GMR生物传感器的原理及研究

1 引言

1988年，在法国巴黎大学物理系Fert教授科研组工作的巴西学者M.N.Baibich研究Fe/Cr磁性超晶格薄膜的电子输运性质时发现了巨磁阻(GMR)效应，即材料的电阻率随着材料磁化状态的变化而呈现显著改变的现象。

这一发现引起了许多国家科学家的关注，巨磁电阻效应及其材料的基础研究和应用研究迅速成为人们关注的热点自此以后，10多年来，巨磁电阻效应的研究发展非常迅速，并且基础研究和应用研究几乎齐头并进，已成为基础研究快速转化为商业应用的国际典范目前，GMR材料已在磁传感器、计算机读出磁头、磁随机存取存储器等领域得到商业化应用。

利用GMR材料制作的传感器称作巨磁阻传感器，它具有灵敏度高、探测范围宽、抗恶劣环境等优点，可利用半导体曝光和刻蚀工艺，使该元件集成化、小型化，其性价比远远优于其他几种磁场传感器本文综述一种将GMR传感器和生物技术相结合的新型传感器——GMR生物传感器该传感器应用于生物检测领域，是一种对磁标记的生物样本进行检测的传感器，由免疫磁性微球(IMB)、高磁灵敏度的GMR传感器以及相关读出电路三部分构成。

2 免疫磁性微球

1979年，John Ugelstad等人成功地制备了一种均匀性和粒度适宜的聚苯乙烯微球，将其磁化并与抗体连接后，即成为一种分离细胞效果极佳的免疫磁标记——dynabeads从此，免疫磁标记得到广泛应用，并引发了生物分离技术上的一次革命免疫磁标记的特点主要有分离速度快、效率高、可重复性好、操作简单、不需要昂贵的仪器设备、不影响被分离细胞或其他生物材料的生物学性状和功能。

免疫磁性微球，或称免疫磁标记，是表面结合有单克隆抗体的磁性微球，是近年来国内外研究比较热门的一种新的免疫学技术它以免疫学为基础，渗透到病理、生理、药理、微生物、生化及分子遗传学等各个领域，其应用口益广泛，尤其在免疫学检测、细胞分离、蛋白质纯化等方面取得巨大的进展现在国外已经有多家公司专门生产磁标记产品，如比较著名的Dynal，Nanomag，Micromer公司等国内生产该方面产品的公司有宁波新芝生物科技股份有限公司、杭州联科生物技术有限公司、深圳纳微生物科技有限公司等图1是一些免疫磁标记的磁化曲线，其中，Dynal公司的M-280是目前最常用于GMR生物传感器检测的免疫磁标记，直径2.8μm，具有超顺磁性。

免疫磁标记技术的基本原理如下：免疫磁标记既可结合活性蛋白质(抗体)，又可被磁铁所吸引，经过一定处理后，可将抗体结合在磁标记上，使之成为抗体的载体，磁标记上抗体与特异性抗原物质结合后，则形成抗原-抗体-磁标记免疫复合物免疫磁标记的功能基团主要与蛋白质结合，但是借助亲和素-生物素系统，还能使免疫磁标记与非蛋白质结合，如各种DNA，RNA分子等.从而使免疫磁标记发挥更大作用。

3 高灵敏度的GMR传感器

目前，由实验和理论研究所得出具有GMR效应的磁有序材料主要有四种类型：多层膜结构、自旋阀结构、磁性合金颗粒结构以及颗粒-薄膜复合结构四种结构各有特点，而GMR生物传感器大多采用多层膜结构或自旋阀结构。