Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong chẩn đoán lâm sàng, nghiên cứu y sinh học và kiểm soát ô nhiễm môi trường, việc phát hiện nhanh, chọn lọc và định lượng chính xác các phân tử sinh học (như ADN, kháng nguyên, vi khuẩn và virus gây bệnh) đóng vai trò then chốt nhằm nâng cao hiệu quả điều trị bệnh. Phương pháp phát hiện truyền thống chủ yếu dựa trên kỹ thuật đánh dấu huỳnh quang quang học. Mặc dù có độ nhạy cao, phương pháp này đòi hỏi hệ thống thiết bị quang học và laser đắt tiền, đồng thời tín hiệu nền thường bị ảnh hưởng do hiện tượng tự phát huỳnh quang của các chất hữu cơ.
Để khắc phục các nhược điểm trên, xu hướng nghiên cứu cảm biến sinh học (biosensor) sử dụng công nghệ spin điện tử (spintronics) kết hợp hạt nano từ tính đã mở ra hướng tiếp cận mới. Các phân tử sinh học có bản chất phi từ tính nên tín hiệu nền của môi trường sinh học gần như bằng không, giúp nâng cao tỷ số tín hiệu trên nhiễu ($S/N$), cho phép đo lường nhanh, độ ổn định cao và chi phí chế tạo thấp. Nghiên cứu khép kín từ công nghệ chế tạo vật liệu nano từ tính đến quy trình chế tạo vi cảm biến là một trong những định hướng ưu tiên của khoa học và công nghệ nano.
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phạm Ngọc Hưng tập trung vào các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu sau:
- Tổng quan cơ sở lý thuyết: Hệ thống hóa kiến thức về cảm biến sinh học, nguyên lý hoạt động của các hiệu ứng từ điện trở (GMR, AMR) và cấu trúc mạch cầu Wheatstone ứng dụng trong biochip.
- Nghiên cứu quy trình chế tạo thực nghiệm: Xây dựng và thực hiện quy trình công nghệ 9 bước chế tạo cảm biến từ điện trở dị hướng (AMR) màng mỏng dạng đơn thanh mắc theo mạch cầu Wheatstone tại phòng sạch micro-nano.
- Khảo sát đặc trưng từ điện và thử nghiệm ứng dụng: Đo đạc các đặc tính từ điện trở của màng mỏng $\text{Ni}{80}\text{Fe}{20}$ và cảm biến thành phẩm; khảo sát độ nhạy theo từ trường ngoài và dòng cấp; thử nghiệm phát hiện hạt nano từ và đề xuất mô hình cảm biến sinh học tích hợp thẻ xét nghiệm một lần (SPA) để chẩn đoán vi khuẩn gây bệnh.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Cảm biến từ điện trở dị hướng (AMR) cấu trúc mạch cầu Wheatstone sử dụng màng mỏng hợp kim từ mềm Permalloy $\text{Ni}{80}\text{Fe}{20}$, điện cực $\text{Cu}$, cùng hạt nano từ tính có đường kính $50\text{ nm}$.
- Phạm vi không gian: Nghiên cứu và chế tạo thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Micro và Nano, Trường Đại học Công nghệ – Đại học Quốc gia Hà Nội.
- Phạm vi thời gian và học thuật: Khóa luận hoàn thành vào tháng 04/2017 tại Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, thuộc chuyên ngành Vật lý chất rắn.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết vật lý chất rắn, hiện tượng vận chuyển điện tử spin và kỹ thuật vi điện tử:
- Khái niệm cảm biến sinh học: Theo mô hình khởi xướng của L. C. Clark (1962), cảm biến sinh học là thiết bị tích hợp gồm phần tử nhận biết sinh học (kháng thể, chuỗi đơn ADN, enzyme) liên kết trực tiếp với bộ chuyển đổi (transducer) để chuyển đổi tương tác sinh học thành tín hiệu vật lý đo được.
- Hiệu ứng từ điện trở dị hướng (AMR): Xuất phát từ tương tác spin - quỹ đạo trong kim loại và hợp kim sắt từ ($\text{Fe, Co, Ni}$). Khi có từ trường ngoài làm quay vectơ từ độ $\vec{M}$, xác suất tán xạ điện tử $s-d$ thay đổi tùy thuộc vào góc $\theta$ giữa vectơ từ độ và chiều dòng điện $I$, tuân theo phương trình:
$$R(\theta) = R_0 + \Delta R \cos^2\theta$$
- Mạch cầu Wheatstone: Cấu trúc gồm 4 phần tử điện trở nhằm triệt tiêu trôi nhiệt và nhiễu môi trường. Khi sự thay đổi điện trở giữa các nhánh nhỏ hơn 5%, độ lệch điện thế lối ra $\Delta V$ tuyến tính với độ biến thiên điện trở:
$$\Delta V \approx V_{in} \cdot \frac{\Delta R}{2R_0}$$
- Lý do lựa chọn cấu hình đơn thanh: So với cấu trúc đa thanh nối tiếp (3 hoặc 5 thanh), cấu trúc đơn thanh có điện trở tổng thể thấp hơn 5 lần, làm giảm nhiệt lượng tỏa ra theo định luật Joule - Lenz ($Q = I^2 R t$). Điều này cho phép cấp dòng đo lớn hơn (từ $1\text{ mA}$ đến $4\text{ mA}$) để tăng độ nhạy mà không làm tăng nhiễu nhiệt nền.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được triển khai đồng bộ qua hệ thống thiết bị chuyên dụng:
| Thiết bị / Kỹ thuật |
Model / Thông số kỹ thuật |
Mục đích sử dụng |
| Máy quay phủ chất cản quang |
Suss MicroTec |
Phủ màng cảm quang AZ5214-E lên đế $\text{Si/SiO}_2$ |
| Hệ quang khắc UV |
Karl Suss MJB4 (công suất $195\text{ W}$, cường độ $2{,}4\text{ mW/cm}^2$) |
Định hình cấu trúc mạch cầu và điện cực |
| Hệ phún xạ catot |
ATC - 2000FC (áp suất chân không $10^{-7}\text{ Torr}$) |
Lắng đọng màng mỏng $\text{Ta/NiFe/Ta}$ và điện cực $\text{Ta/Cu}$ |
| Kính hiển vi quang học |
Carl Zeiss Axio Imager M1 (độ phóng đại tối đa $1000\times$) |
Kiểm tra bề mặt và đường biên sau quang khắc và lift-off |
| Hệ đo 4 mũi dò & đo thế cầu |
Nguồn dòng Keithley 6220, Nanovoltmeter Keithley 2000 |
Cấp dòng, đo thế và thu thập số liệu tự động |
| Hệ điều khiển và ghi nhận |
Card giao tiếp IEEE-488, phần mềm LabVIEW 14 |
Điều khiển đo đạc và xử lý tín hiệu từ trường - điện áp |
Nội dung chính theo từng chương
Chƣơng 1. Tổng quan
Chương 1 trình bày tổng quan lý thuyết về cảm biến sinh học và công nghệ spin điện tử. Tác giả phân loại 9 phương pháp dò tìm tương tác sinh học (phát huỳnh quang, hạt nano, điện hóa, phóng xạ, độ nhạy khối lượng, độ nhạy điện tích, hệ số khúc xạ, oxy hóa điện cực guanine và kỹ thuật điện tử spin). Khi so sánh giữa phương pháp huỳnh quang và phương pháp từ tính, tác giả chỉ ra rằng cảm biến từ tính vượt trội về khả năng giảm tín hiệu nền, không làm hỏng tế bào và có khả năng tích hợp cao thành chip sinh học (biochip).
Tiếp đó, chương phân tích cơ chế vật lý của hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (GMR) trên cấu trúc đa lớp $\text{FM/NM/FM}$ dựa trên tương tác RKKY, và cơ chế của hiệu ứng từ điện trở dị hướng (AMR) dựa trên tán xạ $s-d$. Trên cơ sở so sánh các cấu hình cảm biến, tác giả phân tích chi tiết mạch cầu Wheatstone và chứng minh việc chọn cấu trúc đơn thanh bằng vật liệu từ mềm $\text{Ni}{80}\text{Fe}{20}$ (lực kháng từ $H_c \approx 2 - 5\text{ Oe}$) là phương án tối ưu để đạt độ nhạy cao trong vùng từ trường thấp và hạn chế nhiễu nhiệt.
Chƣơng 2. Các phƣơng pháp thực nghiệm
Chương 2 mô tả chi tiết toàn bộ trang thiết bị phòng sạch và quy trình công nghệ 9 bước chế tạo cảm biến mạch cầu Wheatstone dạng đơn thanh:
- Chuẩn bị đế: Đế $\text{Si}$ phủ lớp cách điện $\text{SiO}_2$ dày $500 - 1000\text{ nm}$ được rung siêu âm trong axeton (10 phút), rửa bằng cồn, tráng nước khử ion (DI) và sấy khô ở $100^\circ\text{C}$ trong 5 phút.
- Quay phủ chất cản quang: Dùng photoresist AZ5214-E trên máy Suss MicroTec qua 2 giai đoạn: gia tốc lên $600\text{ rpm}$ trong $6\text{ s}$, tiếp theo là $3500\text{ rpm}$ trong $30\text{ s}$, tạo màng cản quang dày khoảng $3{,}6\text{ }\mu\text{m}$.
- Quang khắc và hiện hình: Sấy sơ bộ ở $80^\circ\text{C}$ trong $15\text{ s}$, chiếu UV qua mặt nạ (mask) trong $90\text{ s}$, sau đó ngâm tráng trong dung dịch developer AZ300MIF khoảng $40\text{ s}$ và rửa bằng nước DI.
- Phún xạ màng điện trở và điện cực: Màng nhạy từ được lắng đọng dưới từ trường ghim $900\text{ Oe}$ với cấu trúc đa lớp $\text{Ta}(5\text{ nm}) / \text{Ni}{80}\text{Fe}{20}(5\text{ nm}) / \text{Ta}(5\text{ nm})$. Lớp điện cực nối có cấu trúc $\text{Ta}(5\text{ nm}) / \text{Cu}(75\text{ nm})$.
Các thông số phún xạ catot được kiểm soát nghiêm ngặt theo bảng thực nghiệm:
| Lớp vật liệu |
Áp suất cơ sở $P_{base}$ ($\text{Torr}$) |
Áp suất khí $\text{Ar}$ ($\text{mTorr}$) |
Công suất phún ($\text{W}$) |
Tốc độ quay đế ($\text{rpm}$) |
Chiều dày danh định ($\text{nm}$) |
| $\text{Ta}$ (đệm/bảo vệ) |
$2 \times 10^{-7}$ |
$2{,}2$ |
$25$ |
$30$ |
$5$ |
| $\text{Ni}{80}\text{Fe}{20}$ (điện trở) |
$2 \times 10^{-7}$ |
$2{,}2$ |
$75$ |
$30$ |
$5$ |
| $\text{Ta}$ (đệm điện cực) |
$2{,}5 \times 10^{-7}$ |
$2{,}2$ |
$25$ |
$30$ |
$5$ |
| $\text{Cu}$ (điện cực dẫn) |
$2{,}5 \times 10^{-7}$ |
$2{,}2$ |
$30$ |
$30$ |
$75$ |
Sau quá trình bóc màng (lift-off), cảm biến hoàn thiện có kích thước mỗi nhánh thanh điện trở là: chiều dài $L = 4\text{ mm}$, chiều rộng $W = 150\text{ }\mu\text{m}$, chiều dày $t = 5\text{ nm}$. Cuối chương, tác giả trình bày sơ đồ hệ đo 4 mũi dò và hệ đo thế mạch cầu tự động trong cuộn Helmholtz điều khiển bằng LabVIEW 14.
Chƣơng 3. Kết quả và thảo luận
Chương 3 công bố các kết quả đo đạc thực nghiệm và thảo luận khoa học:
- Tính chất màng mỏng $\text{NiFe}$: Đo 4 mũi dò với dòng cấp $I = 5\text{ mA}$ cho thấy đường cong từ điện trở xuất hiện hiện tượng từ trễ đặc trưng của vật liệu sắt từ. Độ biến thiên điện áp đo được $\Delta U = 0{,}3\text{ mV}$, tương ứng tỷ số $\text{AMR} \approx 0{,}15%$. Tác giả nhận định giá trị này thấp hơn lý thuyết ($\sim 5%$) do ảnh hưởng của độ sạch vật liệu, quy trình lắng đọng màng mỏng và nhiễu nhiệt môi trường.
- Đặc tính làm việc của cảm biến AMR: Khảo sát sự phụ thuộc của thế lối ra vào từ trường ngoài vuông góc với phương ghim ở dòng $I = 1\text{ mA}$ xác định được độ lệch điện thế cực đại $\Delta V = 7{,}6\text{ mV}$ tại từ trường $H = 4\text{ Oe}$. Tại vị trí này, độ nhạy đạt cực đại $S_H = 2{,}25\text{ mV/Oe}$. Do đó, $H = 4\text{ Oe}$ được chọn làm điểm làm việc (operating point) của cảm biến. Khi tăng dòng cấp lên $2\text{ mA}, 3\text{ mA}, 4\text{ mA}$, biên độ tín hiệu lối ra tăng tỷ lệ thuận tuyến tính.
- Thực nghiệm phát hiện hạt nano từ: Thử nghiệm sử dụng hạt từ đường kính $50\text{ nm}$, nồng độ $10\text{ mg/ml}$, từ độ bão hòa $M_s = 17\text{ emu/g}$ đặt trong cuộn Helmholtz tại điểm làm việc $H = 4\text{ Oe}$ và $I = 1\text{ mA}$. Độ nhiễu nhiệt nền của hệ thống đo được là $\Delta v = 20\text{ }\mu\text{V}$. Với lượng hạt từ tối thiểu $1\text{ }\mu\text{g}$, cảm biến tạo ra độ lệch thế $\Delta V = 40\text{ }\mu\text{V}$ (gấp 2 lần mức nhiễu $\Delta v$), cho phép nhận biết rõ ràng. Khi tăng lượng hạt từ lên gấp đôi ($2\text{ }\mu\text{g}$), tín hiệu thu được cũng tăng lên gấp 2 lần.
- Đề xuất mô hình biochip phát hiện vi khuẩn: Nhằm khắc phục nhược điểm cố định trực tiếp đầu dò lên bề mặt cảm biến (dễ làm hỏng bề mặt và khó tái sử dụng), tác giả đề xuất mô hình phân tích tích hợp thẻ xét nghiệm dùng một lần (Single-use Polymer/Plastic Assay - SPA card). Đầu dò sợi đơn ADN đặc hiệu của vi khuẩn được cố định trên thẻ SPA; quá trình lai hóa với ADN đích và gắn hạt từ được thực hiện độc lập trên thẻ trước khi đưa vào vùng nhạy của cảm biến AMR, giúp tái sử dụng cảm biến nhiều lần và giảm chi phí xét nghiệm.
Kết quả và đóng góp
Kết quả định lượng chính
Các số liệu thực nghiệm định lượng được tổng hợp chi tiết trong khóa luận:
| Thông số đặc trưng |
Giá trị thực nghiệm đo được |
Điều kiện đo / Quy chuẩn |
| Kích thước thanh điện trở |
$L = 4\text{ mm}; W = 150\text{ }\mu\text{m}; t = 5\text{ nm}$ |
Cấu trúc đơn thanh màng $\text{Ni}{80}\text{Fe}{20}$ |
| Tỷ số AMR của màng mỏng |
$0{,}15%$ ($\Delta U = 0{,}3\text{ mV}$) |
Đo 4 mũi dò tại dòng cấp $I = 5\text{ mA}$ |
| Điểm làm việc tối ưu ($H_{op}$) |
$4\text{ Oe}$ |
Vị trí đạt độ nhạy và độ lệch thế cực đại |
| Độ lệch thế cực đại ($\Delta V_{max}$) |
$7{,}6\text{ mV}$ |
Tại $H = 4\text{ Oe}$, dòng cấp $I = 1\text{ mA}$ |
| Độ nhạy cực đại ($S_{H,max}$) |
$2{,}25\text{ mV/Oe}$ |
Tại $H = 4\text{ Oe}$, dòng cấp $I = 1\text{ mA}$ |
| Nhiễu nhiệt nền ($\Delta v$) |
$20\text{ }\mu\text{V}$ |
Mức dao động thế nền của hệ đo |
| Ngưỡng phát hiện hạt từ |
$1\text{ }\mu\text{g}$ ($\Delta V = 40\text{ }\mu\text{V} = 2\Delta v$) |
Hạt $50\text{ nm}, M_s = 17\text{ emu/g}, C = 10\text{ mg/ml}$ |
Đóng góp so với các nghiên cứu trước
Tác giả đã so sánh độ nhạy và tín hiệu phát hiện hạt từ của cảm biến tự chế tạo với các công bố khoa học trong và ngoài nước:
- So với cảm biến Hall màng $\text{NiFe}$ của Bùi Đình Tú (2014): Khi phát hiện hạt thuận từ thương mại Dynabeads® M-280, cảm biến Hall chỉ cho độ lệch thế $2{,}2\text{ }\mu\text{V}$. Cảm biến AMR dạng mạch cầu trong khóa luận này cho tín hiệu lớn hơn gần 20 lần ($\Delta V = 40\text{ }\mu\text{V}$).
- So với cảm biến Hall của Louise Ejsing: Tín hiệu phát hiện của cảm biến AMR trong khóa luận lớn hơn khoảng $1{,}5$ lần.
- So với cảm biến GMR của Wei Wang: Tín hiệu phát hiện hạt nano từ của cảm biến nghiên cứu đạt mức tương đương.
Đề xuất giải pháp kỹ thuật
Khóa luận đã đề xuất giải pháp kiến trúc hệ cảm biến y sinh kết hợp giữa cảm biến AMR độ nhạy cao với thẻ SPA mang đầu dò sinh học dùng một lần, giải quyết triệt để bài toán suy giảm chất lượng bề mặt cảm biến và hạ giá thành phân tích y sinh.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Dựa trên các kết quả và phạm vi nghiên cứu được trình bày trong văn bản:
- Hạn chế thực nghiệm:
- Tỷ số $\text{AMR}$ của màng mỏng $\text{NiFe}$ thực tế chỉ đạt $0{,}15%$, còn khoảng cách khá xa so với giá trị lý thuyết ($5%$), nguyên nhân do các yếu tố công nghệ phún xạ và tạp chất trong vật liệu chế tạo.
- Mức độ nhiễu nhiệt của cảm biến vẫn ở mức $20\text{ }\mu\text{V}$, đòi hỏi phải tiếp tục hoàn thiện thiết kế mạch và kỹ thuật xử lý tín hiệu để giảm nền nhiễu.
- Thử nghiệm dừng lại ở việc phát hiện hạt nano từ $50\text{ nm}$ trong dung dịch chuẩn, chưa thực hiện trực tiếp quá trình lai hóa với mẫu ADN hay tế bào vi khuẩn gây bệnh thực tế trên thẻ SPA.
- Hướng nghiên cứu tiếp theo:
- Tối ưu hóa chế độ phún xạ và xử lý nhiệt sau lắng đọng để nâng cao tỷ số $\text{AMR}$ của màng $\text{NiFe}$.
- Hoàn thiện chế tạo thẻ SPA và cố định đầu dò sinh học (kháng thể/chuỗi ADN đích) để kiểm chứng khả năng chẩn đoán vi khuẩn gây bệnh trong môi trường sinh học thực tế.
Giá trị tham khảo
Khóa luận là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho:
- Sinh viên, học viên và nghiên cứu sinh: Thuộc các chuyên ngành Vật lý chất rắn, Khoa học vật liệu, Công nghệ Nano, Kỹ thuật vi điện tử và Kỹ thuật Y sinh.
- Nội dung tham khảo trọng tâm:
- Quy trình chế tạo vi linh kiện: Toàn bộ thông số thực nghiệm về quang khắc (AZ5214-E, MJB4) và phún xạ catot đa lớp ($\text{Ta/NiFe/Ta}$ và $\text{Ta/Cu}$) trong phòng sạch được mô tả chi tiết, có thể dùng làm tài liệu hướng dẫn thực hành chế tạo cảm biến micro-nano.
- Thiết kế hệ đo tự động: Giải pháp kết nối thiết bị đo chuyên dụng (Keithley 6220, Keithley 2000) qua giao thức IEEE-488 và lập trình điều khiển tự động bằng LabVIEW 14.
Câu hỏi thường gặp
1. Vì sao tác giả lựa chọn cấu trúc cảm biến đơn thanh thay vì cấu trúc đa thanh nối tiếp trong mạch cầu Wheatstone?
Trả lời: Mặc dù cảm biến 5 thanh nối tiếp cho độ nhạy lý thuyết cao hơn, nhưng điện trở mỗi nhánh của nó lớn gấp 5 lần so với loại đơn thanh. Theo định luật Joule - Lenz ($Q = I^2 R t$), cảm biến đa thanh tỏa nhiệt nhiều hơn và làm tăng mạnh nhiễu nhiệt khi tăng dòng cấp, khiến nó chỉ hoạt động được ở dòng rất nhỏ ($\sim 0{,}1\text{ mA}$). Cảm biến đơn thanh có điện trở nhỏ, ít nhiễu nhiệt, cho phép tăng dòng cấp lên ($1 - 4\text{ mA}$) để nâng cao độ nhạy, đồng thời có quy trình chế tạo đơn giản và tiết kiệm chi phí hơn.
2. Điểm làm việc tối ưu và độ nhạy của cảm biến AMR được xác định như thế nào?
Trả lời: Khảo sát thực nghiệm ở dòng cấp $I = 1\text{ mA}$ cho thấy độ lệch điện thế đạt cực đại $\Delta V = 7{,}6\text{ mV}$ và độ nhạy đạt giá trị lớn nhất $S_H = 2{,}25\text{ mV/Oe}$ tại từ trường ngoài $H = 4\text{ Oe}$. Do đó, giá trị $H = 4\text{ Oe}$ được tác giả chọn làm điểm làm việc tối ưu cho các ứng dụng đo lường.
3. Khả năng phát hiện hạt nano từ của cảm biến đạt được ở mức thông số nào?
Trả lời: Cảm biến phát hiện được hạt nano từ có đường kính $50\text{ nm}$, nồng độ $10\text{ mg/ml}$, từ độ bão hòa $M_s = 17\text{ emu/g}$. Với lượng hạt từ tối thiểu $1\text{ }\mu\text{g}$, độ lệch thế thu được là $\Delta V = 40\text{ }\mu\text{V}$, vượt gấp 2 lần mức nhiễu nhiệt nền ($\Delta v = 20\text{ }\mu\text{V}$), và biên độ tín hiệu tăng gấp đôi khi tăng lượng hạt từ lên $2\text{ }\mu\text{g}$.
4. Vì sao tỷ số AMR của màng mỏng $\text{NiFe}$ đo được ($0{,}15%$) lại thấp hơn giá trị lý thuyết ($5%$)?
Trả lời: Theo tác giả giải thích ở Chương 3, sự sai lệch này bắt nguồn từ các yếu tố giới hạn trong quy trình công nghệ chế tạo màng mỏng, độ tinh khiết của bia vật liệu trong quá trình phún xạ catot, cùng với tác động của các nguồn nhiễu từ môi trường bên ngoài, đặc biệt là nhiễu nhiệt.
5. Mô hình thẻ xét nghiệm dùng một lần (SPA) kết hợp cảm biến AMR có ưu điểm gì so với cảm biến sinh học truyền thống?
Trả lời: Ở cảm biến truyền thống, đầu dò sinh học được gắn trực tiếp lên bề mặt cảm biến khiến bề mặt bị suy giảm chất lượng sau mỗi lần đo và khó tái sử dụng. Mô hình thẻ SPA tách rời quá trình xử lý/lai hóa mẫu ra khỏi cảm biến, giúp bảo vệ cảm biến để tái sử dụng nhiều lần, cho phép phân tích nhiều loại mẫu khác nhau chỉ bằng cách thay đổi thẻ SPA mang đầu dò tương ứng, đồng thời giảm đáng kể chi phí xét nghiệm.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phạm Ngọc Hưng đã nghiên cứu và làm chủ thành công quy trình công nghệ chế tạo cảm biến từ điện trở dị hướng (AMR) cấu trúc mạch cầu Wheatstone đơn thanh bằng màng mỏng $\text{Ni}{80}\text{Fe}{20}$ tại phòng sạch micro-nano. Kết quả thực nghiệm đã xác định được điểm làm việc tối ưu của cảm biến tại từ trường $4\text{ Oe}$ với độ nhạy $2{,}25\text{ mV/Oe}$ ở dòng cấp $1\text{ mA}$, đồng thời chứng minh khả năng phát hiện định lượng hạt nano từ $50\text{ nm}$ với ngưỡng tối thiểu $1\text{ }\mu\text{g}$. Nghiên cứu đã đề xuất mô hình tích hợp cảm biến AMR với thẻ xét nghiệm SPA dùng một lần, tạo tiền đề kỹ thuật quan trọng cho việc phát triển các thiết bị biochip chẩn đoán nhanh mầm bệnh trong y sinh học.
