磁性線圈在傳感器裝置中的定位的制作方法

專利名稱：磁性線圈在傳感器裝置中的定位的制作方法
技術領域：
本發明涉及包括布置在傳感器室上方和下方的至少兩個磁性線圈的傳感器裝置， 例如受抑全內反射(FTIR)生物傳感器裝置，并且具體而言，涉及對磁性線圈的定位。
背景技術：
目前，對生物傳感器的需求日益增長。一般而言，生物傳感器能夠檢測在待分析物 內的給定具體分子，其中，所述靶分子的量或濃度通常是很小的。例如，可以測量在唾液或 血液內的藥物或心臟標志物的量。濫用藥物一般是僅擁有一個抗原表位的小分子，并且出 于這個原因，不能通過例如夾心測定檢測到。競爭性測定或抑制性測定是檢測這些分子的 優選方法。眾所周知的競爭性測定設置是將感興趣的靶分子耦合到表面上，并且將抗體連 接到可能是酶、熒光團或磁珠的檢測標記物上。該系統被用于使用標記后的抗體執行在來 自樣品的靶分子和表面上的靶分子之間的競爭性測定。對于路邊測試，執行所述測定的方 法，也稱為測定，應該是快速的(這樣可以在大約1分鐘內執行完測試)并且魯棒的。在如圖1所示的示例性的設置中，在傳感器盒(sensor cartridge) 1內的傳感器 室的傳感器表面11的至少一部分被制備用于對靶分子進行檢測。在傳感器盒1內的傳感器 室應當具有預先確定的體積。盒1可以被制作為一次性的聚苯乙烯盒。順磁珠12布置在 傳感器室內，優選地布置在預定位置處，諸如如圖1所示的盒1的蓋子底部。為了提高要在 注入到盒1內的流體中檢測的靶分子的反應速度，將磁激勵線圈3，3’布置在盒1的下方， 以便產生將珠12拉向傳感器表面11的磁場。如圖1所示，通常使用布置為彼此鄰近的一 對線圈3，3’。然而，在盒1下方僅使用一個磁性線圈同樣是可能的。在預先確定的時間過 后，關閉下部的線圈3，3’，并且因此去除了所述磁場，并且施加由布置在盒1上方的磁性線 圈2所產生的另一磁場將未結合的珠12從傳感器表面11上拉開。隨后，可以檢測在傳感 器表面11上的結合點處存在的珠12。結合點是在傳感器表面11上分子和珠12以現有技 術中已知的不同方法與其結合的區域。這些結合方法中的其中一種是將珠12結合到抗原 表位上，所述抗原表位又結合到固定在結合點的抗體上。在盒1內的抗原表位的量可以例 如借助于光學檢測方法通過檢測結合到抗原表位上的珠的量進行推斷。代替提供用于排斥未結合的多余珠的附加上部線圈2，也可以使用布置在盒1下 方的線圈3，3’，通過對下部線圈3，3’進行適當設計或布置而局部地從傳感器表面11上排 斥珠12。此外，如圖1所示，可以通過組合分別布置在傳感器表面11上方和下方的上部線 圈和下部線圈的磁場從傳感器表面11上排斥珠12。甚至是具有專用幾何結構的單一線圈 也可以用于排斥珠12。在一部分珠12結合到結合點之后，去除多余的珠12也可以叫做磁 清洗。珠12的檢測可以使用例如磁電阻技術來完成。另一個已知技術是使用例如FTIR 的光學技術光學地檢測結合到結合點的磁性標記珠12。在FTIR磁性生物傳感器中，從光源 (例如激光或LED)發射出的光線13以全內反射的角度指向到傳感器表面11上。光路在圖 1中以黑色箭頭加以描述。如果在靠近傳感器表面11處不存在粒子，光線將被完全反射。
3然而，如果珠12或其它檢測標記物結合到了傳感器表面11上，將違反全內反射的條件，并 且部分光線被散射到傳感器室或傳感器盒1內，并且因此降低了由傳感器表面11反射的光 線的量。通過使用光檢測器測量反射光線的強度，有可能估計結合到傳感器表面11上的結 合點的珠12的量。對磁性線圈2、3、3’的精確和可重復布置與定位，具體而言，對存在于傳感器盒1 的上方和下方的線圈2、3、3’的精確對準是非常重要的，這樣，在測試期間，在傳感器盒1內 的磁珠12能夠以有效的和可重復的方式被激勵。具體而言，在化學結合較弱的情況下，對 由線圈產生的激勵力的精確對準是非常重要的。在那種情況下，線圈2、3、3’相對于彼此的 定位是該測量中非常關鍵的參數。

發明內容
因此，需要提供能夠在生物傳感器中進行精確測量的方法和傳感器裝置。根據本發明，電磁感應被用作線圈的位置指示器。根據本發明的所述方法能夠確 定至少兩個磁性激勵器線圈的相對位置，所述磁性激勵器線圈被布置在傳感器裝置中傳感 器盒的大體上相對的各側，例如分別位于傳感器盒的上方或下方。所述方法可以利用所述 至少兩個線圈間的互感應，即，這些線圈間的磁性耦合。此外，所述磁性線圈中的一個的自 感應可以用于確定線圈的相對位置，所述磁性線圈中的一個的自感應取決于由周圍線圈的 幾何結構導致的線圈的相對位置。所述線圈的相對位置與所述互感應或自感應的相關性可 以由專業人員以常規方式通過測量電磁感應和線圈的位置并產生這些值之間的數學關聯 性來確定。另外，這些值之間的相關性可以通過從電磁理論的常規方程形成數學方程來確 定。基于電磁感應所確定的線圈的相對位置可以被用于調整所述線圈的相對位置。假 使所述傳感器裝置包括在所述傳感器盒上方的一個磁性線圈和在所述傳感器盒下方的另 一磁性線圈，則應當調整所述線圈的相對水平位置，這樣可以最大化在所述兩個線圈間的 互感應，以便實現對所述線圈的成一直線的準確對準。當多余一個線圈布置在所述傳感器 盒的一側時，為了實現對稱布置，所述線圈的相對位置應當使得在所述上部線圈和每個下 部線圈間的互感應分別處于平衡狀態以實現最佳定位。最佳定位這一術語意味著所述線圈 具有與傳感器表面的結合點相同的距離，如圖1所示，由此，所述結合點位于所述傳感器表 面的中央。在該實例中，為了最佳定位，位于所述傳感器表面上方的單一線圈必須對準所述 傳感器表面的中央。否則不能確保所述生物傳感器的精確測量。同時，也可以實現對所述線圈間距離的垂直調整。通過將所述線圈間的磁性耦合 設置為預先確定的值，可以控制在所述盒上方和下方的線圈間的距離。優選地，在將所述線 圈水平對準之后進行垂直定位以調整未對準的線圈。所述線圈的定位還可以通過反復重復測量所述電磁感應，確定并調整所述線圈的 相對位置的步驟，直到所測量的電磁感應達到了預先確定的值為止而進一步得以改善。根據本發明的所述方法所測量的電磁感應也可以用于調整激勵電流，特別是調整 每個線圈的激勵電流的幅度，以便在不需要機械地重新定位所述線圈的情況下校正所述線 圈的偏移。在線圈間的互電磁感應可以通過向其中一個線圈施加電流，并且觀察在其它線圈中的感應電壓來進行測量。使用此方法，也可以獲得關于所產生的磁通量的信息(例如，飽 和度或渦電流)。所述磁性耦合可以例如通過為所述線圈提供脈沖電流并在時域內觀察其不同的 響應進行估計，以及在頻域內通過觀察頻率成分的變化進行估計。本發明還提供在傳感器盒內具有傳感器室的傳感器裝置，以及布置在傳感器盒的 大體上相對的各側的至少兩個線圈。所述傳感器裝置還包括用于確定所述電磁感應的測量 器件，以便確定所述線圈的相對位置。所述傳感器裝置可能還包括用于基于所確定的電磁 感應改變所述線圈的相對位置的定位器件。通過改變所述線圈的位置來校正對準，由于這 些未對準引起的測量錯誤得以避免。通過應用軟磁性材料，例如，用于所述傳感器(校準) 盒的金屬或磁珠，可以增強所述作用，即這些磁性線圈的互耦合。根據本發明，提供了以低成本精確確定在傳感器裝置內的激勵線圈的相對位置的 方法和裝置，這是因為傳感器裝置中的當前激勵線圈可以重復利用，該器件一方面用于激 勵并排斥在所述生物傳感器中的珠，并且另一方面用于確定它們之間的對準。根據本發明 的所述方法和裝置提供魯棒的和可重復的測量。通過添加多于兩個的線圈，可以實現更好 的空間分辨率。從下文對實施例的描述，以及參考實施例的闡述中，本發明的這些和其它方面將 變得顯而易見。


圖1示意性地示出了 FTIR磁性生物傳感器裝置的設置；圖2示意性地示出了在圖1中所示的磁性線圈的布置，其中，所述線圈相互偏移； 以及圖3示意性地示出了根據本發明的實施例的傳感器裝置。
具體實施例方式圖2示意性地示出了用于在FTIR生物傳感器裝置中激勵順磁性標記珠12的三個 磁性線圈2、3、3’。傳感器盒1包括傳感器室和傳感器表面11，類似于圖1中所示的，傳感 器室和傳感器表面11布置在頂部線圈2和底部線圈3、3’之間。如圖2所圖示說明的，頂 部線圈2是無意識偏移的，即，在水平方向關于所述底部線圈3、3’發生移位。當處于圖2中所示的情況時，通過向頂部線圈2施加電流并測量由電流在兩個底 部線圈3、3’中產生的電磁場所引起的電壓而測量兩個底部線圈3和3’的磁感應，將觀察 到由于所述偏移，頂部線圈2與左側底部線圈3間的互感M23和頂部線圈2與右側底部線圈 3’間的互感M23’存在差值。通過以某種方式調整所述線圈的相對位置使得感應M23和M23’ 相等，從而可以實現對所述線圈的對稱布置，這對于位于傳感器盒1內的珠的有效的和可 重復的激勵是非常重要的。或者，可以調整在底部線圈3、3’內的激勵電流的幅度，以便校 正所述線圈偏移，并提供在傳感器盒1內的大體上均勻的磁場。為了增強在這些線圈間的互耦合，優選地，僅在所述對準過程期間，將磁性材料14 布置在如圖3所示的盒1、15上。可以提供致力于在所述對準過程中使用的校準盒15。校 準盒15在對線圈2、3、3’的校正定位終止后由傳感器盒1替換。布置在盒1或校準盒15上的磁性材料14優選地是軟磁性材料，例如金屬或磁珠。此類磁性材料14將作為針對在 所述傳感器裝置的上部線圈2和下部線圈3、3’之間的磁通量的通量集中器。所述通量集 中器增強了上部線圈2和下部線圈3、3’之間的耦合。此外，所述通量集中器使得在上部線 圈2和下部線圈3、3’之間的耦合對于水平偏移更為敏感，由此改善了對所述線圈的相對位 置的確定。 已經圖示說明并結合附圖和先前的描述詳細描述了本發明，此類圖示說明和描述 可以被理解為說明性的和示例性的而并非是限制性的；本發明因此并不限于所公開的實施 例。本領域的技術人員通過對所述附圖、所述公開內容、以及所附權利要求的研究，可以理 解并實現所公開的實施例的各種變型并且實踐如權利要求所述的發明。在所述權利要求 中，詞匯“包括”并不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”并不排除多個。單 一處理器或其它單元可以實現在所述權利要求中記載的幾種功能。在相互不同的從屬權利 要求中記載的特定措施并不說明不能使用這些措施的組合來獲得益處。在所述權利要求中 的任意參考標記不應當理解為是對權利要求保護范圍的限制。
權利要求
一種用于確定傳感器裝置的至少兩個磁性線圈(2、3、3’)的相對位置的方法，所述線圈(2、3、3’)布置在傳感器盒(1)的大體上相對的各側上，所述方法包括(a)測量在所述線圈(2、3、3’)中的至少一個中的電磁感應；以及(b)基于所測量的電磁感應確定所述線圈(2、3、3’)的所述相對位置。
2.如權利要求1所述的方法，其中，通過向所述線圈(2、3、3’)中的另外一個施加電流 來測量所述線圈(2、3、3’ )中的至少一個中的所述電磁感應。
3.如權利要求1所述的方法，還包括調整所述線圈(2、3、3’)的所述相對位置的步驟。
4.如權利要求3所述的方法，其中，調整所述線圈(2、3、3’)的所述相對位置使得所測 量的電磁感應最大化以便對準所述線圈(2、3、3’)。
5.如權利要求3所述的方法，其中，調整所述線圈(2、3、3’)的所述相對位置使得所測 量的電磁感應具有預先確定的值以便控制所述線圈(2、3、3’ )之間的距離。
6.如權利要求1所述的方法，其中，所述傳感器裝置包括至少三個線圈(2、3、3’)，其 中，兩個所述線圈(3、3’)布置在所述傳感器盒(1)的一側上，其中，基于所述電磁感應的差 值確定布置在所述傳感器盒(1)的一側上的所述線圈(2)相對于布置在所述傳感器盒(1) 的另一側上的所述線圈(3、3’)的位置，所述電磁感應的差值是在布置在所述傳感器盒(1) 的一側上的所述線圈(2)以及布置在所述傳感器盒(1)的另一側上的所述線圈(3、3’ )中 的每個之間測量的。
7.如權利要求6所述的方法，其中，通過最大化所述電磁感應的差值調整所述線圈(2、 3,3')的所述相對位置。
8.如權利要求3所述的方法，還包括反復重復測量所述電磁感應、確定并調整所述線 圈(2、3、3’ )的所述相對位置的步驟，直到所測量的電磁感應達到預先確定的值為止。
9.如權利要求1所述的方法，還包括調整至少一個線圈的激勵電流以校正所述線圈 (2、3、3’)的偏移的步驟。
10.如權利要求1所述的方法，其中，所述傳感器裝置是FTIR磁性生物傳感器裝置。
11.一種傳感器裝置，包括(a)傳感器盒(1)；(b)布置在所述傳感器盒(1)的大體上相對的各側上的至少兩個磁性線圈(2、3、3’)；以及(c)用于測量所述線圈(2、3、3’)中的至少一個的電磁感應的測量器件。
12.如權利要求11所述的傳感器裝置，還包括用于改變所述線圈(2、3、3’)的相對位 置的定位器件，其中，所述定位器件適于基于由所述測量器件測量的所述電磁感應調整所 述線圈(2、3、3’)的所述相對位置。
13.如權利要求11所述的傳感器裝置，其中，所述傳感器盒(1)是包括諸如金屬或磁珠 的磁性材料的校準盒。
14.如權利要求11所述的傳感器裝置，其中，所述裝置是FTIR磁性生物傳感器裝置。
15.一種校準盒(15)，其用于對如權利要求11所述的生物傳感器中的線圈(2、3、3’ ) 的對準進行測量。
全文摘要
本發明提供用于確定在傳感器內的至少兩個磁性激勵線圈(2、3、3’)的相對位置的方法，所述線圈布置在傳感器盒(1)的大體上相對的各側上。通過測量其中一個所述線圈的電磁感應，確定在所述傳感器裝置內的所述線圈的相對位置。基于所確定的相對位置，可以調整這些位置。或者，可以基于所確定的相對位置，調整在所述磁性線圈內的所述激勵電流。另外，還提供了包括傳感器盒、布置在所述傳感器盒的大體上相對的各側上的至少兩個磁性線圈、以及用于確定所述電磁感應的測量器件。
文檔編號G01N21/55GK101903760SQ200880121121
公開日2010年12月1日 申請日期2008年12月12日 優先權日2007年12月20日
發明者J·A·H·M·卡爾曼 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司