基于自旋閥巨磁阻傳感器的磁珠檢測系統(tǒng)設(shè)計.pdf

1、生物傳感器在醫(yī)學研究、臨床診斷以及生態(tài)農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。近年來,生物傳感器一直是傳感技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。自從巨磁阻(GMR)效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以后,基于巨磁阻效應(yīng)的生物傳感器成為生物傳感器領(lǐng)域中的一個新的研究方向。巨磁阻生物傳感器主要由GMR傳感器和信號檢測電路組成,其檢測對象是含有免疫磁珠標記的生物樣品。GMR傳感器具有靈敏度高、探測范圍寬、抗惡劣環(huán)境和制備成本低等優(yōu)點,而且可以采用現(xiàn)有的微電子加工工藝制造,使得GMR傳感器易于集成化

2、。目前,巨磁阻材料有多層膜、自旋閥和隧道結(jié)等多種結(jié)構(gòu)類型,用它們制作的GMR傳感器均可用于生物樣品的探測。
　　用GMR生物傳感器進行生物檢測的一般步驟是:首先在傳感器表面固定用于特定檢測的生物探針;再將生物樣品的目標分子與免疫磁珠結(jié)合完成磁標記;當完成磁標記的待測生物樣品試液流過傳感器表面時,樣品試液中的目標生物成分將被固定在傳感器表面的生物探針捕獲;最后在施加的外部激勵磁場的作用下免疫磁珠產(chǎn)生附加磁場,磁珠產(chǎn)生的附加磁場會使G

3、MR傳感器輸出信號發(fā)生變化,從而實現(xiàn)對生物樣品的探測?？梢奊MR傳感器的直接檢測對象是免疫磁珠,對免疫磁珠的檢測水平將直接決定著對生物樣品的檢測量。
　　除了GMR傳感器以外,另一個影響檢測性能的因素是信號檢測電路。因為GMR生物傳感器的輸出信號十分微弱,為了提高檢測靈敏度通常需要采用微弱信號檢測技術(shù)對其進行檢測。實驗中常常采用鎖相放大器對其進行檢測。鎖相放大器是利用信號的相關(guān)原理對信號進行檢測,能最大限度地壓縮帶寬和抑制噪聲,從

4、而將掩埋在強噪聲中的微弱信號提取出來,具有很高的穩(wěn)定性和靈活性。但是商用鎖相放大器存在著體積大、價格昂貴和不適合現(xiàn)場檢測等缺點。因此根據(jù)GMR生物傳感器輸出信號的特點設(shè)計專用的弱信號檢測電路有其實際的應(yīng)用價值。本課題的工作目標是設(shè)計制作一個磁珠檢測系統(tǒng)以實現(xiàn)磁珠的定性檢測,主要工作如下:
　　①根據(jù)自旋閥GMR傳感器的工作原理及其特點,確定它的工作模式及其輸出信號檢測方法,提出了磁珠檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。
　　②根據(jù)檢測系

5、統(tǒng)的實際需要,設(shè)計制作亥姆霍茲線圈。
　?、鄹鶕?jù)相關(guān)檢測的原理,利用Matlab/Simulink軟件對弱信號檢測電路中相關(guān)檢測電路進行了建模和仿真;在Quartus II11.0軟件平臺上完成了基于FPGA芯片的DDS電路控制、A/D轉(zhuǎn)換電路控制等模塊的邏輯設(shè)計;在此基礎(chǔ)上進行了弱信號檢測電路的硬件設(shè)計、并繪制了相應(yīng)的PCB板圖,完成了該電路的制作。
　?、軐θ跣盘枡z測電路進行了測試實驗,測試結(jié)果表明所設(shè)計的信號檢測電路對