Micromagnetic Modeling of a GMR Vortex Sensor for the Detection of Superparamagnetic Labels

Die Entwicklung von effizienten Lösungen für Point-of-Care (POC) Diagnoseverfahren wird in der Medizin ein immer bedeutsameres Gebiet. Durch die Anwendung sicherer POC-Testung sollen Laborkapazitäten gesichert und Krankheiten und Infektionen schneller behandelt und diagnostiziert werden. Solche POC Tests können auf Basis der Mikrofluidik in einem einzelnen Chip realisiert werden, der alle notwendigen Schritte zur Detektion eines bestimmten Moleküls enthält. Im Herzen eines solchen Systems sitzt die Sensoreinheit, in der der letzte Schritt der Detektion, die Erzeugung eines sich änderten elektrischen Signals, vollzogen wird. In mikromagnetischen Systemen werden hierfür magnetoresistive Sensoren verwendet, die das magnetische Feld eines gesättigten superparamagnetischen Markers detektieren, der zur Verstärkung des magnetischen Feldes biochemisch mit dem Molekül verbunden ist. Bei Molekülen im Nanometerbereich muss diese Detektion möglichst rauscharm erfolgen, um eine verlässliche Wahrnehmung des gleichgroßen Markers zu gewährleisten. Dementsprechend wird in dieser Arbeit ein Sensorkonzept vorgestellt, das eine rauscharme Detektion von superparamagnetischen Markern im Nanometerbereich gewährleisten kann. Das Sensorkonzept basiert auf dem Riesenmagnetowiderstand (GMR), der mit Vortexstrukturen kombiniert wird, um etwaige Rauschkomponenten zu minimieren.