(57)【要約】本開示の態様は、混合酸化物パッシベーション層を有する磁気センサデバイスを含む。特定の実施形態による磁気センサデバイスは、磁気センサ要素と、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルのうちの２つ以上を有するパッシベーション層とを含む。封入パッシベーション層を有する磁気センサデバイスもまた、提供される。特定の実施形態による磁気センサデバイスは、基板と、磁気センサ要素と、磁気センサ要素を封入するパッシベーション層とを含む。パッシベーション層を有する磁気センサを作製するための方法が説明される。試料中の１つ以上の分析物を検出するための方法およびシステムもまた、説明される。態様は、主題の磁気センサデバイスのうちの１つ以上と、磁気ラベルとを有する、キットをさらに含む。
2021527964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気センサデバイスであって、
磁気センサ要素と、
酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルのうちの２つ以上を含む、パッシベーション層と
を備える、磁気センサデバイス。
【請求項２】
前記パッシベーション層が、酸化ジルコニウムおよび酸化タンタルを含む、請求項１に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３】
前記パッシベーション層が、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムを含む、請求項１に記載の磁気センサデバイス。
【請求項４】
前記パッシベーション層が、酸化アルミニウムおよび酸化タンタルを含む、請求項１に記載の磁気センサデバイス。
【請求項５】
前記パッシベーション層が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルを含む、請求項１に記載の磁気センサデバイス。
【請求項６】
前記パッシベーション層が、３０％〜７０％のジルコニウムの原子百分率、３０％〜７０％のタンタルの原子百分率、および０％〜４０％のアルミニウムの原子百分率を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項７】
前記パッシベーション層が、
約１５重量％〜約６５重量％の量の酸化ジルコニウムと、
約０重量％〜約２５重量％の量の酸化アルミニウムと、
約３５重量％〜約９０重量％の量の酸化タンタルと
を含む、請求項１に記載の磁気センサデバイス。
【請求項８】
前記パッシベーション層が、
約２０重量％〜約６０重量％の量の酸化ジルコニウムと、
約０重量％〜約２０重量％の量の酸化アルミニウムと、
約４０重量％〜約８５重量％の量の酸化タンタルと
を含む、請求項７に記載の磁気センサデバイス。
【請求項９】
前記パッシベーション層が、
約３１重量％の量の酸化ジルコニウムと、
約１３重量％の量の酸化アルミニウムと、
約５６重量％の量の酸化タンタルと
を含む、請求項８に記載の磁気センサデバイス。
【請求項１０】
基板と、
前記基板の上部に位置付けられた磁気センサ要素と、
前記磁気センサ要素の上部に位置付けられたマスク層と、
前記マスク層の上部に配設されており、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルを含むパッシベーション層と
を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項１１】
前記磁気センサ要素が、複数の層を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項１２】
前記パッシベーション層が、前記磁気センサ要素および前記マスク層を封入する、請求項１０または１１に記載の磁気センサデバイス。
【請求項１３】
前記パッシベーション層が、前記マスク層の上部から前記基板上に延在する、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項１４】
前記パッシベーション層が、前記磁気センサ要素の縁部を被覆する、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項１５】
前記基板の表面に、凹部を有する、請求項１０〜１４のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項１６】
前記凹部が、前記磁気センサ要素の縁部から延在する、請求項１５に記載の磁気センサデバイス。
【請求項１７】
前記磁気センサ要素の下の前記基板が、前記凹部内の前記基板よりも高い、請求項１５または１６に記載の磁気センサデバイス。
【請求項１８】
前記パッシベーション層が、前記凹部を被覆する、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項１９】
前記凹部の深さが、前記マスク層の上部に配設された前記パッシベーション層の厚さを超える、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項２０】
前記磁気センサ要素の縁部を被覆する前記パッシベーション層の厚さが、前記マスク層の上部に配設された前記パッシベーション層の厚さ未満である、請求項１０〜１９のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項２１】
前記マスク層の上部に配設された前記パッシベーション層が、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さを有する、請求項１０〜２０のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項２２】
前記マスク層の上部に配設された前記パッシベーション層が、約３０ｎｍの厚さを有する、請求項１０〜２１のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項２３】
前記凹部の深さが、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍである、請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項２４】
前記磁気センサ要素の縁部を被覆する前記パッシベーション層の厚さが、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである、請求項１３〜２３のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項２５】
前記磁気センサ要素の縁部を被覆する前記パッシベーション層の厚さが、約２５ｎｍである、請求項２４に記載の磁気センサデバイス。
【請求項２６】
磁気センサデバイスであって、
基板と、
磁気センサ要素と、
前記磁気センサ要素を封入するパッシベーション層と
を備える、磁気センサデバイス。
【請求項２７】
基板と、
前記基板の上部に位置付けられた磁気センサ要素と、
前記磁気センサ要素の上部に位置付けられたマスク層と、
前記磁気センサ要素および前記マスク層を封入するパッシベーション層と
を備える、請求項２６に記載の磁気センサデバイス。
【請求項２８】
前記磁気センサ要素が、複数の層を有する、請求項２６または２７に記載の磁気センサデバイス。
【請求項２９】
前記パッシベーション層が、前記マスク層の上部から前記基板上に延在する、請求項２７または２８に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３０】
前記パッシベーション層が、前記磁気センサ要素の縁部を被覆する、請求項２６〜２９のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３１】
前記基板の表面に、凹部を有する、請求項２７〜３０のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３２】
前記凹部が、前記磁気センサ要素の縁部から延在する、請求項３１に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３３】
前記磁気センサ要素の下の前記基板が、前記凹部内の前記基板よりも高い、請求項３１または３２に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３４】
前記パッシベーション層が、前記凹部を被覆する、請求項３１〜３３のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３５】
前記凹部の深さが、前記マスク層の上部に配設された前記パッシベーション層の厚さを超える、請求項３１〜３４のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３６】
前記磁気センサ要素の縁部を被覆する前記パッシベーション層の厚さが、前記マスク層の上部に配設された前記パッシベーション層の厚さ未満である、請求項３０〜３５のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３７】
前記マスク層の上部に配設された前記パッシベーション層が、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さを有する、請求項２６〜３６のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３８】
前記マスク層の上部に配設された前記パッシベーション層が、約３０ｎｍの厚さを有する、請求項２６〜３７のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項３９】
前記凹部の深さが、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍである、請求項３１〜３８のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項４０】
前記磁気センサ要素の縁部を被覆する前記パッシベーション層の厚さが、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである、請求項３０〜３９のいずれか一項に記載の磁気センサデバイス。
【請求項４１】
前記磁気センサ要素の縁部を被覆する前記パッシベーション層の厚さが、約２５ｎｍである、請求項４０に記載の磁気センサデバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
バイオマーカは、作用機構、疾患状態、または臨床的エンドポイントの代替として使用され得るＲＮＡ、ＤＮＡ、およびタンパク質のような特異的分析物である。特に、適切な時間および用量で適切な患者のための適切な治療を識別すること、または、癌および心血管疾患などの初期の複雑な疾患を敏感かつ特異的に検出することを目的とする、多重化または多元的マーカアプローチが、分子診断および個別化された医療で使用され得る。ＤＮＡおよびタンパク質マイクロアレイが、多数のバイオマーカを収容するために開発されてきた。
【０００２】
磁気抵抗性（巨大磁気抵抗性、トンネル磁気抵抗性）バイオセンサは、各々が数ナノメートルの厚さを有する複数の層を含む金属磁気抵抗性薄膜から製作された導電性デバイスである。巨大磁気抵抗性または巨大磁気抵抗性膜の金属層は、典型的には、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、銅、ルテニウム、タンタル、およびホウ素の元素から構成された合金である。これらの金属層の多くは、周囲空気、周囲湿度、または生物学的流体などの水性液体に曝露されると、容易に酸化し、そのような酸化または腐食は、センサの機能の低下または全損失を結果的にもたらすことになる。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の態様は、混合酸化物パッシベーション層を有する磁気センサデバイスを含む。特定の実施形態による磁気センサデバイスは、磁気センサ要素と、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルのうちの２つ以上のパッシベーション層とを含む。封入パッシベーション層を有する磁気センサデバイスもまた、提供される。特定の実施形態による磁気センサデバイスは、基板と、磁気センサ要素と、磁気センサ要素を封入するパッシベーション層とを含む。パッシベーション層を有する磁気センサを作製するための方法が説明される。試料中の１つ以上の分析物を検出するための方法およびシステムもまた、説明される。態様は、主題の磁気センサデバイスのうちの１つ以上および磁気ラベルを有するキットをさらに含む。
【０００４】
本開示は、添付の図面と併せて読まれるとき、以下の詳細な説明から最も理解され得る。図面には、以下の図が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】特定の実施形態による封入パッシベーション層を有する磁気センサデバイスを図示する。
【図２】磁気センサ要素を封入するパッシベーション層を有する磁気センサデバイスの顕微鏡断面を図示する。
【図３】特定の実施形態による磁気センサデバイスの腐食に対するパッシベーション層アニーリングの影響を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本開示の態様は、混合酸化物パッシベーション層を有する磁気センサデバイスを含む。特定の実施形態による磁気センサデバイスは、磁気センサ要素と、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルのうちの２つ以上のパッシベーション層とを含む。封入パッシベーション層を有する磁気センサデバイスもまた、提供される。特定の実施形態による磁気センサデバイスは、基板と、磁気センサ要素と、磁気センサ要素を封入するパッシベーション層とを含む。パッシベーション層を有する磁気センサを作製するための方法が説明される。試料中の１つ以上の分析物を検出するための方法およびシステムもまた、説明される。態様は、主題の磁気センサデバイスのうちの１つ以上と、磁気ラベルとを有するキットを、さらに含む。
【０００７】
本発明をより詳細に説明する前に、本発明が説明される特定の実施形態に限定されず、そのため、当然、変化し得ることを理解されたい。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることになるため、本明細書に使用される用語は、単に特定の実施形態を説明する目的のためのものであり、限定することを意図しないこともまた、理解されたい。
【０００８】
値の範囲が提供される場合、文脈が別途明示的に示さない限り下限の単位の１０分の１まで、その範囲の上限と下限との間の各介在値、およびその記載の範囲内の任意の他の記載値または介在値が、本発明内に包含されることが理解される。これらのより小さい範囲の上限および下限は、より小さい範囲内に独立して含められ得、記載された範囲内の任意の具体的に除外された限界に従って、本発明内にも包含される。記載の範囲が限界のうちの１つまたは両方を含む場合、それらの含められた限界のうちのいずれかまたは両方を除く範囲もまた、本発明内に含められる。
【０００９】
特定の範囲は、「約」という用語が先行する数値によって本明細書に提示される。「約」という用語は、それが先行する正確な数、ならびにその用語が先行する数に近いかまたはほぼその数である数について、文字どおりの支持を提供するために本明細書に使用される。数が具体的に列挙された数に近いかまたはほぼその数であるか否かを決定する際、列挙されていない数に近いかまたはほぼその数は、それが提示される文脈において、具体的に列挙された数の実質的等価物を提供する数であってもよい。
【００１０】
別途定義されない限り、本明細書に使用される全ての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解される意味と同じ意味を有する。本明細書に説明されるものと類似または同等の任意の方法および材料もまた、本発明の実施または試験に使用され得るが、ここでは、代表的な例示的な方法および材料が説明される。
【００１１】
本明細書に引用される全ての刊行物および特許は、各個々の刊行物または特許が、参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示されたかのように、参照により本明細書に組み込まれて、刊行物が引用される、関連する方法および／または材料を開示および説明する。任意の刊行物の引用は、出願日前のその開示に関するものであり、本発明は、先行発明によってそのような刊行物に先行する権利がないことを認めるものとして解釈されるべきではない。さらに、提供される刊行日は、独立して確認される必要があり得る実際の刊行日とは異なる場合がある。
【００１２】
本明細書および添付の特許請求の範囲に使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が別途明示的に示さない限り、複数参照を含むことに留意されたい。特許請求の範囲は、任意の任意選択の要素を除外するように起草され得ることにさらに留意されたい。したがって、この記述は、特許請求の範囲の要素の列挙に関連して「単独」、「のみ」などのそのような排他的な用語の使用、または「否定的」限定の使用のための先行詞として機能することが意図される。
【００１３】
本開示を読む際に当業者には明らかであるように、本明細書に説明および例示される個々の実施形態の各々は、本発明の範囲または概念から逸脱せずに、他のいくつかの実施形態のいずれかの特徴から容易に分離され得るか、またはそれらの特徴と組み合わせられ得る、別個の構成要素および特徴を有する。任意の列挙された方法は、列挙されたイベントの順序、または論理的に可能な任意の他の順序で実行されてもよい。
【００１４】
本開示の実施形態をさらに説明する際、磁気センサ要素および混合酸化物パッシベーション層を有する磁気センサデバイスが、まず、より詳細に説明される。次に、封入パッシベーション層を有する磁気センサについて説明され、次に、パッシベーション層を磁気センサデバイス上に堆積させるための方法について説明される。主題の磁気センサデバイスが用途を見出すシステムおよび方法が提供される。
【００１５】
混合酸化物パッシベーション層を有する磁気センサデバイス
上記に要約されたように、本開示の態様は、混合酸化物パッシベーション層を有する磁気センサデバイスを含む。特定の実施形態による磁気センサデバイスは、磁気センサ要素と、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルのパッシベーション層とを含む。以下により詳細に説明されるように、パッシベーション層は、磁気センサデバイスの磁気センサ要素に復元力を提供するように構成されている。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、酸および塩基による溶解を抑制または完全に排除するように構成される。他の実施形態では、パッシベーション層は、磁気センサ要素の腐食に対する耐性を提供するように構成される。実施形態では、本明細書に説明されるパッシベーション層は、パッシベーション層を有していない磁気センサデバイスと比較して、主題のパッシベーション層が、腐食を１０％以上、例えば２５％以上、例えば５０％以上、例えば７５％以上、例えば９０％以上低減するなどの、磁気センサ要素の腐食の低減を提供し、これは、磁気センサ要素による腐食量を９９％以上低減することを含む。特定の実施形態では、本明細書に説明されるパッシベーション層は、酸化シリコン−窒化シリコン−酸化シリコン層などの他のタイプのパッシベーション層を用いる磁気センサデバイスと比較して、主題のパッシベーション層が、腐食を１０％以上、例えば２５％以上、例えば５０％以上、例えば７５％以上、例えば９０％以上低減するなどの、磁気センサ要素の腐食の低減を提供し、これは、磁気センサ要素による腐食量を９９％以上低減することを含む。特定の実施形態では、主題のパッシベーション層は、磁気センサ要素の腐食を完全に排除する。
【００１６】
実施形態では、主題のパッシベーション層は、異なる金属酸化物の混合物を含む。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、酸化ジルコニウム（例えば、ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、および酸化タンタル（例えば、Ｔａ２Ｏ５）のうちの１つ以上を含む。例えば、パッシベーション層は、酸化ジルコニウム（例えば、ＺｒＯ２）、酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ２Ｏ３）、および酸化タンタル（例えば、Ｔａ２Ｏ５）のうちの２つ以上を含み得る。いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、酸化ジルコニウムおよび酸化タンタルを含む。他の実施形態では、パッシベーション層は、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムを含む。さらに他の実施形態では、パッシベーション層は、酸化タンタルおよび酸化アルミニウムを含む。さらに他の実施形態では、パッシベーション層は、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルを含む。これらの成分の各々は、所望のパッシベーション層の特性に応じて変化する量で、パッシベーション層中に存在し得る。いくつかの実施形態では、パッシベーション層中のジルコニウムの原子百分率は、３０％〜７０％、例えば３５％〜６５％、そして４０％〜６０％を含む範囲であり、パッシベーション層中のアルミニウムの原子百分率は、０％〜４０％、例えば５％〜３５％、例えば１０％〜３０％、そして１５％〜２５％を含む範囲であり、パッシベーション層中のタンタルの原子百分率は、３０％〜７０％、例えば３５％〜６５％、そして４０％〜６０％を含む範囲である。いくつかの実施形態では、存在する酸化ジルコニウムの量は、約１５重量％〜約６５重量％、例えば約２０重量％〜約６０重量％、そして約２５重量％〜約５５重量％を含む範囲であり得、存在する酸化アルミニウムの量は、約０重量％〜約２５重量％、例えば約５重量％〜約２０重量％、例えば約１０重量％〜約１５重量％、そして約１２重量％〜約１５重量％を含む範囲であり得、存在する酸化タンタルの量は、約３５重量％〜約９０重量％、例えば約４０重量％〜約８５重量％、例えば約４５重量％〜約８０重量％、そして５２．５重量％〜約５７．５重量％を含む範囲であり得る。
【００１７】
特定の実施形態では、パッシベーション層は、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルの組み合わせを含む。これらの実施形態では、各成分の量は、変化し得、例えば、酸化ジルコニウムは、約１５重量％〜約６５重量％、例えば約２５重量％〜約４５重量％、そして約３０重量％〜約４０重量％を含む範囲の量で、パッシベーション層中に存在し得、酸化アルミニウムは、約０重量％〜約２５重量％、例えば約５重量％〜約２０重量％、例えば約１０重量％〜約１５重量％、そして約１２重量％〜約１５重量％を含む範囲の量で、パッシベーション層中に存在し得、酸化タンタルは、約３５重量％〜約９０重量％、例えば約４０重量％〜約８５重量％、例えば約４５重量％〜約８０重量％、そして約５２．５重量％〜約５７．５重量％を含む範囲の量で、パッシベーション層中に存在し得る。特定の実施形態では、パッシベーション層は、約３１重量％の量の酸化ジルコニウム、約１３重量％の量の酸化アルミニウム、および約５６重量％の量の酸化タンタルを含む。
【００１８】
パッシベーション層の厚さは、磁気センサ要素のサイズおよび混合酸化物成分に応じて変化し得、６０ｎｍ以下、例えば５０ｎｍ以下であり得、４０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下を含む。例えば、パッシベーション層は、１ｎｍ〜５０ｎｍ、例えば１ｎｍ〜４０ｎｍの厚さを有し得、１ｎｍ〜３０ｎｍを含むか、または１ｎｍ〜２０ｎｍを形成し得る。いくつかの事例では、パッシベーション層は、３０ｎｍの厚さを有する。
【００１９】
実施形態では、主題の磁気センサデバイスは、１つ以上、例えば２つ以上、例えば３つ以上、そして５つ以上を含む、パッシベーション層を含み得る。特定の実施形態では、パッシベーション層は、単一のパッシベーション層であり、磁気センサデバイスは、本明細書に説明される単一のパッシベーション層から構成される。
【００２０】
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、主題の磁気センサデバイスの磁気センサ要素を封入する。特定の事例では、以下により詳細に説明されるように、磁気センサは、基板と、基板の上部に位置付けられる磁気センサ要素と、磁気センサ要素の上部に位置付けられるマスク層とを含み、パッシベーション層が、マスク層の上部に配設されている。パッシベーション層が磁気センサ要素を封入する実施形態では、パッシベーション層は、マスク層の上部から基板上に延在し得る。これらの実施形態では、パッシベーション層は、磁気センサ要素の一部が周囲環境に曝されないように、磁気センサ要素の縁部を被覆する。特定の事例では、基板は、磁気センサ要素の縁部表面に凹部を有し、それにより、磁気センサ要素の下の基板は、凹部内の基板よりも高い。これらの実施形態では、パッシベーション層は、凹部の表面の少なくとも一部、例えば凹部の１０％以上、例えば１５％以上、例えば２５％以上、例えば５０％以上、例えば６０％以上、例えば７０％以上、例えば８０％以上、例えば９０％以上、例えば９５％以上、例えば９９％以上を被覆し、これは、凹部の表面の９９．９％以上を含む。特定の実施形態では、凹部表面全体が、パッシベーション層によって被覆される（すなわち、凹部の表面の１００％）。
【００２１】
凹部の深さは、磁気センサデバイス基板の厚さに応じて変化し得、２０ｎｍ〜３００ｎｍ、例えば２５ｎｍ〜２７５ｎｍ、例えば３０ｎｍ〜２５０ｎｍ、例えば３５ｎｍ〜２２５ｎｍ、例えば４０ｎｍ〜２００ｎｍ、例えば４５ｎｍ〜１７５ｎｍ、そして５０ｎｍ〜１５０ｎｍを含む厚さであり得る。いくつかの実施形態では、凹部の深さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。特定の実施形態では、凹部の深さはマスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さを超える。例えば、凹部の深さは、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さの５％以上、例えば１０％以上、例えば１５％以上、例えば２５％以上、例えば５０％以上、例えば７５％以上、例えば９０％以上、例えば９０％以上であってもよく、凹部の深さがパッシベーション層の厚さの９５％以上である場合を含む。いくつかの事例では、凹部の深さは、パッシベーション層の厚さの１．５倍超、例えば２倍超、例えば２．５倍超、例えば３倍超、例えば３．５倍超、例えば４倍超、例えば４．５倍超であり、凹部の深さがパッシベーション層の厚さの５倍以上である場合を含む。
【００２２】
パッシベーション層が磁気センサ要素を封入する実施形態では、パッシベーション層は、様々な厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、マスク層の上部に配設されるパッシベーション層の厚さは、凹部の上部の厚さとは異なり、マスク層の上部から凹部に延在するパッシベーション層（すなわち、磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層の一部）の厚さとはさらに異なる。
【００２３】
いくつかの実施形態では、磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層の厚さは、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さ未満である。例えば、磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層は、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さよりも１ｎｍ以上、例えば２ｎｍ以上、例えば３ｎｍ以上、例えば５ｎｍ以上薄い厚さを有し得、そして１０ｎｍ以上薄い厚さを含む。いくつかの事例では、磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層は、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さよりも５％以上、例えば１０％以上、例えば１５％以上、例えば２５％以上、例えば５０％以上、例えば７５％以上、例えば９０％以上、例えば９０％以上薄い厚さを有し、そして磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層が、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さよりも９５％以上薄い厚さを有する場合を含む。いくつかの事例では、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さは、磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層の厚さの１．５倍超、例えば２倍超、例えば２．５倍超、例えば３倍超、例えば３．５倍超、例えば４倍超、例えば４．５倍超であり、そして５倍超を含む。
【００２４】
いくつかの実施形態では、基板凹部を被覆するパッシベーション層の厚さは、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さよりも厚い。例えば、基板凹部を被覆するパッシベーション層の厚さは、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さの１ｎｍ以上、例えば２ｎｍ以上、例えば３ｎｍ以上、例えば５ｎｍ以上であり、そして１０ｎｍ以上を含む。いくつかにおいて、基板凹部を被覆するパッシベーション層の厚さは、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さの５％以上、例えば１０％以上、例えば１５％以上、例えば２５％以上、例えば５０％以上、例えば７５％以上、例えば９０％以上、例えば９０％以上であり、基板凹部を被覆するパッシベーション層の厚さがマスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さの９５％以上である場合を含む。いくつかの事例では、凹部の深さは、パッシベーション層の厚さの１．５倍超、例えば２倍超、例えば２．５倍超、例えば３倍超、例えば３．５倍超、例えば４倍超、例えば４．５倍超であり、凹部の深さがマスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さの５倍以上である場合を含む。
【００２５】
磁気センサデバイスの異なる構成要素を被覆するパッシベーション層の厚さは、変化し得る。いくつかの実施形態では、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層は、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍ、例えば１５ｎｍ〜１７５ｎｍ、例えば２０ｎｍ〜１５０ｎｍ、例えば２５ｎｍ〜１２５ｎｍ、そして３０ｎｍ〜１００ｎｍを含む、厚さを有する。特定の実施形態では、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層は、３０ｎｍの厚さを有する。いくつかの実施形態では、マスク層の上部から基板まで延在するパッシベーション層（すなわち、磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層）の厚さは、１０ｎｍ〜１００ｎｍ、例えば１５ｎｍ〜７５ｎｍ、そして２０ｎｍ〜５０ｎｍを含む範囲である。特定の実施形態では、マスク層の上部から基板まで延在するパッシベーション層の厚さは、約２５ｎｍである。基板凹部を被覆するパッシベーション層の厚さもまた、２０ｎｍ〜３００ｎｍ、例えば２５ｎｍ〜２７５ｎｍ、例えば３０ｎｍ〜２５０ｎｍ、例えば３５ｎｍ〜２２５ｎｍ、例えば４０ｎｍ〜２００ｎｍ、例えば４５ｎｍ〜１７５ｎｍ、そして５０ｎｍ〜１５０ｎｍを含む範囲で変化する。いくつかの実施形態では、基板凹部を被覆するパッシベーション層の厚さは、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲である。
【００２６】
磁気センサ要素の縁部の角度は、約３０°〜約９０°、例えば約３５°〜約８５°、例えば約４０°〜約８０°、例えば約４５°〜約７５°、そして約５０°〜約７０°を含む範囲で変化し得る。
【００２７】
いくつかの実施形態では、堆積されたパッシベーション層は、アニールされる。「アニールされる」という用語は、その従来の意味で、パッシベーション層を強化する硬化プロセスまでパッシベーション層を処理することを指すように使用される。特定の実施形態では、堆積されたパッシベーション層は、熱アニールされたパッシベーション層である。特定の実施形態では、アニールされたパッシベーション層は、アニールされていないパッシベーション層と比較して低減された脆性を呈する。他の実施形態では、アニールされたパッシベーション層は、アニールされていないパッシベーション層と比較して向上した平滑性を呈する。さらに他の実施形態では、アニールされたパッシベーション層は、アニールされていないパッシベーション層と比較して向上した延性を呈する。さらに他の実施形態では、アニールされたパッシベーション層は、アニールされていないパッシベーション層と比較して、下にある磁気センサ要素の腐食の改善された低減を呈する。例えば、アニールされたパッシベーション層を有する磁気センサデバイスは、アニールされていないパッシベーション層を有する磁気センサデバイスと比較して、腐食を１０％以上、例えば２５％以上、例えば５０％以上、例えば７５％以上、例えば９０％以上低減し、磁気センサ要素による腐食量を９９％以上低減することを含む。
【００２８】
図１は、特定の実施形態による封入パッシベーション層を有する磁気センサデバイスを図示する。磁気センサデバイス１００は、厚さ「ａ」の凹部を有する基板１０１を含む。基板の上部に配設されているものは、縁部１０２ａおよび１０２ｂを有する磁気センサ要素１０２である。磁気センサ要素１０２は、角度「ｅ」を有する縁部１０２ａおよび１０２ｂを有する。厚さ「ｄ」を有するマスク層１０３が、磁気センサ要素１０２の上部に配設されている。マスク層１０３は、マスク層の上部に厚さ「ｃ」を有するパッシベーション層１０４によって覆われている。マスク層の上部から基板凹部に延在するパッシベーション層の厚さは、厚さ「ｃ」未満の厚さ「ｂ」を有する。図２は、磁気センサ要素を封入するパッシベーション層を有する磁気センサデバイスの顕微鏡断面を図示する。
【００２９】
混合酸化物パッシベーション層を作製する方法
上記に要約されたように、本開示の態様はまた、混合酸化物パッシベーション層を生成する方法も含む。実施形態では、方法は、スパッタリングなどの物理的堆積プロトコルによって、磁気センサデバイスの上部（例えば、マスク層の上部）に混合酸化物層を適用することを含む。本明細書に使用される際、「適用する」という用語は、例えば、基板の表面上などの表面上に１つ以上の材料を配置することを指す。したがって、適用することは、上部に位置付けること、表面上に材料を堆積または別様に生成することを含み得る。特定の実施形態では、適用することは、磁気センサデバイス上にパッシベーション混合酸化物材料の層を堆積させることを含む。例えば、方法は、１ｎｍ以上、例えば２ｎｍ以上、例えば５ｎｍ以上、例えば１０ｎｍ以上、例えば２５ｎｍ以上、例えば５０ｎｍ以上、例えば１００ｎｍ以上、例えば１５０ｎｍ以上、例えば２００ｎｍ以上、例えば２５０ｎｍ以上、例えば３００ｎｍ以上、そして３５０ｎｍ以上を含む厚さを有する層などの、混合酸化物パッシベーション材料の薄い層を堆積させることを含み得る。実施形態では、混合酸化物パッシベーション層材料は、所望に応じて、表面全体または表面の一部に適用され得る。いくつかの実施形態では、混合酸化物パッシベーション層材料を表面に適用することは、材料を表面全体よりも少ない表面上に堆積させることを含む。例えば、混合酸化物パッシベーション層材料を表面に適用することは、混合酸化物パッシベーション層材料を、表面全体の５０％以下、例えば４０％以下、例えば２５％以下、例えば１０％以下、例えば５％以下の上に堆積させることを含み得、これは、表面全体の１％以下を含む。特定の事例では、混合酸化物パッシベーション層材料を表面に適用することは、表面上の特定の場所に混合酸化物パッシベーション層材料を堆積させることを含む。例えば、特定の場所に混合酸化物パッシベーション層材料を堆積させることは、混合酸化物パッシベーション層材料を、スポット（もしくは任意の他の幾何学的形状）またはストリップ（例えば、直線もしくは規則的および不規則なパターンを有する非直線）の形態で表面上に堆積させることを含み得る。
【００３０】
物理的堆積が過度に高い温度（例えば、３５０℃以上）で、または毒性ガスの存在下で実行される場合などの、物理的堆積が磁気センサ要素（例えば、巨大磁気抵抗またはトンネル磁気抵抗センサ）に有害でない限り、任意の好都合な物理的堆積スパッタリングプロトコルが用いられ得る。いくつかの実施形態では、混合酸化物パッシベーション層は、所望の平衡化学量論を達成するために、所望の金属（例えば、ジルコニウム、アルミニウム、タンタルのうちの２つ以上）のほぼ等しい原子百分率、および酸素の百分率を含有する混合酸化物スパッタリング標的からスパッタリングすることによって生成される。例えば、混合スパッタリング標的は、約１５重量％〜約６５重量％、例えば約２０重量％〜約６０重量％、そして約２５重量％〜約５５重量％を含む範囲の量の酸化ジルコニウムと、約０重量％〜約２５重量％、例えば約５重量％〜約２０重量％、例えば約１０重量％〜約１５重量％、そして約１２重量％〜約１５重量％を含む範囲の量の酸化アルミニウムと、約３５重量％〜約９０重量％、例えば約４０重量％〜約８５重量％、例えば約４５重量％〜約８０重量％、そして約５２．５重量％〜約５７．５重量％を含む範囲の量の酸化タンタルとを含み得る。特定の実施形態では、スパッタリング標的は、約３１重量％の量の酸化ジルコニウム、約１３重量％の量の酸化アルミニウム、および約５６重量％の量の酸化タンタルを含む。
【００３１】
他の実施形態では、方法は、所望に応じて金属を有する金属合金スパッタリング標的を用いてパッシベーション層を堆積させることを含む。例えば、金属合金スパッタリング標的は、約２０重量％〜約５０重量％、例えば約２５重量％〜約４５重量％、そして約３０重量％〜約４０重量％を含む範囲の量のジルコニウムと、約５重量％〜約２５重量％、例えば約１０重量％〜約２０重量％、例えば約１０重量％〜約１５重量％、そして約１２重量％〜約１５重量％を含む範囲の量のアルミニウムと、約４０重量％〜約８０重量％、例えば約４５重量％〜約６５重量％、例えば約５０重量％〜約６０重量％、そして約５２．５重量％〜約５７．５重量％を含む範囲の量のタンタルとを含み得る。これらの実施形態では、混合酸化物パッシベーション層は、反応性スパッタリング中の少量の酸素ガスの添加を通じて金属スパッタリング標的から形成される。
【００３２】
実施形態では、パッシベーション層の組成物は、混合酸化物材料の実質的に純粋な組成物を含有する。「実質的に純粋」とは、パッシベーション層の組成物が、９９．５％以上の混合酸化物材料、例えば９９．９％以上、例えば９９．９９％以上、例えば９９．９９８％以上の単一材料を含有することを意味する。したがって、パッシベーション層は、０．５％以下、例えば０．１％以下、例えば０．０５％以下、例えば０．０１％以下、例えば０．００５％以下、０．００２％以下を含む、任意の不純物を含む。「不純物」とは、所望のパッシベーション層材料とは異なるパッシベーション層組成物の任意の成分を意味し、いくつかの事例では、所望されない可能性があるか、またはパッシベーション層組成物に有害である。例えば、不純物は、例えば、腐食からの保護または酸／塩基に対する耐性などの、パッシベーション層の特定の所望の特性を干渉（すなわち、減少）または阻害し得る。他の実施形態では、不純物は、例えば、パッシベーション層が、厚さまたは平滑性において不適切であることを結果的にもたらすなど、パッシベーション層の堆積安定性に有害であり得る。不純物としては、限定されるものではないが、残留水分、スパッタリング堆積中にスパッタされた材料と混合し得る、望ましくない金属成分（任意の上記の金属もしくは合金を含む）または微量材料が挙げられ得る。
【００３３】
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、減圧下で堆積される。「減圧」とは、磁気センサデバイスが、大気圧を下回る圧力を有する密封されたハウジング内に位置付けられることを意味する。例えば、パッシベーション層は、１０−２トール以下、例えば１０−３トール以下、例えば１０−４トール以下、例えば１０−５トール以下、１０−６トール以下を含む圧力で適用され得る。特定の例では、パッシベーション層は、高真空下で堆積される。「高真空」とは、堆積チャンバが、例えば１０−７トール以下、例えば１０−８トール以下、そして１０−１０トール以下を含む、非常に低圧に排気されていることを意味する。高真空下でパッシベーション層を適用することによって、スパッタ堆積中に不純物および不必要な粒子がほとんど存在せず、極めて高純度のパッシベーション層を結果的にもたらす。いくつかの事例では、パッシベーション層が堆積されている間に、試料チャンバの圧力が調整され得る。言い換えると、圧力は、パッシベーション層の堆積中の任意の時点で上昇または低下され得る。例えば、いくつかの事例では、試料チャンバの圧力は、０．００００００１トール以上、例えば０．０００００１トール以上、例えば０．０００１トール以上、例えば０．００１トール以上、例えば０．０１トール以上上昇され得、０．１トール以上上昇されることを含む。例えば、いくつかの事例では、試料チャンバの圧力は、０．００００００１トール以上、例えば０．０００００１トール以上、例えば０．０００１トール以上、例えば０．００１トール以上、例えば０．０１トール以上低下され得、０．１トール以上低下されることを含み得る。試料チャンバの圧力は、限定されるものではないが、とりわけ、機械的粗動ポンプ、ターボ分子ポンプ、拡散ポンプを含む、任意の好都合な方法によって調整され得る。
【００３４】
いくつかの実施形態では、パッシベーション層は、ガス組成物の存在下でスパッタ堆積され得る。特定の事例では、ガス組成物は、酸素を含む。他の事例では、ガス組成物は、非反応性ガスを含む。さらに他の実施形態では、ガス組成物は、酸素および非反応性ガスの混合物を含む。「非反応性ガス」は、本明細書では、その従来の意味において、任意のタイプの化学的相互作用を結果的にもたらさない気体成分を指すように使用される。例えば、好適な非反応性ガスとしては、限定されるものではないが、Ｎ２、アルゴン、ヘリウム、ネオンなどが挙げられ得る。いくつかの実施形態では、ガス組成物は、アルゴンガス組成物である。他の実施形態では、ガス組成物は、酸素−アルゴンガス組成物である。さらに他の実施形態では、ガス組成物は、アルゴン−酸素−窒素ガス組成物である。ガス組成物は、例えば１０−８トール以上、例えば１０−７トール以上、例えば１０−６トール以上、例えば１０−５トール以上、例えば１０−４トール以上、例えば１０−３トール以上、例えば１０−２トール以上変化する圧力で存在し得、これは、１０−１トール以上変化する圧力を含む。他の実施形態では、ガス組成物は、大気圧で存在する。さらに他の実施形態では、ガス組成物は、例えば１０００トール以上、例えば１１００トール以上、例えば１２００トール以上などの増加圧力で存在し、これは、１５００トール以上の圧力下を含む。
【００３５】
いくつかの実施形態では、パッシベーション層の堆積は、室温で行われる。「室温」という用語は、その従来の意味において、典型的には、２０〜２５℃（２９８Ｋ）、例えば２２℃の範囲の周囲大気の温度を指すように使用される。所望される場合、パッシベーション層の適用中の堆積チャンバの温度は、パッシベーション層が堆積されている間に調整され得る。言い換えると、温度は、ｐ層の堆積中に上昇または低下され得る。例えば、いくつかの事例では、温度は、０．５℃以上、例えば１℃以上、例えば５℃以上、例えば１０℃以上、例えば１５℃以上上昇され得、２５℃以上上昇されることを含む。他の事例では、温度は、０．５℃以上、例えば１℃以上、例えば５℃以上、例えば１０℃以上、例えば１５℃以上低下され、２５℃以上低下されることを含む。
【００３６】
適用される（上記のように）パッシベーション層の厚さは、混合酸化物パッシベーション層材料、堆積速度、適用される層の数、および堆積持続時間に依存することになる。いくつかの実施形態では、堆積速度は、０．０１〜５００Å／ｓ、例えば０．１〜２５０Å／ｓ、例えば１〜１００Å／ｓ、例えば１０〜９０Å／ｓ、例えば１５〜７５Å／ｓ、例えば２０〜６０Å／ｓ、２５〜５０Å／ｓを含む範囲であり得る。パッシベーション層は、０．５秒以上、例えば１秒以上、例えば２秒以上、例えば５秒以上、例えば１０秒以上、例えば３０秒以上の間、適用され、これは、６０秒以上を含む。混合酸化物パッシベーション材料の１つ以上の層が適用され得る。例えば、混合酸化物パッシベーション材料の２つ以上の層が基板表面に適用されてもよく、混合酸化物パッシベーション材料の、例えば３つ以上の層、４つ以上の層が適用されてもよく、これは、５つ以上の層を含む。混合酸化物パッシベーション材料の追加の層が、必要に応じて、例えば、パッシベーション層の平滑性および均一性を改善するなどのために、混合酸化物パッシベーション層に追加され得る。例えば、堆積されたパッシベーション層を評価した後、パッシベーション層が最適に満たないか、または不適切であると決定された場合、追加のパッシベーション層が、堆積されたパッシベーション層の全部または一部に適用され得る。したがって、最終的に堆積されたパッシベーション層の厚さは、０．１ｎｍ以上、例えば０．５ｎｍ以上、１．０ｎｍ以上、例えば１．５ｎｍ以上、例えば２．０ｎｍ以上、例えば５ｎｍ以上、例えば１０ｎｍ以上であり得、１５ｎｍ以上を含む。堆積されたパッシベーション層材料の量は、基板上の適用された面積のサイズおよび堆積された層の数に応じて変化することになる。特定の事例では、適用されるパッシベーション層材料の量は、１００ｎｇ以上、例えば２５０ｎｇ以上、例えば５００ｎｇ以上、例えば１０００ｎｇ以上であり、２５００ｎｇ以上を含む。
【００３７】
いくつかの実施形態では、磁気センサデバイスは、パッシベーション層を適用している間に動かされる。「動かされる」とは、パッシベーション層の適用中に運動が規則的なパターンで磁気センサデバイスに適用されることを意味する。例えば、磁気センサデバイスは、パッシベーション層が適用されている間に回転されてもよい。他の事例では、横方向の運動が、パッシベーション層の適用中に磁気センサデバイスに適用されてもよい。
【００３８】
特定の実施形態では、パッシベーション層が堆積されている間、横方向の運動が磁気センサデバイスに適用される。「横方向の運動」とは、磁気センサデバイス上の特定の場所が所定の距離を動き、停止し、その元の場所に戻ることができるように、磁気センサデバイスが前後の運動で動かされることを意味する。横方向の運動は、垂直、水平、またはそれらの任意の組み合わせ（すなわち、磁気センサデバイスの中線に対して対角に）などの、任意の方向に行われ得る。基板の振幅または全変位は、変化し得る。「変位の振幅」または「全変位」とは、運動中に磁気センサデバイス上の特定の場所（例えば、中線）によって横断される距離の合計を意味する。例えば、２ｍｍの全変位を有する、磁気センサデバイスに適用される横方向の運動は、その場所が横方向の運動中に合計２ｍｍ横断することを意味する。例えば、その場所が、初期場所から２ｍｍ動いて停止し、２ｍｍの全変位を結果的にもたらしてもよく、またはその場所が、初期場所から１ｍｍ動いて、第２に１ｍｍ動いて、初期場所に戻ってもよい。本開示の実施形態では、パッシベーション層を適用するときの磁気センサデバイスの横方向の運動は変化し得、変位の振幅は、約１０〜５０ｍｍ、例えば約１５〜４５ｍｍ、例えば約１５〜４０ｍｍ、例えば約１５〜３５ｍｍ、例えば約２０〜３０ｍｍ、約２２〜２５ｍｍを含む範囲である。横方向の運動の速度は、変化し得る。例えば、磁気センサデバイスの前後の運動は、約１〜２５回／秒、例えば５〜２５回／秒、例えば１０〜２０回／秒、１５回／秒を含む範囲であり得る。
【００３９】
特定の事例では、磁気センサデバイスは、パッシベーション層の適用中に回転される。例えば、磁気センサデバイスは、適用中に連続的に回転されてもよい。「連続的に回転される」とは、パッシベーション層の適用中の任意の時点で方向の変化なしで、基板が時計回りまたは反時計回りのいずれかに回転することを意味する。例えば、磁気センサデバイスは、パッシベーション層が堆積される際に、時計回りの方向に連続的に回転されてもよい。他の事例では、磁気センサデバイスは、パッシベーション層が堆積される際に、反時計回りに連続的に回転される。パッシベーション層が堆積されている間の磁気センサデバイスの回転速度は、変化し得、１×１０−３〜１×１０５ｒｐｓ（回転／秒）、例えば５×１０−２〜１×１０５ｒｐｓ、例えば１×１０−２〜５×１０４ｒｐｓ、例えば５×１０−１〜１×１０３ｒｐｓ、例えば１〜５×１０２ｒｐｓ、５〜１０ｒｐｓを含む範囲である。任意の好都合なプロトコルが、パッシベーション層を堆積している間に、例えば、とりわけ、電気モータ、電磁回転デバイスなどによって、磁気センサデバイスを回転させるために使用され得る。
【００４０】
他の事例では、磁気センサデバイスは、往復運動で回転されてもよい。「往復運動」とは、磁気センサデバイスが、第１の所定の期間に１つの方向（例えば、時計回り）に回転し、第２の所定の期間に反対方向（例えば、反時計回り）に回転するために方向を変化させるように、基板が交互様式で回転されることを意味する。例えば、磁気センサデバイスは、時計回りと反時計回りとの運動の間で交互に「前後」運動で回転され得る。各方向（例えば、時計回りまたは反時計回り）は、所望に応じて任意の時間量にわたって実施され得る。例えば、磁気センサデバイスは、１０−３秒以上、例えば１０−２秒以上、例えば１０−１秒以上、例えば１秒以上、例えば２秒以上、例えば５秒以上、例えば１０秒以上、例えば１００秒以上の間、いずれかの方向に回転され得、これは、５００秒以上を含む。いずれかの方向の回転速度は、所望に応じて、同一であってもよく、または異なってもよい。いずれかの方向の回転速度は、一定であってもよく（すなわち、パッシベーション層の適用を通じて同じままである）、または可変であってもよい（すなわち、パッシベーション層の適用中の任意の時点で変化する）。さらに、往復運動は、所望に応じて、例えば２回以上、例えば５回以上、例えば１０回以上、例えば５０回以上、例えば１００回以上、例えば１０００回以上、例えば１０，０００回以上、繰り返され得、これは、１００，０００回以上を含む。
【００４１】
いくつかの実施形態では、方法は、堆積されたパッシベーション層をアニーリングすることをさらに含む。いくつかの事例では、堆積されたパッシベーション層をアニーリングすることは、熱アニーリングを含む。熱アニーリングは、１００℃〜２００℃、例えば１２５℃〜１７５℃、例えば１３０℃〜１７０℃、そして１４０℃〜１６０℃を含む範囲の温度において、堆積されたパッシベーション層上で実施され得る。特定の実施形態では、堆積されたパッシベーション層は、約１５０℃でアニールされる。堆積されたパッシベーション層は、１分以上、例えば２分以上、例えば３分以上、例えば５分以上、例えば１０分以上、例えば１５分以上、例えば３０分以上、例えば６０分以上、そして１２０分以上を含む時間にわたって、熱源からの熱を適用することなどによって、任意の好適な時間量でアニールされ得る。アニーリングは、大気圧、または１０−２トール以下、例えば１０−３トール以下、例えば１０−４トール以下、例えば１０−５トール以下、１０−６トール以下を含む圧力などの低下圧力で実施され得る。特定の事例では、パッシベーション層は、高真空下でアニールされる。「高真空」とは、堆積チャンバが、例えば１０−７トール以下、例えば１０−８トール以下、そして１０−１０トール以下を含む、非常に低圧に排気されていることを意味する。他の実施形態では、堆積されたパッシベーション層は、例えば１０００トール以上、例えば１１００トール以上、例えば１２００トール以上などの増加圧力（すなわち、大気圧超）下でアニールされ、これは、１５００トール以上の圧力下を含む。任意の好都合な熱源がアニーリングプロセスに使用され得、限定されるものではないが、放射性熱源（例えば、ヒートランプ、ヒートガンなど）、および堆積されたパッシベーション層を加熱された表面に接触させるなどの対流熱源が挙げられる。
【００４２】
方法はまた、パッシベーション層の堆積を監視することも含み得る。「監視」とは、堆積と併せて、または堆積後に、パッシベーション層の１つ以上の特性が決定され、査定されることを意味する。さらに、監視は、例えば、堆積の構成および角度、磁気センサデバイス運動、堆積温度、ならびに堆積チャンバ圧力などの、堆積プロセスの動作パラメータを査定／維持することも含み得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、方法は、パッシベーション層の化学的構成（例えば、各金属酸化物成分の百分率）を決定することを含む。化学的構成を決定することは、パッシベーション層中に存在する化学的特性または成分のうちの１つ以上の分析を指す。パッシベーション層の構成を決定することは、限定されるものではないが、パッシベーション層の化学的構成（例えば、金属組成物、不純物の量）、電気化学的特性、分光特性などを決定することを含み得る。任意の好都合なプロトコルが、パッシベーション層の構成を決定するために用いられ得る。パッシベーション層の構成を分析するための方法としては、限定されるものではないが、他の分析プロトコルの中でも、ＩＲ分光法、ＵＶ−ｖｉｓ分光光度法、可視顕微鏡法、電子顕微鏡法が挙げられる。
【００４４】
他の実施形態では、方法は、パッシベーション層の物理的構成を決定することを含む。物理的構成を決定することは、パッシベーション層の１つ以上の物理パラメータの分析を指す。例えば、パッシベーション層の異なる部位の堆積された材料の量、厚さ、平滑性、および均一性（例えば、マスク層の上部に配設された厚さ、基板凹部の上部の厚さ、マスク層の上部から基板表面に延在するパッシベーション層、すなわち、磁気センサ要素の縁部を被覆する部位の厚さ）が査定され得る。任意の好都合なプロトコルが、パッシベーション層の物理的構成を決定するために用いられ得る。パッシベーション層の物理的構成を分析するための方法としては、限定されるものではないが、とりわけ、石英結晶微両天秤、可視顕微鏡法、電子顕微鏡法、表面反射分析、接触角試験が挙げられる。
【００４５】
パッシベーション層の堆積は、主題の方法の間、任意の位相で監視され得る。例えば、パッシベーション層の構成は、それぞれ、堆積直後に決定され得る。他の実施形態では、パッシベーションの構成は、堆積プロセス全体を通じて決定される。例えば、パッシベーション層に関するデータ（すなわち、厚さ、導電性、不純物含有量など）は、リアルタイムデータ収集などによって、堆積プロセス全体を通じて監視され得る。他の実施形態では、パッシベーション層は、堆積プロセス中に、規則的な間隔、例えば、１分毎、５分毎、１０分毎、３０分毎、６０分毎、１００分毎、２００分毎、５００分毎、または幾らかの他の間隔でデータを収集することによって監視される。
【００４６】
本開示の方法はまた、収集されたデータを査定することも含む。収集されたデータを「査定する」とは、人間（単独で、または最初に人間の方向の下に設定されたコンピュータ自動化プロセスを使用する場合、コンピュータの補助を用いて）が、パッシベーション層に関する収集されたデータを評価し、層が好適であるかまたは不適切であるかを決定することを意味する。言い換えると、これらの実施形態の方法は、収集されたデータを査定して、パッシベーション層に対する任意の所望の調整を識別するステップを含む。所望の調整は、目標の観点から変化し得、いくつかの事例では、所望の調整は、いくつかの所望のパラメータ、例えば、平滑性、均一性、厚さ、耐食性、および酸／塩基に対する耐性の向上した効率を最終的にもたらす。いくつかの事例では、パッシベーション層が少なくとも最適に満たないと決定された場合、その層は、さらに処理され得る。必要に応じて、パッシベーション層は、本開示の方法の間に２回以上処理され得る。
【００４７】
特定の実施形態では、処理は、堆積されたパッシベーション層の厚さを調整することを含み得る。例えば、パッシベーション層を処理することは、０．１ｎｍ以上、例えば０．５ｎｍ以上、例えば１．０ｎｍ以上、例えば１．５ｎｍ以上、例えば２．０ｎｍ以上、例えば５ｎｍ以上、堆積された層の厚さを増加させることを含み得、これは、１０ｎｍ以上を含む。各層の一部または全部の厚さが調整され得る。例えば、いくつかの実施形態では、方法は、堆積されたパッシベーション層全体の厚さを増加させることを含む。他の実施形態では、堆積されたパッシベーション層のその全体に満たない部分の厚さが増加し得、例えば、堆積された層の９５％以下の厚さが増加し、パッシベーション層の、例えば７５％以下、例えば５０％以下、例えば２５％以下、例えば１０％以下、そして５％以下を含む全体の厚さが増加する。特定の事例では、堆積されたパッシベーション層上の特定の領域が調整され得（例えば、マスク層の上部に堆積されたパッシベーション層の部位、基板凹部の上部に堆積されたパッシベーション層の部位、マスク層の上部から基板表面に延在するパッシベーション層の部位、すなわち、磁気センサ要素の縁部を被覆する部位）、結果として、パッシベーション層の別個の部分が、異なる厚さを有する。
【００４８】
特定の実施形態では、処理は、堆積されたパッシベーション層の平滑性を調整することを含み得る。例えば、パッシベーション層を処理することは、堆積された層の平滑性を改善することを含み得る。したがって、堆積された層の全部または一部分は、堆積された層の平滑性を改善するために処理され得る。いくつかの事例では、堆積された層上の別個の位置が、平滑性を改善するために標的化され得る。
【００４９】
磁気センサデバイス
本開示の態様は、磁気センサデバイスを含む。磁気センサデバイスは、支持体を含む。いくつかの実施形態では、支持体は、その上に配設された磁気センサのアレイ（例えば、バイオセンサのアレイ）を含む。特定の実施形態では、各磁気センサは、本明細書に説明されるようなパッシベーション層（例えば、混合酸化物パッシベーション層、封入パッシベーション層）を含む。磁気センサの態様は、以下のセクションでさらに説明される。
【００５０】
実施形態では、磁気センサデバイスは、１つ以上の、例えば２つ以上の、例えば３つ以上の、例えば４つ以上の、例えば５つ以上の、そして１０個以上を含む、磁気センサ要素を含む。磁気センサ要素は、隣り合う磁気センサ要素間の距離が５０μｍ以下、例えば４０μｍ以下であり、３０μｍ以下、または２０μｍ以下、または１０μｍ以下、または５μｍ以下、または４μｍ以下、または３μｍ以下、または２μｍ以下、または１μｍ以下を含むように配置され得る（例えば、上記のように直列および／または並列に配置される）。いくつかの場合、隣り合う磁気センサ要素間の距離は、２μｍである。
【００５１】
特定の実施形態では、各磁気センサ要素は、２μｍ×２μｍ〜２００μｍ×２００μｍの範囲の寸法を有し得、２μｍ×２００μｍ以下、例えば１００μｍ×２μｍ以下、例えば２μｍ×１００μｍ以下、または１００μｍ×１００μｍ以下、または１０μｍ×１０μｍ以下、または５μｍ×５μｍ以下、または３μｍ×３μｍ以下、または２μｍ×２μｍ以下、または１μｍ×１μｍ以下の寸法を含む。
【００５２】
特定の実施形態では、電極は、２μｍ×２μｍ〜２００μｍ×２００μｍの範囲の寸法を有し得、２μｍ×２００μｍ以下、例えば１００μｍ×２μｍ以下、例えば２μｍ×１００μｍ以下、または１００μｍ×１００μｍ以下、または１０μｍ×１０μｍ以下、または５μｍ×５μｍ以下、または３μｍ×３μｍ以下、または２μｍ×２μｍ以下、または１μｍ×１μｍ以下の寸法を含む。いくつかの事例では、電極（例えば、上部電極）は、１５０μｍ×１０μｍ以下、または１２０μｍ×５μｍ以下、または１２０μｍ×２．８μｍ以下、または１００μｍ×２．８μｍ以下、または７５μｍ×２．８μｍ以下、または５０μｍ×２．８μｍ以下、または２５μｍ×２．８μｍ以下、または１０μｍ×２．８μｍ以下、例えば２．０μｍ×２．８μｍの寸法を有する。いくつかの事例では、電極（例えば、底部電極）は、１５０μｍ×１０μｍ以下、または１２５μｍ×５μｍ以下、または１２４μｍ×２．６μｍ以下、または１００μｍ×２．６μｍ以下、または７５μｍ×２．６μｍ以下、または５０μｍ×２．６μｍ以下、または２５μｍ×２．６μｍ以下、または１０μｍ×２．８μｍ以下、例えば６．８μｍ×２．６μｍの寸法を有する。
【００５３】
特定の実施形態では、電極は、導電性材料から構成される。いくつかの場合、電極は、導電性金属、例えば、銅、アルミニウム、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム酸化物、白金、白金合金、白金酸化物、ルテニウム、ルテニウム合金、ルテニウム酸化物、銀、銀合金、銀酸化物、スズ、スズ合金、スズ酸化物、チタン、チタン合金、チタン酸化物、タンタル、タンタル合金、タンタル酸化物、それらの組み合わせなどから作製される。いくつかの事例では、電極は、タンタルから作製される。いくつかの事例では、電極は、ルテニウムから作製される。いくつかの事例では、電極は、上記のような導電性材料の層を含む。例えば、電極は、タンタルなどの導電性金属の層を含み得る。いくつかの事例では、電極は、上記のような導電性材料の２つ以上の層を含む。例えば、電極は、タンタルおよびルテニウムなどの２つの異なる導電性金属の交互層を含み得る。いくつかの事例では、電極の厚さは、１ｎｍ〜１０００ｎｍ、例えば、１ｎｍ〜５００ｎｍ、または１ｎｍ〜２５０ｎｍ、または１ｎｍ〜１００ｎｍ、または１ｎｍ〜７５ｎｍ、または１ｎｍ〜５０ｎｍ、または１ｎｍ〜４５ｎｍ、または１ｎｍ〜４０ｎｍ、または１ｎｍ〜３５ｎｍ、または１ｎｍ〜３０ｎｍ、または１ｎｍ〜２５ｎｍ、または１ｎｍ〜２０ｎｍ、または１ｎｍ〜１５ｎｍ、または１ｎｍ〜１０ｎｍ、または１ｎｍ〜５ｎｍの範囲である。いくつかの実施形態では、電極の厚さは、１ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であり、例えば、３０ｎｍ、または２０ｎｍ、または１０ｎｍの厚さである。
【００５４】
特定の実施形態では、磁気センサは、複数のＭＴＪ素子を含む。いくつかの場合、磁気センサは、上記のように、２つ以上のＭＴＪ素子（例えば、直列に配置された２つ以上のＭＴＪ素子）を含む。いくつかの事例では、磁気センサデバイスは、直列に配置されたＭＴＪ素子、および第１の一連のＭＴＪセンサアレイと並列に電気的に接続された追加のＭＴＪ素子を含む。追加のＭＴＪ素子は、上記のように直列に配置された２つ以上のＭＴＪ素子を含み得る。したがって、特定の場合、磁気センサは、複数のＭＴＪ素子が直列および並列の両方で電気的に接続されているＭＴＪ素子の配置を含み得る。
【００５５】
本開示の態様は、磁気センサデバイスを含み、磁気センサデバイスは、支持体を含む。いくつかの実施形態では、支持体は、その上に配設された磁気センサのアレイ（例えば、バイオセンサのアレイ）を含む。特定の実施形態では、支持体は、５ｍｍ以下、例えば２ｍｍ以下、１．６ｍｍ以下、または１．０ｍｍ以下、または０．５ｍｍ以下、または０．３ｍｍ以下、または０．２ｍｍ以下を含む、厚さを有する。特定の実施形態では、支持体は、２０ｍｍ以下、または１５ｍｍ以下、例えば１２ｍｍ以下、１０ｍｍ以下、または５ｍｍ以下、または２ｍｍ以下を含む、幅を有する。
【００５６】
特定の実施形態では、磁気センサデバイスの支持体は、１ｍｍ〜２０ｍｍ、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍ、１ｍｍ〜５ｍｍを含む範囲の長さ、１ｍｍ〜２０ｍｍ、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍ、１ｍｍ〜５ｍｍ、または１ｍｍ〜３ｍｍを含む範囲の幅、および０．１ｍｍ〜５ｍｍ、例えば０．２ｍｍ〜１ｍｍ、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍを含む範囲の厚さを有する、直方体（他の形状も可能である）として形状が決められる。
【００５７】
磁気センサアレイ
特定の実施形態では、磁気センサデバイスは、磁気センサのアレイ（例えば、バイオセンサのアレイ）を含む。磁気センサのアレイは、例えば、磁気センサ構成に関して様々な異なる構成を有し得る。特定の実施形態では、主題の磁気センサは、バイオチップ（例えば、バイオセンサチップ）上に配置される。「バイオチップ」または「バイオセンサチップ」とは、磁気センサのアレイ（例えば、バイオセンサのアレイ）を含む磁気センサデバイスを意味する。例えば、バイオチップは、支持表面上に磁気センサの２つ以上の別個のアレイを陳列する、支持表面を含む磁気センサデバイスを含み得る。特定の実施形態では、磁気センサデバイスは、磁気センサのアレイを有する支持表面を含む。
【００５８】
「アレイ」は、アドレス指定可能な領域、例えば、空間的にアドレス指定可能な領域の任意の２次元または実質的に２次元（および３次元）配置を含む。アレイは、アレイ上の特定の所定の場所（例えば、「アドレス」）に位置付けられた複数のセンサを有するとき、「アドレス指定可能」である。アレイ特徴（例えば、センサ）は、介在する空間によって分離され得る。任意の所与の支持体が、支持体の前面上に配設された１、２、４、またはそれ以上のアレイを担持し得る。使用に応じて、アレイのいずれかまたは全ては、互いに同一または異なってもよく、各々は、複数の異なる磁気センサを含んでもよい。アレイは、２つ以上、４つ以上、８つ以上、１０個以上、５０個以上、１００個以上、２５０個以上、５００個以上、７５０個以上、１０００個以上を含む、１つ以上の磁気センサを含み得る。例えば、６４個の磁気センサが８×８アレイに配置されてもよく、または８０個の磁気センサが８×１０アレイに配置されてもよく、または９０個のセンサが９×１０アレイに配置されてもよい。
【００５９】
いくつかの事例では、磁気センサは、磁気センサの行および列でアレイ内に配置される。例えば、アレイは、２つ以上の磁気センサの１つ以上の行を含み得る。いくつかの場合、アレイは、磁気センサの１つ以上の行、例えば、２つ以上、または３つ以上、または４つ以上、または５つ以上、または６つ以上、または７つ以上、または８つ以上、または９つ以上、または１０個以上、または１２個以上、または１４個以上、または１６個以上、または１８個以上、または２０個以上、または２５個以上、または３０個以上、または３５個以上、または４０個以上、または４５個以上、または５０個以上の行を含む。いくつかの場合、アレイは、磁気センサの１つ以上の列、例えば、２つ以上、または３つ以上、または４つ以上、または５つ以上、または６つ以上、または７つ以上、または８つ以上、または９つ以上、または１０個以上、または１２個以上、または１４個以上、または１６個以上、または１８個以上、または２０個以上、または２５個以上、または３０個以上、または３５個以上、または４０個以上、または４５個以上、または５０個以上の列を含む。例えば、６４個の磁気センサが、８行および８列の磁気センサを含む８×８アレイに配置され得るか、または８０個の磁気センサが、１０行および８列の磁気センサを含む８×１０アレイに配置され得る。
【００６０】
特定の実施形態では、磁気センサは、１０ｃｍ２以下、または９ｃｍ２以下、５ｃｍ２以下、４ｃｍ２以下、例えば、２ｃｍ２以下、１．２ｃｍ２以下、０．１ｃｍ２以下、５０ｍｍ２以下、２０ｍｍ２以下、例えば１０ｍｍ２以下、またはさらに小さい面積を含む、アレイに配置され得る。例えば、磁気センサは、１５ｍｍ２以下、例えば１２．２ｍｍ２以下（例えば、３．２ｍｍ×３．８ｍｍ）の面積を有するアレイに配置され得る。いくつかの事例では、磁気センサは、２０ｍｍ２の面積を有するアレイに配置される。例えば、磁気センサは、２ｍｍ２アレイ面積当たり１つ以下の磁気センサ、例えば、１ｍｍ２アレイ面積当たり１つ以下の磁気センサ、または０．５ｍｍ２アレイ面積当たり１つの磁気センサ、または０．２ｍｍ２アレイ面積当たり１つの磁気センサ、または０．１６ｍｍ２アレイ面積当たり１つの磁気センサ、または０．１４ｍｍ２アレイ面積当たり１つの磁気センサ、または０．１２ｍｍ２アレイ面積当たり１つの磁気センサ、または０．１ｍｍ２アレイ面積当たり１つの磁気センサ、または０．０８ｍｍ２アレイ面積当たり１つの磁気センサ、または０．０５ｍｍ２アレイ面積当たり１つの磁気センサの配列の密度を有し得る。いくつかの場合、磁気センサは、０．１６ｍｍ２アレイ面積当たり１つの磁気センサのアレイの密度を有し得る。
【００６１】
いくつかの実施形態では、本開示の実施形態による、複数のＭＴＪ素子を有する磁気バイオセンサは、アッセイ中に生体分子の試料と接触する支持体の一部分を被覆するように寸法が決められる。個々のセンサ上への試料（例えば、生体分子）の配置は、生体分子を有する液体試料の小さい液滴を支持体の特定の領域上に配置することによって、または生体分子でコーティングされたスタンプを支持体と接触させて配置することによって実施され得る。いくつかの実施形態では、生体分子の試料によってコーティングされた支持体の面積、およびバイオセンサの面積は、実質的に同様である。例えば、バイオセンサは、１０μｍ×１０μｍ〜１０００μｍ×１０００μｍの範囲内の寸法を有し得、１０μｍ×１０００μｍ以下、例えば１０００μｍ×１０μｍ以下、例えば８００μｍ×８００μｍ以下、または４００μｍ×４００μｍ以下、または２００μｍ×２００μｍ以下、または１８０μｍ×１８０μｍ以下、または１６０μｍ×１６０μｍ以下、または１４０μｍ×１４０μｍ以下、または１２０μｍ×１２０μｍ以下、または１００μｍ×１００μｍ以下、または８０μｍ×８０μｍ以下、または５０μｍ×５０μｍ以下、または３０μｍ×３０μｍ以下の寸法を含む。いくつかの事例では、バイオセンサは、１４０μｍ×１４０μｍ以下、例えば１２０μｍ×１２０μｍの寸法を有する。
【００６２】
いくつかの実施形態では、本開示の実施形態による、複数のＭＴＪ素子を有する磁気バイオセンサは、単位面積当たりのバイオセンサの数が最大化され、一方、個々のバイオセンサが、生体分子を含有する液体試料の別個の液滴と接触することを依然として可能にするように、離隔される。個々のバイオセンサ上に配置された隣り合う液滴間の実質的な分離を達成するために、バイオセンサは、一定の距離、離隔され得る。いくつかの事例では、隣り合うバイオセンサ間の介在する空間は、隣り合うバイオセンサ間の不活性な非検知エリアである。いくつかの実施形態では、隣り合うバイオセンサ間のこの不活性エリアは、バイオセンサのサイズの１〜５倍の距離を被覆し得る。例えば、バイオセンサが１００μｍ×１００μｍの面積を被覆する場合、隣り合うバイオセンサ間の不活性エリアは、１００μｍ〜５００μｍの範囲の距離を被覆し得る。上述のように、いくつかの事例では、バイオセンサは、１２０μｍ×１２０μｍの寸法を有する。いくつかの実施形態では、バイオセンサは、４００μｍ（バイオセンサの中心から隣り合うバイオセンサの中心まで測定したとき）の規則的な間隔で配置され得、その結果、隣り合うバイオセンサ間の不活性空間は、長さが約２８０μｍである。
【００６３】
特定の実施形態では、磁気センサの少なくとも一部または全部は、センサの表面と安定して関連付けられた分析物特異的プローブ（例えば、表面捕捉リガンド）を有する。例えば、各磁気センサアレイは、磁気センサの表面に結合した分析物特異的プローブを有する１つ以上の磁気センサを含み得る。所与のアレイが２つ以上の磁気センサを含む場合、各センサは、その表面と関連付けられた同一または異なる分析物特異的プローブを有し得る。例えば、磁気センサアレイは、各々が同じ分析物を特異的に検出するように構成された２つ以上の別個の磁気センサを含んでもよい。いくつかの場合、異なる分析物特異的プローブは、そのようなデバイスのセンサ表面上に存在し得、その結果、各異なる分析物特異的プローブは、別個の分析物に特異的に結合する。例えば、磁気センサアレイは、各々が異なる分析物を特異的に検出するように構成された２つ以上の別個の磁気センサを含んでもよい。他の場合、磁気センサデバイスは、磁気センサの表面が分析物に直接結合するように機能化されるように、任意の分析物特異的プローブを含まない磁気センサを含む。いくつかの事例では、磁気センサは、磁気センサの表面上に配設された阻止層を含む。阻止層は、磁気センサの表面への任意の分析物特異的プローブまたは分析物の結合を阻害するように構成され得る（例えば、そのような阻止された磁気センサが基準または制御電気信号源として機能し得る場合）。
【００６４】
上記のように、特定の実施形態では、磁気センサデバイスは、基板上に配設された２つ以上の磁気センサアレイを含む。したがって、磁気センサデバイスは、２つ以上の磁気センサアレイを含む。上記のように、各磁気センサアレイは、同一または異なる分析物を検出するように構成された各磁気センサを有する、１つ以上の磁気センサを有し得る。したがって、磁気センサデバイス上の各磁気センサアレイは、分析物の同じセットまたは異なるセットを検出するように構成され得る。例えば、磁気センサデバイスは、各々が同じ分析物のセットを特異的に検出するように構成された２つ以上の別個の磁気センサアレイを含んでもよい。他の場合、磁気センサデバイスは、各々が異なる分析物のセットを特異的に検出するように構成された２つ以上の別個の磁気センサを含んでもよい。
【００６５】
特定の実施形態では、アレイ内の磁気センサの間には、いかなる分析物特異的プローブも担持しないか、または分析物に直接結合するように機能化されていないエリアが存在し得る。そのようなセンサ間エリアは、存在する場合、様々なサイズおよび構成のものであり得る。いくつかの事例では、これらのセンサ間エリアは、例えば、センサ間エリアが疎水性材料および／または壁などの流体バリアでコーティングされている場合、異なるセンサ間の流体運動を阻害または防止するように構成され得る。
【００６６】
磁気センサをプロセッサ、ディスプレイなどのシステムの構成要素に電子的に連結するように構成される電子通信要素、例えば導電性リードが存在し得る。加えて、所与の磁気センサデバイスは、磁気センサアレイに加えて、様々な他の構成要素を含み得る。追加の磁気センサデバイス構成要素としては、限定されるものではないが、信号処理構成要素、電源、流体ハンドリング構成要素、有線または無線通信構成要素などが挙げられる。
【００６７】
特定の実施形態では、磁気センサデバイスは、最小量の試料から検出可能な信号を生成するように構成される。いくつかの事例では、磁気センサデバイスは、１０ｍＬ以下、または５ｍＬ以下、または３ｍＬ以下、または１ｍＬ以下、例えば５００μＬ以下、１００μＬ以下、例えば５０μＬ以下、または２５μＬ以下、または１０μＬ以下を含む試料サイズから検出可能な信号を生成するように構成される。したがって、いくつかの場合、リザーバプレートの流体リザーバは、検出可能な信号を生成するために必要な最小量の試料を受容するように構成され得る。例えば、流体リザーバは、１０ｍＬ以下、または５ｍＬ以下、または３ｍＬ以下、または１ｍＬ以下、例えば５００μＬ以下、１００μＬ以下、例えば５０μＬ以下、または２５μＬ以下、または１０μＬ以下、または５μＬ以下、または１μＬ以下を含む試料を受容するように構成され得る。
【００６８】
いくつかの実施形態では、磁気センサデバイスは、試料中の分析物の存在を検出するためのシステムに接続するように構成されている。したがって、特定の実施形態では、磁気センサデバイスは磁場源を含まない。磁場源は、試料中の分析物の存在を検出するためのシステムに含められ得、したがって、磁気センサデバイスに含められない。したがって、アッセイプロトコルは、試料中の分析物の存在を検出するためのシステムに磁気センサデバイスを動作可能に連結することを含み得る。いくつかの事例では、磁気センサデバイスは、本明細書に説明されるように、システムの起動および信号処理ユニットに動作可能に連結され得る。磁気センサデバイスは、システム、例えば、システムの起動および信号処理ユニットに、磁気センサデバイスを電気的に接続するように構成された１つ以上の電気接点を含み得る。電気接点は、磁気センサデバイスの縁部に沿って配置され得る。
【００６９】
特定の実施形態では、磁気センサデバイスは、プログラマブルメモリを含む。いくつかの場合、プログラマブルメモリは、限定されるものではないが、較正データ（例えば、各磁気センサおよび／または各磁気センサアレイの較正データ）、アッセイの前に磁気センサがどのように表面機能化分子で調製されたかの記録、完了したアッセイステップの記録、どの試料が測定されたかについての記録、測定結果の記録などを含む情報などの情報を記憶するように構成されている。いくつかの事例では、バーコードが、プログラマブルメモリの代わりに、またはプログラマブルメモリに加えて使用され得る。バーコードを含む磁気センサデバイスの実施形態では、磁気センサデバイスと関連付けられた情報は、システムの起動および信号処理ユニットなどの、磁気センサデバイスとは別個の情報システムから記憶および検索され得る。
【００７０】
磁気センサ
上記のように、各磁気センサは、１つ以上の磁気センサ要素を含み得る。いくつかの場合、磁気センサは、磁気センサと磁気ラベルとの間のいかなる直接的な物理的接触もなしで、近傍の磁気ラベルの存在を検出するように構成されたセンサである。特定の実施形態では、磁気センサは、試料中の分析物の存在を検出するように構成されている。例えば、磁気ラベルは、分析物に直接的または間接的に結合され得、次いで、磁気センサに直接的または間接的に結合され得る。結合された磁気ラベルが磁気センサの検出範囲内に位置付けられた場合、磁気センサは、結合された磁気ラベルの存在を示す、したがって、分析物の存在を示す信号を提供し得る。
【００７１】
いくつかの事例では、磁気センサは、磁気センサの表面から１ｎｍ〜１０００ｎｍ、磁気センサの表面から、例えば１ｎｍ〜８００ｎｍ、１ｎｍ〜５００ｎｍ、例えば１ｎｍ〜３００ｎｍ、１ｎｍ〜１００ｎｍを含む検出範囲を有する。いくつかの事例では、センサの検出範囲の最小化は、特異的に結合した分析物の検出を容易にし得、一方、関心がない分析物からの検出可能な信号を最小化する。「検出範囲」とは、磁気ラベルの存在が磁気センサ内で検出可能な信号を誘導することになる、磁気センサの表面からの距離を意味する。いくつかの場合、磁気センサの検出範囲内にあるように磁気センサの表面に十分近く位置付けられた磁気ラベルは、磁気センサ内で検出可能な信号を誘導することになる。特定の事例では、磁気センサの表面から磁気センサの検出範囲を超える距離に位置付けられた磁気ラベルは、磁気センサ内で検出可能または無視できない信号を誘導しないことになる。例えば、磁気ラベルは、１／ｒ３に比例する磁束を有し得、式中、ｒは、磁気センサと磁気ラベルとの間の距離である。したがって、近接して（例えば、磁気センサの検出範囲内に）位置付けられているそれらの磁気ラベルのみが、磁気センサ内で検出可能な信号を誘導することになる。
【００７２】
特定の実施形態では、磁気センサの表面は、分析物または磁気ラベルに直接結合するように機能化されている。例えば、磁気センサの表面は、限定されるものではないが、非特異的吸着、静電相互作用（例えば、イオン−イオン対相互作用）に基づく結合、疎水性相互作用、水素結合相互作用などを含む、分析物または磁気ラベルと磁気センサとの間の共有結合または非共有結合を提供するように機能化され得る。
【００７３】
いくつかの事例では、磁気センサまたは要素間エリアの表面は、分析物に特異的に結合する分析物特異的プローブ（例えば、表面捕捉リガンド）を含む。分析物特異的プローブは、磁気センサの表面または要素間エリアに結合され得る。例えば、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）などのカチオン性ポリマーは、物理吸収を介して、表面に荷電抗体を非特異的に結合するために使用され得る。あるいは、共有結合化学が、分析物特異的プローブ上の遊離アミンまたは遊離チオール基を利用して、磁気センサまたは要素間エリアの表面に分析物特異的プローブを共有結合させるために使用され得る。例えば、Ｎ−ヒドロキシスクシンイミド（ＮＨＳ）を１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド（ＥＤＣ）に連結するシステムが、磁気センサまたは要素間エリアの表面に分析物特異的プローブを共有結合させるために使用され得る。
【００７４】
分析対象特異的プローブは、特異的結合対の１つのメンバーを含み得る。例えば、好適な特異的結合対としては、限定されるものではないが、受容体／リガンド対のメンバー、受容体のリガンド結合部分、抗体／抗原対のメンバー、抗体の抗原結合断片、ハプテン、レクチン／炭水化物対のメンバー、酵素／基質対のメンバー、ビオチン／アビジン、ビオチン／ストレプトアビジン、ジゴキシン／アンチジゴキシンなどが挙げられる。特定の実施形態では、磁気センサまたは要素間エリアの表面は、関心がある分析物に特異的に結合する抗体を含む。したがって、磁気センサまたは要素間エリアを、関心がある分析物を含むアッセイ組成物と接触させることは、磁気センサまたは要素間エリアの表面に結合された分析物特異的プローブ（例えば、抗体）への分析物の結合を結果的にもたらし得る。
【００７５】
特定の実施形態では、磁気センサは、磁気センサの表面に近接する磁気ラベルに応答して電気信号を生成するように構成される。例えば、磁気センサは、局所磁場の変化によって誘導される磁気センサの抵抗の変化を検出するように構成され得る。いくつかの場合、磁気センサに近接した磁気ラベル（例えば、磁気ナノ粒子ラベル）の結合は、上記のように、磁気センサの抵抗の検出可能な変化を誘導する。例えば、適用された外部磁場の存在下で、磁気センサの近くの磁気ラベルが磁化され得る。磁化された磁気ラベルの局所磁場は、下にある磁気センサの抵抗の検出可能な変化を誘導し得る。したがって、磁気ラベルの存在は、磁気センサの抵抗の変化を検出することによって検出され得る。特定の実施形態では、磁気センサの近くの磁気ラベルは、本明細書に説明されるように要素間エリアに結合されるなど、要素間エリア内に存在し得る。特定の実施形態では、磁気センサの近くの磁気ラベルは、本明細書に説明されるように磁気センサ要素の側面に結合されるなど、要素間エリア内に存在し得る。
【００７６】
特定の実施形態では、磁気センサは、１オーム以下、例えば５００ミリオーム以下、１００ミリオーム以下、または５０ミリオーム以下、または２５ミリオーム以下、または１０ミリオーム以下、または５ミリオーム以下、または１ミリオーム以下を含む、抵抗の変化を検出するように構成される。特定の実施形態では、抵抗の変化は、元のセンサ抵抗に対して百万分率（ＰＰＭ）で表現され、例えば、２ＰＰＭ以上、または２０ＰＰＭ以上、または２００ＰＰＭ以上、または４００ＰＰＭ以上、または６００ＰＰＭ以上、または１０００ＰＰＭ以上、または２０００ＰＰＭ以上、または４０００ＰＰＭ以上、または６０００ＰＰＭ以上、または１０，０００ＰＰＭ以上、または２０，０００ＰＰＭ以上、または４０，０００ＰＰＭ以上、または６０，０００ＰＰＭ以上、または１００，０００ＰＰＭ以上、または２００，０００ＰＰＭ以上の抵抗の変化である。
【００７７】
特定の場合、磁気センサは、多層薄膜構造である。センサは、強磁性材料および非磁性材料の交互の層を含み得る。強磁性材料としては、限定されるものではないが、パーマロイ（ＮｉＦｅ）、鉄コバルト（ＦｅＣｏ）、ニッケル鉄コバルト（ＮｉＦｅＣｏ）、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、コバルト酸化物（ＣｏＯ）、ニッケルコバルト酸化物（ＮｉＣｏＯ）、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、ＣｏＦｅＢ、Ｒｕ、ＰｔＭｎ、それらの組み合わせなどが挙げられ得る。いくつかの場合、非磁性材料は、限定されるものではないが、ＭｇＯ、アルミナなどの絶縁層である。特定の実施形態では、強磁性層は、１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば２ｎｍ〜８ｎｍ、３ｎｍ〜４ｎｍを含む、厚さを有する。いくつかの事例では、非磁性層は、０．２ｎｍ〜５ｎｍ、例えば１ｎｍ〜３ｎｍ、１．５ｎｍ〜２．５ｎｍ、または１．８ｎｍ〜２．２ｎｍを含む、厚さを有する。
【００７８】
スピンバルブ磁気抵抗素子
特定の実施形態では、磁気センサ要素は、スピンバルブ磁気抵抗素子である。特定の場合、スピンバルブ素子は、第１の強磁性層、第１の強磁性層上に配設された非磁性層、および非磁性層上に配設された第２の強磁性層を含む、多層構造である。第１の強磁性層は、特定の方向に固定された、その磁化ベクトルを有するように構成され得る。いくつかの場合、第１の強磁性層は、「ピン留め層」と呼ばれる。特定の実施形態では、スピンバルブ要素は、上記のように磁気センサ要素の幅に実質的に平行な磁化を伴うピン留め層を含む。第２の強磁性層は、その磁化ベクトルが、印加された磁場の下で自由に回転し得るように、構成され得る。いくつかの場合、第２の強磁性層は、「自由層」と呼ばれる。
【００７９】
特定の事例では、スピンバルブ素子の電気抵抗は、ピン留め層の磁化ベクトルに対する自由層の磁化ベクトルの相対方向に依存する。２つの磁化ベクトルが平行であるとき、抵抗が最も低く、２つの磁化ベクトルが反平行であるとき、抵抗が最も高い。抵抗の相対変化は、磁気抵抗（ＭＲ）比と呼ばれる。特定の実施形態では、スピンバルブ素子は、１％〜２０％、例えば３％〜１５％、５％〜１２％を含む、ＭＲ比を有する。いくつかの場合、スピンバルブ素子のＭＲ比は、小さい磁場、例えば、１００Ｏｅにおいて１０％以上である。スピンバルブ素子の表面の近くの磁気ラベルの存在に起因するスピンバルブ素子の抵抗の変化は、上記のように検出され得る。
【００８０】
特定の実施形態では、磁気ラベルに起因するスピンバルブ素子からの信号は、磁気ラベルとスピンバルブ素子の自由層との間の距離に依存する。いくつかの場合、磁気ラベルからの電圧信号は、磁気ラベルの中心から自由層の中央平面までの距離が増加するにつれて、減少する。したがって、特定の事例では、スピンバルブ素子内の自由層は、スピンバルブ素子の表面に位置付けられる。スピンバルブ素子の表面に自由層を位置付けることは、自由層と任意の結合された磁気ラベルとの間の距離を最小化し得、これは、磁気ラベルの検出を容易にし得る。
【００８１】
特定の実施形態では、スピンバルブ素子は、スピンバルブ素子表面のうちの１つ以上に配設されたパッシベーション層を含み得る。いくつかの場合、パッシベーション層は、６０ｎｍ以下、例えば５０ｎｍ以下、４０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下を含む、厚さを有する。例えば、パッシベーション層は、１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば１ｎｍ〜５ｎｍ、１ｎｍ〜３ｎｍを含む、厚さを有し得る。特定の実施形態では、パッシベーション層は、金、タンタル、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、それらの組み合わせなどを含む。
【００８２】
磁気トンネル接合（ＭＴＪ）磁気抵抗素子
特定の実施形態では、磁気センサ要素は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）磁気抵抗素子（本明細書ではＭＴＪ素子とも称される）である。いくつかの場合、ＭＴＪ素子は、第１の強磁性層、第１の強磁性層上に配設された絶縁層、および絶縁層上に配設された第２の強磁性層を含む多層構造を含む。絶縁層は、薄い絶縁トンネルバリアであり得、アルミナ、ＭｇＯなどを含み得る。いくつかの場合、第１の強磁性層と第２の強磁性層との間の電子トンネリングは、２つの強磁性層の相対磁化に依存する。例えば、特定の実施形態では、第１および第２の強磁性層の磁化ベクトルが平行であるとき、トンネル電流が高く、第１および第２の強磁性層の磁化ベクトルが反平行であるとき、トンネル電流が低い。
【００８３】
いくつかの事例では、ＭＴＪ素子は、１％〜３００％、例えば１０％〜２５０％、２５％〜２００％を含む、磁気抵抗比（ＭＲ）を有する。ＭＴＪ素子の表面の近くの磁気ラベルの存在に起因するＭＴＪ素子の抵抗の変化は、上記のように検出され得る。いくつかの事例では、ＭＴＪ素子は、５０％以上、または７５％以上、または１００％以上、または１２５％以上、または１５０％以上、または１７５％以上、または２００％以上、または２２５％以上、または２５０％以上、または２７５％以上、または２００％以上のＭＲを有する。例えば、ＭＴＪ素子は、２２５％以上のＭＲを有し得る。
【００８４】
特定の実施形態では、第２の強磁性層（例えば、ＭＴＪ素子の表面に位置付けられたＭＴＪ素子の層）は、より多くの層のうちの２つを含む。例えば、第２の強磁性層は、第１の層と、第１の層上に配設された第２の層と、第２の層上に配設された第３の層とを含み得る。いくつかの場合、第１の層は、薄い強磁性層（例えば、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢなど）である。薄い金属層は、６ｎｍ以下、例えば５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、または１ｎｍ以下、または０．５ｎｍ以下を含む、厚さを有し得る。第２の層は、導電性金属、例えば、銅、アルミニウム、パラジウム、パラジウム合金、パラジウム酸化物、白金、白金合金、白金酸化物、ルテニウム、ルテニウム合金、ルテニウム酸化物、銀、銀合金、銀酸化物、スズ、スズ合金、スズ酸化物、チタン、チタン合金、チタン酸化物、タンタル、タンタル合金、タンタル酸化物、それらの組み合わせを含み得る。第２の層は、２ｎｍ以下、例えば０．５ｎｍ以下、０．４ｎｍ以下、０．３ｎｍ以下、０．２ｎｍ以下、または０．１ｎｍ以下を含む、厚さを有し得る。第３の層は、強磁性材料、例えば、限定されるものではないが、ＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢなどを含み得る。第３の層は、６ｎｍ以下、例えば５ｎｍ以下、４ｎｍ以下、３ｎｍ以下、２ｎｍ以下、または１ｎｍ以下、または０．５ｎｍ以下を含む、厚さを有し得る。
【００８５】
いくつかの場合、ＭＴＪ素子は、関連付けられた磁気ラベルと自由層の上面との間の距離が、５ｎｍ〜１０００ｎｍ、または１０ｎｍ〜８００ｎｍ、例えば２０ｎｍ〜６００ｎｍ、４０ｎｍ〜４００ｎｍ、例えば６０ｎｍ〜３００ｎｍ、８０ｎｍ〜２５０ｎｍを含む範囲であるように構成される。
【００８６】
ＭＴＪ素子は、ＭＴＪ素子表面のうちの１つ以上に配設されたパッシベーション層を含み得る。いくつかの事例では、パッシベーション層は、６０ｎｍ以下、例えば５０ｎｍ以下、４０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１０ｎｍ以下を含む、厚さを有する。例えば、パッシベーション層は、１ｎｍ〜５０ｎｍ、例えば１ｎｍ〜４０ｎｍの厚さを有し得、１ｎｍ〜３０ｎｍを含むか、または１ｎｍ〜２０ｎｍを形成し得る。いくつかの事例では、パッシベーション層は、３０ｎｍの厚さを有する。いくつかの場合、パッシベーション層は、金、タンタル、タンタル合金、酸化タンタル、アルミニウム、アルミニウム合金、酸化アルミニウム、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ＺｒＯ２、それらの組み合わせなどを含む。特定の実施形態では、上記の厚さを有するパッシベーション層は、特異的に結合されない磁気ラベルからの信号を最小化しながら、センサ表面または要素間エリアに特異的に結合された磁気ラベルから検出された信号の最大化を容易にする。
【００８７】
特定の実施形態では、ＭＴＪ素子は、１μｍ×１μｍ〜２００μｍ×２００μｍの範囲の寸法を有し、１μｍ×２００μｍ以下、例えば２００μｍ×１μｍ以下、例えば１５０μｍ×１０μｍ以下、または１２０μｍ×５μｍ以下、または１２０μｍ×０．８μｍ以下、または０．８μｍ×１２０μｍ以下、または１００μｍ×０．７μｍ以下、または１００μｍ×０．６μｍ以下、または１００μｍ×０．５μｍ以下、または１０μｍ×０．６μｍ以下、または１０μｍ×０．５μｍ以下の寸法を含む。いくつかの事例では、ＭＴＪ素子は、１２０μｍ×０．８μｍ、例えば２．０μｍ×０．８μｍ以下の寸法を有する。
【００８８】
磁気トンネル接合（ＭＴＪ）検出器は、２００８年９月１９日出願の米国出願公開第２００９／０１０４７０７号にさらに説明され、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。検出器は、２００４年４月２２日出願の米国特許第７，９０６，３４５号にさらに説明され、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００８９】
磁気検知エリア
特定の実施形態では、磁気センサデバイスは、１つ以上の磁気検知エリアを含むように構成され得る。磁気検知エリアは、磁気センサのアレイ（例えば、バイオセンサのアレイ）が位置付けられるデバイスのエリアに対応し得る。例えば、磁気検知エリアは、使用中に試料に露出される、デバイスの表面上のエリアであり得、上記のように磁気センサのアレイ（例えば、バイオセンサのアレイ）を有する。
【００９０】
磁気検知エリアは、流体リザーバを含むように構成され得る。流体リザーバは、流体リザーバが、試料を磁気センサアレイと接触させて保持するように構成される、様々な構成のいずれかであり得る。したがって、流体リザーバの構成としては、限定されるものではないが、円筒形ウェル構成、正方形ウェル構成、長方形ウェル構成、丸底ウェル構成などが挙げられ得る。例えば、流体リザーバは、１つの流体リザーバを、隣り合う流体リザーバから分離する壁を含み得る。壁は、リザーバプレートの表面に対して実質的に垂直であり得る。いくつかの場合、各流体リザーバの壁は、空間の容積を画定し、空間の容積は、流体リザーバによって画定される空間の容積以下の試料の容積を受容し得る。
【００９１】
特定の実施形態では、流体リザーバは、１０ｍＬ以下、または５ｍＬ以下、または３ｍＬ以下、または１ｍＬ以下、例えば５００μＬ以下、１００μＬ以下、例えば５０μＬ以下、または２５μＬ以下、または１０μＬ以下を含む容積を有し、その容積は、それ以下の容積の試料容積を収容するために十分である。
【００９２】
磁気センサシステム
特定の実施形態では、システムは、磁気センサデバイス、および磁場源を含む。磁気センサデバイスは、その上に位置付けられた２つ以上の磁気センサのアレイ（例えば、バイオセンサのアレイ）を有する支持体を含む。システムは、１つ以上の分析物が各試料中に存在するか否かを示す磁気センサの各アレイから信号を取得するように構成され得る。
【００９３】
特定の実施形態では、システムは、磁場源を含む。磁場源は、アッセイ検知エリア内（例えば、磁気センサアレイが信号取得中に位置付けられたエリア内）でＤＣおよび／またはＡＣフィールドを生成するために十分な磁場を磁気センサデバイス（例えば、磁気センサアレイ）に印加するように構成され得る。いくつかの事例では、磁場源は、１Ｏｅ以上、または５Ｏｅ以上、または１０Ｏｅ以上、または２０Ｏｅ以上、または３０Ｏｅ以上、または４０Ｏｅ以上、または５０Ｏｅ以上、または６０Ｏｅ以上、または７０Ｏｅ以上、または８０Ｏｅ以上、または９０Ｏｅ以上、または１００Ｏｅ以上の磁場強度を有する磁場を生成するように構成される。
【００９４】
磁場源は、磁気センサデバイスが使用されるときに磁気センサアレイが位置付けられるエリアに磁場が生成されるように位置付けられ得る。いくつかの場合、磁場源は、アッセイが実施されているリザーバプレート上の流体リザーバのセットの周囲に均一で制御可能な磁場を発生させるように構成される。磁場源は、１つ以上の、例えば、２つ以上の、３つ以上の、４つ以上の磁場発生構成要素を含み得る。いくつかの場合、磁場源は、コイル電磁石などの１つ以上の電磁石を含み得る。コイル電磁石は、ワイヤ巻きコイルを含み得る。例えば、磁場源は、ヘルムホルツコイル形状に配置された２つの電磁石を含み得る。
【００９５】
システムの実施形態は、コンピュータベースシステムをさらに含む。システムは、上記のように、結合相互作用を定性的および／または定量的に査定するように構成され得る。「コンピュータベースシステム」は、磁気センサからの信号を分析するために使用されるハードウェア、ソフトウェア、およびデータ記憶構成要素を指す。コンピュータベースシステムのハードウェアは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、入力、出力、およびデータ記憶構成要素を含み得る。様々なコンピュータベースシステムのいずれかは、主題のシステムでの使用に好適である。データ記憶構成要素は、磁気センサアレイからの信号を記録するためのデバイス、または磁気センサアレイからの信号を記憶し得るアクセス可能なメモリ構成要素を含む、任意のコンピュータ可読媒体を含み得る。
【００９６】
コンピュータ可読媒体上にデータ、プログラミングまたは他の情報を「記録する」ことは、当該技術分野で既知の任意のそのような方法を使用して情報を記憶するプロセスを指す。任意の好都合なデータ記憶構造が、記憶された情報にアクセスするために使用される方法に応じて選択され得る。様々なデータプロセッサプログラムおよびフォーマット、例えば、文書処理テキストファイル、データベースフォーマットなどが、記憶のために使用され得る。
【００９７】
特定の実施形態では、システムは、起動および信号処理ユニットを含む。起動および信号処理ユニットは、磁気センサデバイスに動作可能に連結するように構成され得る。いくつかの事例では、起動および信号処理ユニットは、磁気センサデバイスに電気的に連結される。起動および信号処理ユニットは、磁気センサデバイスへの、および磁気センサデバイスからの双方向通信を提供するように電気的に連結され得る。例えば、起動および信号処理ユニットは、限定されるものではないが、磁気センサアレイなどの、磁気センサデバイスの構成要素に、電力、起動信号などを提供するように構成され得る。したがって、起動および信号処理ユニットは、起動信号発生器を含み得る。起動信号発生器は、限定されるものではないが、磁気センサアレイなどの、分析物検出デバイスの構成要素に、電力、起動信号などを提供するように構成され得る。いくつかの事例では、起動および信号処理ユニットは、１ｍＶ〜１０Ｖ、例えば１００ｍＶ〜５Ｖ、２００ｍＶ〜１Ｖ、例えば３００ｍＶ〜５００ｍＶを含む範囲の電圧を磁気センサアレイにわたって印加するように構成される。いくつかの場合、起動および信号処理ユニットは、５００ｍＶの電圧を磁気センサアレイにわたって印加するように構成される。
【００９８】
加えて、起動および信号処理ユニットは、磁気センサデバイスの磁気センサアレイからなど、磁気センサデバイスから信号を受信するように構成され得る。磁気センサデバイスの磁気センサアレイからの信号は、試料中の１つ以上の分析物の存在を検出するために使用され得る。いくつかの事例では、起動および信号処理ユニットは、磁気センサアレイから信号を受信することに応答して分析物検出結果を出力するように構成されたプロセッサを含み得る。したがって、起動および信号処理ユニットのプロセッサは、磁気センサデバイスから信号を受信し、所定のアルゴリズムに従って信号を処理し、試料中の１つ以上の分析物の存在に関連する結果を取得し、結果を人間可読または可聴フォーマットでユーザに出力するように構成され得る。
【００９９】
「プロセッサ」は、１つ以上のプログラムされた機能を実施することになる、任意のハードウェアおよび／またはソフトウェアの組み合わせを指す。例えば、本明細書の任意のプロセッサは、電子コントローラ、メインフレーム、サーバ、またはパーソナルコンピュータ（例えば、デスクトップまたはポータブル）の形態で利用可能であるなどのプログラマブルデジタルマイクロプロセッサであり得る。プロセッサがプログラム可能である場合、好適なプログラミングが、遠隔地からプロセッサに通信されるか、またはコンピュータプログラム製品（磁気、光学、またはソリッドステートデバイスに基づくかどうかにかかわらず、ポータブルまたは固定コンピュータ可読記憶媒体など）に事前に保存され得る。例えば、磁気媒体、光ディスク、またはソリッドステートメモリデバイスは、プログラミングを担持し得、プロセッサと通信する好適なリーダによって読み出され得る。
【０１００】
いくつかの事例では、主題のシステムは、磁気センサアレイに印加された電流（例えば、検知電流）を変調するように構成される。主題のシステムはまた、磁場源によって発生した磁場を変調するようにも構成され得る。検知電流および磁場を変調することは、信号ノイズの最小化、したがって、信号対ノイズ比の最大化を容易にし得る。検知電流および磁場を変調する追加の態様は、２０１０年４月１３日出願の米国出願公開第２０１１／００２７９０１号にさらに詳細に説明されており、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１０１】
主題のシステムの実施形態はまた、（ａ）以下に説明されるように、例えば、ユーザコンピュータを介して、システムと１つ以上のユーザとの間で情報を転送するように構成された有線または無線通信モジュールと、（ｂ）磁気センサからの信号の定性的および／または定量的分析に関与する１つ以上のタスクを実施するためのプロセッサとの構成要素も含み得る。特定の実施形態では、制御論理（例えば、プログラムコードを含むコンピュータソフトウェアプログラム）をその中に記憶したコンピュータ使用可能媒体を含むコンピュータプログラム製品が提供される。制御論理は、コンピュータのプロセッサによって実行されると、プロセッサに、本明細書に説明される機能を実施させる。他の実施形態では、いくつかの機能は、例えば、ハードウェア状態マシンを使用して、主にハードウェアに実装される。本明細書に説明される機能を実施するためのハードウェア状態マシンの実装は、任意の好都合な方法および技術を使用して達成され得る。
【０１０２】
磁気センサデバイスならびに起動および信号処理ユニットに加えて、システムは、限定されるものではないが、データ出力デバイス、例えば、モニタ、スピーカなど、データ入力デバイス、例えば、インターフェースポート、ボタン、スイッチ、キーボードなど、流体ハンドリング構成要素、例えば、マイクロ流体構成要素、電源、電力増幅器、有線または無線通信構成要素などの、いくつかの追加の構成要素を含み得る。特定の実施形態では、マイクロ流体流体ハンドリング構成要素は、要素間エリアに流体を送達するように構成される。いくつかの場合、流体は、アッセイ組成物、試料、磁気ラベル、捕捉プローブ、試薬などのうちの１つ以上を含む。特定の事例では、マイクロ流体流体ハンドリング構成要素は、１ｍＬ以下、例えば５００μＬ以下、１００μＬ以下、例えば５０μＬ以下、または２５μＬ以下、または１０μＬ以下などの、小容量の流体を送達するように構成される。
【０１０３】
特定の実施形態では、システムは、高感度分析物検出器である。「高感度」とは、試料中の分析物の濃度が低い、試料中の分析物を検出するようにシステムが構成されることを意味する。いくつかの場合、システムは、試料中の分析物の濃度が１μＭ以下、例えば１００ｎＭ以下、または１０ｎＭ以下、または１ｎＭ以下、例えば１００ｐＭ以下、または１０ｐＭ以下、または１ｐＭ以下、例えば５００ｆＭ以下、または２５０ｆＭ以下、または１００ｆＭ以下、または５０ｆＭ以下、または２５ｆＭ以下、例えば１０ｆＭ以下、または５ｆＭ以下、または１ｆＭ以下である、試料中の関心がある分析物の存在を示す検出可能な信号を生成するように構成される。言い換えると、システムは、１μＭ以下、例えば１００ｎＭ以下、または１０ｎＭ以下、または１ｎＭ以下、１００ｐＭ以下、または１０ｐＭ以下、または１ｐＭ以下、例えば５００ｆＭ以下、または２５０ｆＭ以下、または１００ｆＭ以下、または５０ｆＭ以下、または２５ｆＭ以下、例えば１０ｆＭ以下、または５ｆＭ以下、または１ｆＭ以下を含む、検出限界、例えば、定量下限（ＬＬＯＱ）を有するように構成され得る。
【０１０４】
特定の実施形態では、システムは、ディスプレイを含む。ディスプレイは、上記のように、起動および信号処理ユニットから得られた分析物検出結果の視覚的指標を提供するように構成され得る。ディスプレイは、定性的分析物検出結果を表示するように構成され得る。例えば、定性的ディスプレイは、試料が関心がある特定の分析物を含むか、または含まない、定性的指標をユーザに表示するように構成され得る。いくつかの実施形態では、ディスプレイは、分析物検出結果を表示するように構成され得、分析物検出結果は、定量的結果、例えば、試料中の分析物の濃度の定量的測定値である。例えば、システムが定量的分析物検出結果を出力するように構成される実施形態では、システムは、定量的分析物検出結果を表示するように構成されたディスプレイを含み得る。
【０１０５】
磁気センサデバイスは、任意選択的に、磁気センサデバイスの使用の前および使用中に、各個々のセンサの較正データ、アッセイの前にバイオチップがどのように表面機能化分子によって調製されたかの記録、全ての完了したアッセイステップの記録、どの試料が測定されたかの記録、測定結果の記録などの、関連情報を用いてプログラムされ得る、プログラマブルメモリを含む。
【０１０６】
方法
本開示の態様はまた、分析物が試料中に存在するか否かを評価するための方法も含む。方法は、磁気センサデバイスを試料と接触させて信号を発生させることを含む。加えて、方法は、信号に基づいて、分析物が各試料中に存在するか否かを評価することを含む。
【０１０７】
方法の実施形態は、分析物が試料中に存在するか否かを評価すること、例えば、試料中の１つ以上の分析物の有無を決定することを対象とする。方法の特定の実施形態では、試料中の１つ以上の分析物の存在は、定性的または定量的に決定され得る。定性的決定は、試料中の分析物の存在に関する単純な、はい／いいえの結果がユーザに提供される決定を含む。定量的決定は、試料中の分析物の量に関して粗いスケールの結果、例えば、低、中、高がユーザに提供される半定量的決定、および分析物の濃度の正確な測定がユーザに提供される微細スケールの結果の両方を含む。
【０１０８】
いくつかの実施形態では、方法は、試料中の分析物の一重分析を含む。「一重分析」とは、試料を分析して、試料中の１つの分析物の存在を検出することを意味する。例えば、試料は、関心がある分析物と、関心がない他の分子実体との混合物を含み得る。いくつかの場合、方法は、試料混合物中の関心がある分析物の存在を決定するための試料の一重分析を含む。
【０１０９】
特定の実施形態は、試料中の２つ以上の分析物の多重分析を含む。「多重分析」とは、２つ以上の分析物が互いに異なる、２つ以上の異なる分析物の存在が決定されることを意味する。例えば、分析物は、それらの分子構造、配列などに検出可能な差異を含み得る。いくつかの事例では、分析物の数は、２つよりも多く、例えば４つ以上、６つ以上、８つ以上など、最大２０個以上、例えば５０個以上、１００個以上、または１０００個以上の別個の分析物を含む。特定の実施形態では、方法は、２〜１０００個の別個の分析物、例えば４〜５００個の別個の分析物、４〜２００個の別個の分析物、または４〜１００個の別個の分析物、または４〜５０個の別個の分析物、または４〜２０個の別個の分析物を含む、多重分析を含む。特定の実施形態では、いくつかの多重査定は、実質的に同時に並行して行われ得る。
【０１１０】
いくつかの事例では、方法は、試料中の１つ以上の分析物の存在を評価する無洗浄方法である。「無洗浄」とは、試薬および／または試料が磁気センサと接触した後に洗浄ステップが実施されないことを意味する。したがって、非結合試薬（例えば、非結合磁気ラベル）または非結合試料が磁気センサ表面から除去される、これらの実施形態のアッセイ中にステップが実施されない。したがって、方法は、磁気センサ表面への１つ以上の別個の試薬および／または試料の逐次的接触を含み得るが、アッセイ中、非結合試薬または試料を磁気センサ表面から除去する様式で試料表面が流体と接触していた時点は、存在しない。例えば、特定の実施形態では、試料との磁気センサ表面の接触後に洗浄ステップは、実施されない。いくつかの場合、方法は、磁気ラベルとの磁気センサ表面の接触後に洗浄ステップを含まない。特定の事例では、捕捉プローブとの磁気センサ表面の接触後に洗浄ステップは、実施されない。
【０１１１】
洗浄ステップが実施される特定の実施形態では、洗浄ステップは、磁気センサからの信号を実質的に変化させない。洗浄ステップは、いくつかの事例では、非結合磁気ラベルが本明細書に説明されるような実質的に検出可能な信号を有していないため、磁気センサからの信号に実質的な変化を結果的にもたらさない場合がある。例えば、洗浄ステップが実施される場合、いくつかの場合、洗浄ステップは、２５％以下、例えば２０％以下、または１５％以下、または１０％以下、または５％以下、または４％以下、または３％以下、または２％以下、または１％以下の信号変化を結果的にもたらす。いくつかの実施形態では、洗浄ステップは、２５％以下、例えば２０％以下、または１５％以下、または１０％以下、または５％以下、または４％以下、または３％以下、または２％以下、または１％以下の磁気センサからの信号の減少を結果的にもたらす。
【０１１２】
方法の態様はまた、磁気センサデバイスからリアルタイム信号を取得することも含み得る。したがって、方法の実施形態は、磁気センサアレイからリアルタイム信号を取得することを含む。「リアルタイム」とは、信号が生成されているとき、またはその直後に観察されることを意味する。例えば、リアルタイム信号は、その開始の瞬間から取得され、所与の期間にわたって連続的に取得される。したがって、特定の実施形態は、関心がある結合相互作用（例えば、磁気センサもしくは要素間エリアへの関心がある分析物の結合、および／または関心がある分析物への磁気ラベルの結合）の発生と関連付けられた信号のリアルタイムの進展を観察することを含む。リアルタイム信号は、所与の期間にわたって取得された２つ以上のデータポイントを含み得、特定の実施形態では、取得された信号は、所与の関心の期間にわたって連続的に取得されたデータポイントの連続セットが取得される（例えば、トレースの形態で）。関心がある期間は、いくつかの事例では、０．５分〜６０分、例えば１分〜３０分、または１分〜１５分、または１分〜１０分を含む範囲で変化し得る。例えば、期間は、リアルタイム信号の開始時点で始まり得、磁気センサが最大または飽和レベルに達する（例えば、磁気センサ上の全て分析物結合部位が占有される）まで継続し得る。例えば、いくつかの場合、期間は、試料が磁気センサと接触するときに始まる。いくつかの場合、期間は、例えば、試料を磁気センサに接触させる前にベースライン信号を記録するために、試料を磁気センサと接触させる前に始まり得る。信号内のデータポイントの数もまた、変化し得、いくつかの事例では、データポイントの数は、リアルタイム信号の時間経過にわたってデータの連続的な延伸を提供するために十分である。「連続」とは、データポイントが、毎分１データ点以上、例えば毎分２データ点以上、毎分５データ点以上、または毎分１０データ点以上、または毎分３０データ点以上、または毎分６０データ点以上（例えば、毎秒１データ点以上）、または毎秒２データ点以上、または毎秒５データ点以上、または毎秒１０データ点以上、または毎秒２０データ点以上、または毎秒５０データ点以上、または毎秒７５データ点以上、または毎秒１００データ点以上の繰り返し速度で繰り返し取得されることを意味する。
【０１１３】
特定の実施形態では、リアルタイム信号は、リアルタイム分析物特異的信号である。リアルタイム分析物特異的信号は、上記のように、関心がある特定の分析物のみから得られるリアルタイム信号である。これらの実施形態では、非結合分析物および非結合磁気ラベルは、検出可能な信号を生成しない。これらの実施形態では、非特異的に結合された分析物および非特異的に結合された磁気ラベルは、検出可能な信号を生成しない。したがって、得られるリアルタイム信号は、磁気センサまたは要素間エリアに結合された関心がある特定の磁気ラベル分析物のみからのものであり、非結合または非特異的結合の磁気ラベルまたは他の試薬（例えば、センサに特異的に結合されていない分析物）からの信号は、実質的に得られない。
【０１１４】
いくつかの実施形態では、信号は、アッセイデバイスが湿潤条件にある間に観察される。「湿潤」または「湿潤条件」とは、アッセイ組成物（例えば、試料、磁気ラベル、および捕捉プローブを含むアッセイ組成物）が、磁気センサの表面と依然として接触していることを意味する。したがって、関心がない非結合部分、または過剰な非結合磁気ラベルもしくは捕捉プローブを除去するために、任意の洗浄ステップを実施する必要がない。特定の実施形態では、磁気ラベルおよび磁気センサの使用は、上記のように、磁気ラベルによって磁気センサ内で誘導された信号が、磁気ラベルと磁気センサの表面との間の距離が増加するにつれて減少するため、「湿潤」検出を容易にする。例えば、磁気ラベルおよび磁気センサの使用は、上記のように、磁気ラベルによって発生した磁場が、磁気ラベルと磁気センサの表面との間の距離が増加するにつれて減少するため、「湿潤」検出を容易にし得る。いくつかの事例では、表面結合分析物に結合された磁気ラベルの磁場は、溶液中に分散された非結合磁気ラベルからの磁場を著しく超過する。例えば、上記のように、リアルタイム分析物特異的信号は、磁気センサに結合された関心がある特定の磁気ラベル付けされた分析物のみから取得され得、溶液中に分散された非結合磁気ラベル（例えば、センサに特異的に結合されない）から実質的に取得されないはずである。溶液中に分散された非結合磁気ラベルは、磁気センサの表面からより離れた距離にあり得、ブラウン運動状態にあり得、このことは、磁気センサの抵抗における検出可能な変化を誘導する非結合磁気ラベルの能力を低下させ得る。
【０１１５】
アッセイプロトコル
典型的なアッセイプロトコル、およびアッセイの個々の構成要素が、以下のセクションに説明される。特定の実施形態では、方法は、磁気センサアレイを、試料を含むアッセイ組成物と接触させることを含む。次いで、磁気センサアレイは、磁気ラベル、および磁気ラベルに結合するように構成された捕捉プローブと接触され得る。信号がセンサから取得されて、試料中の分析物の存在を検出する。ここで、これらのステップの各々がより詳細に説明される。
【０１１６】
試料
上記のように、主題の方法においてアッセイされ得るアッセイ組成物は、試料を含む。主題の方法においてアッセイされ得る試料は、変化し得、単純および複合試料の両方を含む。単純試料は、関心がある分析物を含む試料であり、関心がない１つ以上の分子実体を含んでもよく、または含まなくてもよく、これらの関心がない分子実体の数は、少なくてもよく、例えば、１０個以下、５つ以下などであり得る。単純試料は、例えば、試料から潜在的に干渉する分子実体を除去するために、いくつかの様式で処理された初期の生体または他の試料を含み得る。「複合試料」とは、関心がある分析物を有してもよく、または有していなくてもよいが、関心がない多くの異なるタンパク質および他の分子も含む、試料を意味する。いくつかの事例では、主題の方法においてアッセイされる複合試料は、分子構造に関して互いに異なる、１０個以上、例えば２０個以上、１００個以上、例えば、１０３個以上、１０４個以上（例えば、１５，０００、２０，０００または２５，０００個以上）の別個の（すなわち、異なる）分子実体を含むものである。
【０１１７】
特定の実施形態では、関心がある試料は、生体試料、例えば、限定されるものではないが、尿、血液、血清、血漿、唾液、汗、排泄物、頬スワブ、脳脊髄液、細胞溶解物試料などである。試料は、生体試料であり得るか、またはＤＮＡ、ＲＮＡ、タンパク質およびペプチドの正常な抽出のための従来の方法を使用して、ヒト、動物、植物、真菌、酵母、細菌、組織培養物、ウイルス培養物、またはそれらの組み合わせに由来する生体試料から抽出され得る。いくつかの事例では、関心がある資料は、水、食品、または土壌試料である。
【０１１８】
上記のように、主題の方法においてアッセイされ得る試料は、関心がある１つ以上の分析物を含み得る。検出可能な分析物の例としては、限定されるものではないが、核酸、例えば、二本または一本鎖ＤＮＡ、二本または一本鎖ＲＮＡ、ＤＮＡ−ＲＮＡハイブリッド、ＤＮＡアプタマー、ＲＮＡアプタマーなど、修飾ありまたはなしのタンパク質およびペプチド、例えば、抗体、ダイアボディ、Ｆａｂ断片、ＤＮＡまたはＲＮＡ結合タンパク質、リン酸化タンパク質（ホスホプロテオミクス）、ペプチドアプタマー、エピトープなど、阻害剤、活性化剤、リガンドなどの小分子、オリゴまたは多糖、それらの混合物などが挙げられる。
【０１１９】
磁気ラベル
主題の方法においてアッセイされ得るアッセイ組成物は、磁気ラベルを含む。磁気ラベルは、磁気ラベルが磁気センサの近くに位置付けられたときに、磁気センサなどのセンサによって検出可能であるラベル部分である。検出中の磁気ラベルと磁気センサとの間の距離は、特定の磁気ラベルおよび磁気センサの性質に応じて変化し得るが、いくつかの事例では、この距離は、磁気センサから１ｎｍ〜１０００ｎｍ、または磁気センサから１ｎｍ〜８００ｎｍ、例えば５ｎｍ〜５００ｎｍ、５ｎｍ〜１００ｎｍを含む範囲である。特定の実施形態では、磁気ラベルは、関心がある分析物に特異的に結合するように構成される検出可能なラベルである。「特異的結合」、「特異的に結合する」などの用語は、第１の結合分子または部分（例えば、標的特異的結合部分）が、溶液またはアッセイ混合物中の他の分子または部分と比較して、第２の結合分子または部分（例えば、標的分子）に優先的に直接結合する能力を指す。特定の実施形態では、第１の結合分子または部分および第２の結合分子または部分との間の親和性は、それらが結合複合体中で互いに特異的に結合されるとき、１０−６Ｍ未満、１０−７Ｍ未満、１０−８Ｍ未満、１０−９Ｍ未満、１０−１０Ｍ未満、１０−１１Ｍ未満、１０−１２Ｍ未満、１０−１３Ｍ未満、１０−１４Ｍ未満、または１０−１５Ｍ未満のＫＤ（解離定数）によって特徴付けられる。
【０１２０】
関心がある分析物への磁気ラベルの結合は、関心がある分析物、したがって結合された磁気ラベルが、磁気センサの近くに位置付けられたときに、関心がある分析物が磁気センサによって検出されることを可能にする。いくつかの場合、磁気ラベルは、関心がある分析物に直接結合するように構成される。他の場合、磁気ラベルは、関心がある分析物に間接的に結合するように構成される。例えば、磁気ラベルは、捕捉プローブに特異的に結合するように構成され得、捕捉プローブは、関心がある分析物に特異的に結合するように構成され得る。したがって、捕捉プローブへの磁気ラベルおよび関心がある分析物の結合は、磁気ラベルを関心がある分析物に間接的に結合し、例えば、ラベル付けされた分析物を生成する。いくつかの事例では、捕捉プローブへの磁気ラベルおよび分析物の結合は、同時である。
【０１２１】
特定の実施形態では、磁気ラベルは、結合対の１つのメンバーによって官能化される。「結合対」または「特異的結合対」とは、結合複合体中で互いに特異的に結合する２つの相補的結合分子または部分を意味する。例えば、磁気ラベルは、結合対の第１のメンバーによって官能化され得、関心がある分析物は、結合対の第２のメンバーによって官能化され得る。したがって、結合対の第１および第２のメンバーを接触させることは、磁気ラベルと関心がある分析物との間に結合複合体を形成し得る。他の場合、磁気ラベルは、結合対の第１のメンバーによって官能化され得、捕捉プローブは、結合対の第２のメンバーによって官能化され得る。したがって、結合対の第１および第２のメンバーを接触させることは、磁気ラベルと捕捉プローブとの間に結合複合体を形成し得る。上記のように、いくつかの場合、捕捉プローブは、関心がある分析物に特異的に結合するように構成される。したがって、磁気ラベルは、磁気ラベルと捕捉プローブとの間に形成された結合複合体を通じて、関心がある分析物に間接的に結合され得る。好適な特異的結合対としては、限定されるものではないが、受容体／リガンド対のメンバー、受容体のリガンド結合部分、抗体／抗原対のメンバー、抗体の抗原結合断片、ハプテン、レクチン／炭水化物対のメンバー、酵素／基質対のメンバー、ビオチン／アビジン、ビオチン／ストレプトアビジン、ジゴキシン／アンチジゴキシンなどが挙げられる。
【０１２２】
特定の実施形態では、磁気ラベルは、ストレプトアビジンによって官能化され、捕捉プローブは、ビオチンによって官能化される。したがって、磁気ラベルは、ストレプトアビジンとビオチンとの間の特異的結合相互作用を通じて、捕捉プローブに特異的に結合し得る。他のタイプの結合相互作用もまた、可能である。例えば、磁気ラベルは、ビオチンによって官能化され得、捕捉プローブは、ストレプトアビジンによって官能化され得る。あるいは、磁気ラベルおよび捕捉プローブは、上記のように、他の特異的結合対の相補的メンバーによって官能化されてもよい。
【０１２３】
いくつかの事例では、磁気ラベルは、結合対の１つのメンバーと安定して関連付けられる。「安定して関連付けられる」とは、磁気ラベルおよび結合対のメンバーが、使用条件下、例えば、アッセイ条件下で、空間内で互いに対するそれらの位置を維持することを意味する。したがって、磁気ラベルおよび結合対のメンバーは、互いに非共有結合的にまたは共有結合的に安定して関連付けられ得る。非共有結合の例としては、非特異的吸着、静電（例えば、イオン−イオン対相互作用）に基づく結合、疎水性相互作用、水素結合相互作用などが挙げられる。共有結合の例としては、結合対のメンバーと、磁気ラベルの表面上に存在する官能基との間に形成される共有結合が挙げられる。
【０１２４】
特定の実施形態では、磁気ラベルは、コロイド状である。「コロイド」または「コロイド状」という用語は、ある物質が別の物質全体に分散される混合物を指す。コロイドは、分散相および連続相の２つの相を含む。いくつかの事例では、コロイド状磁気ラベルは、溶液中に分散されたままであり、溶液から沈殿または沈着しない。溶液中に分散したままのコロイド状磁気ラベルは、バックグラウンド信号の最小化、および磁気センサまたは要素間エリアとの磁気ラベルの非特異的相互作用を容易にし得る。例えば、方法は、試料中の関心がある分析物が、磁気センサまたは要素間エリアの表面に結合されるように、磁気センサを、試料および磁気ラベルを含むアッセイ組成物と接触させることを含み得る。コロイド状磁気ラベルが溶液中に分散されたままであるため、磁気ラベルは、磁気センサ内で検出可能な信号を誘導するために磁気センサに十分近く位置付けられず、これは、バックグラウンド信号の最小化を容易にする。いくつかの場合、表面結合分析物への磁気ラベルの特異的結合は、検出可能な信号が磁気センサ内で誘導されるように、磁気ラベルを磁気センサの近くに位置付ける。
【０１２５】
様々な方法（例えば、本明細書に説明される）で用いられ得る磁気ラベルは、変化し得、磁気ラベルが磁気センサの表面の近くに位置付けられたとき、磁気センサ内で検出可能な信号を誘導する任意のタイプのラベルを含み得る。例えば、磁気ラベルは、限定されるものではないが、磁気ラベル、光学ラベル（例えば、表面強化ラマン散乱（ＳＥＲＳ）ラベル）、蛍光ラベルなどを含み得る。これらのタイプの磁気ラベルの各々は、以下により詳細に論じられる。
【０１２６】
磁気ラベルは、磁気センサまたは要素間エリアと十分に関連付けられたとき、磁気センサによって検出可能であり、磁気センサに信号を出力させる、ラベル部分である。例えば、磁気センサの近くの磁気ラベルの存在は、限定されるものではないが、抵抗、導電率、インダクタンス、インピーダンスなどの変化などの、磁気センサ内で検出可能な変化を誘導し得る。いくつかの場合、磁気センサの近くの磁気ラベルの存在は、磁気センサの抵抗の検出可能な変化を誘導する。関心がある磁気ラベルは、磁気ラベルの中心と磁気センサとの間の距離が１０００ｎｍ以下、例えば８００ｎｍ以下、例えば４００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下を含む場合、磁気センサと十分に関連付けられ得る。
【０１２７】
特定の事例では、磁気ラベルは、常磁性、超常磁性、強磁性、強磁性、反強磁性材料、それらの組み合わせなどから選択される１つ以上の材料を含む。例えば、磁気ラベルは、超常磁性材料を含み得る。特定の実施形態では、磁気ラベルは、外部磁場の不存在下で非磁性であるように構成される。「非磁性」とは、磁気ラベルの磁化が、特定の期間にわたってゼロであるか、または平均してゼロであることを意味する。いくつかの場合、磁気ラベルは、経時的な磁気ラベルの磁化のランダムな反転に起因して非磁性であってもよい。外部磁場の不存在下で非磁性であるように構成される磁気ラベルは、非磁気ラベルが、通常、外部磁場の不存在下で、または熱エネルギーが依然として支配的である小さい磁場の存在下でも凝集しないため、溶液中の磁気ラベルの分散を容易にし得る。特定の実施形態では、磁気ラベルは、超常磁性材料または合成反強磁性材料を含む。例えば、磁気ラベルは、反強磁性結合強磁性体の２つ以上の層を含み得る。
【０１２８】
特定の実施形態では、磁気ラベルは、高モーメント磁気ラベルである。磁気ラベルの磁気モーメントは、外部磁場と整列する、その傾向の尺度である。「高モーメント」とは、磁気ラベルが外部磁場と整列する、より強い傾向を有することを意味する。高磁気モーメントを有する磁気ラベルは、外部磁場を有する磁気ラベルの磁化を誘導することがより容易であるため、磁気センサの表面の近くの磁気ラベルの存在の検出を容易にし得る。
【０１２９】
特定の実施形態では、磁気ラベルとしては、限定されるものではないが、Ｃｏ、Ｃｏ合金、フェライト、窒化コバルト、酸化コバルト、Ｃｏ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｐｔ、鉄、酸化鉄、鉄合金、Ｆｅ−Ａｕ、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎ、Ｆｅ３Ｏ４、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｚｒ−Ｎｂ−Ｂ、Ｍｎ−Ｎ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ−Ｎｂ−Ｃｕ、Ｎｉ、Ｎｉ合金、それらの組み合わせなどが挙げられる。高モーメント磁気ラベルの例としては、限定されるものではないが、室温で超常磁性であり得るＣｏ、Ｆｅ、またはＣｏＦｅナノ結晶、ならびに合成反強磁性ナノ粒子が挙げられる。
【０１３０】
いくつかの実施形態では、磁気ラベルの表面は、修飾される。特定の事例では、磁気ラベルは、上記のように、結合対の１つのメンバーとの磁気ラベルの安定した関連付けを容易にするように構成された層によってコーティングされ得る。例えば、磁気ラベルは、金の層、ポリ−Ｌ−リジン修飾ガラスの層、デキストランなどによってコーティングされ得る。特定の実施形態では、磁気ラベルは、デキストランポリマーに埋め込まれた１つ以上の酸化鉄コアを含む。加えて、磁気ラベルの表面は、１つ以上の界面活性剤で修飾され得る。いくつかの場合、界面活性剤は、磁気ラベルの水溶性の向上を促進する。特定の実施形態では、磁気ラベルの表面は、パッシベーション層によって修飾される。パッシベーション層は、アッセイ条件下の磁気ラベルの化学安定性を促進し得る。例えば、磁気ラベルは、金、酸化鉄、ポリマー（例えば、ポリメチルメタクリレートフィルム）などを含むパッシベーション層によってコーティングされ得る。
【０１３１】
特定の実施形態では、磁気ラベルは、球形を有する。あるいは、磁気ラベルは、ディスク、ロッド、コイル、または繊維とすることができる。いくつかの場合、磁気ラベルのサイズは、磁気ラベルが関心がある結合相互作用と干渉しないようなサイズである。例えば、磁気ラベルは、磁気ラベルが分析物への捕捉プローブの結合と干渉しないように、分析物および捕捉プローブのサイズと同等であり得る。いくつかの場合、磁気ラベルは、磁気ナノ粒子であるか、または好適な結合剤によって一緒に保持される複数の磁気ナノ粒子を含有する。いくつかの実施形態では、磁気ラベルの平均直径は、５ｎｍ〜２５０ｎｍ、例えば５ｎｍ〜１５０ｎｍ、１０ｎｍ〜１００ｎｍ、例えば２５ｎｍ〜７５ｎｍを含む。例えば、５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ、３５ｎｍ、４０ｎｍ、４５ｎｍ、５０ｎｍ、５５ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、または１００ｎｍの平均直径を有する磁気ラベル、ならびにこれらの値のうちのいずれか２つの間の範囲の平均直径を有する磁気ラベルが、主題の方法と共に使用され得る。いくつかの事例では、磁気ラベルは、５０ｎｍの平均直径を有する。
【０１３２】
磁気ラベルおよび生体分子へのそれらの接合は、２００８年９月１９日出願の米国出願公開第２００９／０１０４７０７号にさらに説明され、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０１３３】
アッセイ組成物生成
いくつかの事例では、方法は、磁気センサアレイ（例えば、バイオセンサのアレイ）を試料および磁気ラベルと逐次的に接触させることによって、アッセイ組成物を生成することを含む。例えば、方法は、磁気センサアレイを、最初に試料と接触させ、その後に磁気ラベルと接触させることを含み得る。あるいは、方法は、磁気センサアレイを、最初に磁気ラベルと接触させ、その後に試料と接触させることを含み得る。
【０１３４】
他の実施形態では、本方法は、試料および磁気ラベルを組み合わせてアッセイ組成物を生成し、次いで、磁気センサアレイをアッセイ組成物と接触させることを含む。例えば、方法は、最初に試料および磁気ラベルを組み合わせて、アッセイ組成物を生成することを含み得る。次いで、磁気センサは、上記のように、アッセイ組成物と接触され得る。続いて、方法は、以下に詳細に説明されるように、磁気センサを捕捉プローブと接触させることを含み得る。
【０１３５】
捕捉プローブ
捕捉プローブは、標的化されているタンパク質または核酸配列（例えば、関心がある分析物）に特異的に結合する任意の分子であり得る。分析物の性質に応じて、捕捉プローブは、限定されるものではないが、（ａ）核酸の検出のための標的ＤＮＡまたはＲＮＡ配列の固有領域に相補的なＤＮＡの一本鎖、（ｂ）タンパク質およびペプチドの検出のためのペプチド分析物のエピトープに対する抗体、（ｃ）特異的結合対のメンバーなどの任意の認識分子とすることができる。例えば、好適な特異的結合対としては、限定されるものではないが、受容体／リガンド対のメンバー、受容体のリガンド結合部分、抗体／抗原対のメンバー、抗体の抗原結合断片、ハプテン、レクチン／炭水化物対のメンバー、酵素／基質対のメンバー、ビオチン／アビジン、ビオチン／ストレプトアビジン、ジゴキシン／アンチジゴキシンなどが挙げられる。
【０１３６】
特定の実施形態では、捕捉プローブは、抗体を含む。捕捉プローブ抗体は、関心がある分析物に特異的に結合し得る。いくつかの場合、捕捉プローブは、修飾抗体である。修飾抗体は、関心がある分析物に特異的に結合するように構成され得、特異的結合対の１つ以上の追加のメンバーも含み得る。特異的結合対の１つ以上のメンバーは、特異的結合対の相補的メンバーに特異的に結合するように構成され得る。特定の事例では、特異的結合対の相補的メンバーは、上記のように、磁気ラベルに結合される。例えば、捕捉プローブは、関心がある分析物に特異的に結合する抗体であり得る。加えて、捕捉プローブは、ビオチンを含むように修飾され得る。上記のように、特定の実施形態では、磁気ラベルは、ストレプトアビジンを含むように修飾され得る。したがって、捕捉プローブは、関心がある分析物に（例えば、抗体−抗原相互作用を通じて）特異的に結合し、磁気ラベルに（例えば、ストレプトアビジン−ビオチン相互作用を通じて）特異的に結合するように構成され得る。いくつかの場合、捕捉プローブは、関心がある分析物、および磁気ラベルに結合するように構成される。言い換えると、捕捉プローブは、捕捉プローブへの分析物の特異的結合が、磁気ラベルに特異的に結合する、捕捉プローブの能力と著しく干渉しないように構成され得る。同様に、捕捉プローブは、捕捉プローブへの磁気ラベルの特異的結合が、分析物に特異的に結合する、捕捉プローブの能力と著しく干渉しないように構成され得る。
【０１３７】
特定の実施形態では、捕捉プローブは、関心がある分析物に特異的に結合する。いくつかの場合、次いで、関心がある分析物の存在が検出され得るように、捕捉プローブが識別され得る。捕捉プローブは、本明細書に説明される方法のいずれかによって識別され得る。例えば、上記のように、分析物は、磁気センサまたは要素間エリアに直接的または間接的に結合され得る。捕捉プローブは、関心がある分析物に接触し、特異的に結合し得る。上記に示されるように、捕捉プローブは、磁気ラベルおよび関心がある分析物に結合するように構成され得る。特定の事例では、表面結合分析物および磁気ラベルへの捕捉プローブの同時結合は、検出可能な信号が磁気センサ内で誘導されるように、磁気センサの検出範囲内に磁気ラベルを位置付ける。
【０１３８】
いくつかの場合、関心がない部分への捕捉プローブの非特異的結合に起因する偽陽性信号が最小化される。例えば、磁気センサアレイの表面に結合されておらず、溶液中に残っている関心がない他の部分への捕捉プローブの非特異的結合は、捕捉プローブに結合された磁気ラベルが磁気センサの検出範囲内に位置付けられないことになるため、磁気センサ内で検出可能または無視できない信号を誘導しないことになる。
【０１３９】
上記のように、磁気ラベルは、磁気ラベルがアッセイ組成物溶液中に分散したままであるように、コロイド状であり得る。特定の事例では、磁気センサの表面への捕捉プローブ拡散の動態および分析物への結合は、磁気センサの表面への磁気ラベルの拡散の動態よりも著しく速い。磁気センサアレイの表面への磁気ラベルの拡散よりも、分析物への捕捉プローブの結合により速い動態を有することは、磁気センサの検出範囲内での磁気ラベルの非特異的な位置付けに起因する偽陽性信号の最小化を容易にし得る。
【０１４０】
特定の実施形態では、磁気センサアレイは、磁気センサアレイがアッセイ組成物と接触した後に捕捉プローブと接触する。したがって、方法は、試料および磁気ラベルを含むアッセイ組成物を最初に生成することを含み得る。次いで、磁気センサアレイは、アッセイ組成物と接触し得る。その後、磁気センサアレイは、捕捉プローブと接触し得る。
【０１４１】
他の方法もまた、可能である。例えば、方法は、最初に磁気センサアレイを捕捉プローブに接触させ、その後、磁気センサアレイをアッセイ組成物に接触させることを含み得、アッセイ組成物は、試料および磁気ラベルを含む。上記の方法の両方では、磁気ラベルは、磁気センサアレイを捕捉プローブに接触させる前にアッセイ組成物中に存在する。
【０１４２】
上記のように、いくつかの事例では、方法は、試料中の１つ以上の分析物の存在を評価する無洗浄方法である。したがって、特定の実施形態では、磁気センサアレイをアッセイ成分と接触させることは、磁気センサアレイをアッセイ組成物の各成分と接触させる前または後にいかなる洗浄ステップも含まない。したがって、磁気センサがアッセイ成分のいずれかと接触する前または後のいずれかで洗浄ステップは、実施されない。
【０１４３】
分析物が試料中に存在するか否かを決定するための信号の取得
主題の方法の実施形態はまた、試料中の分析物の存在を検出するために、磁気センサから信号を取得することを含む。上記のように、磁気ラベルは、分析物に直接的または間接的に結合され得、次いで、磁気センサに直接的または間接的に結合され得る。結合された磁気ラベルが磁気センサの検出範囲内に位置付けられた場合、磁気センサは、結合された磁気ラベルの存在を示す、したがって、分析物の存在を示す信号を提供し得る。
【０１４４】
磁気センサは、磁気センサに近接する磁気ラベルに応答して電気信号を生成するように構成され得る。例えば、磁気センサの抵抗の変化は、局所磁場の変化によって誘導され得る。いくつかの場合、磁気センサに近接した磁気ラベル（例えば、磁気ラベル）の結合は、磁気センサの局所磁場における検出可能な変化を誘導する。例えば、関心がある分析物に結合される磁気ラベルによって形成された磁場は、試料中に分散されたままの非結合磁気ラベルによって形成された磁場を超え得る。磁気センサの局所磁場の変化は、磁気センサの抵抗の変化として検出され得る。特定の実施形態では、非結合磁気ラベルは、磁気センサ内で検出可能な信号を生成しない。
【０１４５】
ユーティリティ
主題の方法、システム、およびキットは、試料中の１つ以上の分析物の有無の決定、および／または定量化が所望される、様々な異なる用途で使用される。特定の実施形態では、方法は、試料中のバイオマーカのセット、例えば、２つ以上の別個のタンパク質バイオマーカの検出を対象とする。例えば、本発明の方法は、例えば、被験者の疾患状態の診断、被験者の疾患状態の進行中の管理または治療に用いられ得るように、血清試料中の２つ以上の疾患バイオマーカの迅速な臨床的検出に使用され得る。
【０１４６】
特定の実施形態では、主題の方法、システム、およびキットは、バイオマーカの検出に使用される。いくつかの場合、主題の方法、システム、およびキットは、特定のバイオマーカの有無、ならびに血液、血漿、血清、または、限定されるものではないが、唾液、尿、脳脊髄液、涙液、汗、胃腸液、羊水、粘膜液、胸水、皮脂性油、呼気などの、他の体液もしくは排泄物中の特定のバイオマーカの濃度の上昇または低下を検出するために使用され得る。
【０１４７】
バイオマーカの有無、またはバイオマーカの濃度の有意な変化は、疾患リスク、個体における疾患の存在を診断するか、または個体における疾患の治療を調整するために使用され得る。例えば、特定のバイオマーカまたはバイオマーカのパネルの存在は、個体に与えられる薬物治療または投与レジメンの選択に影響を及ぼし得る。潜在的な薬物療法を評価する際、バイオマーカは、生存率または不可逆的な罹患率などの一般的なエンドポイントの代用として使用され得る。治療が、改善された健康に直接的に関連するバイオマーカを変化させる場合、バイオマーカは、特定の治療または投与レジメンの臨床的利益を評価するための代用エンドポイントとして機能し得る。したがって、個体で検出された特定のバイオマーカまたはバイオマーカのパネルに基づく個別化された診断および治療は、主題の方法およびシステムによって容易にされる。さらに、疾患と関連付けられたバイオマーカの早期検出は、主題の方法およびシステムのピコモルおよび／またはフェムトモル感度によって容易にされる。感度、スケーラビリティ、および使い易さと組み合わせて、単一のチップ上で複数のバイオマーカを検出する能力に起因して、本開示のアッセイ方法およびシステムは、ポータブルおよびポイントオブケアまたは近患者多重化分子診断での用途を見出す。
【０１４８】
特定の実施形態では、主題の方法、システム、およびキットは、疾患または疾患状態のバイオマーカの検出に使用される。いくつかの場合、疾患は、限定されるものではないが、癌、腫瘍、乳頭腫、肉腫、またはカルシノーマなどの細胞増殖性疾患である。したがって、主題の方法、システム、およびキットは、癌、腫瘍、乳頭腫、肉腫、カルシノーマなどの細胞増殖性疾患などの疾患の存在の検出での用途を見出す。特定の事例では、癌または細胞増殖性疾患の指標を検出するための関心がある特定のバイオマーカは、限定されるものではないが、炎症の指標であるＣ反応性タンパク質、細胞周期およびアポトーシス制御を容易にするｐ５３などの転写因子、光線性角化症および扁平上皮癌の指標であるポリアミン濃度、増殖成長相にある細胞の核で発現される細胞周期関連タンパク質である増殖性細胞核抗原（ＰＣＮＡ）、ＩＧＦ−Ｉなどの成長因子、ＩＧＦＢＰ−３などの成長因子結合タンパク質、遺伝子発現を調節する長さが約２１〜２３ヌクレオチドの一本鎖ＲＮＡ分子であるマイクロＲＮＡ、膵臓および結腸癌バイオマーカである炭水化物抗原ＣＡ１９．９、前立腺癌バイオマーカである前立腺特異的膜抗原、サイクリン依存性キナーゼ、上皮成長因子（ＥＧＦ）、血管内皮成長因子（ＶＥＧＦ）、タンパク質チロシンキナーゼ、エストロゲン受容体（ＥＲ）およびプロゲステロン受容体（ＰＲ）の過剰発現などを含む。
【０１４９】
特定の実施形態では、主題の方法、システム、およびキットは、感染症または疾患状態のバイオマーカの検出に使用される。いくつかの場合、バイオマーカは、限定されるものではないが、タンパク質、核酸、炭水化物、小分子などの分子バイオマーカであり得る。主題の方法、システム、およびキットによって検出され得る特定の疾患または疾患状態としては、限定されるものではないが、細菌感染症、ウイルス感染症、遺伝子発現の増加または減少、染色体異常（例えば、欠失または挿入）などが挙げられる。例えば、主題の方法、システム、およびキットは、限定されるものではないが、無菌性髄膜炎、ボツリズム、コレラ、大腸菌感染症、手足口疾患、ヘリコバクター感染症、出血性結膜炎、ヘルパンギナ、心筋炎、副チフス熱、ポリオ、細菌性赤痢、チフス熱、ビブリオ敗血症、ウイルス性下痢などの胃腸感染症を検出するために使用され得る。加えて、主題の方法、システム、およびキットは、限定されるものではないが、アデノウイルス感染、非定型肺炎、鳥インフルエンザ、ブボン性疫病、ジフテリア、インフルエンザ、麻疹、髄膜炎球菌性髄膜炎、おたふく症、副インフルエンザ、百日咳（ｐｅｒｔｕｓｓｉｓ）（すなわち、百日咳（ｗｈｏｏｐｉｎｇ  ｃｈｏｕｇｈ））、肺炎、肺炎疫病、呼吸器合成細胞性ウイルス感染、風疹、緋熱、敗血症性疫病、重症急性呼吸器症候群（ＳＡＲＳ）、結核などの呼吸器感染症を検出するために使用され得る。加えて、主題の方法、システム、およびキットは、限定されるものではないが、クルーツフェルト−ヤコブ病、ウシ海綿状脳症（すなわち、狂牛病）、パーキンソン病、アルツハイマー病、狂犬病などの神経学的疾患を検出するために使用され得る。加えて、主題の方法、システム、およびキットは、限定されるものではないが、エイズ、チャンクロイド、クラミジア、アキュミナータコンジローマ、生殖器ヘルペス、淋病、リンパ肉芽腫性器、非淋菌性尿道炎、梅毒などの泌尿器疾患を検出するために使用され得る。加えて、主題の方法、システム、およびキットは、限定されるものではないが、Ａ型肝炎、Ｂ型肝炎、Ｃ型肝炎、Ｄ型肝炎、Ｅ型肝炎などのウイルス性肝炎疾患を検出するために使用され得る。加えて、主題の方法、システム、およびキットは、限定されるものではないが、エボラ出血熱、腎症候性出血熱（ＨＦＲＳ）、ラッサ出血熱、マーブルグ出血熱などの出血熱疾患を検出するために使用され得る。加えて、主題の方法、システム、およびキットは、限定されるものではないが、炭疽、鳥インフルエンザ、ブルセロシス、クルーツフェルト−ヤコブ病、ウシ海綿状脳症（すなわち、狂牛病）、腸管ウイルス性大腸菌感染症、日本脳炎、レプトスピロシス、Ｑ熱、狂犬病、重症急性呼吸器症候群（ＳＡＲＳ）などの動物原生感染症を検出するために使用され得る。加えて、主題の方法、システム、およびキットは、限定されるものではないが、デング出血熱、日本脳炎、ダニ媒介性脳炎、西ナイル熱、黄熱病などのアルボウイルス感染症を検出するために使用され得る。加えて、主題の方法、システム、およびキットは、限定されるものではないが、アシネトバクターバウマニ、カンジダアルビカンス、エンテロコッカス種、肺炎桿菌、緑膿菌���黄色ブドウ球菌などの抗生物質耐性菌感染症を検出するために使用され得る。加えて、主題の方法、システム、およびキットは、限定されるものではないが、猫ひっかき病、発疹熱、発疹チフス、ヒトエーリキア症、日本紅斑熱、シラミ媒介型回帰熱、ライム病、マラリア、塹壕熱、ツツガムシ病などの昆虫媒介性感染症を検出するために使用され得る。
【０１５０】
同様に、主題の方法、システム、およびキットは、心血管疾患、中枢神経疾患、腎不全、糖尿病、自己免疫疾患、および多くの他の疾患を検出するために使用され得る。
【０１５１】
キット
上記の方法の１つ以上の実施形態を実施するためのキットもまた、提供される。主題のキットは、様々であり得、様々なデバイスおよび試薬を含み得る。試薬およびデバイスは、磁気センサデバイスまたはその構成要素（磁気センサアレイなど）、磁気ラベル、捕捉プローブ、分析物特異的プローブ、バッファなどに関して本明細書で言及された内容を含む。試薬、磁気ラベル、捕捉プローブなどは、試薬、磁気ラベル、捕捉プローブなどが所望に応じて個別に使用され得るように、別個の容器に提供され得る。あるいは、１つ以上の試薬、磁気ラベル、捕捉プローブなどは、１つ以上の試薬、磁気ラベル、捕捉プローブなどがユーザに事前に組み合わせられて提供されるように、同じ容器に提供され得る。
【０１５２】
特定の実施形態では、キットは、上記の磁気センサデバイス、および磁気ラベルを含む。例えば、磁気ラベルは、上記のように、磁気ナノ粒子とすることができる。
【０１５３】
いくつかの事例では、キットは、少なくとも、（例えば、上記のような）方法での用途を見出す試薬と、コンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ可読媒体であって、コンピュータプログラムが、コンピュータに読み込まれると、コンピュータを動作させて、磁気センサから取得されたリアルタイム信号から関心がある結合相互作用を定性的および／または定量的に決定する、コンピュータ可読媒体と、コンピュータプログラムを取得するアドレスを有する物理基板とを含む。
【０１５４】
上記の構成要素に加えて、主題のキットは、主題の方法を実施するための命令をさらに含み得る。これらの命令は、様々な形態で主題のキット中に存在し得、そのうちの１つ以上は、キット中に存在し得る。これらの命令が存在し得る１つの形態は、キットのパッケージ、添付文書などにおいて、好適な媒体または基板、例えば、情報が印刷される１つまたは複数の紙片上の印刷された情報としての形態である。さらに別の手段は、情報が記録されたコンピュータ可読媒体、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、Ｂｌｕｒａｙ、コンピュータ可読メモリデバイス（例えば、フラッシュメモリドライブ）などである。存在し得るさらに別の手段は、削除されたサイトにおける情報にアクセスするためにインターネットを介して使用され得るウェブサイトアドレスである。任意の好都合な手段は、キット中に存在し得る。
【０１５５】
本開示の例示的な非限定的態様
上記の本主題の実施形態を含む態様は、単独で、または１つ以上の他の態様または実施形態との組み合わせにおいて有益であり得る。上記の説明を限定することなく、開示番号１〜７０の特定の非限定的態様が以下に提供される。本開示を読む当業者に明らかであるように、個々に番号付けされた態様の各々は、先行するまたは後続する個々に番号付けされた態様のいずれかと使用または組み合わせられ得る。これは、態様の全てのそのような組み合わせのサポートを提供するように意図されているが、以下に明示的に提供される態様の組み合わせに限定されない。
【０１５６】
１．磁気センサデバイスであって、
磁気センサ要素と、
酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルのうちの２つ以上を含む、パッシベーション層と
を備える、磁気センサデバイス。
２．パッシベーション層が、酸化ジルコニウムおよび酸化タンタルを含む、態様１に記載の磁気センサデバイス。
３．パッシベーション層が、酸化ジルコニウムおよび酸化アルミニウムを含む、態様１に記載の磁気センサデバイス。
４．パッシベーション層が、酸化アルミニウムおよび酸化タンタルを含む、態様１に記載の磁気センサデバイス。
５．パッシベーション層が、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルを含む、態様１に記載の磁気センサデバイス。
【０１５７】
６．パッシベーション層が、３０％〜７０％のジルコニウムの原子百分率、３０％〜７０％のタンタルの原子百分率、および０％〜４０％のアルミニウムの原子百分率を含む、態様１〜５のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
７．パッシベーション層が、
約１５重量％〜約６５重量％の量の酸化ジルコニウムと、
約０重量％〜約２５重量％の量の酸化アルミニウムと、
約３５重量％〜約９０重量％の量の酸化タンタルと
を含む、態様１に記載の磁気センサデバイス。
８．パッシベーション層が、
約２０重量％〜約６０重量％の量の酸化ジルコニウムと、
約０重量％〜約２０重量％の量の酸化アルミニウムと、
約４０重量％〜約８５重量％の量の酸化タンタルと
を含む、態様７に記載の磁気センサデバイス。
９．パッシベーション層が、
約３１重量％の量の酸化ジルコニウムと、
約１３重量％の量の酸化アルミニウムと、
約５６重量％の量の酸化タンタルと
を含む、態様７に記載の磁気センサデバイス。
１０．磁気センサが、
基板と、
基板の上部に位置付けられた磁気センサ要素と、
磁気センサ要素の上部に位置付けられたマスク層と、
ハードマスク層の上部に配設されたパッシベーション層であって、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化タンタルを含む、パッシベーション層と
を備える、態様１〜９のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
【０１５８】
１１．磁気センサ要素が、複数の層を有する、態様１〜１０のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
１２．パッシベーション層が、磁気センサ要素およびマスク層を封入する、態様１０または１１に記載の磁気センサデバイス。
１３．パッシベーション層が、マスク層の上部から基板上に延在する、態様１０〜１２のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
１４．パッシベーション層が、磁気センサ要素の縁部を被覆する、態様１０〜１３のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
１５．基板の表面に、凹部を有する、態様１０〜１４のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
【０１５９】
１６．凹部が、磁気センサ要素の縁部から延在する、態様１５に記載の磁気センサデバイス。
１７．磁気センサ要素の下の基板が、凹部内の基板よりも高い、態様１５または１６に記載の磁気センサデバイス。
１８．パッシベーション層が、凹部を被覆する、態様１５〜１７のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
１９．凹部の深さが、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さを超える、態様１５〜１８のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
２０．磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層の厚さが、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さ未満である、態様１０〜１９のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
【０１６０】
２１．マスク層の上部に配設されたパッシベーション層が、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さを有する、態様１０〜２０のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
２２．マスク層の上部に配設されたパッシベーション層が、約３０ｎｍの厚さを有する、態様１０〜２１のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
２３．凹部の深さが、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍである、態様１５〜２２のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
２４．磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層の厚さが、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである、態様１３〜２３のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
２５．磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層の厚さが、約２５ｎｍである、態様２４に記載の磁気センサデバイス。
【０１６１】
２６．磁気センサデバイスであって、
基板と、
磁気センサ要素と、
磁気センサ要素を封入するパッシベーション層と
を備える、磁気センサデバイス。
２７．磁気センサが、
基板と、
基板の上部に位置付けられた磁気センサ要素と、
磁気センサ要素の上部に位置付けられたマスク層と、
磁気センサ要素およびマスク層を封入するパッシベーション層と
を備える、態様２６に記載の磁気センサデバイス。
２８．磁気センサ要素が、複数の層を有する、態様２６または２７に記載の磁気センサデバイス。
２９．パッシベーション層が、マスク層の上部から基板上に延在する、態様２６〜２８のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
３０．パッシベーション層が、磁気センサ要素の縁部を被覆する、態様２６〜２９のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
【０１６２】
３１．基板の表面に、凹部を有する、態様２６〜３０のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
３２．凹部が、磁気センサ要素の縁部から延在する、態様３１に記載の磁気センサデバイス。
３３．磁気センサ要素の下の基板が、凹部内の基板よりも高い、態様３１または３２に記載の磁気センサデバイス。
３４．パッシベーション層が、凹部を被覆する、態様３１〜３３のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
３５．凹部の深さが、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さを超える、態様３１〜３４のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
【０１６３】
３６．磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層の厚さが、マスク層の上部に配設されたパッシベーション層の厚さ未満である、態様３０〜３５のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
３７．マスク層の上部に配設されたパッシベーション層が、約１０ｎｍ〜約２００ｎｍの厚さを有する、態様２６〜３６のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
３８．マスク層の上部に配設されたパッシベーション層が、約３０ｎｍの厚さを有する、態様２６〜３７のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
３９．凹部の深さが、約５０ｎｍ〜約１００ｎｍである、態様３１〜３８のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
４０．磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層の厚さが、約１０ｎｍ〜約１００ｎｍである、態様３０〜３９のいずれか１つに記載の磁気センサデバイス。
４１．磁気センサ要素の縁部を被覆するパッシベーション層の厚さが、約２５ｎｍである、態様４０に記載の磁気センサデバイス。
【０１６４】
４２．分析物が試料中に存在するか否かを決定する方法であって、
態様１〜４１のいずれか１つに記載の磁気センサデバイスを生成することと、
磁気センサデバイスからリアルタイム信号を取得して、該分析物が該試料中に存在するか否かを決定することと
を含む、方法。
４３．生成することが、磁気センサデバイスを試料と接触させて、試料露出センサを生成することを含む、態様４２に記載の方法。
４４．試料が、接触ステップの前に磁気的にラベル付けされている、態様４３に記載の方法。
４５．接触ステップの後に試料露出センサに磁気的にラベル付けすることを含む、態様４３に記載の方法。
４６．生成することが、
（ａ）試料を磁気センサデバイスの表面上に位置付けて、試料陳列センサ表面を生成することと、
（ｂ）試料陳列センサ表面を磁気的にラベル付けすることと
を含む、態様４２に記載の方法。
【０１６５】
４７．磁気センサデバイスが、別個の分析物を各々特異的に検出する２つ以上の別個の磁気センサ要素を備える、態様４２に記載の方法。
４８．磁気センサデバイスが、別個の分析物を各々特異的に検出する４つ以上の別個の磁気センサ要素を備える、態様４７に記載の方法。
４９．磁気センサデバイスが、別個の分析物を各々特異的に検出する２０個以下の別個の磁気センサを備える、態様４８に記載の方法。
５０．磁気センサ要素が、スピンバルブセンサを有する、態様４２〜４９のいずれか１つに記載の方法。
５１．磁気センサ要素が、磁気トンネル接合センサを有する、態様４２〜４９のいずれか１つに記載の方法。
【０１６６】
５２．磁気センサ要素が、巨大磁気抵抗センサを有する、態様４２〜４９のいずれか１つに記載の方法。
５３．分析物が、タンパク質である、態様４２〜５２のいずれか１つに記載の方法。
５４．分析物が、核酸である、態様４２〜５２のいずれか１つに記載の方法。
５５．試料が、複合試料である、態様４２〜５４のいずれか１つに記載の方法。
５６．複合試料が、血清試料である、態様５５に記載の方法。
【０１６７】
５７．システムであって、
態様１〜４１のいずれか１つに記載の磁気センサデバイスと、
磁気センサデバイスからリアルタイム信号を取得して、分析物が試料中に存在するか否かを決定するように構成されたプロセッサと
を備える、システム。
５８．磁気センサ要素が、スピンバルブセンサを有する、態様５７に記載のシステム。
５９．磁気センサ要素が、磁気トンネル接合センサを有する、態様５７に記載のシステム。
６０．磁気センサ要素が、巨大磁気抵抗センサを有する、態様５７に記載のシステム。
【０１６８】
６１．システムであって、
態様１〜４１のいずれか１つに記載の磁気センサデバイスと、
磁気センサデバイスからリアルタイム信号を取得して、分析物が試料中に存在するか否かを決定する、および／または、分析物を定量化するように構成されたプロセッサと、
磁気ラベルと
を備える、システム。
６２．磁気センサ要素が、スピンバルブセンサを有する、態様６１に記載のシステム。
６３．磁気センサ要素が、磁気トンネル接合センサを有する、態様６１に記載のシステム。
６４．磁気センサ要素が、巨大磁気抵抗センサを有する、態様６１に記載のシステム。
６５．該磁気ラベルが、磁気ナノタグである、態様６１〜６４のいずれか１つに記載のシステム。
【０１６９】
６６．キットであって、
態様１〜４１のいずれか１つに記載の磁気センサデバイスと、
磁気ラベルと
を備える、キット。
６７．磁気センサ要素が、スピンバルブセンサを有する、態様６６に記載のキット。
６８．磁気センサ要素が、磁気トンネル接合センサを有する、態様６６に記載のキット。
６９．磁気センサ要素が、巨大磁気抵抗センサを有する、態様６６に記載のキット。
７０．磁気ラベルが、磁気ナノタグである、態様６６〜６９のいずれか１つに記載のキット。
【実施例】
【０１７０】
以下の実施例は、当業者に本発明をどのように作製および使用するかの完全な開示および説明を提供するために提示され、本発明者らがそれらの発明とみなす範囲を限定することを意図するものではなく、以下の実験が、実施される全てまたは唯一の実験であることを表すことを意図するものでもない。
【０１７１】
実施例１
パッシベーション層を堆積させた後、チップを１５０℃まで３０分間加熱することによって、パッシベーションアニーリングの効果を試験した。結果を図３に示す。第１の観察は、１５０℃の比較的穏やかなアニーリング温度であっても、全ての場合で耐食性が改善されたことである。図３に示されるように、磁気センサデバイスのパッシベーションなしは、パッシベーション層を有するセンサと比較して、５１２％のセンサ腐食を呈した。酸化アルミニウムのみを有するパッシベーション層は、１８％の腐食を呈したが、酸化シリコン−窒化シリコン−酸化シリコンパッシベーション層は、７％の腐食を呈した。混合酸化物パッシベーション層（例えば、酸化アルミニウム−酸化ジルコニウム−酸化タンタル）を有する磁気センサデバイスは、２％の腐食のみを呈する、はるかに優れた耐食性を呈した。しかしながら、酸化シリコン−窒化シリコン−酸化シリコンパッシベーション層は、３層パッシベーション層である。
【０１７２】
上記の発明は、理解を明確にする目的で例示および例としてある程度詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲の概念または範囲から逸脱せずに、本発明の教示に照らして、特定の変更および修正が行われ得ることは、当業者には即座に明らかである。
【０１７３】
したがって、上記の説明は、本発明の原理を単に例示するものである。当業者は、本明細書に明示的に説明または示されないが、本発明の原理を具現化し、その概念および範囲内に含まれる、様々な構成を考案することができることが理解される。さらに、本明細書に列挙される全ての例および条件付き言語は、主に、本発明の原理および本発明者らが当該技術分野をさらに進展させるように寄与する概念を理解することを支援するように意図され、そのような具体的に列挙される例および条件に限定されるものではないと解釈されるべきである。さらに、本発明の原理、態様、および実施形態ならびにその特定の例を列挙する本明細書の全ての記述は、その構造的および機能的等価物の両方を包含することが意図される。加えて、そのような等価物は、現在知られている等価物および将来開発される等価物の両方、すなわち、構造にかかわらず、同じ機能を実施するように開発された任意の要素を含むことが意図される。したがって、本発明の範囲は、本明細書に示され説明される例示的な実施形態に限定されることを意図しない。むしろ、本発明の範囲および概念は、添付の特許請求の範囲によって具現化される。
【０１７４】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年６月２２日出願の米国特許仮出願第６２／６８８，９３５号の出願日までの米国特許法第１１９条（ｅ）項に従って優先権を主張し、この開示は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
2021527964.tif 000003
【図２】
2021527964.tif 000004
【図３】
2021527964.tif 000005
【国際調査報告】
2021527964.tif 000006
2021527964.tif 000007