CN111722165B

CN111722165B - 磁传感器、检测装置及检测系统

Info

Publication number: CN111722165B
Application number: CN202010079081.4A
Authority: CN
Inventors: 高杉圭祐
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2020-02-03
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2040-02-03
Also published as: CN111722165A; US11921111B2; US20200300848A1

Abstract

用于检测试样中的检测对象物质的磁传感器具备：基板，其具有第一面及与第一面相对的第二面；磁阻效应元件，其设置于基板的第一面上，并且根据输入磁场而电阻值变化；及保护层，其覆盖磁阻效应元件上，磁阻效应元件构成为沿基板的第一面上的第一方向延伸的线状，并且具有俯视时位于外周缘的第一区域和被第一区域包围的第二区域，磁阻效应元件的第一区域上的保护层的上表面的高度比磁阻效应元件的第二区域上的保护层的上表面的高度高。

Description

磁传感器、检测装置及检测系统

技术领域

本发明涉及一种磁传感器、检测装置及检测系统。

背景技术

作为定量的免疫测定(免疫测定法)，已知有放射免疫测定法(RIA(radioimmunoassay)、IRMA(immunoradiometric assay))。在该方法中，能够通过放射性核素标记竞争抗原或抗体，根据比放射性的测定结果定量地测定抗原。免疫测定是标记抗原等目标物体并间接地进行测定的方法。该方法由于灵敏度高，所以在临床诊断中做出了很大贡献，但存在需要确保放射性核素的安全性，需要专用的设施及装置的缺点。因此，作为更容易操作的方法，例如，提出了使用利用磁珠等作为标记的生物传感器的方法(参照专利文献1～4)。

现有的生物传感器具备：基板、设置于基板上的GMR元件等磁阻效应元件和覆盖磁阻效应元件的保护膜。如果对试样中的生物分子具有亲和性的磁珠经由生物分子被捕获到保护层上后施加磁场，则从磁珠产生杂散磁场。通过将该杂散磁场输入到磁阻效应元件，磁阻效应元件的电阻值发生变化，能够基于该电阻值变化而间接地检测生物分子。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5161459号公报

专利文献2：日本专利第6043395号公报

专利文献3：日本专利第6101215号公报

专利文献4：国际公开第2017/82227号小册子

发明内容

发明所要解决的技术问题

通过将具有由2个铁磁性膜夹持非磁性膜的层结构的磁阻效应膜成膜于基板上，使用抗蚀剂图案作为掩模并将该磁阻效应膜图案化，由此制作上述生物传感器中的磁阻效应元件。在这样制作的磁阻效应元件的外周缘，铁磁性层(自由层)的磁化不稳定。因此，当磁珠被包含磁阻效应元件的外周缘的规定的区域上的保护层捕获，且对铁磁性层(自由层)的磁化不稳定的磁阻效应元件施加从该磁珠产生的杂散磁场时，噪声会与来自生物传感器的输出重叠。其结果，存在生物分子的检测精度降低的问题。

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种使用磁珠能够高精度地检测检测对象物质的具备磁阻效应元件的磁传感器、检测装置及检测系统。

用于解决技术问题的方案

为了解决上述问题，本发明提供一种磁传感器，其特征在于，所述磁传感器用于检测试样中的检测对象物质，并且具备：基板，其具有第一面及与所述第一面相对的第二面；磁阻效应元件，其设置于所述基板的所述第一面上，并且根据输入磁场而电阻值变化；及保护层，其覆盖所述磁阻效应元件上，所述磁阻效应元件构成为沿所述基板的所述第一面上的第一方向延伸的线状，并且具有俯视时位于外周缘的第一区域和被所述第一区域包围的第二区域，所述磁阻效应元件的所述第一区域上的所述保护层的上表面的高度比所述磁阻效应元件的所述第二区域上的所述保护层的上表面的高度高。

所述磁阻效应元件的所述第一区域中的从所述磁阻效应元件的上表面到所述保护层的上表面的高度只要为40nm以上即可，所述磁阻效应元件的所述第一区域只要是从所述磁阻效应元件的上表面的端边朝向与该端边正交的内部40nm以上的区域即可。

只要在所述磁阻效应元件的所述外周缘区域，在所述磁阻效应元件和所述保护层之间设置有高度调节层即可，还具备分别与所述磁阻效应元件的长边方向的两端部电连接的引线电极，所述高度调节层可以由与所述引线电极相同的材料构成，也可以由绝缘材料构成。

所述磁阻效应元件的所述外周缘区域的高度也可以比所述磁阻效应元件的所述内部区域的高度高，作为所述磁阻效应元件，可以使用GMR元件。

本发明提供一种检测装置，其特征在于，具备：上述磁传感器、和支承所述磁传感器的支承部。在所述检测装置中，也可以在所述保护层的表面存在能够与所述检测对象物质特异性地结合的探针。

本发明提供一种检测系统，其特征在于，具备：上述检测装置、磁场产生部、和能够保持所述试样的保持部，所述检测装置以能够使所述磁传感器与被所述保持部保持的所述试样接触的方式设置，所述磁场产生部以对与被所述保持部保持的所述试样接触的所述磁传感器施加磁场的方式设置。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种使用磁珠能够高精度地检测检测对象物质的具备磁阻效应元件的磁传感器、检测装置及检测系统。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的生物传感器的概略结构的截面图。

图2是表示本发明的一个实施方式的生物传感器的概略结构的局部放大截面图。

图3是表示本发明的一个实施方式中的磁阻效应元件的概略结构的截面图。

图4是表示本发明的一个实施方式的生物传感器的概略结构的立体图。

图5是用于说明使用了本发明的一个实施方式的生物传感器的生物分子的检测方法的概要的截面图。

图6是表示本发明的一个实施方式中的高度调节层的其他方式(其1)的概略结构的局部放大截面图。

图7是表示本发明的一个实施方式中的高度调节层的其他方式(其2)的概略结构的局部放大截面图。

图8是表示本发明的一个实施方式中的高度调节层的其他方式(其3)的概略结构的局部放大截面图。

图9A是表示本发明的一个实施方式的生物传感器的制造工序中的一个工序的截面图。

图9B是表示接着图9A所示的工序的工序的截面图。

图9C是表示接着图9B所示的工序的工序的截面图。

图9D是表示接着图9C所示的工序的工序的截面图。

图9E是表示接着图9D所示的工序的工序的截面图。

图9F是表示接着图9E所示的工序的工序的截面图。

图10是表示本发明的一个实施方式中的检测系统的概略结构的截面图。

符号的说明：

1…生物传感器

2…基板

21…第一面

22…第二面

3…磁阻效应元件

31…线状部

3A…第一区域

3B…第二区域

4…高度调节层

5…保护层

具体实施方式

一边参照附图一边对本发明的实施方式进行说明。此外，在本实施方式中，举出用于检测作为检测对象物质的生物分子的生物传感器作为磁传感器的一个例子进行说明，但不限定于该方式。作为能够通过磁传感器检测的检测对象物质，除了生物分子以外，例如，可以包含污染水等中所包含的挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)等各种有机化合物等。

图1是表示本实施方式的生物传感器的概略结构的截面图，图2是表示本实施方式的生物传感器的概略结构的局部放大截面图，图3是表示本实施方式中的磁阻效应元件的概略结构的截面图，图4是表示本实施方式的生物传感器的概略结构的立体图。

此外，在本实施方式的生物传感器中，根据需要，在几个附图中规定“X轴方向、Y轴方向及Z轴方向”。在此，X轴方向及Y轴方向是在本实施方式中的基板的面内(与基板的第一面及第二面实际上平行的平面内)相互正交的方向，Z轴方向是基板的厚度方向(与基板的第一面及第二面正交的方向)。

本实施方式的生物传感器1具备：基板2，其具有第一面21及与第一面相对的第二面22；磁阻效应元件3，其设置于基板2的第一面21上；高度调节层4，其位于第一区域3A上，该第一区域3A位于磁阻效应元件3的外周缘；和保护层5，其覆盖磁阻效应元件3上。在本实施方式的生物传感器1中，通过对被磁阻效应元件3上的保护层5捕获的聚集了试样中的生物分子的磁珠10施加磁场H，利用磁阻效应元件3检测来自该磁珠10的杂散磁场H_S，由此能够检测生物分子。

基板2只要是可搭载磁阻效应元件3的矩形形状的基板即可，例如可以举出硅片等半导体基板；AlTiC基板、氧化铝基板等陶瓷基板；树脂基板；玻璃基板等。也可以根据基板2的种类，在基板2的第一面21上、特别是在基板2的第一面21和磁阻效应元件3之间设置包含Al₂O₃等的基底层(省略图示)。基板2的厚度从基板2的强度、生物传感器1的薄型化及轻量化等观点考虑可以适当设定，例如，可以为5～100nm左右。

在本实施方式中，作为磁阻效应元件3，能够使用自旋阀型的GMR元件等。磁阻效应元件3具有包含从基板2侧起依次层叠的反铁磁性层61、磁化固定层62、非磁性层63及自由层64的MR层叠体60(参照图3)。反铁磁性层61由反铁磁性材料构成，通过在反铁磁性层与磁化固定层62之间产生交换耦合，起到固定磁化固定层62的磁化方向的作用。此外，磁阻效应元件3也可以具有从基板2侧起依次层叠有自由层64、非磁性层63、磁化固定层62及反铁磁性层64的结构。另外，也可以通过将磁化固定层62设为铁磁性层/非磁性中间层/铁磁性层的层叠铁磁结构，设为使两铁磁性层反铁磁性地耦合而成的所谓的自销型的固定层(Synthetic Ferri Pinned层，SFP层)，从而省略反铁磁性层61。

在作为磁阻效应元件3的GMR元件中，非磁性层63为非磁性导电层。在GMR元件中，电阻值根据自由层64的磁化方向相对于磁化固定层62的磁化方向而成的角度变化，该角度为0°(磁化方向彼此平行)时，电阻值成为最小；该角度为180°(磁化方向彼此反平行)时，电阻值成为最大。

磁阻效应元件3通过沿着X轴方向(第一方向)延伸的多个线状部31在Y轴方向(第二方向)上并排，并利用引线电极6使相邻的线状部31的端部之间连续，从而构成为曲折状(参照图4)。此外，在图4中，由于附图变得复杂，因此，高度调节层4及保护层5的图示被省略。

作为磁阻效应元件3的GMR元件通常具有相对低的元件电阻值，因此，为了从生物传感器1输出规定强度的信号，需要减小GMR元件的线宽，并且增长线长。而且，通过将GMR元件构成为上述曲折状，能够在基板2的第一面21上的有限的区域内减小GMR元件的线宽，并且增长线长。引线电极6例如只要由Cu、Al、Au、Ta、Ti等中的一种导电材料或两种以上的导电材料的复合膜构成即可。

在由上述多个线状部31构成的磁阻效应元件3中，磁化固定层62的磁化方向与各线状部31的短边方向实际上平行。在本实施方式的生物传感器1中，通过对被磁阻效应元件3上的保护层5捕获的磁珠10施加与基板2的第一面21正交的方向的磁场H，从而从磁珠10产生杂散磁场H_S，并被施加到磁阻效应元件3(参照图5)。通过将该杂散磁场H_S施加到磁阻效应元件3，自由层64的磁化方向发生变化，由此，磁阻效应元件3的电阻值发生变化。该电阻值的变化作为信号被输出，由此在生物传感器1中，能够检测试样中的生物分子的存在及存在量。

线状部31的长边方向的长度是根据生物传感器1整体的大小及生物传感器1所要求的灵敏度等适当设定的，例如，可以为10～500μm左右，短边方向的长度例如可以为0.2～10μm左右。

在本实施方式的生物传感器1的俯视时，磁阻效应元件3的各线状部31具有：位于该各线状部31的外周缘的第一区域3A和位于第一区域3A的内部且被第一区域3A包围的第二区域3B。第一区域3A是从各线状部31的上表面32的各端边起朝向与该各端边正交的内部的规定的宽度W_3A的区域。该宽度W_3A优选为40nm以上。如后所述，通过在磁阻效应元件3的第一区域3A设置高度调节层4，该第一区域3A中的保护层5的上表面构成为比第二区域3B中的保护层5的上表面高。更具体而言，第一区域3A中的保护层5的上表面的高度H_3A优选为40nm以上。这是指如果在从磁阻效应元件3的上表面的端边起半径40nm以内部的区域存在磁珠10，则噪声变得容易与生物传感器1的输出重叠。因此，如果第一区域3A的宽度W_3A低于40nm，则由于来自被第二区域3B中的第一区域3A附近捕获的磁珠10的杂散磁场H_S，噪声有可能变得容易与来自生物传感器1的输出重叠。此外，第一区域3A的宽度W_3A的上限值只要低于磁阻效应元件3的各线状部31的上表面的短边方向的宽度的1/2即可，优选为该短边方向的宽度的10％左右。

在本实施方式的生物传感器1中，在磁阻效应元件3的第一区域3A设置有高度调节层4。通过设置高度调节层4，能够使第一区域3A中的保护层5的上表面的高度比第二区域3B中的保护层5的上表面的高度高。此外，构成磁阻效应元件3的多个线状部31的长边方向两端部被引线电极6覆盖，因此，高度调节层4只要设置于多个线状部31的短边方向两端部的第一区域3A即可。该情况下，覆盖各线状部31的长边方向两端部的引线电极6也能够起到作为高度调节层4的作用。

高度调节层4例如可以由与引线电极6相同的材料构成，也可以由SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄、TiN、TaN、TaO、TiO、AlN等绝缘材料构成。

高度调节层4的厚度T₄能够根据被磁阻效应元件3的第一区域3A上的保护层5捕获的磁珠10的杂散磁场H_S适当设定为噪声不与来自生物传感器1的输出重叠的程度。如后所述，如果第一区域3A中的保护层5的上表面的高度H_3A为40nm以上，则噪声难以与来自生物传感器1的输出重叠，能够使用磁珠10高精度地检测生物分子。因此，例如，在保护层5的厚度T₅为30nm左右的情况下，高度调节层4的厚度T₄可以为10nm以上。

只要能够使磁阻效应元件3的第一区域3A中的保护层5的上表面的高度比第二区域3B中的保护层5的上表面的高度高，则高度调节层4的形状就没有特别地限定。例如，高度调节层4可以设置成从磁阻效应元件3的第一区域3A至基板2的第一面21(参照图1)，也可以具有从第一区域3A中的磁阻效应元件3的上表面向上方竖起的基部41和从基部41沿着面内方向朝向磁阻效应元件3的外侧延伸的延伸部42，并且在延伸部42和磁阻效应元件3之间设置有绝缘层7(参照图6)，也可以仅设置于第一区域3A中的磁阻效应元件3的上表面(参照图7)。另外，高度调节层4也可以由与磁阻效应元件3相同的材料构成(参照图8)。在图8所示的方式中，高度调节层4只要在生物传感器1的制造过程中的MR膜70的研磨处理中，通过使经过研磨的MR膜70的构成材料再附着于第一区域3A中的磁阻效应元件3的上表面而形成即可。

在本实施方式中，覆盖基板2的第一面21、磁阻效应元件3及高度调节层4整体的保护层5是能够捕获聚集于磁珠10的生物分子的层。聚集于磁珠10的生物分子通过与保护层5之间的、例如静电相互作用、氢键相互作用等而被保护层5捕获。因此，保护层5例如只要由能够在SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄、TiN、TaN、TaO、TiO、AlN等与生物分子之间发挥静电相互作用、氢键相互作用等的材料构成即可。此外，为了能够容易捕获生物分子，也可以在保护层5的表面、特别是磁阻效应元件3的第二区域3B上的保护层5的表面具备与作为检测对象的生物分子可特异性地结合的亲和性物质。

保护层5的厚度T₅只要是从与被第二区域3B中的保护层5的上表面捕获的生物分子结合的磁珠10产生的杂散磁场H_S能够施加到磁阻效应元件3的程度即可，能够根据高度调节层4的厚度T₄适当地设定，以使第一区域3A中的保护层5的上表面的高度H_3A(距磁阻效应元件3的上表面的高度)成为40nm以上且第二区域3B中的保护层5的上表面的高度H_3B(距磁阻效应元件3的上表面的高度)成为30nm左右。例如，在高度调节层4的厚度T₄为10nm左右的情况下，保护层5的厚度T₅例如能够被设定为30nm左右。

通过使具有上述的结构的生物传感器1与包含检测对象的生物分子11的试样接触，能够使保护层5的表面捕获该生物分子11。而且，在使被保护层5的表面捕获的生物分子11和磁珠10结合之后，通过梯度磁场或清洗等选择性地除去被磁阻效应元件3的第一区域3A上的保护层5的表面捕获的生物分子11及磁珠10。在本实施方式中，磁阻效应元件3的第一区域3A上的保护层5的表面的高度比第二区域3B上的保护层5的表面的高度高，由此，第一区域3A上的保护层5的表面的清洗液的表面流速比第二区域3B中的保护层5上的大，容易促进清洗，或者通过梯度磁场等脱离的磁珠10容易碰撞。其结果，通过梯度磁场或清洗等能够容易地选择性地除去被磁阻效应元件3的第一区域3A上的保护层5的表面捕获的生物分子11及磁珠10。

如上所述，在磁阻效应元件3的第二区域3B上的保护层5的表面残留了生物分子11及磁珠10之后，沿着与基板2的第一面21正交的方向施加磁场H，由此，磁珠10带磁性，从磁珠10产生杂散磁场H_S(参照图5)。通过将该杂散磁场H_S施加于磁阻效应元件3，自由层64的磁化方向发生变化，作为其结果，磁阻效应元件3的电阻值发生变化。在与被保护层5的表面捕获的生物分子11结合的磁珠10的数量与该电阻值变化之间具有相关性(线性相关)，因此，该电阻值变化作为信号从生物传感器1输出，从而能够检测试样中的检测对象的生物分子的存在及存在量。

作为使用本实施方式的生物传感器1能够检测的生物分子11，例如，可以举出DNA、mRNA、miRNA、siRNA、人工核酸(例如，LNA(锁核酸(Locked Nucleic Acid))、BNA(桥连核酸(Bridged Nucleic Acid)))等核酸(可以是源自天然，也可以是化学合成的。)；配体、细胞因子、激素等肽；受体、酶、抗原、抗体等蛋白质；细胞、病毒、细菌、真菌等。

另外，作为包含检测对象的生物分子11的试样，例如可以举出血液、血清、血浆、尿、血沉棕黄层(buffy coat)、唾液、精液、胸腔渗出液、脑脊髓液、泪液、痰、粘液、淋巴液、腹水、胸腔积液、羊水、膀胱冲洗液、支气管肺泡灌洗液、细胞提取液、细胞培养上清液等。

磁珠10只要为能够带磁性的颗粒即可，例如，可以是由金、氧化铁等构成的颗粒等。磁珠10的平均粒径例如可以为5～250nm左右，优选为20～150μm左右。此外，磁珠10的平均粒径例如可以使用激光衍射式粒径分布测定装置(产品名称：SALD-2300，岛津制作所公司制造)进行测量。

磁珠10的表面可以固定有链酶亲和素等蛋白质，也可以进一步具备能够与生物分子特异性地结合的亲和性物质。在用于捕获作为生物分子11的配体的情况下，磁珠10优选具有亲水性表面，在用于捕获作为生物分子11的抗体的情况下，磁珠10优选具有疏水性表面。

根据具有上述结构的生物传感器1，通过在磁阻效应元件3的第一区域3A设置高度调节层4，能够使该第一区域3A上难以捕获磁珠10，或者来自被该第一区域3A上捕获的磁珠10的杂散磁场H_S难以对磁阻效应元件3的电阻值变化造成影响。因此，能够不使噪声与来自生物传感器1的输出信号重叠而使用磁珠10高精度地检测生物分子。

具有上述结构的生物传感器1例如能够如下进行制作。图9A～9F是以截面表示本实施方式的生物传感器1的制造方法的各工序的工序流程图。

在硅片等半导体基板；AlTiC基板、氧化铝基板等陶瓷基板；树脂基板；玻璃基板等基板2的第一面21上的形成磁阻效应元件3的预定的区域形成包含Al₂O₃等的基底层(省略图示)，在该基板2的第一面21上通过溅射等形成MR膜70(依次层叠有反铁磁性膜、铁磁性膜、非磁性膜及铁磁性膜的层叠膜)(参照图9A)。

接着，依次层叠形成覆盖MR膜70的第一抗蚀剂层80及第二抗蚀剂层81(参照图9B)，通过曝光·显影处理，形成与磁阻效应元件3对应的具有第一抗蚀剂图案82及第二抗蚀剂图案83的层叠结构的抗蚀剂图案84(参照图9C)。

作为构成第一抗蚀剂层80及第二抗蚀剂层81的抗蚀剂材料，也可以为正型或负型中的任一类型，但构成第一抗蚀剂层80的抗蚀剂材料(例如，环戊酮类)优选为与构成第二抗蚀剂层81的抗蚀剂材料(例如，酚醛清漆树脂类)相比对于显影液(例如，四甲基氢氧化铵(TMAH)等有机碱显影液)的耐性更低的抗蚀剂材料。由此，在将第一抗蚀剂层80及第二抗蚀剂层81同时显影时，第一抗蚀剂图案82的侧面被腐蚀，能够形成被MR膜70、第一抗蚀剂图案82的侧面及第二抗蚀剂图案83的底面包围的空间SP。通过这样形成的空间SP，能够规定后述的高度调节层4要形成的区域、即第一区域3A。此外，通过第一抗蚀剂层80的面内方向的腐蚀量来控制第一区域3A的宽度W_3A，该腐蚀量例如能够通过适当设定曝光条件等进行控制。

接着，将抗蚀剂图案84作为掩模，对MR膜70实施了研磨处理后，一边实施规定的退火处理一边施加磁场，由此，在基板2的第一面上形成磁阻效应元件3的多个线状部31(参照图9D)。施加的磁场能够根据磁阻效应元件3的各层的构成材料、各层的膜厚、尺寸、形状、由磁化固定层62的垂直磁各向异性能量Ku和形状各向异性能量Kd给予的有效垂直磁各向异性能量Keff等，以在反铁磁性层61和磁化固定层62之间诱导规定的交换磁各向异性的方式适当设定。

接着，通过导电材料的溅射等形成在相邻的线状部31的长边方向端部之间连续的引线电极6，并且在各线状部31的第一区域3A形成高度调节层4(参照图9E)。如上所述，在线状部31的上表面形成有具有第一抗蚀剂图案82及第二抗蚀剂图案83的层叠结构的抗蚀剂图案84，在从线状部31的上表面的端边起朝向内部的规定的区域上形成有空间SP(参照图9C)。通过具有这样的空间SP，能够通过导电材料的溅射等规定高度调节层4形成的区域(第一区域3A)。即，能够根据上述空间SP的大小控制第一区域3A的宽度W_3A和形成于第一区域3A的高度调节层4的厚度T₄。具体而言，通过调节第一抗蚀剂图案82的厚度及宽度(腐蚀量)，调节上述空间SP的大小，由此，能够控制第一区域3A的宽度W_3A和形成于第一区域3A的高度调节层4的厚度T₄。

在高度调节层4由与引线电极6相同的导电材料构成的情况下，该高度调节层4通过在形成引线电极6的同时在各线状部31的第一区域3A也溅射导电材料而形成。另一方面，在高度调节层4由绝缘材料构成的情况下，该高度调节层4能够通过在引线电极6形成前或形成后将绝缘材料成膜于各线状部31的第一区域3A而形成。

最后，在将抗蚀剂图案84剥离除去后，形成覆盖基板2的第一面21、磁阻效应元件3及高度调节层4的保护层5(参照图9F)。由此，能够制造本实施方式的生物传感器1。

对使用具有上述结构的生物传感器1的检测装置及具备该检测装置的检测系统进行说明。图10是表示本实施方式的检测系统的概略结构的截面图。

本实施方式中的检测系统100具备：具有生物传感器1及支承该生物传感器1的支承部110的检测装置、磁场产生部120和具有收容含有生物分子的试样200的多个储液器140的板130。

在生物传感器1的保护层5的表面也可以设置有能够与试样200中的生物分子特异性地结合的探针(例如，配体等)。当然，也可以构成为不在生物传感器1的保护层5的表面设置该探针，而生物传感器1的保护层5的表面例如通过静电相互作用、氢键相互作用等使保护层5捕获生物分子。试样200中的生物分子只要聚集于磁珠10(参照图5)即可。支承生物传感器1的支承部110具有可插入到各储液器140的大小的多个长条状部。在各长条状部的前端安装有生物传感器1，以在将该长条状部的前端插入到储液器140时，能够使该生物传感器1与收容于各储液器140的试样200接触。支承部110可升降地设置，由此，能够将各长条状部插入到各储液器140或从各储液器140拔出。

磁场产生部120例如由能够产生与生物传感器1的基板2的第一面21正交的方向的磁场的线圈等构成，并且被设置成在使生物传感器1与收容于各储液器140的试样200接触时，能够对该生物传感器1施加磁场。

在具有这样的结构的检测系统100中，当使生物传感器1与收容于各储液器140的试样200接触时，聚集于磁珠10(参照图5)的生物分子被生物传感器1的保护层5捕获。在该状态下，当从磁场产生部120产生沿着与基板2的第一面21正交的方向的磁场时，磁珠10带磁性，从磁珠10产生杂散磁场H_S(参照图5)。通过将该杂散磁场H_S施加于磁阻效应元件3，自由层64的磁化方向发生变化，作为其结果，磁阻效应元件3的电阻值发生变化，从生物传感器1输出信号。在与被保护层5的表面捕获的生物分子11结合的磁珠10的数量与该磁阻效应元件3的电阻值变化之间具有相关性(线性相关)，因此，在检测系统100中，能够基于从生物传感器1输出的信号检测试样中的生物分子的存在及存在量。

此外，在上述检测系统100中，磁场产生部120也可以产生用于使磁珠10磁化的磁场，并且在聚集于被磁化的磁珠10的生物分子被生物传感器1的保护层5捕获的状态下，产生磁阻效应元件3的面内部向(XY平面的面内部向)的交流磁场。在该实施方式的检测系统100中，首先，使生物传感器1与收容于各储液器140的试样200接触，通过从磁场产生部120产生的磁场将磁珠10磁化，并且聚集于被磁化的磁珠10的生物分子被生物传感器1的保护层5捕获。在该状态下，当从磁场产生部120产生上述交流磁场时，从磁珠10产生杂散磁场。通过将该杂散磁场施加到磁阻效应元件3，自由层64的磁化方向发生变化，作为其结果，磁阻效应元件3的电阻值发生变化，从生物传感器1输出信号。

以上说明的实施方式是为了容易理解本发明而记载的内容，不是为了限定本发明而记载的。因此，上述实施方式中公开的各要素是也包含属于本发明的技术范围的全部的设计变更或等同物的宗旨。

在上述实施方式中，也可以将构成高度调节层4的导电材料(与引线电极6相同的材料)或绝缘材料全面地成膜，在相当于磁阻效应元件3的第一区域3A的区域形成抗蚀剂图案后，通过以该抗蚀剂图案作为掩模的蚀刻处理而形成高度调节层4。另外，也可以在将抗蚀剂图案84作为掩模的MR膜70的研磨处理中，通过调节离子束的照射角度，使MR膜70的构成材料再附着于相当于磁阻效应元件3的第一区域3A的区域，由此，形成高度调节层4。在该情况下，高度调节层4的高度、即MR膜70的构成材料的再附着量能够通过由第一抗蚀剂图案82的厚度及宽度(腐蚀量)规定的空间SP的大小和离子束的照射角度进行调节。

实施例

以下，举出实施例等对本发明进行进一步详细地说明，但本发明不限定于下述的实施例等。

〔试验例1〕

对于将具有图1所示的结构的生物传感器1的第二区域3B中的保护层5的上表面的高度H_3B设为30nm，并且第一区域3A中的保护层5的上表面的高度H_3A如表1所示那样不同的各样品(样品1～4)，通过模拟求出在第一区域3A及第二区域3B捕获了磁珠10的状态下的磁阻效应元件3的电阻变化率(将磁珠10的捕获前(零磁场)的磁阻效应元件3的电阻值作为基准的变化率)。将结果示于表1。此外，样品4是在图1所示的结构的生物传感器1中不具有高度调节层4的实施方式的样品，即第一区域3A中的保护层5的上表面的高度H_3A与第二区域3B中的保护层5的上表面的高度H_3B相同的样品。另外，各样品的电阻变化率是将用于得到生物传感器1所要求的输出的磁阻效应元件3的电阻变化率的设计值设为1时的相对值。

[表1]

	H<sub>3A</sub>(nm)	电阻变化率
			样品1	60	0.99
样品2	50	0.95
			样品3	40	0.93
样品4	30	0.90

从表1所示的结果表明，如果生物传感器1不具有高度调节层4，并且第一区域3A中的保护层5的上表面的高度H_3A与第二区域3B中的保护层5的上表面的高度H_3B相同(样品4)，则磁阻效应元件3的电阻变化率偏离理想值，噪声会与生物传感器1的输出重叠。在这一点上，如样品1～3，通过使第一区域3A中的保护层5的上表面的高度H_3A比第二区域3B中的保护层5的上表面的高度H_3B高，能够使磁阻效应元件3的电阻变化率接近理想值。而且，通过将第一区域3A中的保护层5的上表面的高度H_3A设为40nm以上，能够减少噪声对生物传感器1的输出造成的影响，因此，确认了能够使用磁珠10高精度地检测试样中的生物分子11。

另外，根据表1所示的结果，如果在剖视时在将磁阻效应元件3的端边设为中心的半径40nm以内存在磁珠10，则噪声容易与生物传感器1的输出重叠。因此，如果第一区域3A的宽度W_3A距磁阻效应元件3的端边40nm以上，则能够使用磁珠10高精度地检测试样中的生物分子11。

Claims

1.一种磁传感器，其特征在于，

所述磁传感器用于检测试样中的检测对象物质，并且具备：

基板，其具有第一面及与所述第一面相对的第二面；

磁阻效应元件，其设置于所述基板的所述第一面上，并且根据输入磁场而电阻值变化；及

保护层，其覆盖所述磁阻效应元件上，能够捕获所述检测对象物质，

所述磁阻效应元件构成为沿所述基板的所述第一面上的第一方向延伸的线状，并且具有俯视时位于外周缘的第一区域和被所述第一区域包围的第二区域，

所述磁阻效应元件的所述第一区域上的所述保护层的上表面的高度比所述磁阻效应元件的所述第二区域上的所述保护层的上表面的高度高。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，

所述磁阻效应元件的所述第一区域中的从所述磁阻效应元件的上表面到所述保护层的上表面的高度为40nm以上。

3.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，

所述磁阻效应元件的所述第一区域是从所述磁阻效应元件的上表面的端边朝向与该端边正交的内部40nm以上的区域。

4.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，

在所述磁阻效应元件的所述第一区域，在所述磁阻效应元件和所述保护层之间设置有高度调节层。

5.根据权利要求4所述的磁传感器，其特征在于，

还具备分别与所述磁阻效应元件的长边方向的两端部电连接的引线电极，

所述高度调节层包含位于所述磁阻效应元件的长边方向的两端部的所述第一区域的第一高度调节层和位于所述磁阻效应元件的短边方向的两端部的所述第一区域的第二高度调节层，

所述第一高度调节层由所述引线电极构成，

所述第二高度调节层由与所述引线电极相同的材料构成。

6.根据权利要求4所述的磁传感器，其特征在于，

所述第一高度调节层由所述引线电极构成，

所述第二高度调节层由绝缘材料构成。

7.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，

所述磁阻效应元件的所述第一区域的高度比所述磁阻效应元件的所述第二区域的高度高。

8.根据权利要求1或2所述的磁传感器，其特征在于，

所述磁阻效应元件为GMR元件。

9.一种检测装置，其特征在于，

具备：

权利要求1或2所述的磁传感器、和

支承所述磁传感器的支承部。

10.根据权利要求9所述的检测装置，其特征在于，

在所述保护层的表面存在能够与所述检测对象物质特异性地结合的探针。

11.一种检测系统，其特征在于，

具备：

权利要求9所述的检测装置；

磁场产生部；和

能够保持所述试样的保持部，

所述检测装置以能够使所述磁传感器与被所述保持部保持的所述试样接触的方式设置，

所述磁场产生部以对与被所述保持部保持的所述试样接触的所述磁传感器施加磁场的方式设置。