一种微型螺线管线圈探头及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于线圈制造领域，具体涉及一种微型螺线管线圈探头及其制造方法。
【背景技术】
[0002]核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技术因无损检测而闻名于分析领域，广泛应用于化学结构分析、分子动力学、诊断成像以及其他领域。近几年，应用于分析的核磁共振分析仪朝着低成本、高精度、便携式方向发展，而基于核磁共振线圈的NMR探头作为核磁共振分析仪的重要部件之一，对信号的发送与接收具有决定性作用。因此，寻找一种成本低廉、方法简单、灵敏度高的线圈，成为当前研宄的热点。目前，有诸多研宄涉及到核磁共振线圈的制作以及应用。如Peck等{Design and analysis of microcoils for NMRmicroscopy.Journal of Magnetic Resonance Series B, 1995.108(2): p.114-124.)在毛细管上手工缠绕螺线管线圈，线圈品质因数表现较高，但因手工缠绕，不可批量制作。Massin 等{Planar mi crocoi 1-based microfluidic NMR probes.Journal of MagneticResonance, 2003.164(2): p.2A2-2W0.')取(Multilayer high-aspect-rat1RF coil for NMR applicat1ns.Microsystem Technologies, 2011.17(8): p.1311-1317.)基于玻璃衬底，运用光刻和电镀技术，制作易于微流通道集成的微机电系统(micro electro mechanic system, MEMS)线圈，但是线圈结构多孔且表面粗糖。Kratt等(A fully MEMS~compatible process for 3D high aspect rat1 micro coils obtainedwith an automatic wire bonder.Journal of Micromechanics and Microengineering,2010.20(1): p.015021.)结合标准MEMS方法，采用自动引线键合技术批量制作3D微型线圈，不过这种方法制得的键合线线圈的直径局限于光刻和SU-8支柱的机械强度。Sillerud ^ {H-1 NMR Detect1n of superparamagnetic nanoparticles at I T usinga mi crocoi I and novel tuning circuit.Journal of Magnetic Resonance, 2006.181(2): p.181-190.)采用聚焦离子束(focused 1n beam, FIB)加工技术制作直径550 μm的螺线管微型线圈，不过其制作成本昂贵。
【发明内容】
[0003](一)要解决的技术问题
本发明要解决的是现有线圈制作中存在工艺复杂、成本高、周期长、不可批量等问题。
[0004](二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，具有制作工艺简单、成本低、周期短、可批量化的优点，该探头结构由骨架、螺线管线圈、基底和支撑台组成。
[0005]上述方案中，螺线管线圈采用自粘漆包铜线，铜材料制成，并用自动绕线机绕制于骨架上。螺线管线圈用于发射射频激励信号和接收自由感应衰减信号，其线圈几何参数根据实际工作的拉莫尔频率，由信噪比理论计算得出；螺线管线圈的直径依据被检测样品的体积而定，使螺线管线圈的填充因数尽可能的大；螺线管线圈的厚度与趋肤深度相关。露出的引线用于连接外部PCB板电路。
[0006]上述方案中，基底材料采用聚二甲基硅氧烷(PDMS )制成。可以根据配合不同的装置，选择不同的大小体积。
[0007]上述方案中，骨架为薄壁圆管，材料为聚乙烯(PE)。其壁厚可以控制调整，使样本的填充因数尽可能的大；
上述方案中，被检液态样品放入合适的容器中，容器放入骨架一端，由支撑台支撑，并使样品被螺线管线圈包围。
[0008]本发明的一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，具体包括如下步骤:
1、对骨架进行清洗，如采用超声波清洗仪，取出用氮气吹干；
2、在自动绕线机一端夹持骨架，把螺线管线圈绕制于骨架上，完成后用棉签蘸取少量无水乙醇，纯度80%以上，擦拭螺线管线圈表面，利用相似相容原理，使自粘漆包铜线粘结，并用堵塞物堵住骨架(I)的两端；
3、制备合适的PDMS块大小，平行对齐放置于培养皿的两端，作为骨架的支撑，并固定于TOMS块上；
4、将PDMS和固化剂的混合液，以质量比10:1的比例混合并搅拌均勾，倒入已经排布好骨架的培养皿中，作为基底，在真空抽气机中抽除气泡，放入真空干燥箱中烘干固化，并注意把螺线管线圈的两条引线要露在基底外面；
5、PDMS固化后，切割出含有骨架和螺线管线圈那部分基底，并在骨架一端放入支撑台，实现了骨架、螺线管线圈、支撑台和基底的集成。
(三)有益效果
1、本发明提供的一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，可以实现低工艺简单、成本低、周期短、可批量化制作。
[0009]2、本发明提供的一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，用自粘漆包铜线作为螺线管线圈探头的材料，采用自动绕线机绕制，配合无水乙醇使螺线管线圈固定，工艺简单，并可以精确控制螺线管线圈的参数。
[0010]3、本发明提供的一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，探头的大小、形状可以控制，适合应用于不同场合的核磁共振检测。
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]图1为本发明的结构示意图。
[0013]图2为本发明的横截面示意图。
[0014]图3a为本发明制造方法步骤I的示意图。
[0015]图3b为本发明制造方法步骤2的示意图。
[0016]图3c为本发明制造方法步骤3的示意图。
[0017]图3d为本发明制造方法步骤4的示意图。
[0018]图3e为本发明制造方法步骤5的示意图。
[0019]图中:1骨架，2螺线管线圈，3基底，4支撑台。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体详细制造方法，并参考附图，对本发明进一步详细说明。
[0021]如图1和图2所示，本发明提供的一种微型螺线管线圈探头及其制造方法，该探头结构包含骨架(I)、螺线管线圈(2)、基底(3)和支撑台(4);基底(3)中含有骨架(1)、螺线管线圈⑵和支撑台⑷；螺线管线圈⑵缠绕在骨架⑴上；骨架⑴连同螺线管线圈
(2)，封在基底(3)当中；在基底(3)中，露出螺线管线圈(2)引线，以便接入PCB印刷电路板；骨架(I) 一端放入支撑台(4)，另一端可放入试管等装载样本的容器。
[0022]其中，骨架(1)、螺线管线圈(2)、基底(3)是连接一体的，螺线管线圈(2)采用自粘漆包铜线，铜材料制成，并用自动绕线机绕制于骨架上(I)，线径和长度可以由信噪比选择控制。基底(3)材料采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成，体积大小可以由所配装置选择控制。骨架(I)为薄壁圆管，材料为聚乙烯(PE)，壁厚和长度可以由所配装置选择控制，离底面的距离可以由基底(3)控制。
[0023]参见图3a — 3e，本发明的制造方法如下:
(1)对骨架(I)进行清洗，如采用超声波清洗仪，取出用氮气吹干(参见图3a);
(2)在自动绕线机一端夹持骨架(I)，把螺线管线圈(2)绕制于骨架上，完成后用棉签蘸取少量无水乙醇，纯度80%以上，擦拭螺线管线圈(2)表面，利用相似相容原理，使自粘漆包铜线粘结，并用堵塞物堵住骨架(I)的两端(参见图3b);
(3)制备合适的PDMS块大小，平行对齐放置于培养皿的两端，作为骨架⑴的支撑，并固定于PDMS块上(参见图3c)；
(4)将配制好的PDMS和固化剂的混合液，搅拌均匀后，倒入已经排布好骨架(I)的培养皿中，作为基底(3)，在真空抽气机中抽除气泡，放入真空干燥箱中烘干固化，并注意把螺线管线圈(2)的两条引线要露在基底(3)外面(参见图3d);
(5)PDMS固化后，切割出含有骨架(I)和螺线管线圈(2)那部分基底(3)，并在骨架
(I)一端放入支撑台(4)，实现了骨架(I)、螺线管线圈(2)、支撑台(4)和基底(3)的集成(参见图3e)。
[0024]以上所述的发明的制造方法，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体制造方法而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种微型螺线管线圈探头，其特征在于该探头结构包括:骨架(I)、螺线管线圈(2)、基底(3)和支撑台(4);基底(3)中含有骨架(I)、螺线管线圈(2)和支撑台(4);螺线管线圈⑵缠绕在骨架⑴上；骨架⑴连同螺线管线圈⑵，封在基底⑶当中；在基底⑶中，露出螺线管线圈⑵引线，以便接入PCB印刷电路板；骨架⑴一端放入支撑台⑷，另一端可放入试管等装载样本的容器。2.根据权利要求1所述的一种微型螺线管线圈探头，其特征在于骨架(I)、螺线管线圈(2)、基底(3)是连接一体的。3.根据权利要求1所述的一种微型螺线管线圈探头，螺线管线圈(2)采用自粘漆包铜线，并绕制于骨架上(I)。4.根据权利要求1所述的一种微型螺线管线圈探头，其特征在于其基底(3)，材料采用聚二甲基硅氧烷PDMS制成，体积大小可以由所配装置选择控制。5.根据权利要求1所述的一种微型螺线管线圈探头，其特征在于骨架(I)为薄壁圆管，材料为聚乙烯PE，壁厚和长度可以由所配装置选择控制，离底面的距离可以由基底(3)控制。6.权利要求1至5任意一项所述的一种微型螺线管线圈探头的制造方法，其特征在于包括如下步骤: (1)对骨架(I)进行清洗，如采用超声波清洗仪，取出用氮气吹干； (2)在自动绕线机一端夹持骨架(I)，把螺线管线圈(2)绕制于骨架上，完成后用棉签蘸取少量无水乙醇，纯度80%以上，擦拭螺线管线圈(2)表面，利用相似相容原理，使自粘漆包铜线粘结，并用堵塞物堵住骨架(I)的两端； (3)制备合适的聚二甲基硅氧烷PDMS块大小，平行对齐放置于培养皿的两端，作为骨架⑴的支撑，并固定于PDMS块上； (4)将配制好的PDMS和固化剂的混合液，搅拌均匀后，倒入已经排布好骨架(I)的培养皿中，作为基底(3)，在真空抽气机中抽除气泡，放入真空干燥箱中烘干固化，并注意把螺线管线圈⑵的两条引线要露在基底⑶外面； (5)PDMS固化后，切割出含有骨架(I)和螺线管线圈(2)那部分基底(3)，并在骨架(I) 一端放入支撑台(4)，实现了骨架(I)、螺线管线圈(2)、支撑台(4)和基底(3)的集成。
【专利摘要】本发明涉及到一种微型螺线管线圈探头及其制造方法。该探头结构包含骨架、螺线管线圈、基底、和支撑台组成。基底中含有骨架、螺线管线圈和支撑台；螺线管线圈缠绕在骨架上；骨架连同螺线管线圈，封在基底当中；骨架一端塞入支撑台，另一端可放入样品管等容器。现有的微型螺线管NMR探头在制作中存在工艺复杂、成本高、周期长、不可批量等问题。本发明提供的用于NMR的微型螺线管线圈探头及其制造方法，具有制作简单、微型化、可批量、成本低、周期短等优点。
【IPC分类】G01R33/34, H01F41/04
【公开号】CN104898078
【申请号】CN201510304968
【发明人】倪中华, 尹奇峰, 易红, 陆荣生, 周新龙, 胡剑雄, 雷鹏坤, 姜晓文
【申请人】东南大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月5日