用于处理基于GMR的生物标志物检测中的分析物信号的系统和方法技术方案

一种用于被测试试样中基于GMR的目标分析物检测的信号处理系统，包括：测量电路配置单元，其被配置为，通过接入至少一个GMR传感器，构建GMR传感器测量电路，以及通过接入至少一个基准电阻器，构建基准电阻器测量电路；磁场激励单元，其被配置为，将频率为ω

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于处理基于GMR的生物标志物检测中的分析物信号的系统和方法相关申请的交叉引用本申请基于并要求2018年7月27日提交的美国临时专利申请62/711,396的优先权，其全部内容并入此处作为参考。
本公开一般涉及用于对从基于巨磁阻(GMR)传感器的分析物检测获得的测量信号进行处理的系统和方法。具体而言，本公开涉及用于对基于GMR的分析物检测中的测量信号进行处理的、相位敏感的检测系统和方法。
技术介绍
GMR传感器使得在紧凑式系统中开发具有高灵敏度和低成本的多重检定(multiplexassays)成为可能，因此有潜力提供适用于多种多样应用的平台。现有技术已经显示出对GMR传感器信号进行幅度调制以改善测量信噪比(SNR)的优点，但是，取决于测量电路，电压幅度、相位以及基底磁阻之间的关系可能相当复杂，因此，某些现有技术能够仅仅是忽略相位信息，而其它的现有技术可能选择进行DC检测。因此，存在这样的需求：改进传统的方法，得出GMR检测信号的相位敏感的测量，同时，保持使用AC测量。
技术实现思路
这里的实施例涉及用于实现用于分析物检测中所用磁阻(GMR)传感器的电阻的相位敏感测量和计算的系统和方法。本公开一实施形态提供了一种信号处理系统，该系统用于被测试试样中的目标分析物的基于GMR的检测，其包含：-测量电路配置单元，其被配置为通过接入至少一个GMR传感器来构建GMR传感器测量电路，以及通过接入至少一个基准电阻器来构建基准电阻器测量电路；-磁场激励单元，其被配置为将频率为ω2的AC磁场施加到所述至少一个GMR传感器；-载波信号施加单元，其被配置为将频率为ω1的载波信号施加到GMR传感器测量电路，以及将频率为ω1、ω1+ω2、ω1-ω2的载波信号施加到基准电阻器测量电路；-测量信号拾取单元，其被耦合到测量电路，并被配置为收集来自基准电阻器测量电路的基准电阻器测量信号以及来自GMR传感器测量电路的GMR传感器测量信号；以及-相位敏感解算单元，其被耦合到测量信号拾取单元，并被配置为基于来自基准电阻器测量电路的基准电阻器测量信号以及来自GMR传感器测量电路的GMR传感器测量信号二者，解析性地解算所述至少一个GMR传感器的电阻变化。另一实施形态提供了一种信号处理方法，该方法用于被测试试样中的目标分析物的基于GMR的检测，其包含：-获得GMR传感器测量信号，包含：通过接入至少一个GMR传感器，构建GMR传感器测量电路，将频率为ω1的载波信号施加到GMR传感器测量电路，将频率为ω2的AC磁场施加到所述至少一个GMR传感器，以及收集来自GMR传感器测量电路的GMR传感器测量信号；-获得基准电阻器测量信号，包含：通过接入至少一个基准电阻器来构建基准电阻器测量电路，将频率为ω1、ω1+ω2、ω1-ω2的载波信号施加到基准电阻器测量电路，以及收集来自基准电阻器测量电路的基准电阻器测量信号；以及-基于来自基准电阻器测量电路的基准电阻器测量信号以及来自GMR传感器测量电路的GMR传感器测量信号二者，解析性地解算所述至少一个GMR传感器的电阻变化。本公开的其他实施形态、特征和优点将由下面的详细说明、附图以及所附权利要求明了。附图说明下面将参照附图介绍本公开的多种实施例，在附图中：图1为在根据本公开一实施例的系统中使用的示例性卡盒(cartridge)读取器单元的透视图；图2A为根据本公开一实施例用在该系统中的示例性卡盒组件的透视图；图2B为根据这里的一实施例的图2A中的卡盒组件的分解图；图2C为根据这里的一实施例的图2A中的卡盒组件的原理图；图2D示出了图2A的卡盒组件的截面图，其描绘了在试样处理卡与其传感和通信衬底之间的连接接口；图3为根据本公开一实施例的系统的原理图；图4示出了根据一实施例，当使用图3中所公开系统的特性时，用于执行试样中的分析物检测的方法的步骤；图5A示出了根据某些实施例的示例性通道(channel)；图5B示出了布置在基材(base)中的多个通道；图6A-6C原理性地示出了GMR传感器芯片的结构，该芯片可以安装在根据本公开一实施例的卡盒组件上；图7示出了通道扩大段(channelexpansion)上的通道的截面图；图8A示出了一个通道的更为详细的截面图，该沟道具有在GMR传感器的位置上没有沟道扩大段的沟道主体；图8B原理性地示出了GMR传感器的基本结构和原理；图9A示出了示例性基本模式，GMR传感器以该模式根据这里介绍的多种检定应用运行；图9B示出了与图9A的传感器结构原理图相关联的过程流程图；图10A示出了另一示例性基本模式，GMR传感器以该模式根据这里介绍的多种检定应用运行；图10B示出了与图10A的传感器结构原理图相关联的过程的流程图；图11A示出了传感器结构原理图，其描绘了贯穿使用分析物检测三明治抗体策略的示例性加法过程的传感器结构状态；图11B示出了与图11A的传感器结构原理图相关联的示例性过程的流程图；图12A示出了在设计为检测心脏生物标志物D-二聚体的测试运行中GMR信号(单位是ppm)在时间(单位是秒)上的曲线图；图12B示出了通过运行具有变化的、固定的D-二聚体浓度的试样来获取的，D-二聚体的校准曲线(单位为ppm的GMR信号vs.D-二聚体浓度)；图13原理性地示出了根据本公开一实施例的卡盒读取器的功能框图；图14为根据本公开一实施例的卡盒读取器的过程的流程图；图15原理性地示出了根据本公开一实施例的信号处理器的功能框图；图16为根据本公开一实施例的信号处理器的过程的流程图；图17原理性地示出了根据本公开一实施例的信号处理控制单元的功能框图；图18为根据本公开一实施例的信号处理控制单元的过程的流程图；图19原理性地示出了根据本公开一实施例的信号准备单元的功能框图；图20为根据本公开一实施例的信号准备单元的过程的流程图；图21原理性地示出了根据本公开一实施例的信号处里单元的功能框图；图22为根据本公开一实施例的信号处理单元的过程的流程图；图23示出了用一种可用的测量电路拓扑获得的电压测量的实例；图24A-C示出了用于实现本信号处理技术的几种可用的电路拓扑。具体实施方式本公开涉及用于对由使用磁阻传感器技术的分析物检测获得的测量信号进行处理的系统和方法。出于阐释目的，根据某些实施例，装置、系统和特征关于使用GMR传感器进行介绍。由图1-4以及下面的说明可见，本公开中的信号处理技术可用在试样处理系统(或贯穿本公开所称的“系统”)之中，该系统可用于检测试样中例如金属、生物标志物等等的分析物(或多于一种分析物)的存在。在一实施例中，这种系统——在图3中示为系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于被测试试样中基于GMR的目标分析物检测的信号处理系统，包含：/n测量电路配置单元，其被配置为，通过接入至少一个GMR传感器，构建GMR传感器测量电路，以及通过接入至少一个基准电阻器，构建基准电阻器测量电路；/n磁场激励单元，其被配置为，将频率为ω

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180727 US 62/711,3961.一种用于被测试试样中基于GMR的目标分析物检测的信号处理系统，包含：
测量电路配置单元，其被配置为，通过接入至少一个GMR传感器，构建GMR传感器测量电路，以及通过接入至少一个基准电阻器，构建基准电阻器测量电路；
磁场激励单元，其被配置为，将频率为ω2的AC磁场施加到所述至少一个GMR传感器；
载波信号施加单元，其被配置为，将频率为ω1的载波信号施加到GMR传感器测量电路，以及将频率为ω1、ω1+ω2和ω1-ω2的载波电压施加到基准电阻器测量电路；
测量信号拾取单元，其被耦合到测量电路，被配置为从基准电阻器测量电路收集基准电阻器测量信号，以及从GMR传感器测量电路收集GMR传感器测量信号；以及
相位敏感解算单元，其被耦合到测量信号拾取单元，被配置为基于来自基准电阻器测量电路的基准电阻器测量信号以及来自GMR传感器测量电路的GMR传感器测量信号二者，解析性地解算所述至少一个GMR传感器的电阻变化。


2.根据权利要求1的信号处理系统，其中，相位敏感解算单元包含：
基准信号发生器，其被配置为，在所有关心频率上生成同相和正交正弦基准信号；
乘法器，其被配置为，将测量信号乘以基准信号，以便对于基准电阻器测量信号和GMR传感器测量信号各自在所有关心频率上生成同相乘积和正交乘积；
积分器，其被配置为，对于基准电阻器测量信号和GMR传感器测量信号各自在所有关心频率上对同相乘积和正交乘积进行累积；以及
闭式解算器，其被配置为由基准电阻器测量信号和GMR传感器测量信号各自在所有关心频率上的同相乘积和正交乘积的积分，解算GMR传感器的电阻变化。


3.根据权利要求2的信号处理系统，其中，关心频率为ω1、ω1+ω2和ω1-ω2。


4.根据权利要求1的信号处理系统，其中，相位敏感解算单元进一步被配置为解算所述至少一个GMR传感器的磁阻变化。


5.根据权利要求4的信号处理系统，其中，信号处理系统包含检测结果判断单元，其被配置为，由解算得到的所述至少一个GMR传感器的磁阻变化，判断被测试试样中是否存在目标分析物。


6.根据权利要求4的信号处理系统，其中，信号处理系统进一步包含检测结果判断单元，其被配置为，由解算得到的所述至少一个GMR传感器的磁阻变化，判断被测试试样中目标分析物的浓度。


7.根据权利要求1的信号处理系统，其中，载波信号施加单元是载波电流源，其被配置为将载波电流施加到测量电路，
其中，基准电阻器测量电路由串联连接在载波电流源和地之间的基准电阻器构成，
其中，GMR传感器测量电路由串联连接在载波电流源和地之间的GMR传感器构成，或由多于一个的串联连接在载波电流源与地之间的GMR传感器的并联组合构成，且
其中，GMR传感器对于目标分析物功能化。


8.根据权利要求1的信号处理系统，其中，载波信号施加单元是载波电压源，其被配置为将载波电压施加到测量电路，
其中，GMR传感器测量电路是由第一桥臂和第二桥臂构成的Wheatstone全桥电路，
其中，第一桥臂包含一个第一分压器或是多于一个的第一分压器的并联组合，
其中，第一分压器由对于目标分析物功能化的GMR传感器和基准元件构成，
其中，第二桥臂包含一个第二分压器或是多于一个的第二分压器的并联组合，
其中，第二分压器由对于目标分析物功能化的GMR传感器和基准元件构成，
其中，第一分压器中的功能化的GMR传感器连接到载波电压源，而第一分压器中的基准元件连接到地，且
其中，第二分压器中的功能化的GMR传感器连接到地，而第二分压器中的基准元件连接到载波电压源。


9.根据权利要求1的信号处理系统，其中，载波信号施加单元是载波电压源，其被配置为，将载波电压施加到测量电路，
其中，GMR传感器测量电路是由第一桥臂和第二桥臂构成的Wheatstone全桥电路，
其中，第一桥臂包含一个第一分压器或是多于一个的第一分压器的并联组合，
其中，第一分压器由对于目标分析物功能化的GMR传感器和基准元件构成，
其中，第二桥臂包含一个第二分压器或是多于一个的第二分压器的并联组合，
其中，第二分压器由对于目标分析物功能化的GMR传感器和基准元件构成，
其中，第一分压器中的功能化的GMR传感器连接到载波电压源，而第一分压器中的基准元件连接到地，且
其中，第二分压器中的功能化的GMR传感器连接到载波电压源，而第二分压器中的基准元件连接到地。


10.根据权利要求8或9的信号处理系统，其中，基准电阻器测量电路是由四个基准电阻器构成的Wheatstone全桥电路，
其中，四个基准电阻器中的三个具有匹配的电阻值，且
其中，第四个基准电阻器具有不匹配的电阻值。


11.根据权利要求1的信号处理系统，其中，载波信号施加单元是载波电流源，其被配置为，将载波电流施加到测量电路，
其中，基准电阻器测量电路是包含由两个基准电阻器构成的基准电阻器分压器的Anderson环路，
其中，GMR传感器测量电路是包含一个GMR传感器分压器或多于一个GMR传感器分压器的并联组合的Anderson环路，且
其中，GMR传感器分压器由对于目标分析物功能化的GMR传感器和基准元件构成。


12.根据权利要求8、9或11的信号处理系统，其中，基准元件是没有对于将被检测的分析物功能化的GMR传感器。


13.根据权利要求8、9或11的信号处理系统，其中，基准元件是基准电阻器。


14.根据权利要求1的信号处理系统，其中，测量电路配置单元包含至少一个多工器。


15.根据权利要求1的信号处理系统，其中，测量电路配置单元包含可自由配置开关群组。


16.根据权利要求1的信号处理系统，其中，缓存器耦合在载波信号施加单元和测量电路之间，使得载波信号施加单元呈现相对于测量电路的低阻抗输出。


17.根据权利要求1的信号处理系统，其中，测量信号拾取单元包含差动放大器和A/D转换器，
其中，差动放大器耦合到测量电路，并被配置为对来自测量电路的测量信号进行差动放大，且
其中，A/D转换器耦合...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·M·克莱恩，M·M·R·萨德斯泰特，宋可平，
申请(专利权)人：泽普托生命技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US