CN107607894B - 适用hplc-nmr联用的微型核磁共振线圈及其制备 - Google Patents

Abstract

适用HPLC‑NMR联用的微型核磁共振线圈及其制备，涉及核磁共振。包括在液相色谱分离柱绝缘层上的微带线圈，微槽线圈和由多条斜条形微带首尾相连构成的螺旋型线圈。本发明提出一种基于掩膜的倾斜镀膜技术，克服了微米尺度的微带线圈难以低成本制备，螺线管射频线圈不易缠绕等不足，所制备的微线圈具有射频磁场高磁场均匀等优点。本发明提出的适用于与高效液相色谱(HPLC)的核磁共振检测的微型射频线圈可以用于稀少和贵重样品的分离和核磁共振检测。

Description

适用HPLC-NMR联用的微型核磁共振线圈及其制备

技术领域

本发明涉及核磁共振，尤其是涉及在液相色谱HPLC分离用玻璃管上制备磁场分布均匀的适用HPLC-NMR联用的微型核磁共振线圈及其制备方法。

背景技术

使用与分离技术联用的检测技术进行复杂混合物组分的定性和定量分析是医学检测、疾病诊断、化学分析和药物开发等领域的重要检测手段，其中高效液相色谱(HPLC)是分离和分析复杂混合物的一种重要方法，但是高效液相色谱及其联用技术液相色谱-质谱(HPLC-MS)联用技术并不足以提供清晰的分子结构信息。HPLC与核磁共振(NMR)波谱检测技术联用可以有效分析未知化合物的结构，且具有对样品非破坏性检测的优势。核磁共振射频线圈可以使用同时具备收发两用的线圈，发射脉冲序列以激励被测样品的磁化矢量，同时接收激发自旋而产生的自由感应衰减信号，然后对信号进行傅里叶变换得到核磁共振波谱图，从来获得被测样品的分子结构等信息。但目前NMR技术灵敏度和分辨率不够高，且需要的样品检出量较多，而在联用的HPLC中注入样品量过多的话，HPLC柱子会饱和，影响分离效果。为了能与HPLC联用,NMR的灵敏度和分辨率需要进一步提高，所需样品检出量需要降低。当被测样品体积小时，减小线圈尺寸以匹配样品，可以显著提高灵敏度，提高信号信噪比和分辨率。德国Peck小组(Journal of Magnetic Resonance Series B,1995,108(2):114-124)。设计了一种适用于微型线圈的的电路，并进行验证。他们通过实验发现，在螺线管线圈直径在50μm到1.8mm范围时，信号的信噪比会随着线圈直径的减小而增加，当线圈直径减小到50μm时，线圈检测性能会显著提高。美国JV Sweedler小组(Science，1995，270(5244)：1967-1970)。用直径为50μm铜芯漆包线，在外径为357μm的石英毛细管手工绕制了一个长度为1mm的螺线管线圈，其灵敏度相对于传统线圈提高了130倍。但当线圈线经尺寸在μm级时，传统的制备工艺难以再适用于对其批量生产。

发明内容

本发明的第一目的在于提供适用HPLC-NMR联用的微型核磁共振线圈。

本发明的第二目的在于提供一种基于金属掩膜在液相色谱分离柱上制备微带线圈的方法。

本发明的第三目的在于提供一种基于金属掩膜在液相色谱分离柱上制备微螺线线圈的方法。

本发明的第四目的在于提供一种在分离柱上通过倾斜镀膜制备微槽线圈的方法。

所述适用HPLC-NMR联用的微型核磁共振线圈为在液相色谱分离柱的绝缘壁上镀有导电微带构成的微型核磁共振检测线圈。

所述微型核磁共振检测线圈可包括导电金属或聚合物构成的微带线圈、微螺线型线圈或微槽线圈中的一种。

所述微带线圈的宽度可为5～200μm，长度可为100～200μm。

所述微槽线圈可由两条间隔100～200μm的微带构成，微带的长度可为100μm，宽度可为5～100μm；所述微槽的宽度可为100～200μm，长度可为100～500μm。

所述微螺线型线圈可由2～20条宽度为5～100μm，间距为100μm的斜条形微带构成。

所述一种基于金属掩膜在液相色谱分离柱上制备微带线圈的方法，具体步骤如下：采用金属掩膜，通过磁控溅射或蒸镀的方法在分离柱的管壁上镀上导电线圈，所述磁控溅射或蒸镀的镀膜过程中，采用倾斜镀膜的方法，通过调整倾斜镀膜角度θ，掩膜板的开口缝宽f，以及掩膜板的厚度d，来调整微带线圈的带宽x＝f-d/tanθ。

所述一种基于金属掩膜在液相色谱分离柱上制备微螺线线圈的方法，具体步骤如下：

使用基于掩膜的平面微带线圈制备工艺，采用多次旋转管壁镀膜的方法，将每次镀上的微带阵列首尾彼此相连，形成微型螺线线圈；在所述镀膜过程中，采用倾斜镀膜的方法，通过调整倾斜镀膜的角度θ，掩膜板的微带阵列缝宽f，模板到镀膜面的高度h，以及掩膜板的厚度d，来调整螺线线圈的带宽x＝f-d/tanθ和间距y＝h-d/tanθ。

所述掩膜板基材采用镍或不锈钢。为了减少生产成本，缩短制备周期，可以采用激光切割机台来加工高精度金属掩膜板，但因采用激光热切割时产生热量，易造成热形变，导致金属堆积的应力不能释放，金属薄片受到拉力易褶皱翘曲，使高精度金属掩膜板的平整度和精度受到不良影响，因此采用激光切割机台加工的高精度金属掩膜板实际的开口精度往往大于50μm，甚至更差。制备开口缝隙尺寸低于50μm的掩膜难度和成本都较高。

所述一种在分离柱上通过倾斜镀膜制备微槽线圈的方法，具体步骤如下：

用AutoCAD软件画出微带线圈掩膜板设计图，所述微带线圈掩模版的开槽设计包括焊盘的长3mm和宽1mm，连接带的长1mm和宽300μm，微带的长为200μm，宽有50μm和100μm，在微带线圈掩膜板上画出6个微带线圈，设有两种尺寸，中间的细小部分为微带线圈部分，宽度分别是50μm及100μm。

采用沉积方法通过磁控溅射机进行金属溅射，在进行磁控溅射前将做好的微带线圈掩膜板用透明胶固定在液相色谱分离柱子的绝缘壁上方，用两根分离柱子管(外径2.5mm)分立两旁做支架，再用6根同尺寸管子分别对应掩膜板上的6个缝，并用透明胶将玻璃板上除了缝以外的部分全部覆盖，既起到固定作用又可以保护样品(因溅射时需粘贴带有强力粘性的高温胶以防止样品被高温损坏，而高温胶撕的粘性太强，为了在沉积后撕下高温胶时不损坏样品，先贴一层透明胶起到中介的保护作用)，通过磁控溅射机首先镀上50nm的Ti层，作为Cu的粘接层，再通过磁控溅射镀上2μm的导电铜带。所述方法在磁控溅射或蒸镀的镀膜过程中，通过调整倾斜镀膜角度θ，掩膜板的开口缝宽f，以及掩膜板的厚度d，来调整微带线圈的带宽x＝f-d/tanθ。

基于本发明制备的微型核磁共振线圈所开发的小型化便携式HPLC-NMR联用高分辨率谱仪可以快速分析复杂样品并且获得明确的结构信息，可成为生物化学和药物化学等领域的强有力的分析工具。

本发明解决了当前液相色谱(HPLC)与核磁共振检测线圈联用不易运用于微量样品检测，且现有的微型核磁线圈难以与HPLC分离柱联用配合，造成射频磁场不均匀和灵敏度低，目前的微线圈制备工艺难以适用于相关微型线圈的批量生产，常规的缠绕法制备方法不易应用与微型螺线管核磁共振线圈生产的适用HPLC-NMR联用的微型核磁共振线圈及其制备方法。

附图说明

图1是本发明的微带线圈的平面结构设计示意图。

图2是本发明用于制备微带线圈的金属掩膜平面结构设计示意图。

图3是本发明用于微带线圈制备的金属掩膜板的显微镜照片。

图4是本发明基于金属掩膜在液相色谱管上制备微带线圈的实验设置照片。在图4中，a样品采用的是带宽为100μm的微带线圈掩膜，b样品采用的是带宽为50μm的微带线圈掩膜。

图5是本发明的倾斜镀膜制备微带线圈的方法示意图。

图6是本发明所制备的液相色谱管上的微带线圈实物图和其微带的显微镜照片。

图7是本发明的用于制备螺线线圈的金属掩膜平面结构设计示意图。

图8是本发明的用于制备螺线线圈的金属掩膜平面结构显微镜照片。

图9是本发明基于金属掩膜在液相色谱管上制备螺线线圈的实验设置照片。在图9中，a样品采用的是带宽为100μm的螺线线圈掩膜，b样品采用的是带宽为50μm的螺线线圈掩膜。

图10是本发明的倾斜镀膜制备螺线线圈的方法示意图。

图11是本发明所制备的液相色谱管上的螺线线圈实物图和其显微镜照片。

图12是本发明在镀好的铜微带线圈上进行厚(≥20μm)铜电镀的实验装置设计图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

具体实施例1，在液相色谱分离柱子上制备微带线圈的方法。如图1～5所示，首先用AutoCAD软件画出掩膜板设计图，微带线圈的掩模版如图所示，所述微带线圈掩模版的开槽设计包括焊盘的长3mm和宽1mm，连接带的长1mm和宽300μm，微带的长为200μm，宽有50μm和100μm，如图1所示。在一整块掩膜板上画了6个微带线圈，做了两种尺寸，中间的细小部分为微带线圈部分，宽度分别是50μm及100μm，如图2所示。图3是所制备成的一种微带线圈掩膜的显微镜照片。

基于倾斜镀膜的微带制备设置如图4所示，本发明所采用的沉积方法是通过磁控溅射机进行金属溅射。在进行磁控溅射前我们将做好的掩膜板用透明胶固定在液相色谱分离柱子的绝缘壁上方。用两根分离柱子管(外径2.5mm)分立两旁做支架，再用6根同尺寸管子分别对应掩膜板上的6个缝，并用透明胶将玻璃板上除了缝以外的部分全部覆盖，既起到固定作用又可以保护样品(因溅射时需粘贴带有强力粘性的高温胶以防止样品被高温损坏，而高温胶撕的粘性太强，为了在沉积后撕下高温胶时不损坏样品，先贴一层透明胶起到中介的保护作用)，通过磁控溅射机首先镀上50nm的Ti层，作为Cu的粘接层，再通过磁控溅射镀上2μm的导电铜带。

本发明提出通过掩膜进行倾斜镀膜的方法如图5所示，克服掩膜开口精度不易小于50μm的问题，通过调整倾斜角度θ，掩膜板的开口缝宽f，以及掩膜板的厚度d，来调整微带线圈的带宽，如图5所示微带线圈的宽度为x＝f-d/tanθ。

所制备成的微带线圈实物照片和显微镜照片如图6所示。

具体实施例2，在液相色谱分离柱子上制备螺线线圈的方法。

螺线线圈掩膜板的设计和显微镜照片如图7和8所示，用AutoCAD画出螺线线圈掩膜板的设计图像。同上，在磁控溅射前将掩膜板固定在液相色谱分离柱子的上方，实验设置方法如图9所示。采用旋转管壁多次镀膜的方法，使用基于掩膜进行倾斜镀膜，在液相色谱分离柱的绝缘壁上镀上倾斜微带阵列，将圆形管壁每选转120度就镀上一层微带阵列，每次镀上的微带阵列首尾彼此相连，形成微型螺线线圈。

所述基于倾斜镀膜的螺线线圈制备方法如图10所示。通过图10可得到实际线宽x和间距y的表达式：

x＝f-d/tanθy＝h+d/tanθ

可以看出，实际镀膜的线宽可以通过调整掩膜板缝宽、厚度和镀膜的角度进行调整。考虑到倾斜镀膜时发射源的平行角度θ、掩膜板与样品的间距h、掩膜板的缝宽f以及掩膜板的厚度d，这里采用的尺寸为d＝50μmf＝200μm，想达到的线宽为180μm，根据已有的d，f数据，可以得到tanθ＝2.5，于是θ＝68°。同理还可以根据y＝h+d/tanθ，通过调整h得到想要达到的间距。所制备成的微螺线线圈实物图和显微镜照片如图11所示。

本发明为了降低所制备的线圈电阻，在磁控溅射镀好的薄铜带上，进行厚(≥20μm)铜电镀。本发明介绍一种直流铜电镀方法如图12所示。采用自行配制的CuSO₄溶液(212g/L CuSO₄)、工艺简单、成本低廉,所镀铜层表面平整,线圈电阻较小。图12为铜电镀实验装置示意图。实验选用一个100mL烧杯作为电镀槽,使特定体积的电镀溶液具有适当高度以浸没立于边缘的极板；电镀过程中,要求溶液与极板间有快速的相对运动,以去除不断产生的副产物,由于阴极是由线圈阵列种子层图形通过金丝相连而成,这里采用一台磁力搅拌器实现电镀时溶液不断旋转；直流恒流源型号为HY1711-5S(淮安亚光电子公司)；输出电流0～100mA。电镀时,铜层生长速度约1.2μm/min,导线厚度为24μm。实验选用100ml烧杯作为电镀槽使其能淹没两个极板。

Claims (4)

1.适用HPLC-NMR联用的微型核磁共振线圈，其特征在于为在液相色谱分离柱的绝缘壁上镀有导电微带构成的微型核磁共振检测线圈；

所述微型核磁共振检测线圈包括导电金属或聚合物构成的微带线圈、微螺线型线圈或微槽线圈中的一种；

所述微带线圈的宽度为5～200μm，长度为100～200μm；

所述微槽线圈由两条间隔100～200μm的微带构成，微带的长度为100μm，宽度为5～100μm；所述微槽的宽度为100～200μm，长度为100～500μm；

所述微螺线型线圈由2～20条宽度为5～100μm，间距为100μm的斜条形微带构成。

2.基于金属掩膜在液相色谱分离柱上制备微带线圈的方法，其特征在于具体步骤如下：采用金属掩膜，通过磁控溅射或蒸镀的方法在分离柱的管壁上镀上导电线圈，所述磁控溅射或蒸镀的镀膜过程中，采用倾斜镀膜的方法，通过调整倾斜镀膜角度θ，掩膜板的开口缝宽f，以及掩膜板的厚度d，来调整微带线圈的带宽x＝f-d/tanθ。

3.基于金属掩膜在液相色谱分离柱上制备微螺线线圈的方法，其特征在于具体步骤如下：采用多次旋转管壁镀膜，将每次镀上的微带阵列首尾彼此相连，形成微型螺线线圈；在所述镀膜过程中，采用倾斜镀膜，通过调整倾斜镀膜的角度θ、掩膜板的微带阵列缝宽f、模板到镀膜面的高度h以及掩膜板的厚度d，调整螺线线圈的带宽x＝f-d/tanθ和间距y＝h-d/tanθ。

4.如权利要求3所述基于金属掩膜在液相色谱分离柱上制备微螺线线圈的方法，其特征在于所述掩膜板基材采用镍或不锈钢。