一種微型螺線管線圈探頭及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于線圈制造領域，具體涉及一種微型螺線管線圈探頭及其制造方法。
【背景技術】
[0002]核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技術因無損檢測而聞名于分析領域，廣泛應用于化學結構分析、分子動力學、診斷成像以及其他領域。近幾年，應用于分析的核磁共振分析儀朝著低成本、高精度、便攜式方向發展，而基于核磁共振線圈的NMR探頭作為核磁共振分析儀的重要部件之一，對信號的發送與接收具有決定性作用。因此，尋找一種成本低廉、方法簡單、靈敏度高的線圈，成為當前研宄的熱點。目前，有諸多研宄涉及到核磁共振線圈的制作以及應用。如Peck等{Design and analysis of microcoils for NMRmicroscopy.Journal of Magnetic Resonance Series B, 1995.108(2): p.114-124.)在毛細管上手工纏繞螺線管線圈，線圈品質因數表現較高，但因手工纏繞，不可批量制作。Massin 等{Planar mi crocoi 1-based microfluidic NMR probes.Journal of MagneticResonance, 2003.164(2): p.2A2-2W0.')取(Multilayer high-aspect-rat1RF coil for NMR applicat1ns.Microsystem Technologies, 2011.17(8): p.1311-1317.)基于玻璃襯底，運用光刻和電鍍技術，制作易于微流通道集成的微機電系統(micro electro mechanic system, MEMS)線圈，但是線圈結構多孔且表面粗糖。Kratt等(A fully MEMS~compatible process for 3D high aspect rat1 micro coils obtainedwith an automatic wire bonder.Journal of Micromechanics and Microengineering,2010.20(1): p.015021.)結合標準MEMS方法，采用自動引線鍵合技術批量制作3D微型線圈，不過這種方法制得的鍵合線線圈的直徑局限于光刻和SU-8支柱的機械強度。Sillerud ^ {H-1 NMR Detect1n of superparamagnetic nanoparticles at I T usinga mi crocoi I and novel tuning circuit.Journal of Magnetic Resonance, 2006.181(2): p.181-190.)采用聚焦離子束(focused 1n beam, FIB)加工技術制作直徑550 μm的螺線管微型線圈，不過其制作成本昂貴。

【發明內容】

[0003](一)要解決的技術問題
本發明要解決的是現有線圈制作中存在工藝復雜、成本高、周期長、不可批量等問題。
[0004](二)技術方案
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種微型螺線管線圈探頭及其制造方法，具有制作工藝簡單、成本低、周期短、可批量化的優點，該探頭結構由骨架、螺線管線圈、基底和支撐臺組成。
[0005]上述方案中，螺線管線圈采用自粘漆包銅線，銅材料制成，并用自動繞線機繞制于骨架上。螺線管線圈用于發射射頻激勵信號和接收自由感應衰減信號，其線圈幾何參數根據實際工作的拉莫爾頻率，由信噪比理論計算得出；螺線管線圈的直徑依據被檢測樣品的體積而定，使螺線管線圈的填充因數盡可能的大；螺線管線圈的厚度與趨膚深度相關。露出的引線用于連接外部PCB板電路。
[0006]上述方案中，基底材料采用聚二甲基硅氧烷(PDMS )制成。可以根據配合不同的裝置，選擇不同的大小體積。
[0007]上述方案中，骨架為薄壁圓管，材料為聚乙烯(PE)。其壁厚可以控制調整，使樣本的填充因數盡可能的大；
上述方案中，被檢液態樣品放入合適的容器中，容器放入骨架一端，由支撐臺支撐，并使樣品被螺線管線圈包圍。
[0008]本發明的一種微型螺線管線圈探頭及其制造方法，具體包括如下步驟:
1、對骨架進行清洗，如采用超聲波清洗儀，取出用氮氣吹干；
2、在自動繞線機一端夾持骨架，把螺線管線圈繞制于骨架上，完成后用棉簽蘸取少量無水乙醇，純度80%以上，擦拭螺線管線圈表面，利用相似相容原理，使自粘漆包銅線粘結，并用堵塞物堵住骨架(I)的兩端；
3、制備合適的PDMS塊大小，平行對齊放置于培養皿的兩端，作為骨架的支撐，并固定于TOMS塊上；
4、將PDMS和固化劑的混合液，以質量比10:1的比例混合并攪拌均勾，倒入已經排布好骨架的培養皿中，作為基底，在真空抽氣機中抽除氣泡，放入真空干燥箱中烘干固化，并注意把螺線管線圈的兩條引線要露在基底外面；
5、PDMS固化后，切割出含有骨架和螺線管線圈那部分基底，并在骨架一端放入支撐臺，實現了骨架、螺線管線圈、支撐臺和基底的集成。
(三)有益效果
1、本發明提供的一種微型螺線管線圈探頭及其制造方法，可以實現低工藝簡單、成本低、周期短、可批量化制作。
[0009]2、本發明提供的一種微型螺線管線圈探頭及其制造方法，用自粘漆包銅線作為螺線管線圈探頭的材料，采用自動繞線機繞制，配合無水乙醇使螺線管線圈固定，工藝簡單，并可以精確控制螺線管線圈的參數。
[0010]3、本發明提供的一種微型螺線管線圈探頭及其制造方法，探頭的大小、形狀可以控制，適合應用于不同場合的核磁共振檢測。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0012]圖1為本發明的結構示意圖。
[0013]圖2為本發明的橫截面示意圖。
[0014]圖3a為本發明制造方法步驟I的示意圖。
[0015]圖3b為本發明制造方法步驟2的示意圖。
[0016]圖3c為本發明制造方法步驟3的示意圖。
[0017]圖3d為本發明制造方法步驟4的示意圖。
[0018]圖3e為本發明制造方法步驟5的示意圖。
[0019]圖中:1骨架，2螺線管線圈，3基底，4支撐臺。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體詳細制造方法，并參考附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0021]如圖1和圖2所示，本發明提供的一種微型螺線管線圈探頭及其制造方法，該探頭結構包含骨架(I)、螺線管線圈(2)、基底(3)和支撐臺(4);基底(3)中含有骨架(1)、螺線管線圈⑵和支撐臺⑷；螺線管線圈⑵纏繞在骨架⑴上；骨架⑴連同螺線管線圈
(2)，封在基底(3)當中；在基底(3)中，露出螺線管線圈(2)引線，以便接入PCB印刷電路板；骨架(I) 一端放入支撐臺(4)，另一端可放入試管等裝載樣本的容器。
[0022]其中，骨架(1)、螺線管線圈(2)、基底(3)是連接一體的，螺線管線圈(2)采用自粘漆包銅線，銅材料制成，并用自動繞線機繞制于骨架上(I)，線徑和長度可以由信噪比選擇控制。基底(3)材料采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成，體積大小可以由所配裝置選擇控制。骨架(I)為薄壁圓管，材料為聚乙烯(PE)，壁厚和長度可以由所配裝置選擇控制，離底面的距離可以由基底(3)控制。
[0023]參見圖3a — 3e，本發明的制造方法如下:
(1)對骨架(I)進行清洗，如采用超聲波清洗儀，取出用氮氣吹干(參見圖3a);
(2)在自動繞線機一端夾持骨架(I)，把螺線管線圈(2)繞制于骨架上，完成后用棉簽蘸取少量無水乙醇，純度80%以上，擦拭螺線管線圈(2)表面，利用相似相容原理，使自粘漆包銅線粘結，并用堵塞物堵住骨架(I)的兩端(參見圖3b);
(3)制備合適的PDMS塊大小，平行對齊放置于培養皿的兩端，作為骨架⑴的支撐，并固定于PDMS塊上(參見圖3c)；
(4)將配制好的PDMS和固化劑的混合液，攪拌均勻后，倒入已經排布好骨架(I)的培養皿中，作為基底(3)，在真空抽氣機中抽除氣泡，放入真空干燥箱中烘干固化，并注意把螺線管線圈(2)的兩條引線要露在基底(3)外面(參見圖3d);
(5)PDMS固化后，切割出含有骨架(I)和螺線管線圈(2)那部分基底(3)，并在骨架
(I)一端放入支撐臺(4)，實現了骨架(I)、螺線管線圈(2)、支撐臺(4)和基底(3)的集成(參見圖3e)。
[0024]以上所述的發明的制造方法，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體制造方法而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種微型螺線管線圈探頭，其特征在于該探頭結構包括:骨架(I)、螺線管線圈(2)、基底(3)和支撐臺(4);基底(3)中含有骨架(I)、螺線管線圈(2)和支撐臺(4);螺線管線圈⑵纏繞在骨架⑴上；骨架⑴連同螺線管線圈⑵，封在基底⑶當中；在基底⑶中，露出螺線管線圈⑵引線，以便接入PCB印刷電路板；骨架⑴一端放入支撐臺⑷，另一端可放入試管等裝載樣本的容器。2.根據權利要求1所述的一種微型螺線管線圈探頭，其特征在于骨架(I)、螺線管線圈(2)、基底(3)是連接一體的。3.根據權利要求1所述的一種微型螺線管線圈探頭，螺線管線圈(2)采用自粘漆包銅線，并繞制于骨架上(I)。4.根據權利要求1所述的一種微型螺線管線圈探頭，其特征在于其基底(3)，材料采用聚二甲基硅氧烷PDMS制成，體積大小可以由所配裝置選擇控制。5.根據權利要求1所述的一種微型螺線管線圈探頭，其特征在于骨架(I)為薄壁圓管，材料為聚乙烯PE，壁厚和長度可以由所配裝置選擇控制，離底面的距離可以由基底(3)控制。6.權利要求1至5任意一項所述的一種微型螺線管線圈探頭的制造方法，其特征在于包括如下步驟: (1)對骨架(I)進行清洗，如采用超聲波清洗儀，取出用氮氣吹干； (2)在自動繞線機一端夾持骨架(I)，把螺線管線圈(2)繞制于骨架上，完成后用棉簽蘸取少量無水乙醇，純度80%以上，擦拭螺線管線圈(2)表面，利用相似相容原理，使自粘漆包銅線粘結，并用堵塞物堵住骨架(I)的兩端； (3)制備合適的聚二甲基硅氧烷PDMS塊大小，平行對齊放置于培養皿的兩端，作為骨架⑴的支撐，并固定于PDMS塊上； (4)將配制好的PDMS和固化劑的混合液，攪拌均勻后，倒入已經排布好骨架(I)的培養皿中，作為基底(3)，在真空抽氣機中抽除氣泡，放入真空干燥箱中烘干固化，并注意把螺線管線圈⑵的兩條引線要露在基底⑶外面； (5)PDMS固化后，切割出含有骨架(I)和螺線管線圈(2)那部分基底(3)，并在骨架(I) 一端放入支撐臺(4)，實現了骨架(I)、螺線管線圈(2)、支撐臺(4)和基底(3)的集成。
【專利摘要】本發明涉及到一種微型螺線管線圈探頭及其制造方法。該探頭結構包含骨架、螺線管線圈、基底、和支撐臺組成。基底中含有骨架、螺線管線圈和支撐臺；螺線管線圈纏繞在骨架上；骨架連同螺線管線圈，封在基底當中；骨架一端塞入支撐臺，另一端可放入樣品管等容器。現有的微型螺線管NMR探頭在制作中存在工藝復雜、成本高、周期長、不可批量等問題。本發明提供的用于NMR的微型螺線管線圈探頭及其制造方法，具有制作簡單、微型化、可批量、成本低、周期短等優點。
【IPC分類】G01R33/34, H01F41/04
【公開號】CN104898078
【申請號】CN201510304968
【發明人】倪中華, 尹奇峰, 易紅, 陸榮生, 周新龍, 胡劍雄, 雷鵬坤, 姜曉文
【申請人】東南大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月5日