KR101676336B1 - 핵자기 공명용 프로브 유닛 - Google Patents

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KR101676336B1 KR1020150067555A KR20150067555A KR101676336B1 KR 101676336 B1 KR101676336 B1 KR 101676336B1 KR 1020150067555 A KR1020150067555 A KR 1020150067555A KR 20150067555 A KR20150067555 A KR 20150067555A KR 101676336 B1 KR101676336 B1 KR 101676336B1
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한옥희
황려윤
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한국기초과학지원연구원
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Abstract

본 발명은 핵자기 공명용 프로브 유닛을 제공한다. 핵자기 공명용 프로브 유닛은 상면은 개구되고 그 반대면인 하면은 일부 개구된, 그리고 그 내부에 공동을 갖는 원통형의 외부 전도체, 상기 외부 전도체의 공동에 배치되는 중앙 전도체 및 상기 중앙 전도체를 감싸도록 배치되고, 시료가 지나가는 통로를 제공하는 유선들을 포함하고, 상기 중앙 전도체는 상기 유선들로 감싸지는 중앙부, 상기 외부 전도체의 상면과 결합하여 상기 상면을 폐쇄하고, 상기 외부 전도체의 상면에 인접한 상기 중앙부의 일단에 배치된 유입부 및 상기 외부 전도체의 하면에 인접한 상기 중앙부의 타단에 배치되고 그 내부에 공동을 갖는 유출부를 포함하고, 상기 중앙부의 직경은 상기 유입부 및 상기 유출부보다 작다.

Description

핵자기 공명용 프로브 유닛{PROBE UNIT FOR NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE}
본 발명은 핵자기 공명용 프로브 유닛에 관한 것으로, 구체적으로 토로이드 캐비티(toroid cavity)를 이용한 핵자기 공명용 프로브 유닛에 관한 것이다.
핵자기 공명(Nuclear Magnetic Resonance: NMR)에서 사용되는 프로브 코일은 그 내부에 라디오 주파수(RF)의 자기장(B)을 형성하며, 그 주파수가 시료의 핵 스핀(nuclear spin) 공명 주파수와 일치할 때 라디오 주파수에 의해 가해진 에너지가 시료로 흡수된다. 이러한 에너지를 흡수한 핵 스핀이 이완(relax)되면서 나타나는 유도 자화의 변화를 프로브 코일이 탐지하게 된다.
프로브 코일은 그 응용 분야에 따라 여러 가지 종류가 있다. 예를 들어, 프로브 코일은 솔레노이드 (solenoid) 코일, 새들(saddle) 코일, 헬름홀쯔(helmholtz) 코일 및 토로이드 캐비티(toroid cavity) 등을 포함한다. 토로이드 캐비티는 중앙 전도체(central conductor)로부터 방사방향으로 자기장이 발생하고, 자기장의 크기는 반지름에 반비례하여 감소하고, 이에 따른 공간 분해능을 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 과제는 한번의 측정으로 여러 개의 시료의 정보를 측정할 수 있는 핵자기 공명용 프로브 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 향상된 분해능 및 감도로 시료를 측정할 수 있는 핵자기 공명용 프로브 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명은 핵자기 공명용 프로브 유닛을 제공한다. 핵자기 공명용 프로브 유닛은 상면은 개구되고 그 반대면인 하면은 일부 개구된, 그리고 그 내부에 공동을 갖는 원통형의 외부 전도체, 상기 외부 전도체의 공동에 배치되는 중앙 전도체 및 상기 중앙 전도체를 감싸도록 배치되고, 시료가 지나가는 통로를 제공하는 유선들을 포함하고, 상기 중앙 전도체는 상기 유선들로 감싸지는 중앙부, 상기 외부 전도체의 상면과 결합하여 상기 상면을 폐쇄하고, 상기 외부 전도체의 상면에 인접한 상기 중앙부의 일단에 배치된 유입부 및 상기 외부 전도체의 하면에 인접한 상기 중앙부의 타단에 배치되고 그 내부에 공동을 갖는 유출부를 포함하고, 상기 중앙부의 직경은 상기 유입부 및 상기 유출부보다 작다.
일 예에 의하여, 상기 유선들은 각각 다른 직경의 나선형들을 이루도록 상기 중앙부를 감싼다.
일 예에 의하여, 상기 중앙부를 감싸는 상기 유선들은 상기 유입부 및 상기 유출부의 직경보다 작다.
일 예에 의하여, 상기 유선들은 제 1 유선 및 제 2 유선을 포함하고, 상기 제 1 유선은 상기 중앙부를 나선형으로 둘러싸고, 상기 제 2 유선은 상기 제 1 유선을 나선형으로 둘러싼다.
일 예에 의하여, 상기 유입부는 외부 전도체의 상면으로부터 상기 중앙부를 향해 리세스되어 있다.
일 예에 의하여, 상기 유입부 상기 외부 전도체의 상면 가장자리와 결합되는 결합부 및 상기 결합부로부터 연장되고 상기 중앙부를 향해 리세스되어 있는 리세스부를 포함하고, 상기 리세스부는 상기 유선들이 통과하는 관통홀들을 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 중앙부는 상기 유입부로부터 상기 유출부를 향하는 방향으로 연장된 원기둥형이고, 상기 중앙부의 직경은 상기 중앙부의 연장 방향을 따라 일정하다.
일 예에 의하여, 상기 유출부는 상기 중앙부를 감싸는 상기 유선들이 상기 유출부의 공동을 통과하여 상기 외부 전도체의 하면 바깥으로 빠져 나가는 경로를 제공하는 관통홀들을 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 외부 전도체의 하면은 상기 중앙부를 감싸는 상기 유선들이 상기 외부 전도체의 하면 바깥으로 빠져 나가는 경로를 제공하는 개구부를 포함한다.
일 예에 의하여, 상기 유선들은 상기 유입부를 통해 상기 중앙 전도체로 유입되고, 상기 유출부를 관통하고, 상기 개구부를 통해 상기 외부 전도체로부터 배출된다.
일 예에 의하여, 상기 유출부에 연결되고 상기 개구부를 통과하는 연결부를 더 포함하고, 상기 연결부는 상기 중앙 전도체에 고주파(RF) 전류를 인가한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 각각 다른 직경을 가지도록 중앙부를 감싸는 유선들을 제공하여 한번의 측정으로 여러 개의 시료의 정보를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유입부, 중앙부 및 유출부를 가지는 중앙 전도체를 제공하여 중앙 전도체를 감싸는 하나의 유선의 직경이 급격하게 변화하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 향상된 분해능 및 감도로 시료를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵자기 공명용 프로브 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵자기 공명용 프로브 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 선A-A'를 절단한 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 전도체를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 전도체를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함되는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵자기 공명용 프로브 유닛을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵자기 공명용 프로브 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 핵자기 공명용 프로브 유닛(1)은 중앙 전도체(100), 외부 전도체(200) 및 유선들(300)을 포함할 수 있다.
외부 전도체(200)는 일단에 제 1 개구부(도 5의 210)를 가지며, 일단으로부터 제 1 방향으로 연장될 수 있다. 제 1 방향은 일단으로부터 아래를 향하는 방향일 수 있다. 외부 전도체(200)는 내부에 공동이 형성된 원통형일 수 있다. 외부 전도체(200)의 타단에는 외부 전도체(200) 하면의 일부가 개구된 제 2 개구부(220)가 구비될 수 있다.
중앙 전도체(100)는 외부 전도체(200)의 내부에 배치될 수 있다. 중앙 전도체(100)는 유입부(120), 중앙부(140) 및 유출부(160)를 포함할 수 있다. 유입부(120)는 중앙부(140)의 일단에 결합될 수 있다. 유입부(120)는 외부 전도체(200)의 제 1 개구부(도 5의 210)와 결합하는 결합부(122) 및 유입부(120)에서 유출부(160)를 향하는 방향으로 리세스되어 있는 리세스부(124)를 포함할 수 있다. 결합부(122)와 외부 전도체(200) 체결부재(500)에 의해 결합될 수 있다. 예를 들어, 체결부재(500)는 볼트일 수 있다. 체결부재(500)는 유입부(120)의 결합부(122)에 고정결합될 수 있다. 리세스부(124)는 결합부(122)와 연결되고, 결합부(122)보다 레벨이 낮게 배치될 수 있다. 리세스부(124)는 중앙부(140)와 연결될 수 있다. 리세스부(124)에는 제 1 홀들(125a, 125b)이 제공될 수 있다. 제 1 홀들(125a, 125b)이 제공되는 수는 제한되지 않을 수 있다.
중앙부(140)는 유입부(120)와 유출부(160)를 연결하도록 제공될 수 있다. 중앙부(140)는 유입부(120) 및 유출부(160) 보다 직경이 작은 원기둥 형태일 수 있다.
유출부(160)는 중앙부(140)의 타단에 결합될 수 있다. 유출부(160)는 내부에 공동이 제공된 원통형 일 수 있다. 유출부(160)는 유선들(300)이 관통하는 제 2 홀들(164a, 164b)와 제 3 홀들(166a, 166b)을 포함할 수 있다.
유출부(160)의 하면에는 연결부(180)가 제공될 수 있다. 연결부(180)는 제 1 방향으로 연장되어 외부 전도체(200)의 제 2 개구부(220)에 삽입될 수 있다. 연결부(180)는 RF 전류를 인가하는 외부 기기(미도시)와 연결될 수 있다. 인가되는 RF 전류를 통해, 중앙 전도체(100)에서 외부 전도체(200)로 RF 전류가 흐를 수 있고, 중앙 전도체(100)와 외부 전도체(200) 사이에서 자기장이 형성될 수 있다. 자기장은 중앙 전도체(100)를 중심으로 방사 방향 형성될 수 있고, 중앙 전도체(100)와의 거리에 반비례하고, 제 1 방향과 직각을 이룰 수 있다.
유선들(300)은 측정하려는 시료들이 이동하는 통로를 제공할 수 있다. 유선들(300)은 유입부(120)의 리세스부(124)를 관통하도록 제공될 수 있다. 유선들(300)의 단면은 원형 또는 사각형일 수 있고, 유선들(300)의 단면의 형태는 제한되지 않을 수 있다. 유선들(300)은 유선들(300)에 가해지는 자기장이 왜곡되는 것을 최소화하기 위하여, 큰 침투 깊이(skin depth)를 갖는 비금속 물질일 수 있다. 예를 들면, 유선들(300)은 글라스 에폭시 적층판(glass epoxy laminate)일 수 있다. 유선들(300)은 각각 다른 직경을 가지면서 중앙 전도체(100)의 중앙부(140)를 나선형으로 감쌀 수 있다. 중앙부(140)를 감싼 유선들(300)의 직경은 유입부(120) 및 유출부(140)의 직경보다 작을 수 있다. 유선들(300)은 가령 제 1 유선(300a) 및 제 2 유선(300b)을 포함할 수 있다. 제 1 유선(300a)은 리세스부(124)에 제공된 제 1 홀(125a)을 관통하여 중앙부(140)를 나선형으로 감싸고, 유출부(160)의 제 2 홀(164a) 및 제 3 홀(166a)을 관통할 수 있다. 제 2 유선(300b)은 리세스부(124)에 제공된 제 1 홀(125b)을 관통하여 제 1 유선(300a)을 나선형으로 감싸고, 유출부(160)의 제 2 홀(164b) 및 제 3 홀(166b)을 관통할 수 있다. 제 1 홀들(125a, 125b), 제 2 홀들(164a, 164b) 및 제 3 홀들(166a, 166b)의 위치는 나란히 배치되지 않을 수 있고, 제한되지 않을 수 있다. 유출부(160)를 관통한 제 1 유선(300a) 및 제 2 유선(300b)은 외부 전도체(200)의 제 2 개구부(220)를 통해 통과하여 외부 전도체(200)의 바깥으로 노출될 수 있다. 유선들(300)은 복수개로 제공될 수 있으므로, 유선들(300)을 이동하는 각각의 시료들에 크기가 서로 다른 자기장이 제공될 수 있다. 이에 따라, 한번의 측정으로 여러 개의 시료에 대한 정보를 얻을 수 있고, 변화하는 자기장에 따른 시료의 변화를 측정할 수 있다.
유입부(120) 및 유출부(160)는 중앙부(140)를 감싸는 유선들(300)이 고정되기 용이하게 할 수 있다. 유입부(120) 및 유출부(160)의 직경은 중앙부(140)의 직경보다 크기 때문에, 유선들(300)이 제 1 방향으로 움직이는 것을 방지할 수 있다. 또한, 유선들(300)이 중앙 전도체(100)를 감쌀 때, 유선들(300)의 시작과 끝이 되는 지점에서 유선들(300)이 중앙 전도체(100)를 감싸는 직경이 급격히 변화하기 때문에 시료가 느끼는 자기장의 균일함이 감소될 수 있는다. 본 발명의 실시예에 따른 핵자기 공명용 프로브 유닛(1)은 유선들(300)이 유입부(120) 및 유출부(160)들에 제공될 홀들(125a, 125b, 164a, 164b, 166a, 166b)을 관통하고, 유선들(300)의 직경과 홀들(125a, 125b, 164a, 164b, 166a, 166b)의 직경이 동일하여 유선들(300)이 중앙 전도체(100)를 감싸는 직경이 급격히 변화하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 유선들(300)을 통해 이동하는 시료에 일정한 자기장이 가해질 수 있고, 시료를 향상된 분해능과 감도로 측정할 수 있다.
또한, 중앙 전도체(100)는 직경이 작을수록 향상된 분해능과 감도로 시료를 측정할 수 있으므로 유선들(300)이 감기는 중앙 전도체(100)의 직경을 줄일 필요가 있다. 다만, 유입부(120) 및 유출부(160)들의 직경이 커져 중앙 전도체(100) 전체의 부피가 증가되는 경우, 핵자기 공명용 프로브 유닛(1)의 크기가 증가하는 문제점이 있을 수 있다. 따라서, 유선들(300)이 고정되기 용이하게 유입부(120) 및 유출부(160)를 제공하면서, 중앙부(140)를 유입부(120) 및 유출부(160)보다 직경이 작게 제공하여, 중앙부(140)에만 유선들(300)이 감길 수 있게 중앙 전도체(100)를 제공할 수 있다. 이에 따라, 유선들(300)은 중앙부(140)를 감싸면서 중앙부(140) 상에 고정될 수 있고, 중앙부(140)를 감싸는 유선들(300)의 개수를 증가시켜도 중앙부(140)의 직경이 작으므로 핵자기 공명용 프로브 유닛(1)의 크기가 증가되지 않을 수 있다.
도 3은 도 2의 선A-A'를 절단한 상면도이다. 설명의 간략을 위해 앞선 실시예와 중복되는 내용의 기재는 생략한다.
도 3을 참조하면, 제 1 유선(300a) 및 제 2 유선(300b)은 중앙부(140)를 둘러쌀 수 있다. 제 1 유선(300a)은 중앙부(140)를 둘러쌀 수 있고, 제 2 유선(300b)은 제 1 유선(300a)을 둘러쌀 수 있다. 제 1 유선(300a)은 중앙부(140)를 나선형으로 둘러싸고, 제 2 유선(300b)은 제 1 유선(300a)을 나선형으로 둘러쌀 수 있다. 즉, 유선들(300)은 서로 다른 직경으로 중앙부(140)를 둘러쌀 수 있다. 유선들(300)을 이동하는 시료들은 서로 다른 자기장에 의해 영향을 받을 수 있다. 이에 따라, 동시에 여러 개의 시료에 대한 자기 공명 스펙트럼을 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중앙 전도체를 나타내는 사시도이다. 설명의 간략을 위해 앞선 실시예와 중복되는 내용의 기재는 생략한다.
도 4를 참조하면, 중앙 전도체(100)는 유입부(120), 중앙부(140) 및 유출부(160)를 포함할 수 있다. 유입부(120), 중앙부(140) 및 유출부(160)는 제 1 방향을 따라 순차적으로 제공될 수 있다. 유입부(120), 중앙부(140) 및 유출부(160) 각각은 직경이 서로 다른 실린더형일 수 있다. 유입부(120)는 제 1 개구부(110)와 인접하는 중앙 전도체(100) 부분과 결합하는 결합부(122) 및 유입부(120)에서 유출부(160)를 향하는 방향으로 리세스되어 있는 리세스부(124)를 포함할 수 있다. 유입부(120) 상에는 결합부재(500)가 결합되는 제 1 결합홀들(126)이 제공될 수 있다. 유출부(160)의 상면에는 제 2 홀들(164a, 164b)이 제공될 수 있고, 유출부(160)의 하면에는 연결부(180)가 제공될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 전도체를 나타내는 사시도이다. 설명의 간략을 위해 앞선 실시예와 중복되는 내용의 기재는 생략한다.
도 5를 참조하면, 외부 전도체(200)는 내부에 공동이 제공되고, 제 1 개구부(210)를 가질 수 있다. 외부 전도체(200) 상에는 체결부재(도 1의 500)가 결합되는 제 2 결합홀들(230)이 제공될 수 있다. 외부 전도체(200)는 유입부(120)에서 유출부(160)를 향하는 방향으로 연장되는 원통형일 수 있으나, 그 형태는 제한되지 않을 수 있다.

Claims (11)

  1. 상면은 개구되고 그 반대면인 하면은 일부 개구된, 그리고 그 내부에 공동을 갖는 원통형의 외부 전도체;
    상기 외부 전도체의 공동에 배치되는 중앙 전도체; 및
    상기 중앙 전도체를 감싸도록 배치되고, 시료가 지나가는 통로를 제공하는 유선들을 포함하고,
    상기 중앙 전도체는:
    상기 유선들로 감싸지는 중앙부;
    상기 외부 전도체의 상면과 결합하여 상기 상면을 폐쇄하고, 상기 외부 전도체의 상면에 인접한 상기 중앙부의 일단에 배치된 유입부; 및
    상기 외부 전도체의 하면에 인접한 상기 중앙부의 타단에 배치되고 그 내부에 공동을 갖는 유출부를 포함하고,
    상기 중앙부의 직경은 상기 유입부 및 상기 유출부보다 작은 핵자기 공명용 프로브 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유선들은:
    상기 중앙부를 감싸는 제1 유선; 및
    상기 제1 유선을 감싸는 제2 유선을 포함하고,
    상기 제2 유선은 상기 제1 유선의 직경보다 큰 핵자기 공명용 프로브 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 유선을 감싸는 제2 유선은, 상기 유입부 및 상기 유출부의 직경보다 작은 핵자기 공명용 프로브 유닛.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 유선들은 제 1 유선 및 제 2 유선을 포함하고,
    상기 제 1 유선은 상기 중앙부를 나선형으로 둘러싸고, 상기 제 2 유선은 상기 제 1 유선을 나선형으로 둘러싸는 핵자기 공명용 프로브 유닛.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입부는 외부 전도체의 상면으로부터 상기 중앙부를 향해 리세스되어 있는 핵자기 공명용 프로브 유닛.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유입부는:
    상기 외부 전도체의 상면 가장자리와 결합되는 결합부: 및
    상기 결합부로부터 연장되고 상기 중앙부를 향해 리세스되어 있는 리세스부를 포함하고,
    상기 리세스부는 상기 유선들이 통과하는 관통홀들을 포함하는 핵자기 공명용 프로브 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 중앙부는 상기 유입부로부터 상기 유출부를 향하는 방향으로 연장된 원기둥형이고, 상기 중앙부의 직경은 상기 중앙부의 연장 방향을 따라 일정한 핵자기 공명용 프로브 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유출부는:
    상기 중앙부를 감싸는 상기 유선들이 상기 유출부의 공동을 통과하여 상기 외부 전도체의 하면 바깥으로 빠져 나가는 경로를 제공하는 관통홀들을 포함하는 핵자기 공명용 프로브 유닛.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 전도체의 하면은 상기 중앙부를 감싸는 상기 유선들이 상기 외부 전도체의 하면 바깥으로 빠져 나가는 경로를 제공하는 개구부를 포함하는 핵자기 공명용 프로브 유닛.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유선들은 상기 유입부를 통해 상기 중앙 전도체로 유입되고, 상기 유출부를 관통하고, 상기 개구부를 통해 상기 외부 전도체로부터 배출되는 핵자기 공명용 프로브 유닛.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 유출부에 연결되고 상기 개구부를 통과하는 연결부를 더 포함하고,
    상기 연결부는 상기 중앙 전도체에 고주파(RF) 전류를 인가하는 핵자기 공명용 프로브 유닛.
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