基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈及其制备方法，该微型线圈包括三层结构，从里向外依次为毛细管内层（10）、双面胶中层（20）和双面胶外层（30），在毛细管内层（10）上开设有样品腔（11），在双面胶中层（20）上开设有螺线管微型线圈型腔（21），在双面胶外层（30）上开设有第一焊盘型腔（31）和第二焊盘型腔（32）。本发明提供的镓螺线管微型线圈，可以在不牺牲高场应用和可准确分辨与PDMS横向弛豫时间相近样品的前提下，能有效地解决现有螺线管微型线圈工艺复杂度高、制作成本高等问题，可广泛应用于微流体核磁共振检测领域。
【专利说明】基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镓螺线管微型线圈，特别涉及一种基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈及其制作方法。
【背景技术】
[0002]自从 Purcell 等(Resonance Absorpt1n by Nuclear Magnetic Moments in aSolid.Physical Review, 1946.69(1-2): p.37.)用吸收法和 Bloch 等(The NuclearInduct1n Experiment.Physical Review, 1946.70(7-8): p.474.)用感应法各自独立发现核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)现象以来,关于NMR技术的研究就不断涌现。NMR技术具有两个明显的特征:其一，具备无损检测的优势；其二，存在检测灵敏度低的劣势。为了弥补劣势，一部分学者把研究方向投入到超导磁体、低温探头和极化转移等技术之中，另一部分学者把研究注意力转向微型线圈研制之中，其中，Peck等(Designand analysis of microcoils for NMR microscopy.Journal of Magnetic ResonanceSeries B, 1995.108(2): p.114-124.)通过手工缠绕制作圆形横截面的螺线管微型线圈，研究得出缩小线圈的直径可以提高检测灵敏度，但是手工制作方法不利于微型线圈批量生产，也不易于精确制作指定几何参数的微型线圈。不同于手工缠绕法制作微型线圈，Rogers 等(Using microcontact printing to fabricate microcoils on capillariesfor high resolut1n proton nuclear magnetic resonance on nanoliter volumes.Applied Physics Letters, 1997.70(18): p.2464-2466.)在毛细玻璃管上釆用微接触印刷技术和电镀工艺生成螺线管微型线圈，虽然制作方法略优于手工制作，但是制作工艺难度大。Ehrmann 等(Microfabricated solenoids and Helmholtz coils for NMRspectroscopy of mammalian cells.Lab on a Chip, 2007.7(3): p.373-380.)基于微机电系统(micro electro mechanical system, MEMS)技术，米用光刻和电镀工艺，制作出MEMS螺线管微型线圈，然而制作工作中也存在工艺难度大，不易制作复现等问题。与此同时，Sillerud 等(1H NMR Detect1n of superparamagnetic nanoparticles at IT using a microcoil and novel tuning circuit.Journal of Magnetic Resonance,2006.181 (2): p.181-190.)釆用聚焦离子束(focused 1n beam, FIB)技术，在内径400 μ m、外径550 μ m的石英管上制作螺线管微型线圈，然而FIB制作成本太高。虽然Lam等(Sub-nanoliter nuclear magnetic resonance coils fabricated with multilayersoft lithography.Journal of Micromechanics and Microengineering, 2009.19 (9).095001 (6pp))改进线圈制作方法，降低了工艺复杂度和制作成本，但是周围环绕着聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)的镓螺线管微型线圈很难准确分辨出与PDMS横向弛豫时间相近的样品。另外，虽然中国专利申请号为201310659209.4的基于印刷电路板(printed circuit board, PCB)技术的螺线管微型线圈也降低了工艺复杂度和制作成本，但是由于FR4衬底的影响限制了线圈在高场上的应用。
【发明内容】
[0003]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈，本发明另一个目的是提供该基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈的制作方法。本发明提供的基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈的制作方法，可以在不牺牲高场应用或可准确分辨与PDMS横向弛豫时间相近样品的前提下，有效地解决现有螺线管微型线圈工艺复杂度高、制作成本高等问题。
[0004]技术方案:为实现上述目的，本发明的技术方案为:
一种基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈，该线圈包括三层结构，从里向外依次为毛细管内层、双面胶中层和双面胶外层，在毛细管内层设有样品腔，在双面胶中层设有螺线管微型线圈型腔，在双面胶外层设有第一焊盘型腔和第二焊盘型腔。
[0005]作为优选方案，所述的毛细管内层、双面胶中层和双面胶外层三者同轴且均为中空的圆柱体，另外，在装配组合时，毛细管内层的外表面贴着双面胶中层的内表面，双面胶中层的外表面贴着双面胶外层的内表面。
[0006]作为优选方案，所述的螺线管微型线圈型腔的左端、右端分别对应与第一焊盘型腔、第二焊盘型腔相连，螺线管微型线圈型腔的其它部分则完全由双面胶外层包裹覆盖。
[0007]作为优选方案，所述的毛细管内层的材料为玻璃，可避免PCB螺线管微型线圈不能应用于高场的局限。
[0008]作为优选方案，所述的双面胶中层和双面胶外层的材料均为基于聚对苯二甲酸乙二醇酯或基于无纺布的且两面粘有胶水的胶带，可避免周围环绕PDMS的镓螺线管微型线圈不能准确分辨与PDMS横向弛豫时间相近样品的局限。
[0009]作为优选方案，所述的螺线管微型线圈型腔、第一焊盘型腔和第二焊盘型腔均填充液态金属镓。
[0010]作为优选方案，所述的螺线管微型线圈型腔全部搭在毛细管内层的外表面上。
[0011]作为优选方案，所述的双面胶中层的厚度依螺线管微型线圈型腔的深度而定。
[0012]作为优选方案，所述的双面胶外层的厚度依第一焊盘型腔或第二焊盘型腔的深度而定。
[0013]作为优选方案，所述的毛细管内层的样品腔主要用于放置被测液态样品，部分用于放置小于毛细管内径尺寸的固态样品。
[0014]本发明所述的基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈的制作方法，其包括以下步骤:
首先选择指定尺寸的毛细管，并对毛细管内层的内表面和外表面进行清洁处理，再将毛细管内层安装至旋转台上并固定；
然后，将双面胶粘合包裹毛细管内层外表面，形成双面胶中层，再将已粘合毛细管内层的双面胶中层移入至激光切割机中，接着将激光束对准照射包含双面胶中层中轴线的竖直面；
然后，一边匀速转动旋转台，一边从左到右或从右到左匀速移动激光束，形成螺线管微型线圈型腔后，同时停止旋转台转动和激光束照射，其中，旋转台的转动速度、激光束的移动速度、激光束照射时间、激光器功率和气体压力环境参数依螺线管微型线圈型腔线宽、深度、匝数、匝间间距、直径和双面胶中层的材质而定；
然后，标定螺线管微型线圈型腔左右端位置，将已粘合毛细管内层的双面胶中层从激光切割机中移出，再将双面胶粘合包裹双面胶中层外表面，密封螺线管微型线圈型腔，并形成双面胶外层；
然后，将已粘合双面胶中层的双面胶外层移入至激光切割机中，并将激光束照射已标定的螺线管微型线圈型腔的左端和右端，分别形成第一焊盘型腔和第二焊盘型腔，其中，激光束的移动速度、激光束照射时间、激光器功率和气体压力环境参数分别依第一焊盘型腔和第二焊盘型腔的长、宽、深和双面胶外层的材质而定；
最后，在大于或等于镓熔点的温度环境下，对第一焊盘型腔、螺线管微型线圈型腔和第二焊盘型腔先进行液态金属镓浇铸处理，再在低于镓熔点的温度环境下进行冷却处理，制得基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈。
[0015]有益效果:本发明提供的基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈及其制备方法和现有技术相比，具有以下优点:
一方面，现有手工缠绕法、微接触印刷技术、MEMS技术和FIB技术制作的螺线管微型线圈存在工艺难度大、成本高等不足；另一方面，现有的镓螺线管微型线圈和PCB螺线管微型线圈，虽然工艺简单和成本低，但是各自对应存在牺牲检测分辨准确度和限制高场应用等局限；
本发明根据现有技术的不足，提供的一种基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈及其制作方法，该方法可以在不牺牲高场应用或可准确分辨与PDMS横向弛豫时间相近样品的前提下，可有效地解决现有螺线管微型线圈工艺复杂度高、制作成本高等问题，能够制备得到镓螺线管微型线圈可应用于NMR高场中，能够分辨出与PDMS横向弛豫时间相近的样品。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明所述的基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈三层结构的示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0018]实施例1
如图1所示，一种基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈，该微型线圈包括三层结构，从里向外依次为毛细管内层(10)、双面胶中层(20)和双面胶外层
(30)，在毛细管内层(10)上开设有样品腔(11)，在双面胶中层(20)上开设有螺线管微型线圈型腔(21)，在双面胶外层(30)上开设有第一焊盘型腔(31)和第二焊盘型腔(32)。
[0019]以上所述的毛细管内层(10)、双面胶中层(20)和双面胶外层(30)三者同轴且均为中空的圆柱体，且在装配组合时，毛细管内层(10)的外表面贴着双面胶中层(20)的内表面，双面胶中层(20)的外表面贴着双面胶外层(30)的内表面。
[0020]以上所述的螺线管微型线圈型腔(21)的左右端分别对应连接第一焊盘型腔(31)和第二焊盘型腔(32)，螺线管微型线圈型腔(21)剩下的其它部分被双面胶外层(30)包裹覆盖。
[0021]以上所述的毛细管内层(10)的材料为玻璃，双面胶中层(20)和双面胶外层(30)的材料为基于聚对苯二甲酸乙二醇酯或基于无纺布的且两面粘有胶水的胶带，螺线管微型线圈型腔(21)、第一焊盘型腔(31)和第二焊盘型腔(32)填充材料均为液态金属镓。
[0022]以上所述的螺线管微型线圈型腔(21)全部搭在毛细管内层(10)的外表面上。
[0023]以上所述的双面胶中层(20)的厚度依螺线管微型线圈型腔(21)的深度而定。
[0024]以上所述的双面胶外层(30 )的厚度依第一焊盘型腔(31)或第二焊盘型腔(32 )的深度而定。
[0025]以上所述的毛细管内层(10)的样品腔(11)主要用于放置被测液态样品，部分用于放置小于毛细管内径尺寸的固态样品。
[0026]实施例2
一种基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈的制造方法，其包括以下步骤:
首先选择指定尺寸的毛细管，并对毛细管内层(10)的内外表面进行清洁处理，再将毛细管内层安装至旋转台上并固定；
然后，将双面胶粘合包裹毛细管内层(10)外表面，形成双面胶中层(20)，然后移入至激光切割机中，接着将激光束对准照射包含双面胶中层(20)中轴线的竖直面；
然后，一边匀速转动旋转台，一边从左到右或从右到左匀速移动激光束，形成螺线管微型线圈型腔(21)后，同时停止旋转台转动和激光束照射，其中，旋转台的转动速度、激光束的移动速度、激光束照射时间、激光器功率和气体压力环境参数依螺线管微型线圈型腔
(21)线宽、深度、匝数、匝间间距、直径和双面胶中层(20)的材质而定；
然后，标定螺线管微型线圈型腔(21)两端的位置，将已粘合毛细管内层(10)的双面胶中层(20)从激光切割机中移出，再将双面胶粘合包裹双面胶中层(20)外表面，密封螺线管微型线圈型腔(21)，形成双面胶外层(30 )后移入至激光切割机中；
然后，将激光束照射已标定的螺线管微型线圈型腔(21)的左右端，分别对应形成第一焊盘型腔(31)和第二焊盘型腔(32)，其中，激光束的移动速度、激光束照射时间、激光器功率和气体压力环境参数分别依第一焊盘型腔(31)和第二焊盘型腔(32)的长、宽、深和双面胶外层(30)的材质而定；
最后，在大于或等于镓熔点的温度环境下，对第一焊盘型腔(31)、螺线管微型线圈型腔
(21)和第二焊盘型腔(32)先进行液态金属镓浇铸处理，再在低于镓熔点的温度环境下进行冷却处理，制得基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈。
[0027]实施例3
基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈实际微流体核磁共振检测应用时，首先，在样品腔(11)左右两端分别插入进出管，接着，在两端接头处密封，再将液态样品注入样品腔(11)中；
然后，将调谐匹配电路中的信号导线和地导线分别插入含液态金属镓未冷却的第一焊盘型腔(31)和第二焊盘型腔(32)中，待液态金属镓冷却后，通过无磁性同轴电缆线连接至网络分析仪中，并用无磁性平口螺丝刀调节无磁性可变调谐电容和无磁性可变匹配电容，将基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈调谐匹配至50 Ω ；
然后，将调谐匹配电路连同基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈一起从网络分析仪中移出，并一起移入连接核磁共振系统中的控制部分；
然后，将基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈固定在磁体磁场最均匀的中心位置，并将含液态样品的样品腔(11)水平放置；
最后，在含操作软件的计算机上设置工作参数，发射射频激励信号并接收核磁共振作用后的感应信号，通过计算机处理后就得到直观的核磁共振时域信号或核磁共振频域信号。
[0028]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈，其特征在于:该微型线圈包括三层结构，从里向外依次为毛细管内层(10)、双面胶中层(20)和双面胶外层(30)，在毛细管内层(10)上开设有样品腔(11)，在双面胶中层(20)上开设有螺线管微型线圈型腔(21)，在双面胶外层(30)上开设有第一焊盘型腔(31)和第二焊盘型腔(32)。
2.根据权利要求1所述的基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈，其特征在于:毛细管内层(10)、双面胶中层(20)和双面胶外层(30)三者同轴且均为中空的圆柱体，毛细管内层(10)的外表面贴着双面胶中层(20)的内表面，双面胶中层(20)的外表面贴着双面胶外层(30)的内表面。
3.根据权利要求1所述的基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈，其特征在于:第一焊盘型腔(31)与螺线管微型线圈型腔(21)的左端相连，第二焊盘型腔(32)与螺线管微型线圈型腔(21)的右端相连。
4.根据权利要求1所述的基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈，其特征在于:毛细管内层(10)的材料为玻璃，双面胶中层(20)和双面胶外层(30)的材料为基于聚对苯二甲酸乙二醇酯或基于无纺布的且两面粘有胶水的胶带。
5.根据权利要求1所述的基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈，其特征在于:螺线管微型线圈型腔(21)、第一焊盘型腔(31)和第二焊盘型腔(32)内均填充有液态金属镓。
6.根据权利要求1所述的基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈，其特征在于:螺线管微型线圈型腔(21)的两端分别由第一焊盘型腔(31)和第二焊盘型腔(32)相连，螺线管微型线圈型腔(21)的其它部分由双面胶外层(30)包裹覆盖。
7.权利要求1至6任意一项所述的基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: a、首先对毛细管内层(10)的内外表面进行清洁处理，再将毛细管内层(10)安装在旋转台上、固定； b、将双面胶粘合包裹毛细管内层(10)外表面，形成双面胶中层(20)，再将已粘合毛细管内层(10)的双面胶中层(20)移入到激光切割机中，将激光束对准照射包含双面胶中层(20)中轴线的竖直面；一边匀速转动旋转台，一边从左到右或从右到左匀速移动激光束，形成螺线管微型线圈型腔(21)后，同时停止旋转台转动和停止激光束照射； C、标定螺线管微型线圈型腔(21)两端的位置，将已粘合毛细管内层(10)的双面胶中层(20)从激光切割机中移出，再将双面胶粘合包裹双面胶中层(20)外表面，密封螺线管微型线圈型腔(21)，并形成双面胶外层(30)； d、然后移入至激光切割机中，将激光束照射已标定的螺线管微型线圈型腔(21)的左端，形成第一焊盘型腔(31)，将激光束照射已标定的螺线管微型线圈型腔(21)的右端，形成第二焊盘型腔(32); e、在大于或等于镓熔点的温度环境下，对第一焊盘型腔(31)、螺线管微型线圈型腔(21)和第二焊盘型腔(32)先进行液态金属镓浇铸处理，再在低于镓熔点的温度环境下进行冷却处理，制得基于毛细管与双面胶粘合的圆形横截面的镓螺线管微型线圈。
【文档编号】G05B19/418GK104199392SQ201410361495
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月28日 优先权日:2014年7月28日
【发明者】张春伟, 周海, 刘必荣, 曾勇 申请人:盐城工学院