基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，以PCB襯底作為基板，在PCB襯底的上表面設(shè)置第一焊盤、第二焊盤、一組并排布置的第一引線和一組并排布置的第二引線，在PCB襯底的下表面設(shè)置一組并排布置的第三引線、一條第四引線和一條第五引線，所述第一引線、第二引線和第三引線一一對應(yīng)。本發(fā)明提供的基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，具有制作簡單、成本低、周期短、可批量化等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)具有樣品容易定位的等優(yōu)點(diǎn)；可以應(yīng)用于低場核磁共振領(lǐng)域的樣品檢測。
【專利說明】基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于印刷電路板(printed circuit board,PCB)螺線管線圈的低場核磁共振探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)技術(shù)具有無損檢測優(yōu)勢,深受分析檢測領(lǐng)域工作者的青睞?；诰€圈的NMR探頭是核磁共振儀器的重要部件之一，眾多科研學(xué)者都將線圈作為研發(fā)的重點(diǎn)對象。
[0003]線圈的設(shè)計(jì)通常以信噪比(或線圈靈敏度)高低作為優(yōu)劣對比，英國學(xué)者(Hoult, D.1.and R.E.Richards, The signal-to-noise ratio of the nuclear magneticresonance experiment.Journal of Magnetic Resonance, 1976.24(I):p.71-85.)通過理論計(jì)算，認(rèn)為螺線管線圈相比其他類型線圈具有射頻場均勻、信噪比高等優(yōu)點(diǎn)，其結(jié)論被眾多NMR探頭設(shè)計(jì)方面的學(xué)者認(rèn)可，截止到今天仍作為經(jīng)典的理論參考。然而螺線管線圈的制作，尤其微型化后的制作一直作為技術(shù)的難點(diǎn)。
[0004]美國學(xué)者(Peck,T.L.，et al.Design and analysis of microcoils for NMRmicroscopy.Journal of Magnetic Resonance Series B, 1995.108(2):p.114-124.)在毛細(xì)管上手工纏繞導(dǎo)線進(jìn)行制作螺線管線圈，但是手工纏繞法帶來的不便是不可批量化、成本高等缺陷。瑞士學(xué)者(Ehrmann, K., et al., Microfabricatedsolenoids and Helmholtz coils for NMR spectroscopy of mammalian cells.Lab on a Chip, 2007.7 (3):p.373-380)以光刻和銅電鍍技術(shù)為基礎(chǔ)，制作微機(jī)電系統(tǒng)(micro electro mechanic system, MEMS)螺線管線圈;加拿大學(xué)者(Lam, Μ.H.C., etal., Sub-nanoI iter nuclear magnetic resonance coils fabricated with multilayersoft lithography.Journal of Micromechanics and Microengineering, 2009.19(9).)米用軟光刻技術(shù)并結(jié)合液態(tài)金屬鎵易冷卻的特點(diǎn)，制作鎵MEMS螺線管線圈。MEMS螺線管線圈制作方法雖然新穎，但是，首先，采用的MEMS技術(shù)工藝難度大且周期長，不易重復(fù)制作，成本較高；其次，金屬鎵的電導(dǎo)率較低，相應(yīng)的核磁共振系統(tǒng)信噪比低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，解決現(xiàn)有螺線管線圈制作中存在的不易制作、成本高、周期長、不可批量等問題。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，該探頭以PCB襯底作為基板，在PCB襯底的上表面設(shè)置第一焊盤、第二焊盤、一組并排布置的第一引線和一組并排布置的第二引線，在PCB襯底的下表面設(shè)置一組并排布置的第三引線、一條第四引線和一條第五引線，所述第一引線、第二引線和第三引線一一對應(yīng)；[0008]所述第一引線的尾端和對應(yīng)的第二引線的首端連接，所述第二引線的尾端和對應(yīng)的第三引線的首端通過第一金屬化通孔連接，所述第三引線的尾端和對應(yīng)的下一條第一引線的首端通過第二金屬化通孔連接；其中第一條第一引線的首端和第一焊盤連接，最后一條第三引線的尾端和第五引線的首端通過第四引線連接，第五引線的尾端和第二焊盤通過第三金屬化通孔連接；
[0009]垂直于第一引線的排布方向，在PCB襯底的中部設(shè)置有樣品腔,所述樣品腔位于第一引線和第三引線之間的正中部。
[0010]上述結(jié)構(gòu)中第一焊盤、第二焊盤、第一引線、第二引線、第三引線、第四引線和一條第五引線連接為一體，并且均可采用銅材料制作，在制作完成后，銅材料的外表面還可以沉金或鍍金，可以避免銅氧化。
[0011]上述探頭主要應(yīng)用于低場核磁共振領(lǐng)域，如油井檢測、食品檢測、癌細(xì)胞檢測等等，具體應(yīng)用情況視螺線管線圈(由所有第一引線、第二引線和第三引線共同構(gòu)成)的諧振頻率而定。
[0012]工作時(shí)，將上述探頭接入電路后，將被檢測液體樣品放入兩端封閉的毛細(xì)管中或石英玻璃管中，然后將毛細(xì)管或石英玻璃管直接放到樣品腔中即可開始檢測，由于樣品腔位于螺線管線圈正中部，因此樣品可以很好地定位在射頻場均勻區(qū)域。
[0013]優(yōu)選的，所述PCB襯底的材質(zhì)為主要由玻璃纖維、不織物料和樹脂構(gòu)成的絕緣材料，比如FR-4。
[0014]優(yōu)選的，所述第一引線的長度不超過第三引線長度的15%。
[0015]優(yōu)選的，所述第四引線的長度為第三引線長度的0.1?0.3倍，且第四引線與最后一條第三引線排布在一條直線上。
[0016]所述PCB襯底上表面的第一引線等間距排布，第二引線等間距排布；所述PCB襯底下表面的第三引線等間距排布；第一金屬化通孔等間距排布，第二金屬化通孔等間距排布。
[0017]優(yōu)選的，所述樣品腔的橫截面為圓形、正方形、六邊形、八邊形或η邊形，所述η為偶數(shù)且大于等于10，為對稱或接近對稱的結(jié)構(gòu)。
[0018]有益效果:現(xiàn)有的螺線管線圈部分采用經(jīng)典的纏繞式制作，存在不可批量制作等局限；部分采用微納制造技術(shù)制作，存在技術(shù)難度大、不易復(fù)現(xiàn)以及成本高等局限；本發(fā)明提供的基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，具有制作簡單、成本低、周期短、可批量化等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)具有樣品容易定位的等優(yōu)點(diǎn)；可以應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)低場核磁共振領(lǐng)域的油井檢測、食品檢測、癌細(xì)胞檢測等等。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的等軸測示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0021]圖3為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的仰視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0023]如圖1、圖2和圖3所示為一種基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，其特征在于:該探頭以PCB襯底I作為基板，在PCB襯底I的上表面設(shè)置第一焊盤21、第二焊盤22、一組并排布置的第一引線31和一組并排布置的第二引線32，在PCB襯底I的下表面設(shè)置一組并排布置的第三引線33、一條第四引線34和一條第五引線35，所述第一引線31、第二引線32和第三引線33——對應(yīng)；
[0024]所述第一引線31的尾端和對應(yīng)的第二引線32的首端連接，所述第二引線32的尾端和對應(yīng)的第三引線33的首端通過第一金屬化通孔41連接，所述第三引線33的尾端和對應(yīng)的下一條第一引線31的首端通過第二金屬化通孔42連接；其中第一條第一引線31的首端和第一焊盤21連接，最后一條第三引線33的尾端和第五引線35的首端通過第四引線34連接，第五引線35的尾端和第二焊盤22通過第三金屬化通孔43連接；
[0025]垂直于第一引線31的排布方向,在PCB襯底I的中部設(shè)置樣品腔5,所述樣品腔5位于第一引線31和第三引線33之間的正中部。
[0026]所述PCB襯底I的材質(zhì)為主要由玻璃纖維、不織物料和樹脂構(gòu)成的絕緣材料，本案采用FR-4。
[0027]避免產(chǎn)生過多的附加阻抗，所述第一引線31的長度不超過第三引線33長度的15%，所述第四引線34的長度為第三引線33長度的0.1?0.3倍，且第四引線34與最后一條第三引線33排布在一條直線上；所述PCB襯底I上表面的第一引線31等間距排布，第二引線32等間距排布；所述PCB襯底I下表面的第三引線33等間距排布；第一金屬化通孔41等間距排布，第二金屬化通孔42等間距排布。
[0028]。
[0029]所述樣品腔5的橫截面為圓形、正方形、六邊形、八邊形或η邊形，所述η為偶數(shù)且大于等于10。
[0030]本案提供的基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，一種制作和使用過程如下:
[0031](I)運(yùn)用經(jīng)典的信噪比理論,并結(jié)合Maxwell Ansoft軟件設(shè)計(jì)螺線管線圈(由所有第一引線、第二引線和第三引線共同構(gòu)成)的幾何參數(shù)；
[0032](2)采用PCB技術(shù)進(jìn)行光刻、電鍍、刻蝕和沉金等工藝，制作PCB螺線管線圈；
[0033](3)采用去嵌入測試法，在網(wǎng)絡(luò)分析儀(含阻抗分析功能)上測試PCB螺線管線圈在拉莫爾頻率下的阻抗值和感抗值；
[0034](4)將測試得到的阻抗值和感抗值放入Smith Chart軟件，并結(jié)合經(jīng)典的L型調(diào)諧匹配電路，找到對應(yīng)的調(diào)諧電容值和匹配電容值；
[0035](5)在實(shí)際的電路中，將PCB螺線管線圈調(diào)諧匹配至50 Ω ；
[0036](6)將調(diào)諧匹配過的螺線管線圈放入均勻的主磁場環(huán)境中，一般放入永磁體的正中間；
[0037](7)將被檢測樣品，一般為液態(tài)樣品，密封于毛細(xì)管內(nèi)或者石英玻璃管內(nèi)，并將密封好的毛細(xì)管樣品或者石英玻璃管樣品移入樣品腔中，若是固態(tài)樣品，可以直接放入樣品腔內(nèi)；
[0038](8)將線圈部分與核磁共振其他控制電路部分連接，在計(jì)算機(jī)上操作對應(yīng)的軟件，設(shè)置好參數(shù)；
[0039](9)整個(gè)核磁共振系統(tǒng)工作后，樣品在相互垂直的主磁場和射頻場的工作環(huán)境下，產(chǎn)生弛豫現(xiàn)象，即PCB螺線管線圈切割磁力線產(chǎn)生自由感應(yīng)衰減(free induction decay,FID)信號，而FID信號經(jīng)過低噪聲放大、檢波和傅里葉變換就可以得到相應(yīng)的核磁共振時(shí)域信號或頻域信號，通過這些核磁共振信號就可以對被測樣品進(jìn)行鑒別和分析。
[0040]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，其特征在于:該探頭以PCB襯底(I)作為基板，在PCB襯底(I)的上表面設(shè)置第一焊盤(21)、第二焊盤(22)、一組并排布置的第一引線(31)和一組并排布置的第二引線(32)，在PCB襯底(I)的下表面設(shè)置一組并排布置的第三引線(33)、一條第四引線(34)和一條第五引線(35)，所述第一引線(31)、第二引線(32)和第三引線(33)——對應(yīng)； 所述第一引線(31)的尾端和對應(yīng)的第二引線(32)的首端連接，所述第二引線(32)的尾端和對應(yīng)的第三引線(33)的首端通過第一金屬化通孔(41)連接，所述第三引線(33)的尾端和對應(yīng)的下一條第一引線(31)的首端通過第二金屬化通孔(42)連接；其中第一條第一引線(31)的首端和第一焊盤(21)連接，最后一條第三引線(33)的尾端和第五引線(35)的首端通過第四引線(34)連接，第五引線(35)的尾端和第二焊盤(22)通過第三金屬化通孔(43)連接； 垂直于第一引線(31)的排布方向,在PCB襯底(I)的中部設(shè)置樣品腔(5),所述樣品腔(5)位于第一引線(31)和第三引線(33)之間的正中部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，其特征在于:所述PCB襯底(I)的材質(zhì)為主要由玻璃纖維、不織物料和樹脂構(gòu)成的絕緣材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，其特征在于:所述第一引線(31)的長度不超過第三引線(33)長度的15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，其特征在于:所述第四引線(34)的長度為第三引線(33)長度的0.1?0.3倍，且第四引線(34)與最后一條第三引線(33)排布在一條直線上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所示的基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，其特征在于:所述PCB襯底(I)上表面的第一引線(31)等間距排布，第二引線(32)等間距排布；所述PCB襯底(I)下表面的第三引線(33)等間距排布；第一金屬化通孔(41)等間距排布，第二金屬化通孔(42)等間距排布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于印刷電路板螺線管線圈的低場核磁共振探頭，其特征在于:所述樣品腔(5)的橫截面為圓形、正方形、六邊形、八邊形或η邊形，所述η為偶數(shù)且大于等于10。
【文檔編號】H05K1/16GK103674997SQ201310659209
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】易紅, 倪中華, 吳衛(wèi)平, 周新龍 申請人:東南大學(xué)