CN104898078A - 一种微型螺线管线圈探头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种微型螺线管线圈探头及其制造方法。该探头结构包含骨架、螺线管线圈、基底、和支撑台组成。基底中含有骨架、螺线管线圈和支撑台；螺线管线圈缠绕在骨架上；骨架连同螺线管线圈，封在基底当中；骨架一端塞入支撑台，另一端可放入样品管等容器。现有的微型螺线管NMR探头在制作中存在工艺复杂、成本高、周期长、不可批量等问题。本发明提供的用于NMR的微型螺线管线圈探头及其制造方法，具有制作简单、微型化、可批量、成本低、周期短等优点。

Description

一种微型螺线管线圈探头及其制造方法

技术领域

本发明属于线圈制造领域，具体涉及一种微型螺线管线圈探头及其制造方法。

背景技术

核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技术因无损检测而闻名于分析领域，广泛应用于化学结构分析、分子动力学、诊断成像以及其他领域。近几年，应用于分析的核磁共振分析仪朝着低成本、高精度、便携式方向发展，而基于核磁共振线圈的NMR探头作为核磁共振分析仪的重要部件之一，对信号的发送与接收具有决定性作用。因此，寻找一种成本低廉、方法简单、灵敏度高的线圈，成为当前研究的热点。目前，有诸多研究涉及到核磁共振线圈的制作以及应用。如Peck等(Design and analysis of microcoils for NMR microscopy. Journal of Magnetic Resonance Series B, 1995. 108(2): p. 114-124.)在毛细管上手工缠绕螺线管线圈，线圈品质因数表现较高，但因手工缠绕，不可批量制作。Massin等(Planar microcoil-based microfluidic NMR probes. Journal of Magnetic Resonance, 2003. 164(2): p. 242-255.)和Hsieh等(Multilayer high-aspect-ratio RF coil for NMR applications. Microsystem Technologies, 2011. 17(8): p. 1311-1317.)基于玻璃衬底，运用光刻和电镀技术，制作易于微流通道集成的微机电系统(micro electro mechanic system, MEMS)线圈，但是线圈结构多孔且表面粗糙。Kratt等(A fully MEMS-compatible process for 3D high aspect ratio micro coils obtained with an automatic wire bonder. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2010. 20(1): p. 015021.)结合标准MEMS方法，采用自动引线键合技术批量制作3D微型线圈，不过这种方法制得的键合线线圈的直径局限于光刻和SU-8支柱的机械强度。Sillerud等(H-1 NMR Detection of superparamagnetic nanoparticles at 1 T using a microcoil and novel tuning circuit. Journal of Magnetic Resonance, 2006. 181(2): p. 181-190.)采用聚焦离子束(focused ion beam, FIB)加工技术制作直径550μm的螺线管微型线圈，不过其制作成本昂贵。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的是现有线圈制作中存在工艺复杂、成本高、周期长、不可批量等问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，具有制作工艺简单、成本低、周期短、可批量化的优点，该探头结构由骨架、螺线管线圈、基底和支撑台组成。

上述方案中，螺线管线圈采用自粘漆包铜线，铜材料制成，并用自动绕线机绕制于骨架上。螺线管线圈用于发射射频激励信号和接收自由感应衰减信号，其线圈几何参数根据实际工作的拉莫尔频率，由信噪比理论计算得出；螺线管线圈的直径依据被检测样品的体积而定，使螺线管线圈的填充因数尽可能的大；螺线管线圈的厚度与趋肤深度相关。露出的引线用于连接外部PCB板电路。

上述方案中，基底材料采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成。可以根据配合不同的装置，选择不同的大小体积。

上述方案中，骨架为薄壁圆管，材料为聚乙烯（PE）。其壁厚可以控制调整，使样本的填充因数尽可能的大；

上述方案中，被检液态样品放入合适的容器中，容器放入骨架一端，由支撑台支撑，并使样品被螺线管线圈包围。

本发明的一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，具体包括如下步骤：

1、对骨架进行清洗，如采用超声波清洗仪，取出用氮气吹干；

2、在自动绕线机一端夹持骨架，把螺线管线圈绕制于骨架上，完成后用棉签蘸取少量无水乙醇，纯度80%以上，擦拭螺线管线圈表面，利用相似相容原理，使自粘漆包铜线粘结，并用堵塞物堵住骨架(1)的两端；

3、制备合适的PDMS块大小，平行对齐放置于培养皿的两端，作为骨架的支撑，并固定于PDMS块上；

4、将PDMS和固化剂的混合液，以质量比10:1的比例混合并搅拌均匀，倒入已经排布好骨架的培养皿中，作为基底，在真空抽气机中抽除气泡，放入真空干燥箱中烘干固化，并注意把螺线管线圈的两条引线要露在基底外面；

5、 PDMS 固化后，切割出含有骨架和螺线管线圈那部分基底，并在骨架一端放入支撑台，实现了骨架、螺线管线圈、支撑台和基底的集成。       

（三）有益效果

1、本发明提供的一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，可以实现低工艺简单、成本低、周期短、可批量化制作。

2、本发明提供的一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，用自粘漆包铜线作为螺线管线圈探头的材料，采用自动绕线机绕制，配合无水乙醇使螺线管线圈固定，工艺简单，并可以精确控制螺线管线圈的参数。

3、本发明提供的一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，探头的大小、形状可以控制，适合应用于不同场合的核磁共振检测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的横截面示意图。

图3a为本发明制造方法步骤 1的示意图。

图3b为本发明制造方法步骤 2的示意图。

图3c为本发明制造方法步骤 3的示意图。

图3d为本发明制造方法步骤4的示意图。

图3e为本发明制造方法步骤5的示意图。

图中：1骨架，2螺线管线圈，3基底，4支撑台。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体详细制造方法，并参考附图，对本发明进一步详细说明。

如图1和图2 所示，本发明提供的一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，该探头结构包含骨架(1)、螺线管线圈(2)、基底(3)和支撑台(4)；基底(3)中含有骨架(1)、螺线管线圈(2)和支撑台(4)；螺线管线圈(2)缠绕在骨架(1)上；骨架(1)连同螺线管线圈(2)，封在基底(3)当中；在基底(3)中，露出螺线管线圈(2)引线，以便接入PCB印刷电路板；骨架(1)一端放入支撑台(4)，另一端可放入试管等装载样本的容器。

其中，骨架(1)、螺线管线圈(2)、基底(3)是连接一体的，螺线管线圈(2)采用自粘漆包铜线，铜材料制成，并用自动绕线机绕制于骨架上(1)，线径和长度可以由信噪比选择控制。基底(3)材料采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制成，体积大小可以由所配装置选择控制。骨架(1)为薄壁圆管，材料为聚乙烯（PE），壁厚和长度可以由所配装置选择控制，离底面的距离可以由基底(3)控制。

参见图3a—3e，本发明的制造方法如下：

(1)对骨架(1)进行清洗，如采用超声波清洗仪，取出用氮气吹干（参见图3a）；

(2)在自动绕线机一端夹持骨架(1)，把螺线管线圈(2)绕制于骨架上，完成后用棉签蘸取少量无水乙醇，纯度80%以上，擦拭螺线管线圈(2)表面，利用相似相容原理，使自粘漆包铜线粘结，并用堵塞物堵住骨架(1)的两端（参见图3b）；

(3)制备合适的PDMS块大小，平行对齐放置于培养皿的两端，作为骨架(1)的支撑，并固定于PDMS块上（参见图3c）；

(4)将配制好的PDMS和固化剂的混合液，搅拌均匀后，倒入已经排布好骨架(1)的培养皿中，作为基底(3)，在真空抽气机中抽除气泡，放入真空干燥箱中烘干固化，并注意把螺线管线圈(2)的两条引线要露在基底(3)外面（参见图3d）；

(5) PDMS 固化后，切割出含有骨架(1)和螺线管线圈(2)那部分基底(3)，并在骨架(1)一端放入支撑台(4)，实现了骨架(1)、螺线管线圈(2)、支撑台(4)和基底(3)的集成（参见图3e）。

以上所述的发明的制造方法，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体制造方法而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种微型螺线管线圈探头，其特征在于该探头结构包括：骨架(1)、螺线管线圈(2)、基底(3)和支撑台(4)；基底(3)中含有骨架(1)、螺线管线圈(2)和支撑台(4)；螺线管线圈(2)缠绕在骨架(1)上；骨架(1)连同螺线管线圈(2)，封在基底(3)当中；在基底(3)中，露出螺线管线圈(2)引线，以便接入PCB印刷电路板；骨架(1)一端放入支撑台(4)，另一端可放入试管等装载样本的容器。

2.根据权利要求1所述的一种微型螺线管线圈探头，其特征在于骨架(1)、螺线管线圈(2)、基底(3)是连接一体的。

3.根据权利要求1所述的一种微型螺线管线圈探头，螺线管线圈(2)采用自粘漆包铜线，并绕制于骨架上(1)。

4.根据权利要求1所述的一种微型螺线管线圈探头，其特征在于其基底(3)，材料采用聚二甲基硅氧烷PDMS制成，体积大小可以由所配装置选择控制。

5.根据权利要求1所述的一种微型螺线管线圈探头，其特征在于骨架(1)为薄壁圆管，材料为聚乙烯PE，壁厚和长度可以由所配装置选择控制，离底面的距离可以由基底(3)控制。

6.权利要求1至5任意一项所述的一种微型螺线管线圈探头的制造方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)对骨架(1)进行清洗，如采用超声波清洗仪，取出用氮气吹干；

(2)在自动绕线机一端夹持骨架(1)，把螺线管线圈(2)绕制于骨架上，完成后用棉签蘸取少量无水乙醇，纯度80%以上，擦拭螺线管线圈(2)表面，利用相似相容原理，使自粘漆包铜线粘结，并用堵塞物堵住骨架(1)的两端；

(3)制备合适的聚二甲基硅氧烷PDMS块大小，平行对齐放置于培养皿的两端，作为骨架(1)的支撑，并固定于PDMS块上；

(4)将配制好的PDMS和固化剂的混合液，搅拌均匀后，倒入已经排布好骨架(1)的培养皿中，作为基底(3)，在真空抽气机中抽除气泡，放入真空干燥箱中烘干固化，并注意把螺线管线圈(2)的两条引线要露在基底(3)外面；

(5) PDMS 固化后，切割出含有骨架(1)和螺线管线圈(2)那部分基底(3)，并在骨架(1)一端放入支撑台(4)，实现了骨架(1)、螺线管线圈(2)、支撑台(4)和基底(3)的集成。