分子。事实上,样品中磁性颗粒的存在可改变次级线圈电感。使用线圈充当感测结构有一个重要的优点,即关系到能否实现集成结构。与宏观电磁阀相比,采用硅技术集成电感元件有很多潜在优点,其中包括与制造成本、产品良率和平面电感器件可再制性相关的优点。此外,产品尺寸最小化可以大幅降低被分析物质的取样量,降低每个分析实验的试剂成本。高集成度还为开发更复杂的感测系统带来一个有趣的观点,例如,可同时感测多个物种的传感器阵列。

这种磁性生物传感器的感测敏感度完全取决于感受器(抗体)与目标分子(抗原)的亲和性、线圈参数、感测电路的稳定性,最重要地是,磁性颗粒的特征。

如前文所述,因为与感受器链接的磁性颗粒的存在,电感方法可通过测量线圈电感的变化来识别目标分子。

可用多种方法测量电感变化。在参考文献[13]中,作者提论述了如何利用相关设计、有限元素法仿真和采用硅技术制造集成电感元件来提高传感器的敏感度。该方法是用一个阻抗分析仪测量电感。为提高传感器对磁性颗粒存在的敏感度,在线圈区域的衬底背面局部沉积一个磁层。

本文讨论一个新的电感生物传感器。这项成果是参考文献[21]的传感器在参考文献[22]的仿真结果基础上进化的结果。准确地讲,该传感器架构经过优化设计,主要考虑次级线圈相对于初级线圈中心的位置、线宽和线的间隔。此外,我们还开发一个新的信号调理产品,使传感器响应性能高于参考文献[21]描述的传感器,因为存在两个感测系统,可完全表征两个不同的工作区,本文以下章节给予详细介绍。

本文主要内容如下:下一章即第二章介绍传感器工作原理以及布局设计和制造技术;一套验证磁特性的实验方法。第三章先是简要介绍信号调理电子元件和所用磁珠,然后介绍并探讨集成双感测系统的生物传感器的全面表征功能。

2.电感式生物传感器

2.1.工作原理

该生物传感器由一个初级线圈和两对次级线圈组成,构成两个不同的感测系统,如图1所示。在每个感测系统内,两个次级线圈的绕线方向相反,以差分方式相连。在每对次级线圈中,只有一个线圈对磁性颗粒敏感;另一个线圈可去除变压器总输出中的寄生效应。初级线圈由交流信号驱动,产生一个与所有次级线圈相关的磁场。

图1.生物传感器结构示意图:黑色部分是初级线圈;绿色部分是大感测系统;红色部分是小感测系统。

声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 【7.24 深圳】2025国际AI+IoT生态发展大会/2025全球 MCU及嵌入式技术论坛


  • 相关技术文库
  • 元器件
  • 电阻
  • 电容
  • 电感
  • 想要了解检测技术?变压器局放检测不妨认识一下

    检测技术给我们带来了很多好处,而对于检测,自动化等专业的朋友或多或少有所了解。往期文章中,小编对CCD检测、电阻检测等均有所阐述。为增进大家对检测技术的认识,本文将介绍变压器局放检测技术。如果你对检测具...

    07-10
  • 电解电容如何检测?这些检测技巧教给你

    在往期文章中,小编对检测相关技术的讨论还是挺多的,譬如光敏电阻检测、机器视觉检测、电缆电器性能检测等等。但是,针对不同的应用对象,其检测技术往往有所不同。为帮助大家掌握更多的检测技术,本文就电解电容...

    07-10
  • 大牛带你看检测技术,电容器检测技术分析

    检测技术是各大行业都不可缺少的技术,检测的应用,能帮助发现系统、设备存在的一些隐性故障。通过检测,我们能够确保系统、设备的稳定性。为增进大家对检测的了解,本文将介绍电容器的一些检测技巧。如果你对检测...

    07-10
  • 一看就懂!动画讲解LC振荡器的工作原理

    电感器是由电线线圈组成的设备,包裹在磁性材料上...

    07-09
  • 滤波器有哪些分类?这些滤波器使用注意事项你都知道吗?

    滤波器的使用,使得特定频率的信号能够被过滤掉。在上篇滤波器文章中,小编对滤波器的主要参数有所阐述。为增进大家对滤波器的认识,本文将对滤波器的主要分类,以及滤波器的使用注意事项予以介绍。如果你对滤波器...

    07-09
  • ups电源有何注意事项?大佬教你如何维修ups电源

    ups电源是生活中的常用电源类型之一,对于ups电源,很多朋友其实都有所了解。为增进大家对ups电源的认识,本文将基于两点介绍ups电源:1.ups电源使用注意事项,2.ups电源维修技巧。如果你对ups电源具有兴趣,不妨继...

    07-09
  • 光耦使用经验贴,大佬传授光耦实用技巧

    光耦,也就是光耦合器,在电路中应用广泛。上篇文章中,小编介绍了光耦的技术参数,但这只是理论部分。如果想要掌握光耦的应用,还需自己动手尝试。为增进大家对光耦的认识,本文将介绍光耦的实用技巧。如果你对光...

    07-08
  • 如何维护逆变器?看看哪些因素将影响逆变器寿命

    逆变器无疑是工业应用中常用的转换器之一了,对于逆变器,我们或多或少具备一定的了解。为增进大家对逆变器的了解,本文将对影响逆变器寿命的因素予以介绍。如果你对逆变器相关内容具有兴趣,不妨同小编一起继续往...

    07-07
  • 射频电路仿真

    信息时代的到来极大地改变了人类社会的生产、生活、工作和学习方式。射频功率放大器不仅在通讯系统中得到广泛应用,还逐渐被应用于其他领域内。本文为一种新型射频导热治疗仪所设计的大功率射频放大器电路,满足工...

    07-04
  • dht11温湿度传感器工作原理

    DHT11为 4 针单排引脚封装,如下图,采用单线制串行接口,只需加适当的上拉电阻,信号传输距离可达20米以上,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。 二.传感器参数 1.DHT11电气参数如下: 型号 测量...

    07-04
  • 绝对压力变送器的工作原理是什么?绝对压力变送器选型事项介绍

    压力变送器作为测量仪器,是工业中最常用的传感器之一。上篇文章中,小编对压力变送器的种类有所阐述。为增进大家对压力变送器的认识,本文将对绝对压力变送器、绝对压力变送器的原理以及选型予以介绍。如果你对压...

    07-03
下载排行榜
更多
评测报告
更多
广告