GMR生物傳感器的原理及研究

1 引言

1988年，在法國巴黎大學物理系Fert教授科研組工作的巴西學者M.N.Baibich研究Fe/Cr磁性超晶格薄膜的電子輸運性質時發(fā)現(xiàn)了巨磁阻(GMR)效應，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)引起了許多國家科學家的關注，巨磁電阻效應及其材料的基礎研究和應用研究迅速成為人們關注的熱點自此以后，10多年來，巨磁電阻效應的研究發(fā)展非常迅速，并且基礎研究和應用研究幾乎齊頭并進，已成為基礎研究快速轉化為商業(yè)應用的國際典范目前，GMR材料已在磁傳感器、計算機讀出磁頭、磁隨機存取存儲器等領域得到商業(yè)化應用。

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、探測范圍寬、抗惡劣環(huán)境等優(yōu)點，可利用半導體曝光和刻蝕工藝，使該元件集成化、小型化，其性價比遠遠優(yōu)于其他幾種磁場傳感器本文綜述一種將GMR傳感器和生物技術相結合的新型傳感器——GMR生物傳感器該傳感器應用于生物檢測領域，是一種對磁標記的生物樣本進行檢測的傳感器，由免疫磁性微球(IMB)、高磁靈敏度的GMR傳感器以及相關讀出電路三部分構成。

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，即成為一種分離細胞效果極佳的免疫磁標記——dynabeads從此，免疫磁標記得到廣泛應用，并引發(fā)了生物分離技術上的一次革命免疫磁標記的特點主要有分離速度快、效率高、可重復性好、操作簡單、不需要昂貴的儀器設備、不影響被分離細胞或其他生物材料的生物學性狀和功能。

免疫磁性微球，或稱免疫磁標記，是表面結合有單克隆抗體的磁性微球，是近年來國內(nèi)外研究比較熱門的一種新的免疫學技術它以免疫學為基礎，滲透到病理、生理、藥理、微生物、生化及分子遺傳學等各個領域，其應用口益廣泛，尤其在免疫學檢測、細胞分離、蛋白質純化等方面取得巨大的進展現(xiàn)在國外已經(jīng)有多家公司專門生產(chǎn)磁標記產(chǎn)品，如比較著名的Dynal，Nanomag，Micromer公司等國內(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生物傳感器檢測的免疫磁標記，直徑2.8μm，具有超順磁性。

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

3 高靈敏度的GMR傳感器

目前，由實驗和理論研究所得出具有GMR效應的磁有序材料主要有四種類型：多層膜結構、自旋閥結構、磁性合金顆粒結構以及顆粒-薄膜復合結構四種結構各有特點，而GMR生物傳感器大多采用多層膜結構或自旋閥結構。