基于GMR传感器阵列的生物检测研究

3.4 外加磁场

　　检测中需要外加激励磁场磁化超顺磁颗粒，针对不同的磁性传感器，磁性激励场可以平行于传感器表面，也可以垂直于传感器表面。平行方式相对优于垂直方式，当传感器上方不存在磁性微粒时，平行方式不会产生信号输出，而且激励场即使有一定的角度偏转，也不会导致片上分量的产生。另外，激励场可以采用直流激励场或交流激励场，在交流激励场作用下，传感器输出交流信号，通过锁相放大技术，可以获得较高的信噪比，方便信号的提取。但是，相比DC激励场而言，AC激励场会导致电磁干扰，需要在后端设计交流。EMI滤波及整流滤波电路，增加了电路复杂性。另外，外加交流激励磁场频率需要均衡考虑，如果过高，系统中的感性阻抗元件(如电磁铁等)会使电桥输出的信号大幅减弱；如果激励磁场频率太低，又会增加1／f噪声。对于某些GMR传感器，还需要外加偏置磁场，用于固定自由层、控制传感器工作在线性区间以及防止磁性微粒的初始极化。然而亚微米级的传感器，由于其自由层已处于单磁畴状态，可以不施加偏置场，从而提高自由层磁化时的自由度，增加传感器在易轴的敏感性。

　　3.5 采用信号放大技术

　　由于GMR传感器阵列输出的信号非常微弱，并且信号中不可避免地存在1／f噪声和散粒噪声，为了精确测量掩埋在噪声中生物信号的幅值及相位，通常用前置低噪声放大器、带通滤波器、可控增益放大器、相敏检测电路、正交移相电路、差分直流放大电路等组成的锁相放大设备来抑制差模噪声和共模噪声，对传感器输出的信号进行预处理。

　　4 结 语

　　利用GMR传感器组成阵列，对磁性标记的生物分子的检测进行研究工作已经开展了近十年，这里就检测方法的基本原理、发展情况、影响检测效果的各项因素进行介绍和分析。目前制约GMR传感器阵列生物检测性能的关键是制备工艺和材料的问题，在进一步的研究中，需要采用生物分子尺度相同、高灵敏的新型GMR传感器，研究新的生物机能性保护膜，在避免互扰的基础上，在芯片上布局更密集、有效生物结合面更大的阵列，改善传感器的线性度，保证亚微米级的超顺磁颗粒形态的均一，才能有效促进GMR传感器阵列在生物检测上的应用。