Analisi del rapporto segnale rumore di biosensori magnetoresistivi e sviluppo della relativa elettronica di lettura

The possibility to devote magnetoresistive devices to biosensing applications has enabled the development of non-invasive, high resolution measuring methods. However the considerable level of noise added by the sensors calls for a continuous enhancement of their structure itself and of the electrical readout. Modulating both the current applied to the devices and the magnetic field, related to the signal of interest, may offer a solution to improve the achievable performances. According to this purpose in this thesis a study concerning the optimization of their signal-to-noise ratio was led, as well as an investigation on different approaches to generate high frequency magnetic fields, such as coils fabrication and the use of integrated-on-chip current lines. Boosting the SNR helps promote new ways to employ magnetoresistances in the biomedical field, such as neuronal activity monitoring: in this context the magnetic field, unlike the electric one, isn’t affected by screening effects due to ions in solution, and therefore it can be more easily detected. For this peculiar type of readout many set-up alternatives were analyzed and the limits thus emerged were highlighted: the consideration of these results justifies the development of a current-based acquisition, low noise front-end, entirely manageable within a portable platform.

La possibilità di declinare sensori magnetoresistivi in applicazioni di biosensing ha consentito lo sviluppo di modalità di misura non invasive e ad alta risoluzione, in cui tuttavia il contributo di rumore dettato dai dispositivi stessi impone la necessità di una continua ottimizzazione a livello di sistema. La duplice modulazione della corrente che alimenta i sensori e del campo magnetico su cui impatta il segnale d’interesse può offrire una soluzione per migliorare le prestazioni raggiungibili. A tale scopo in questa tesi è stato affrontato uno studio del rapporto segnale-rumore ottenibile con questi dispositivi e sono state approfondite le alternative utili alla generazione di campi magnetici ad alta frequenza, come la realizzazione di solenoidi e il ricorso a linee di corrente integrate su chip. L’ottimizzazione del SNR consente di promuovere nuove modalità di utilizzo delle magnetoresistenze in ambito biomedicale, come ad esempio nel monitoraggio dell’attività neuronale: in tale contesto il campo magnetico, diversamente da quello elettrico, non subisce effetti di schermatura imputabili agli ioni in soluzione e si presta quindi ad essere rilevato più agevolmente. Per questa peculiare tipologia di misura sono state analizzate differenti alternative di set-up ed evidenziati i limiti così emersi, che hanno reso necessario lo sviluppo di un front-end di acquisizione in corrente a basso rumore, interamente gestibile entro una piattaforma portatile.