CN112162001B - 一种用于微量标志物检测的微流控射频探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微量标志物检测的微流控射频探头，包括接口面板，还包括与接口面板连接的筒装的保护外壳，保护外壳内设置有探头主体，探头主体包括依次设置的样品检测模块、匹配电路模块、气液交换模块和支撑结构件。本发明提供了一种对低浓度，少量样品的，集样品预处理和检测的一站式检测方法和实施方案。可以通过不同模块的组合，实现在各种状态下对一些微量标志物样品的检测。

Description

一种用于微量标志物检测的微流控射频探头

技术领域

本发明涉及磁共振波谱领域，具体涉及一种用于微量标志物检测的微流控射频探头。

背景技术

肺癌是发病率和死亡率增长最快，对人群健康和生命威胁最大的恶性肿瘤之一。近年来，所有种类癌症当中，肺癌的发病和死亡占比逐年升高，目前已成为我国癌症患者的“头号杀手”。因此，肺癌的“早诊断”、“早治疗”尤为关键。病理学方面肺癌大致分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌两种，向下可划分为更多种类型。因为不同类型的肺癌应采用不同的治疗方案进行有针对性地治疗，所以肺癌的早期分型方法作为诊断的一个环节具有十分重要的临床意义。

近年来多项研究表明，肺癌的代谢活动与正常组织存在差异。最典型的是由于癌症组织快速代谢产生乳酸导致的酸性微环境。除此之外，不同类型和不同时期的肺癌组织也存在代谢差异，甚至有文献指出在肿瘤形成之前也可发现代谢物组成的差异。例如小细胞肺癌在代谢产生甘氨酸、丙酸、苯乙酸等物质具有比非小细胞肺癌更高的水平，而吸烟者更是在肺癌形成之前数月就可以在尿液中发现稠环芳烃衍生物的含量激增。因此如果能够对这些代谢物中的一种或多种进行浓度检测和比对，不但能够为肿瘤的分型和分期提供重要的早期判断依据，有利于临床上对肺癌尽早采取应对措施；而且可以对治疗后的效果进行代谢与肿瘤微环境方面的评估。

核磁共振波谱学是研究物质成分、分子结构和动力学的一种重要的研究方法。在代谢物检测方面也有多篇文献报道。该分析方法不仅具有优异的样品兼容性，能够对不同粘度、多种浓度水平、不同复杂程度的样品进行检测，并提供其结构信息；而且可以通过自旋交换光泵技术、分子探针技术和HyperCEST技术对样品信号进行放大。其中，自旋交换光泵技术通过激光对碱金属原子价电子自旋的高度极化，再通过价电子极化度向Xe-129原子核进行转移实现Xe-129极化度的提高，该方式能够提高Xe-129的核磁共振信号4-5个量级(Hyperpolarized xenon NMR and MRI signal amplification by gas extraction,XinZhou,Proc.Natl.Acad.Sci.,2009,106(40),16903-16906)；分子探针技术则是通过一个有特异性识别功能的载体对Xe-129原子进行包装，克服Xe-129的化学惰性赋予其对指定检测物的特异识别的功能(Functionalized xenon as a biosensor,Megan M.Spence,Proc.Natl.Acad.Sci.,2001,98(19),10654-10657)；而HyperCEST技术则是基于分子探针内外Xe-129之间相互交换的现象、使得对绝对少数的分子探针内Xe-129极化度的“清零”——射频饱和，能够通过Xe-129的交换过程在占多数的分子探针外Xe-129信号上体现，即便是分子探针内Xe-129信号被噪声完全淹没的情况下，该方法也能够将这一信号放大体现出来。

目前，HyperCEST技术与分子探针技术结合灵敏度能够达到pmol/L量级(Mitochondria Targeted and Intracellular Biothiol Triggered Hyperpolarized¹²⁹Xe Magnetofluorescent Biosensor,Qingbin Zeng,Anal.Chem.,2017,89,2288-2295)，足以进行临床上痰液、尿液等代谢物浓度的检测。操作流程上，主要分为三个步骤：通气步骤、射频饱和和信号检测。目前采用检测区内固定样品位置、间歇式通气的方案实现：将样品装入螺口密封的核磁管中，用石英毛细管向样品溶液通入超极化Xe-129，等待充分长时间后停止通气，进行射频饱和和信号检测，用不同的射频饱和脉冲频率进行扫频，即可得到一系列的Xe-129@溶剂信号，这些信号对饱和频率作图拟合即可得到结果。该方法有以下几点不足：1、通气步骤的等待时间较长，实际操作中通气步骤往往占总时长的一半以上，且在此方案中由于通气会产生气泡，会导致静磁场强度不均匀，故这一步骤不可与其他两步骤并行；2、对检测区的样品直接通气时会产生气泡振动，会导致部分样品溶液(如带电胶体)发生聚沉，进而导致无法测得理想的谱图；3、部分两亲性样品(磷脂等)通气会发生气泡，导致样品位置偏离检测区，此时加入消泡剂又会对样品本身性质产生影响。

微流控技术是一种通过操控微小体积的流体在微小通道或构件中流动，可以将样品制备、反应、分离、检测等操作单元集成到一块几平方厘米的玻璃或高分子材料薄片上，实现对微量样品进行控制操作的方法。具有处理单元模块化、系统结构微型化和便于设备集成化的优点。如果将微流控芯片技术和HyperCEST方法结合进行探头设计，不仅可以通过将分离步骤和其他步骤在空间上分离，还可以实现对细胞以及生物组织的测试。已有文献可以通过缩小线圈尺寸和探头内集成芯片使用仲氢诱导核极化增强的H-1NMR方法，但其灵敏度较低，上百次的结果累加后才可以观测到μmol/L浓度物质的信号，同时存在背景信号大且复杂，难以分辨单一物质信号的问题。

而微流控技术结合HyperCEST技术的Xe-129 NMR方法可以通过对某一种或多种物质的响应滤除背景，且pmol/L级的灵敏度意味着更少的假阴性和更大幅度的样品稀释比例，与H-1NMR技术相比在临床方面更具有优势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于微量标志物检测的微流控射频探头，发挥HyperCEST的高灵敏度优势的同时，克服HyperCEST在时间效率上的不足，可以作为核磁共振谱仪的接口部件，不改变谱仪的其他部分即可实现对微流控芯片内的微量流体进行在线超极化Xe-129预混合和Xe-129 NMR表征，一方面能够发挥HyperCEST灵敏度高且无背景信号的优势，另一方面能够节约HyperCEST方法中Xe-129混合过程的等待步骤，显著缩短该方法的检测时间。并能够通过对射频电路部分扩展，进而兼容其他核磁共振方法以及相应的射频脉冲序列。此外，结构上的模块化设计也与微流控技术的理念更加契合，方便使用者根据需求在探头内部自行添加样品纯化以及定量稀释等模块，一站式地实现从样品预处理到检测的连续步骤，提高对各种性质生物样品的兼容性。

一种用于微量标志物检测的微流控射频探头，包括接口面板，还包括与接口面板连接的筒装的保护外壳，保护外壳内设置有探头主体，

探头主体包括样品检测模块，

样品检测模块包括模块壳体，以及设置在模块壳体内第一亥姆霍兹射频线圈、检测微流控芯片和第二亥姆霍兹射频线圈，第一亥姆霍兹射频线圈和第二亥姆霍兹射频线圈构成亥姆霍兹射频线圈对，第一亥姆霍兹射频线圈和第二亥姆霍兹射频线圈设置在检测微流控芯片两侧，亥姆霍兹射频线圈对的射频端口伸出模块壳体外，检测微流控芯片的进液端和出液端伸出模块壳体外，

模块壳体一端设置有定位孔。

如上所述的探头主体还包括匹配电路模块，

匹配电路模块包括基座柱以及设置基座柱两端的第一基座环和第二基座环，基座柱设置有贯穿两端面的基座穿孔，

与样品检测模块相邻的第一基座环上设置有与模块壳体上的定位孔适配的定位柱，

分别与样品检测模块的检测微流控芯片的进液端和出液端连接的第一芯片进液管和芯片出液管穿过基座柱上的基座穿孔。

基座柱周向设置有柔性电路板，柔性电路板设置有匹配电路，匹配电路通过半刚性同轴线与亥姆霍兹射频线圈对的射频端口连接，匹配电路还通过半刚性同轴线分别与接口面板上的第一射频面板接口和第二射频面板接口连接。

如上所述的匹配电路包括第一电路端子、第一可变电容C1、第二可变电容C2、第五电容C5、第二电感L2、第六电容C6、第四可变电容C4、第三可变电容C3、第七电容C7、第三电感L3和第二电路端子。

第一电路端子与第一可变电容C1一端连接，第一可变电容C1另一端分别与第二可变电容C2一端和第五电容C5一端连接，第一可变电容C1另一端还通过半刚性同轴线与亥姆霍兹射频线圈对的射频端口连接。第二可变电容C2另一端接电气地，第五电容C5另一端分别与第二电感L2一端和第六电容C6一端连接，第二电感L2另一端和第六电容C6另一端均与电气地连接。

第二电路端子依次通过第七电容C7和第三电感L3接电气地，第二电路端子还与第三可变电容C3一端连接，第三可变电容C3另一端通过半刚性同轴线与亥姆霍兹射频线圈对的射频端口连接，第三可变电容C3另一端还与第四可变电容C4一端连接，第四可变电容C4另一端与电气地连接。

与第一电路端子连接的半刚性同轴线穿过基座柱上的基座穿孔与接口面板上的第一射频面板接口(H-1)连接，与第二电路端子连接的半刚性同轴线穿过基座柱上的基座穿孔与接口面板上的第二射频面板接口(Xe-129)连接。

如上所述的第一可变电阻C1～第四可变电阻C4的延长杆分别与对应的加长杆连接，第二基座环上开设有供加长杆穿过的加长杆穿孔。

如上所述的探头主体还包括气液交换模块，

气液交换模块包括气液交换基座，以及设置在气液交换基座两端的第三基座环和第四基座环，

气液交换基座上开设有芯片放置槽，芯片放置槽盖设有芯片盖板，芯片放置槽和芯片盖板之间通过芯片盖板螺栓连接，芯片放置槽内设置有气液交换芯片，气液交换芯片包括气体通道和样品通道，气体通道一端与接口面板的进气接口gas-I连接，气体通道另一端与接口面板的出气接口(gas-O)连接，样品通道一端通过第二芯片进液管与接口面板上进液接口(sample-I)连接，样品通道另一端通过第一芯片进液管与检测微流控芯片的进液端连接，检测微流控芯片的出液端通过芯片出液管与接口面板上出液接口(sample-O)连接。

与匹配电路模块的第二基座环相抵的第三基座环上开设有可供加长杆穿过的穿孔。

气液交换基座上开设有供半刚性同轴线、第一芯片进液管、第二芯片进液管和芯片出液管穿过的管道槽。

如上所述的探头主体还包括与第四基座环相抵的支撑结构件，支撑结构件上开设有供半刚性同轴线、第一芯片进液管、第二芯片进液管、芯片出液管、以及加长杆穿过的穿孔。

与现有技术相比，本发明具有下列优点：

1、降低了检测所需的样品用量，提供了针对微量样品的核磁共振表征接口。

2、可以集成其他功能的微流控芯片，实现样品预处理和分析的一站式平台。

3、由于检测区上游的样品始终与Xe-129进行交换，且借助仪器静磁场的杂散场可以有效地防止Xe-129的弛豫，因此与常用的HyperCEST方法流程相比，本发明所用的HyperCEST方法可以省略耗时长的Xe-129通入和溶解过程，取而代之的是利用注射泵对已经溶有Xe-129样品进行快速进样，尽管进样的实际耗时受检测区容纳体积和流体通路的最大耐受压力的影响，但这一过程仍显著快于对样品直接鼓泡通入Xe-129。

4、可以结合芯片器官技术，通过分析某种Xe-129分子探针对多种类型的仿生的芯片肺肿瘤组织的结果可以推断这一分子探针在体内相应组织成像中的效果。

附图说明

图1是本发明的结构总图；

图2为样品检测模块的整体外观图；

图3为样品检测模块的爆炸示意图；

图4为匹配电路模块的结构示意图；

图5为气液交换芯片的整体结构与通道设计图；

图6为气液交换模块的整体示意图；

图7为气液交换模块的爆炸示意图；

图8为支撑结构件的结构示意图；

图9为匹配电路的电路示意图；

图10为接口面板与外部设备的连接图；

图11为接口面板的内部连接图。

图中：

1-保护外壳；2-探头主体；3-接口面板；

201-样品检测模块；202-匹配电路模块；203-气液交换模块；204-支撑结构件；

201a-M4尼龙制沉头螺栓；201b-盖板；201c-放置槽壳；201d-第一亥姆霍兹射频线圈；201e-第二亥姆霍兹射频线圈；201f-检测微流控芯片；

202a-基座柱；202b-柔性电路板；202c-可变电容；202d-半刚性同轴线；202e-加长杆；202f-第一基座环；202g-第二基座环；202h-基座穿孔；202k-定位柱；

203a-气液交换芯片；203b-气液交换基座；203c-芯片盖板；203d-芯片盖板螺栓；203e-第三基座环；203f-第四基座环；203g-芯片放置槽。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合图1～11和实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

一种用于微量标志物检测的微流控射频探头，包括接口面板3，还包括与接口面板3连接的筒装的保护外壳1，保护外壳1内设置有探头主体2，

探头主体2包括依次设置的样品检测模块201、匹配电路模块202、气液交换模块203和支撑结构件204。

一、样品检测模块201

如图2～3所示，样品检测模块201包括模块壳体，以及设置在模块壳体内第一亥姆霍兹射频线圈201d、检测微流控芯片201f和第二亥姆霍兹射频线圈201e，第一亥姆霍兹射频线圈201d和第二亥姆霍兹射频线圈201e构成亥姆霍兹射频线圈对，第一亥姆霍兹射频线圈201d和第二亥姆霍兹射频线圈201e设置在检测微流控芯片201f两侧，亥姆霍兹射频线圈对的射频端口伸出模块壳体外，检测微流控芯片201f的进液端和出液端伸出模块壳体外；

模块壳体由盖板201b和放置槽壳201c扣合而成，盖板201b通过M4尼龙制沉头螺栓201a与放置槽壳201c连接，本实施例中，M4尼龙制沉头螺栓201a为4颗。

模块壳体朝向匹配电路模块202的一端设置有两个直径6mm的定位孔，用于匹配电路模块202的定位柱插入，防止样品检测模块201与匹配电路模块202之间相对旋转运动造成硬件损坏。

优选的，第一亥姆霍兹射频线圈201d和第二亥姆霍兹射频线圈201e是由印刷电路板制作的一对微型亥姆霍兹射频线圈，对应图6的L1电感，第一亥姆霍兹射频线圈201d和第二亥姆霍兹射频线圈201e之间通过飞线连接，射频端口通过半刚性同轴线分别与第一亥姆霍兹射频线圈201d和第二亥姆霍兹射频线圈201e连接，根据核磁共振谱仪的工作原理，工作状态下第一亥姆霍兹射频线圈201d和第二亥姆霍兹射频线圈201e的射频场中心在高度上要严格对应核磁共振谱仪磁体的磁场中心。

样品从检测微流控芯片201f的进液端进入检测微流控芯片201f内，进入检测微流控芯片201f内的样品在第一亥姆霍兹射频线圈201d和第二亥姆霍兹射频线圈201e之间进行检测，检测后的样品从检测微流控芯片201f的出液端排出进行回收处理。

二、匹配电路模块202

如图4所示，匹配电路模块202包括基座柱202a以及设置基座柱202a两端的第一基座环202f和第二基座环(202g)，基座柱202a设置有贯穿两端面的基座穿孔202h，

与样品检测模块201相邻的第一基座环202f上设置有与模块壳体上的定位孔适配的定位柱202k，

分别与样品检测模块201的检测微流控芯片201f的进液端和出液端连接的第一芯片进液管和芯片出液管穿过基座柱202a上的基座穿孔202h。

基座柱202a周向设置有柔性电路板202b，柔性电路板202b设置有匹配电路，匹配电路包括第一电路端子(H-1)、第一可变电容C1、第二可变电容C2、第五电容C5、第二电感L2、第六电容C6、第四可变电容C4、第三可变电容C3、第七电容C7、第三电感L3和第二电路端子(Xe-129)。

第一电路端子(H-1)与第一可变电容C1一端连接，第一可变电容C1另一端分别与第二可变电容C2一端和第五电容C5一端连接，第一可变电容C1另一端还通过半刚性同轴线与亥姆霍兹射频线圈对的射频端口连接。第二可变电容C2另一端接电气地，第五电容C5另一端分别与第二电感L2一端和第六电容C6一端连接，第二电感L2另一端和第六电容C6另一端均与电气地连接。

第二电路端子(Xe-129)依次通过第七电容C7和第三电感L3接电气地，第二电路端子(Xe-129)还与第三可变电容C3一端连接，第三可变电容C3另一端通过半刚性同轴线与亥姆霍兹射频线圈对的射频端口连接，第三可变电容C3另一端还与第四可变电容C4一端连接，第四可变电容C4另一端与电气地连接。

与第一电路端子(H-1)连接的半刚性同轴线穿过基座柱202a上的基座穿孔202h与接口面板3上的第一射频面板接口(H-1)连接，与第二电路端子(Xe-129)连接的半刚性同轴线穿过基座柱202a上的基座穿孔202h与接口面板3上的第二射频面板接口(Xe-129)连接。第一射频面板接口(H-1)和第二射频面板接口(Xe-129)均可采用N-type同轴射频接头。

第一可变电阻C1～第四可变电阻C4的延长杆分别与对应的加长杆202e连接，第二基座环(202g)上开设有供第一可变电阻C1～第四可变电阻C4的加长杆202e穿过的加长杆穿孔。方便在工作状态时调整第一可变电阻C1～第四可变电阻C4的电容值以达到最佳水平。

L1为亥姆霍兹射频线圈对。

优选的，第一电路端子(H-1)、第一可变电容C1、第二可变电容C2、第五电容C5、第二电感L2、第六电容C6、第四可变电容C4、第三可变电容C3、第七电容C7、第三电感L3和第二电路端子(Xe-129)均为无磁材料。

可变电容202c包括第一可变电阻C1-第四可变电阻C4。第一可变电阻C1-第四可变电阻C4选型原则为：无磁、可变范围适中(样品导电率越高、亥姆霍兹射频线圈对L1电感值越大，选用的型号可变范围应越大)、封装最大直径3～5mm、有最大直径小于3mm的加长杆。

三、气液交换模块203

气液交换模块203包括气液交换基座203b，以及设置在气液交换基座203b两端的第三基座环203e和第四基座环203f，

气液交换基座203b上开设有芯片放置槽203g，芯片放置槽203g盖设有芯片盖板203c，芯片放置槽203g和芯片盖板203c之间通过芯片盖板螺栓203d连接，芯片放置槽203g内设置有气液交换芯片203a，气液交换芯片203a包括气体通道和样品通道，气液交换芯片203a的气体通道一端与接口面板3的进气接口gas-I连接，气液交换芯片203a的气体通道另一端与接口面板3的出气接口(gas-O)连接，气液交换芯片203a的样品通道一端通过第二芯片进液管与接口面板3上进液接口(sample-I)连接，气液交换芯片203a的样品通道另一端通过第一芯片进液管与检测微流控芯片201f的进液端连接，检测微流控芯片201f的出液端通过芯片出液管与接口面板3上出液接口(sample-O)连接。

与匹配电路模块202的第二基座环(202g)相抵的第三基座环203e上开设有可供加长杆202e穿过的穿孔。可以借助加长杆202e锁死本模块防止水平旋转。

气液交换基座203b上开设有供半刚性同轴线、第一芯片进液管、第二芯片进液管和芯片出液管穿过的管道槽。

四、支撑结构件204

支撑结构件204与第四基座环203f相抵，用于结构支撑，可以根据需求进行内部改造并添加相应功能的微流控芯片，支撑结构件204上开设有供半刚性同轴线、第一芯片进液管、第二芯片进液管和芯片出液管穿过的穿孔，以及供加长杆202e穿过的穿孔。

图8所示为一简单结构，主要用于抬高样品检测模块201使亥姆霍兹射频线圈对的发射场中心与配合使用的核磁共振谱仪磁体的中心在空间上匹配。

1、连接与安装

本发明组装时按照从上到下、从内到外的顺序安装。

首先进行样品检测模块201的组装，先将第二亥姆霍兹射频线圈201e放入样品检测模块的放置槽壳201c内，注意第二亥姆霍兹射频线圈201e应与放置槽壳201c内的倒角对齐防止装反。将一段长2-3cm的半刚性同轴线一端的芯线焊接在第二亥姆霍兹射频线圈201e的端口上，另一端从放置槽壳201c的线槽伸出。将未与管路连接的检测微流控芯片201f也放放置槽壳201c内覆盖第二亥姆霍兹射频线圈201e，再用亥姆霍兹线圈上板201d盖在检测微流控芯片201f的外侧，用飞线将第一亥姆霍兹射频线圈201d与第二亥姆霍兹射频线圈201e引出的同轴线的外层相接。最后安装盖板201b与M4尼龙制沉头螺栓201a紧定。

匹配电路模块202则按照下述步骤安装：首先将柔性电路板202b覆盖在基座柱202a的凹槽内，并胶粘固定；将可变电容202c和半刚性同轴线202d如图4所示的位置安装在基座柱202a上，并将各元件按图9所示的原理图焊接到柔性电路板202b上，向上引出的两根半刚性同轴线202d与亥姆霍兹射频线圈对的射频端口连接。具体的各元件取值可以通过仿真软件Advanced Design System计算得到，但要注意实际电容的容值会受工作频率的影响。成品电路应满足如下要求：第一电路端子(H-1)在质子共振频率(计算方式为质子共振频率≈42.58MHz/T×核磁共振谱仪场强)点上的反射系数S₁₁<-30dB、第二电路端子(Xe-129)在Xe-129共振频率(计算方式为Xe-129共振频率≈11.78MHz/T×核磁共振谱仪场强)点上的反射系数S₁₁<-30dB、第一电路端子(H-1)与第二电路端子(Xe-129)之间在质子共振频率和Xe-129共振频率的两个频点上传输系数均满足S₁₂<-20dB。

气液交换模块203则按照下述步骤安装：将第一芯片进液管、第二芯片进液管和芯片出液管穿过气液交换基座203b背部的管道槽，按照图10所示的对应关系粘接在气液交换芯片203a相应的端孔上；最后安装芯片盖板203c，用4颗M4螺纹的芯片盖板螺栓203d固定。

本发明在使用时按下述步骤组装探头主体2：

将匹配电路模块202的定位柱与样品检测模块201的定位孔对齐插入即可实现匹配电路模块202与样品检测模块201的组装。然后将气液交换模块203和支撑结构件204依次穿在加长杆202e上即可完成探头主体2的组装。

将探头主体2安装好后，将保护外壳1套在外侧，并与接口面板3粘接或螺栓配合完成整个系统的组装。

2、测试前准备

系统安装完成后，将探头主体2从核磁共振谱仪磁体下口送入，并调整高度使得样品检测模块201与核磁共振谱仪磁体标注的磁场均匀区对齐锁紧。按图10的连接关系组装好测试平台。将纯水从接口面板3上的进液接口(sample-I)注入到样品检测模块201，调整可变电容202c抵消纯水对第一亥姆霍兹射频线圈201d和第二亥姆霍兹射频线圈201e的S参数影响，并通过H-1NMR采谱的方式手动匀场。启动Xe-129气体极化装置，输出压力设置为2-3bar从接口面板3的进气接口(gas-I)注入超极化Xe-129气体；同时启动注射泵从接口面板3上的进液接口(sample-I)向样品通道填充测试溶液(成分包括样品+探针分子溶液，样品溶液粘度过高时可以定量地采用稀释或萃取等方法降低粘度)，再次调节可变电容202c抵消样品对亥姆霍兹线圈201d和201e的S参数影响。

3、测试流程

启动的Xe-129气体极化装置将超极化Xe-129气体通过接口面板3的进气接口(gas-I)不断送入气液交换芯片203a与内部存留的样品进行交换，从而维持存留样品中Xe-129的极化度稳定维持在较高的水平上。在测试启动和两次执行脉冲序列之间，启动注射泵，将注射泵内的样品从接口面板3上的进液接口(sample-I)流入到气液交换芯片203a中，而原来存留在气液交换芯片203a内有较高水平Xe-129极化度的样品则被新的样品挤出芯片进入检测微流控芯片201f内开始测试。测试时使用CEST序列，序列内各脉冲由核磁共振谱仪的功放模块的X-BB通道发出，通过接口面板3上的Xe-129射频接口送入到第一亥姆霍兹射频线圈201d和第二亥姆霍兹射频线圈201e上对检测微流控芯片201f内的样品进行射频激发与信号检测，CEST序列的具体内容依序为饱和脉冲、激发脉冲和信号检测。其中饱和脉冲的频率随流程的循环次数增加而变化，形成对一系列频点的扫频过程，激发脉冲始终为针对Xe-129@溶液信号频率的窄频激发，而信号检测则同样读取Xe-129@溶液信号频率的值。最终将读取的一系列结果值归一化后对各自的饱和脉冲频率作图。通过对饱和脉冲扫频即可得到溶液信号对频率的响应曲线，与常规的核磁共振谱图结果不同，CEST方法所得的信号曲线为向下凹陷的形状。其通常包含Xe-129@溶液和Xe-129@探针以及Xe-129@(探针+目标物)三个不同化学位移的信号，其中Xe-129@溶液信号能够在直接检测的Xe-129 NMR结果中进行归属。

4、测试后的清洗与拆卸

测试完成后，应对样品通道内进行清洗。清洗剂可以根据样品溶解性质进行选择，但不能选用对AB胶有溶胀溶解作用的溶剂清洗，如必须使用丙酮溶剂清洗，则应考虑换用其他方式(如螺纹固定)对流体系统进行连接。清洗剂可以使用注射器从接口面板3上的进液接口(sample-I)注入。清洗后可以注入与样品相同的溶剂后，对Xe-129@探针的化学位移进行饱和的CEST信号强度判断是否清洗完全，若仍能观察到信号则需要再次进行清洗。

清洗过后需要将探头整体从核磁共振谱仪上拆下，首先停止极化装置、核磁共振谱仪功放模块和注射泵的工作，拆除接口面板3上所连的管路和线缆，解除核磁共振谱仪磁体下方用于固定的螺栓和卡扣，将本发明整体从核磁共振谱仪磁体的下口抽出。

5、数据处理

在样品泵送时间和CEST序列参数一致、Xe-129极化装置输出压力以及测试环境稳定的情况下，Xe-129@探针与目标物浓度负相关，Xe-129@(探针+目标物)与目标物浓度正相关。因此可以通过配制目标物浓度梯度样品使用标准曲线法对样品中目标物浓度定量。

第一芯片进液管和芯片出液管与检测微流控芯片201f的进液端和出液端的连接有粘接和螺纹接口连接两种方式，其中粘接方式按照以下方式实施：首先确定PTFE材质管路(第一芯片进液管/芯片出液管)的用于连接检测微流控芯片201f的一端，用尖嘴钳或类似工具在距这端约2cm位置用适当力度夹扁；然后将中心穿孔的锥台连接件套在管路夹扁的位置，并在管路外侧和锥台连接件的中心穿孔内壁之间缓慢一次性注入稍过量体积的AB胶，AB胶基本停止流动时将锥台连接件连接检测微流控芯片201f的底面的AB胶刮平；待AB胶完全固化后,将伸出锥台连接件的底面多余的PTFE材质管路截断，截断面上均匀涂抹快干胶后粘接在检测微流控芯片201f的进液端口/出液端口上，迅速固化后在连接处整体涂抹AB胶密封。该方法空间占用小并可以有效地防止渗胶堵塞，适合管路与检测微流控芯片201f在有限空间内(安装空间长宽高均小于10mm)的连接，在3bar压力下可以稳定使用，优选的锥台连接件可选用注射器的前端头和移液枪头的尾端。

图5为气液交换芯片203a的整体结构与通道设计图。其中左上为气体通道，作为气液交换芯片203a的上层；左下为样品通道，作为气液交换芯片203a的下层。气体通道和气液交换芯片203a之间用PDMS材质的透气膜隔开。气液交换芯片203a共包括超极化Xe-129入口、超极化Xe-129出口、样品入口和样品出口。工作时超极化Xe-129和样品从各自的入口进入内部，由于超极化Xe-129的压力较高，部分超极化Xe-129会跨过透气膜混合并溶解到样品中。最后混有超极化Xe-129的样品和余下的超极化Xe-129从各自的出口流出。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或替代，但不会偏离本发明的精髓或者超越所附权利要求书外定义的范围。

Claims (1)

1.一种用于微量标志物检测的微流控射频探头，包括接口面板(3)，其特征在于，还包括与接口面板(3)连接的筒装的保护外壳(1)，保护外壳(1)内设置有探头主体(2)，

探头主体(2)包括样品检测模块(201)，

样品检测模块(201)包括模块壳体，以及设置在模块壳体内第一亥姆霍兹射频线圈(201d)、检测微流控芯片(201f)和第二亥姆霍兹射频线圈(201e)，第一亥姆霍兹射频线圈(201d)和第二亥姆霍兹射频线圈(201e)构成亥姆霍兹射频线圈对，第一亥姆霍兹射频线圈(201d)和第二亥姆霍兹射频线圈(201e)设置在检测微流控芯片(201f)两侧，亥姆霍兹射频线圈对的射频端口伸出模块壳体外，检测微流控芯片(201f)的进液端和出液端伸出模块壳体外，

模块壳体一端设置有定位孔，

所述的探头主体(2)还包括匹配电路模块(202)，

匹配电路模块(202)包括基座柱(202a)以及设置基座柱(202a)两端的第一基座环(202f)和第二基座环(202g)，基座柱(202a)设置有贯穿两端面的基座穿孔(202h)，

与样品检测模块(201)相邻的第一基座环(202f)上设置有与模块壳体上的定位孔适配的定位柱(202k)，

分别与样品检测模块(201)的检测微流控芯片(201f)的进液端和出液端连接的第一芯片进液管和芯片出液管穿过基座柱(202a)上的基座穿孔(202h)，

基座柱(202a)周向设置有柔性电路板(202b)，柔性电路板(202b)设置有匹配电路，匹配电路通过半刚性同轴线与亥姆霍兹射频线圈对的射频端口连接，匹配电路还通过半刚性同轴线分别与接口面板(3)上的第一射频面板接口和第二射频面板接口连接，

所述的匹配电路包括第一电路端子、第一可变电容C1、第二可变电容C2、第五电容C5、第二电感L2、第六电容C6、第四可变电容C4、第三可变电容C3、第七电容C7、第三电感L3和第二电路端子，

第一电路端子与第一可变电容C1一端连接，第一可变电容C1另一端分别与第二可变电容C2一端和第五电容C5一端连接，第一可变电容C1另一端还通过半刚性同轴线与亥姆霍兹射频线圈对的射频端口连接，第二可变电容C2另一端接电气地，第五电容C5另一端分别与第二电感L2一端和第六电容C6一端连接，第二电感L2另一端和第六电容C6另一端均与电气地连接，

第二电路端子依次通过第七电容C7和第三电感L3接电气地，第二电路端子还与第三可变电容C3一端连接，第三可变电容C3另一端通过半刚性同轴线与亥姆霍兹射频线圈对的射频端口连接，第三可变电容C3另一端还与第四可变电容C4一端连接，第四可变电容C4另一端与电气地连接，

与第一电路端子连接的半刚性同轴线穿过基座柱(202a)上的基座穿孔(202h)与接口面板(3)上的第一射频面板接口(H-1)连接，与第二电路端子连接的半刚性同轴线穿过基座柱(202a)上的基座穿孔(202h)与接口面板(3)上的第二射频面板接口(Xe-129)连接，

所述的第一可变电容C1～第四可变电容C4的延长杆分别与对应的加长杆(202e)连接，第二基座环(202g)上开设有供加长杆(202e)穿过的加长杆穿孔，

所述的探头主体(2)还包括气液交换模块(203)，

气液交换模块(203)包括气液交换基座(203b)，以及设置在气液交换基座(203b)两端的第三基座环(203e)和第四基座环(203f)，

气液交换基座(203b)上开设有芯片放置槽(203g)，芯片放置槽(203g)盖设有芯片盖板(203c)，芯片放置槽(203g)和芯片盖板(203c)之间通过芯片盖板螺栓(203d)连接，芯片放置槽(203g)内设置有气液交换芯片(203a)，气液交换芯片(203a)包括气体通道和样品通道，气体通道一端与接口面板(3)的进气接口(gas-I)连接，气体通道另一端与接口面板(3)的出气接口(gas-O)连接，样品通道一端通过第二芯片进液管与接口面板(3)上进液接口(sample-I)连接，样品通道另一端通过第一芯片进液管与检测微流控芯片(201f)的进液端连接，检测微流控芯片(201f)的出液端通过芯片出液管与接口面板(3)上出液接口(sample-O)连接，

与匹配电路模块(202)的第二基座环(202g)相抵的第三基座环(203e)上开设有可供加长杆(202e)穿过的穿孔，

气液交换基座(203b)上开设有供半刚性同轴线、第一芯片进液管、第二芯片进液管和芯片出液管穿过的管道槽，

探头主体(2)还包括与第四基座环(203f)相抵的支撑结构件(204)，支撑结构件(204)上开设有供半刚性同轴线、第一芯片进液管、第二芯片进液管、芯片出液管、以及加长杆(202e)穿过的穿孔。

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