组成图示
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传感器类型
其他（GMR磁阻生物传感器）
检测对象
链霉亲和素（streptavidin）、人白细胞介素-6（human interleukin-6, IL-6）；样品基质：生物样品/血清（文中提及真实血清应用，实验为含目标物的样品）
检测原理
该传感器采用夹心式免疫识别：捕获抗体固定在GMR传感器表面，目标IL-6或链霉亲和素结合后，再与FeCo磁性纳米颗粒修饰的检测抗体结合。外部电磁线圈施加面内磁场，一方面将GMR自由层偏置到零度基态的高灵敏度区，另一方面极化表面FeCo纳米颗粒，使其产生杂散磁场。杂散场改变GMR自由层磁化方向，通过巨磁阻效应引起传感器电阻变化。四探针源表在1 mA电流下读取电阻变化，信号大小与结合在表面的目标分子数量呈线性关系。高磁矩FeCo纳米颗粒和零度基态GMR结构共同提高灵敏度，无需酶催化放大。
检测灵敏度
LOD: as low as 600 copies (<10-21 mol, zeptomol) of streptavidin；LOD: as low as 2.08*10^6 molecules of human IL-6；LOD: as few as 200 pieces of IL-6 molecules；传感器最大灵敏度: maximum sensitivity of 0.6 % MR per Oe near 10 Oe applied field；MR ratio: 3%。
效应效果
控制传感器信号低，表明该夹心方案无明显非特异性结合；链霉亲和素与IL-6信号均呈线性剂量响应，支持定量检测。IL-6检测灵敏度比R&D的IL-6 ELISA高13倍；新GMR设计灵敏度比传统GMR高3倍，工作磁场低10倍，MR比为3%，在约10 Oe处最大灵敏度为0.6 % MR/Oe。作者认为该低成本、便携、易使用的磁阻平台可用于低丰度生物标志物筛查和早期癌症预防的家庭个性化医学。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：硅片（Si）/100 nm热生长SiO2，承载GMR薄膜并提供绝缘基底。
- GMR换能层：Ir0.8Mn0.2/Co0.9Fe0.1/Cu/Co0.9Fe0.1/Ni0.82Fe0.12多层膜，利用巨磁阻效应将磁场转为电阻变化。
- 生物功能化层：11 nm SiO2，覆盖传感器区域，提供生物功能化表面。
- 捕获识别层：捕获抗体（capture antibody）固定于阳性GMR表面，特异性结合目标生物标志物。
- 检测识别/磁性标记层：FeCo磁性纳米颗粒修饰检测抗体（detection antibody-FeCo NPs），形成夹心结构并提供高磁矩信号。
- 被测物：IL-6或链霉亲和素（streptavidin），与捕获抗体/生物素结合。
- 磁场偏置/极化：电磁线圈产生面内外磁场，偏置GMR自由层并极化磁性纳米颗粒以产生杂散场。
- 信号读出：四探针Keithley 2400源表，1 mA电流下监测GMR电阻变化，LabVIEW控制。
中文摘要
本文提出一种超高灵敏度（zeptomole，10^-21 mol）生物标志物检测技术，用于检测任意潜在低丰度蛋白或DNA生物标志物。作者首次实现了亚13 nm高磁矩磁性纳米颗粒的检测，并构建了新型巨磁阻（GMR）生物传感器概念，在真实生物标志物检测方案中实现更高灵敏度和低10倍的外加磁场。该传感器采用夹心法检测潜在肺癌生物标志物白细胞介素-6（IL-6），在极低浓度下成功检测到仅200个IL-6分子。结合GMR传感器系统低成本、便携、易使用等特点，该器件有望推动面向家庭使用的个性化癌症预防医学，并支持疾病早期筛查与纵向监测。
英文摘要
In this paper, we present a ultra high sensitive (Zeptomole, 10(-21)) technique to enable the detection of any potential low abundance biomarkers. We demonstrated for the first time the detection of sub 13nm high-moment magnetic nanoparticle and the implementation of a novel magnetoresistive (GMR) biosensor concept with higher sensitivity and 10 times lower external field in real biomarker sensing schemes. A potential lung cancer biomarker, interleukin-6 (IL-6), was successfully detected with extremely low concentration (as few as only 200 pieces of IL-6). Together with other features of GMR sensor systems like low-cost, portability, easy-to-use, our demonstrated device may lead to future family-based personalized medicine for cancer prevention.