专利名称：带状线核磁共振检测器件及其加工方法
技术领域：
本发明涉及核磁检测技术，尤其涉及一种带状线核磁共振检测器件及其加工方法。
背景技术：
核磁共振波谱微检测技术是在常规核磁共振检测波谱技术的基础上发展而来的， 核磁共振微检测技术是指基于核磁共振原理，利用5mm螺线管探头进行生物-化学样品分子组成与结构分析、生物组织分析、病理分析、医疗诊断以及工业产品无损监测等。但是，常规核磁共振微检测技术和其他化学分析技术相比，常规核磁共振微检测技术的灵敏度比较小，最小仅为l(T9mol。瑞士科学家C. Massin研究发现核磁共振检测灵敏度一方面与接收线圈-样品间耦合程度、探头材料-样品磁导率匹配程度有关，另一方面还与样品体积或者是接收线圈尺寸成反比。
为了提高核磁共振微检测技术的灵敏度，本领域的技术人员在毛细管上绕制出螺线管形微线圈，其所采用的毛细管外直径为350i!m，螺线管长度为1mm，有效被测样品体积约为5nL。实验表明，和常规5mm探头核磁共振波谱技术相比，被测物为蔗糖与精氨酸的检测灵敏度均提高了 130倍。但是，上述螺线管形微线圈也存在一些不足，主要包括制作微米级线宽的螺线管形微线圈工艺复杂，纳升体积下被测样品与微线圈间的精确且稳定的机械安装的难度较大，且螺线管形微线圈与微流控芯片集成比较复杂。
另一方面，随着硬件技术和微机电系统(Micro-Electro-Mechanical-Systems ，MEMS)技术的发展，出现了平面微线圈，平面微线圈是采用MEMS技术中成熟的平板薄膜光刻工艺制作高深宽比的平面微线圈导线。采用平面微线圈进行核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)微检测具有以下优点,采用MEMS工艺进行平面微线圈的加工可以精确增加控制结构的几何参数，易于将微流控芯片集成在平面微线圈上，解决了在微螺线管形线圈中增加样品微流道的有关技术问题。但是，采用平面微线圈进行NMR微检测时存在射频磁场不均匀的缺点。发明内容
本发明提供一种带状线核磁共振检测器件及其加工方法，以解决现有技术中存在的不足。
本发明提供的一种带状线核磁共振检测器件，包括顺次叠置的第一金属层、第一绝缘基板、第二金属层、第二绝缘基板及第三金属层；
所述第一金属层、所述第一绝缘基板、所述第二金属层、所述第二绝缘基板及所述第三金属层均为带状结构，且长度延伸方向一致；
所述第一绝缘基板中具有第一流道，所述第一流道沿所述第一绝缘基板的长度方向延伸，且贯通所述第一绝缘基板；
所述第二绝缘基板中具有第二流道，所述第二流道沿所述第二绝缘基板的长度方向延伸，且贯通所述第二绝缘基板。
如上所述的带状线核磁共振检测器件，其中，所述第二金属层的中部宽度小于端部的宽度，在所述第二金属层的中部形成由两侧向内凹陷的凹槽。
如上所述的带状线核磁共振检测器件，其中，所述凹槽内设置有边沿金属层，且所述边沿金属层与所述第二金属层之间具有间隙。
如上所述的带状线核磁共振检测器件，其中，所述凹槽和所述边沿金属层的形状均为梯形。
如上所述的带状线核磁共振检测器件，其中，所述第一金属层的长度小于所述第三金属层的长度，且所述第一金属层的长度及所述第二金属层的长度均小于所述第二金属层的长度。
如上所述的带状线核磁共振检测器件，其中，所述第一流道及所述第二流道均为腰型孔。
本发明还提供的一种带状线核磁共振检测器件的加工方法，包括以下步骤
步骤100 :在绝缘基板的其中一个侧面上蚀刻凹槽；
步骤200 :将步骤100中蚀刻凹槽后的两个所述绝缘基板对扣粘接在一起构成第一绝缘基板，且使两个所述绝缘基板上的所述凹槽相向设置，围成一条流道；
步骤300 :在所述第一绝缘基板相背的两个侧面中的一个侧面上电镀第一金属层，在另一个侧面上电镀第二金属层；
步骤400 :在所述第二金属层上设置一块与所述第一绝缘基板结构相同的第二绝缘基板，且在所述第二绝缘基板背离所述第一金属层的侧面电镀第三金属层。
如上所述的带状线核磁共振检测器件的加工方法，其中，步骤100具体为
在所述绝缘基板的其中一个侧面溅射金-铬镀膜，采用光刻蚀方式在所述金-铬镀膜中刻蚀一条缝隙，所述缝隙将所述金-铬镀膜分割为两个独立的部分，在所述缝隙中注入氢氟酸对所述绝缘基板进行各向同性刻蚀来形成所述凹槽。
如上所述的带状线核磁共振检测器件的加工方法，其中，步骤200中，两个所述绝缘基板对扣粘接的温度在550° -590°之间，粘接时间在50-70分钟之间。
如上所述的带状线核磁共振检测器件的加工方法，其中，所述第二金属层的中部宽度小于端部的宽度，在所述第二金属层的中部形成由两侧向内凹陷的凹槽，所述凹槽内设置有边沿金属层，且所述边沿金属层与所述第二金属层之间具有间隙。
本发明提供的带状线核磁共振检测器件及其加工方法，其中，检测器件由顺次叠置的第一金属层、第一绝缘基板、第二金属层、第二绝缘基板及第三金属层组成，其结构简单，相应地，其加工工艺也比较简单，易于进行工业化生产。另外，采用第一绝缘基板及第二绝缘基板将第一金属层、第二金属层及第三金属层相隔离，有利于提高该检测器件工作时产生的射频场的均匀性。还有，采用第一金属层、第二金属层及第三金属层作为导体，提高了工作时电流分布的均匀性，避免了产生涡流，提高了射频激发效率。
图I为本发明带状线核磁共振检测器件实施例的结构示意图2为图I的爆炸视图3为本发明带状线核磁共振检测器件的加工方法实施例的流程图4为本发明带状线核磁共振检测器件的制作过程中的断面示意图。
具体实施方式
图I为本发明带状线核磁共振检测器件实施例的结构示意图；图2为图I的爆炸视图；如图I、图2所示，本发明带状线核磁共振检测器件的实施例，包括顺次叠置的第一金属层7、第一绝缘基板5、第二金属层8、第二绝缘基板6及第三金属层9 ;第一金属层7、第一绝缘基板5、第二金属层8、第二绝缘基板6及第三金属层9均为带状结构，且长度延伸方向一致；第一绝缘基板5中具有第一流道10，第一流道10沿第一绝缘基板5的长度方向延伸，且贯通第一绝缘基板5 ;第二绝缘基板6中具有第二流道11，第二流道11沿第二绝缘基板6的长度方向延伸，且贯通第二绝缘基板6。
上述方案的带状线核磁共振检测器件由顺次叠置的第一金属层7、第一绝缘基板5、第二金属层8、第二绝缘基板6及第三金属层9组成，其结构简单，相应地，其加工工艺也比较简单，易于进行工业化生产。另外，采用第一绝缘基板5及第二绝缘基板6将第一金属层7、第二金属层8及第三金属层9相隔离，有利于提高该检测器件工作时产生的射频场的均匀性。还有，采用第一金属层7、第二金属层8及第三金属层9作为导体，提高了工作时电流分布的均匀性，避免了产生涡流，提高了射频激发效率。
具体地，带状线核磁共振检测器件由顺次叠置的第一金属层7、第一绝缘基板5、 第二金属层8、第二绝缘基板6及第三金属层9组成,且第一金属层7、第一绝缘基板5、第二金属层8、第二绝缘基板6及第三金属层9固定在一起。其中，第一绝缘基板5及第二绝缘基板6的材料可以选用硼酸玻璃或其它绝缘聚合物，采用硼酸玻璃可以有效的降低该带状线核磁共振检测器件的寄生电容，以提高该带状线核磁共振检测器件的品质因数。第一金属层7、第二金属层8及第三金属层9可以是铜层，当然也可以是其它良导体金属层。第一金属层7、第一绝缘基板5、第二金属层8、第二绝缘基板6及第三金属层9均为带状结构，且它们的长度延伸方向一致。第一绝缘基板5中具有第一流道10，第一流道10沿第一绝缘基板5的长度方向延伸，且贯通第一绝缘基板5 ;第二绝缘基板6中具有第二流道11，第二流道11沿第二绝缘基板6的长度方向延伸，且贯通第二绝缘基板6。第一流道10与第二流道 11用于放置待检测的样品。
进一步地，基于上述实施例，第二金属层8的中部宽度小于端部的宽度，在第二金属层8的中部形成由两侧向内凹陷的凹槽。这样，在电流通过时，中部宽度较窄处的电流密度增加，其在第一绝缘基板5和第二绝缘基板6中流体通道内产生的磁场强度B1 (B1为单位直流电流过射频激励线圈产生的射频磁场)就会增强，从而提高施加在第一通道及第二通道内流体的磁场强度。
进一步地，基于上述实施例，上述凹槽内设置有边沿金属层4，且边沿金属层4与第二金属层8之间具有间隙3，使得边缘金属层4与第二金属层8之间处于相对绝缘状态。 其中，边缘金属层4的材质与第二金属层8的材质可以相同。边沿金属层4对磁场具有屏蔽作用，使磁场的磁感线主要集中与第二金属层8中部较窄的位置处，以提高该部位的磁场强度及磁场的均匀性。
进一步地，基于上述实施例，作为一个特例，凹槽和边沿金属层4的形状均为梯6形，采用此种结构可使得在在第二金属层8的中部产生较强的磁场强度。
进一步地，基于上述实施例，第一金属层7的长度小于第三金属层9的长度,且第一金属层7的长度及第二金属层8的长度均小于第二金属层8的长度。在使用时，第二金属层8的一端连接脉冲高频放大器的输出端，用于产生高频磁场已激发自旋体系，同时，还用于接收NMR信号。第二金属层8的另一端分别与第一金属层7及第三金属层9相连接， 第一金属层7及第三金属层9为接地极，经上述连接形成一个电路回路。
图3为本发明带状线核磁共振检测器件的加工方法实施例的流程图；如图3所示， 本发明带状线核磁共振检测器件的加工方法的实施例，包括以下步骤
步骤100 :在绝缘基板的其中一个侧面上蚀刻凹槽；
步骤200 :将步骤100中蚀刻凹槽后的两个所述绝缘基板对扣粘接在一起构成第一绝缘基板，且使两个所述绝缘基板上的所述凹槽相向设置，围成一条流道；
步骤300 :在所述第一绝缘基板相背的两个侧面中的一个侧面上电镀第一金属层，在另一个侧面上电镀第二金属层；
步骤400 :在所述第二金属层上设置一块与所述第一绝缘基板结构相同的第二绝缘基板，且在所述第二绝缘基板背离所述第一金属层的侧面电镀第三金属层。
采用上述方法加工的带状线核磁共振检测器件的具体结构参见上述检测器件的实施例，这里不再赘述。
采用上述方法加工带状线核磁共振检测器件，可以简化加工工艺，利于进行工业化批量生产。
具体地，基于上述实施例，图4为本发明带状线核磁共振检测器件的制作过程中的断面示意图，如图4所示，取以带状的绝缘基板32，该带状的绝缘基板32可以是硼酸玻璃板，在该带状的绝缘基板32的其中一个侧面上溅射金-铬镀膜31，然后采用光刻蚀方式在所述金-铬镀膜31中刻蚀一条缝隙33，且缝隙33将金-铬镀膜31分割为两个独立的部分(参见图4中a所示)，这两个相互独立的部分是相互对称的，它们构成蚀刻的掩膜。在光刻蚀技术后，向缝隙33中注入氢氟酸对带状的绝缘基板32进行各向同性刻蚀来形成凹槽34 (参见图4中b所示)，其中，氢氟酸的浓度可以选为10%，当然，也可以采用其它浓度的氢氟酸。在凹槽34刻蚀成型后，去除绝缘基板上剩余的金-铬镀膜。然后取两个蚀刻凹槽34后的带状的绝缘基板32对扣粘接在一起构成第一绝缘基板，且使两个带状的绝缘基板32上的凹槽相向设置，围成一条流道35 (参见图4中c所示)，在粘接时，控制粘接温度在550° -590°之间，粘接时间在50-70分钟之间，例如，在该实施例中粘接的温度控制在 570°，粘接时间为60分钟。之后在第一绝缘基板的一个侧面溅射铜-铬层37，该铜-铬层37作为电镀的种子层，并在种子层上形成光刻层36 (参见图4中d所示)，光刻层36作为电镀时的抑制物层，在电镀过程中阻止金属析出物沉积在光刻层36上，而仅仅使金属析出物沉积在未覆盖光刻层36的种子层37上以形成所需的电镀金属层38 (参见图4中e所示)，在此实施例中，该电镀金属层38可以是上述实施例的第二金属层。也就是说，光刻层 36的具体形状根据所要加工的电镀金属层38的具体结构来确定。在电镀结束后去除光刻层形成图4中f 所示结构，之后采用离子束蚀刻技术去除未被电镀金属层覆盖的种子层，形成图4中g所示的结构。然后，按照上述方法，在第一绝缘基板背离上述电镀金属层的一侧电镀一层第一金属层39 (参见图4中h所示)，第一金属层39的具体成型过程参见上述描7述，这里不再赘述。再然后，在第二金属层，也即电镀金属层38的上部设置与第一绝缘基板结构相同的第二绝缘基板，并在第二绝缘基板背离第二金属层的一侧电镀一层第三金属层 40 (参见图4中i所示)，第三金属层40的成型方法与第二金属层的成型方法相同，具体参见第二金属层的成型方法，这里不再赘述。
需要指出的是，第二金属层的中部宽度小于端部的宽度，在第二金属层的中部形成由两侧向内凹陷的凹槽，凹槽内设置有边沿金属层，且述边沿金属层与第二金属层之间具有间隙。而第一金属层及第三金属层的形状为腰形，且，第一金属层的长度小于第三金属层的长度。
最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种带状线核磁共振检测器件，其特征在于，包括顺次叠置的第一金属层、第一绝缘基板、第二金属层、第二绝缘基板及第三金属层；所述第一金属层、所述第一绝缘基板、所述第二金属层、所述第二绝缘基板及所述第三金属层均为带状结构，且长度延伸方向一致；所述第一绝缘基板中具有第一流道，所述第一流道沿所述第一绝缘基板的长度方向延伸，且贯通所述第一绝缘基板；所述第二绝缘基板中具有第二流道，所述第二流道沿所述第二绝缘基板的长度方向延伸，且贯通所述第二绝缘基板。
2.根据权利要求I所述的带状线核磁共振检测器件，其特征在于，所述第二金属层的中部宽度小于端部的宽度，在所述第二金属层的中部形成由两侧向内凹陷的凹槽。
3.根据权利要求2所述的带状线核磁共振检测器件，其特征在于，所述凹槽内设置有边沿金属层，且所述边沿金属层与所述第二金属层之间具有间隙。
4.根据权利要求3所述的带状线核磁共振检测器件，其特征在于，所述凹槽和所述边沿金属层的形状均为梯形。
5.根据权利要求1-4任一所述的带状线核磁共振检测器件，其特征在于，所述第一金属层的长度小于所述第三金属层的长度，且所述第一金属层的长度及所述第二金属层的长度均小于所述第二金属层的长度。
6.根据权利要求1-4任一所述的带状线核磁共振检测器件，其特征在于，所述第一流道及所述第二流道均为腰型孔。
7.一种带状线核磁共振检测器件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤步骤100 :在绝缘基板的其中一个侧面上蚀刻凹槽；步骤200 :将步骤100中蚀刻凹槽后的两个所述绝缘基板对扣粘接在一起构成第一绝缘基板，且使两个所述绝缘基板上的所述凹槽相向设置，围成一条流道；步骤300 :在所述第一绝缘基板相背的两个侧面中的一个侧面上电镀第一金属层，在另一个侧面上电镀第二金属层；步骤400 :在所述第二金属层上设置一块与所述第一绝缘基板结构相同的第二绝缘基板，且在所述第二绝缘基板背离所述第一金属层的侧面电镀第三金属层。
8.根据权利要求7所述的带状线核磁共振检测器件的加工方法，其特征在于，步骤100 具体为在所述绝缘基板的其中一个侧面溅射金-铬镀膜，采用光刻蚀方式在所述金-铬镀膜中刻蚀一条缝隙，所述缝隙将所述金-铬镀膜分割为两个独立的部分，在所述缝隙中注入氢氟酸对所述绝缘基板进行各向同性刻蚀来形成所述凹槽。
9.根据权利要求7所述的带状线核磁共振检测器件的加工方法，其特征在于，步骤200 中，两个所述绝缘基板对扣粘接的温度在550° -590°之间，粘接时间在50-70分钟之间。
10.根据权利要求7-9任一所述的带状线核磁共振检测器件的加工方法，其特征在于， 所述第二金属层的中部宽度小于端部的宽度，在所述第二金属层的中部形成由两侧向内凹陷的凹槽，所述凹槽内设置有边沿金属层，且所述边沿金属层与所述第二金属层之间具有间隙。
全文摘要
本发明提供一种带状线核磁共振检测器件及其加工方法，其中，器件包括顺次叠置的第一金属层、第一绝缘基板、第二金属层、第二绝缘基板及第三金属层；第一绝缘基板中具有第一流道，第一流道沿第一绝缘基板的长度方向延伸，且贯通第一绝缘基板；第二绝缘基板中具有第二流道，第二流道沿第二绝缘基板的长度方向延伸，且贯通第二绝缘基板。采用上述方案的器件结构简单，以第一绝缘基板及第二绝缘基板将第一金属层、第二金属层及第三金属层相隔离，有利于提高该检测器件工作时产生的射频场的均匀性。还有，采用第一金属层、第二金属层及第三金属层作为导体，提高了工作时电流分布的均匀性，避免了产生涡流，提高了射频激发效率。
文档编号G01R33/34GK102540117SQ20111044254
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月26日 优先权日2011年12月26日
发明者吴保松, 安天琳, 李晓南, 肖立志, 郭葆鑫 申请人:中国石油大学(北京)