基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈及其制備方法，該微型線圈包括三層結構，從里向外依次為毛細管內層（10）、雙面膠中層（20）和雙面膠外層（30），在毛細管內層（10）上開設有樣品腔（11），在雙面膠中層（20）上開設有螺線管微型線圈型腔（21），在雙面膠外層（30）上開設有第一焊盤型腔（31）和第二焊盤型腔（32）。本發明提供的鎵螺線管微型線圈，可以在不犧牲高場應用和可準確分辨與PDMS橫向弛豫時間相近樣品的前提下，能有效地解決現有螺線管微型線圈工藝復雜度高、制作成本高等問題，可廣泛應用于微流體核磁共振檢測領域。
【專利說明】基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈及其制備方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鎵螺線管微型線圈，特別涉及一種基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈及其制作方法。

【背景技術】
[0002]自從 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.)用感應法各自獨立發現核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)現象以來,關于NMR技術的研究就不斷涌現。NMR技術具有兩個明顯的特征:其一，具備無損檢測的優勢；其二，存在檢測靈敏度低的劣勢。為了彌補劣勢，一部分學者把研究方向投入到超導磁體、低溫探頭和極化轉移等技術之中，另一部分學者把研究注意力轉向微型線圈研制之中，其中，Peck等(Designand analysis of microcoils for NMR microscopy.Journal of Magnetic ResonanceSeries B, 1995.108(2): p.114-124.)通過手工纏繞制作圓形橫截面的螺線管微型線圈，研究得出縮小線圈的直徑可以提高檢測靈敏度，但是手工制作方法不利于微型線圈批量生產，也不易于精確制作指定幾何參數的微型線圈。不同于手工纏繞法制作微型線圈，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.)在毛細玻璃管上釆用微接觸印刷技術和電鍍工藝生成螺線管微型線圈，雖然制作方法略優于手工制作，但是制作工藝難度大。Ehrmann 等(Microfabricated solenoids and Helmholtz coils for NMRspectroscopy of mammalian cells.Lab on a Chip, 2007.7(3): p.373-380.)基于微機電系統(micro electro mechanical system, MEMS)技術，米用光刻和電鍍工藝，制作出MEMS螺線管微型線圈，然而制作工作中也存在工藝難度大，不易制作復現等問題。與此同時，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.)釆用聚焦離子束(focused 1n beam, FIB)技術，在內徑400 μ m、外徑550 μ m的石英管上制作螺線管微型線圈，然而FIB制作成本太高。雖然Lam等(Sub-nanoliter nuclear magnetic resonance coils fabricated with multilayersoft lithography.Journal of Micromechanics and Microengineering, 2009.19 (9).095001 (6pp))改進線圈制作方法，降低了工藝復雜度和制作成本，但是周圍環繞著聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane，PDMS)的鎵螺線管微型線圈很難準確分辨出與PDMS橫向弛豫時間相近的樣品。另外，雖然中國專利申請號為201310659209.4的基于印刷電路板(printed circuit board, PCB)技術的螺線管微型線圈也降低了工藝復雜度和制作成本，但是由于FR4襯底的影響限制了線圈在高場上的應用。


【發明內容】

[0003]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供了一種基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈，本發明另一個目的是提供該基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈的制作方法。本發明提供的基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈的制作方法，可以在不犧牲高場應用或可準確分辨與PDMS橫向弛豫時間相近樣品的前提下，有效地解決現有螺線管微型線圈工藝復雜度高、制作成本高等問題。
[0004]技術方案:為實現上述目的，本發明的技術方案為:
一種基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈，該線圈包括三層結構，從里向外依次為毛細管內層、雙面膠中層和雙面膠外層，在毛細管內層設有樣品腔，在雙面膠中層設有螺線管微型線圈型腔，在雙面膠外層設有第一焊盤型腔和第二焊盤型腔。
[0005]作為優選方案，所述的毛細管內層、雙面膠中層和雙面膠外層三者同軸且均為中空的圓柱體，另外，在裝配組合時，毛細管內層的外表面貼著雙面膠中層的內表面，雙面膠中層的外表面貼著雙面膠外層的內表面。
[0006]作為優選方案，所述的螺線管微型線圈型腔的左端、右端分別對應與第一焊盤型腔、第二焊盤型腔相連，螺線管微型線圈型腔的其它部分則完全由雙面膠外層包裹覆蓋。
[0007]作為優選方案，所述的毛細管內層的材料為玻璃，可避免PCB螺線管微型線圈不能應用于高場的局限。
[0008]作為優選方案，所述的雙面膠中層和雙面膠外層的材料均為基于聚對苯二甲酸乙二醇酯或基于無紡布的且兩面粘有膠水的膠帶，可避免周圍環繞PDMS的鎵螺線管微型線圈不能準確分辨與PDMS橫向弛豫時間相近樣品的局限。
[0009]作為優選方案，所述的螺線管微型線圈型腔、第一焊盤型腔和第二焊盤型腔均填充液態金屬鎵。
[0010]作為優選方案，所述的螺線管微型線圈型腔全部搭在毛細管內層的外表面上。
[0011]作為優選方案，所述的雙面膠中層的厚度依螺線管微型線圈型腔的深度而定。
[0012]作為優選方案，所述的雙面膠外層的厚度依第一焊盤型腔或第二焊盤型腔的深度而定。
[0013]作為優選方案，所述的毛細管內層的樣品腔主要用于放置被測液態樣品，部分用于放置小于毛細管內徑尺寸的固態樣品。
[0014]本發明所述的基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈的制作方法，其包括以下步驟:
首先選擇指定尺寸的毛細管，并對毛細管內層的內表面和外表面進行清潔處理，再將毛細管內層安裝至旋轉臺上并固定；
然后，將雙面膠粘合包裹毛細管內層外表面，形成雙面膠中層，再將已粘合毛細管內層的雙面膠中層移入至激光切割機中，接著將激光束對準照射包含雙面膠中層中軸線的豎直面；
然后，一邊勻速轉動旋轉臺，一邊從左到右或從右到左勻速移動激光束，形成螺線管微型線圈型腔后，同時停止旋轉臺轉動和激光束照射，其中，旋轉臺的轉動速度、激光束的移動速度、激光束照射時間、激光器功率和氣體壓力環境參數依螺線管微型線圈型腔線寬、深度、匝數、匝間間距、直徑和雙面膠中層的材質而定；
然后，標定螺線管微型線圈型腔左右端位置，將已粘合毛細管內層的雙面膠中層從激光切割機中移出，再將雙面膠粘合包裹雙面膠中層外表面，密封螺線管微型線圈型腔，并形成雙面膠外層；
然后，將已粘合雙面膠中層的雙面膠外層移入至激光切割機中，并將激光束照射已標定的螺線管微型線圈型腔的左端和右端，分別形成第一焊盤型腔和第二焊盤型腔，其中，激光束的移動速度、激光束照射時間、激光器功率和氣體壓力環境參數分別依第一焊盤型腔和第二焊盤型腔的長、寬、深和雙面膠外層的材質而定；
最后，在大于或等于鎵熔點的溫度環境下，對第一焊盤型腔、螺線管微型線圈型腔和第二焊盤型腔先進行液態金屬鎵澆鑄處理，再在低于鎵熔點的溫度環境下進行冷卻處理，制得基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈。
[0015]有益效果:本發明提供的基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈及其制備方法和現有技術相比，具有以下優點:
一方面，現有手工纏繞法、微接觸印刷技術、MEMS技術和FIB技術制作的螺線管微型線圈存在工藝難度大、成本高等不足；另一方面，現有的鎵螺線管微型線圈和PCB螺線管微型線圈，雖然工藝簡單和成本低，但是各自對應存在犧牲檢測分辨準確度和限制高場應用等局限；
本發明根據現有技術的不足，提供的一種基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈及其制作方法，該方法可以在不犧牲高場應用或可準確分辨與PDMS橫向弛豫時間相近樣品的前提下，可有效地解決現有螺線管微型線圈工藝復雜度高、制作成本高等問題，能夠制備得到鎵螺線管微型線圈可應用于NMR高場中，能夠分辨出與PDMS橫向弛豫時間相近的樣品。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發明所述的基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈三層結構的示意圖。

【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0018]實施例1
如圖1所示，一種基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈，該微型線圈包括三層結構，從里向外依次為毛細管內層(10)、雙面膠中層(20)和雙面膠外層
(30)，在毛細管內層(10)上開設有樣品腔(11)，在雙面膠中層(20)上開設有螺線管微型線圈型腔(21)，在雙面膠外層(30)上開設有第一焊盤型腔(31)和第二焊盤型腔(32)。
[0019]以上所述的毛細管內層(10)、雙面膠中層(20)和雙面膠外層(30)三者同軸且均為中空的圓柱體，且在裝配組合時，毛細管內層(10)的外表面貼著雙面膠中層(20)的內表面，雙面膠中層(20)的外表面貼著雙面膠外層(30)的內表面。
[0020]以上所述的螺線管微型線圈型腔(21)的左右端分別對應連接第一焊盤型腔(31)和第二焊盤型腔(32)，螺線管微型線圈型腔(21)剩下的其它部分被雙面膠外層(30)包裹覆蓋。
[0021]以上所述的毛細管內層(10)的材料為玻璃，雙面膠中層(20)和雙面膠外層(30)的材料為基于聚對苯二甲酸乙二醇酯或基于無紡布的且兩面粘有膠水的膠帶，螺線管微型線圈型腔(21)、第一焊盤型腔(31)和第二焊盤型腔(32)填充材料均為液態金屬鎵。
[0022]以上所述的螺線管微型線圈型腔(21)全部搭在毛細管內層(10)的外表面上。
[0023]以上所述的雙面膠中層(20)的厚度依螺線管微型線圈型腔(21)的深度而定。
[0024]以上所述的雙面膠外層(30 )的厚度依第一焊盤型腔(31)或第二焊盤型腔(32 )的深度而定。
[0025]以上所述的毛細管內層(10)的樣品腔(11)主要用于放置被測液態樣品，部分用于放置小于毛細管內徑尺寸的固態樣品。
[0026]實施例2
一種基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈的制造方法，其包括以下步驟:
首先選擇指定尺寸的毛細管，并對毛細管內層(10)的內外表面進行清潔處理，再將毛細管內層安裝至旋轉臺上并固定；
然后，將雙面膠粘合包裹毛細管內層(10)外表面，形成雙面膠中層(20)，然后移入至激光切割機中，接著將激光束對準照射包含雙面膠中層(20)中軸線的豎直面；
然后，一邊勻速轉動旋轉臺，一邊從左到右或從右到左勻速移動激光束，形成螺線管微型線圈型腔(21)后，同時停止旋轉臺轉動和激光束照射，其中，旋轉臺的轉動速度、激光束的移動速度、激光束照射時間、激光器功率和氣體壓力環境參數依螺線管微型線圈型腔
(21)線寬、深度、匝數、匝間間距、直徑和雙面膠中層(20)的材質而定；
然后，標定螺線管微型線圈型腔(21)兩端的位置，將已粘合毛細管內層(10)的雙面膠中層(20)從激光切割機中移出，再將雙面膠粘合包裹雙面膠中層(20)外表面，密封螺線管微型線圈型腔(21)，形成雙面膠外層(30 )后移入至激光切割機中；
然后，將激光束照射已標定的螺線管微型線圈型腔(21)的左右端，分別對應形成第一焊盤型腔(31)和第二焊盤型腔(32)，其中，激光束的移動速度、激光束照射時間、激光器功率和氣體壓力環境參數分別依第一焊盤型腔(31)和第二焊盤型腔(32)的長、寬、深和雙面膠外層(30)的材質而定；
最后，在大于或等于鎵熔點的溫度環境下，對第一焊盤型腔(31)、螺線管微型線圈型腔
(21)和第二焊盤型腔(32)先進行液態金屬鎵澆鑄處理，再在低于鎵熔點的溫度環境下進行冷卻處理，制得基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈。
[0027]實施例3
基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈實際微流體核磁共振檢測應用時，首先，在樣品腔(11)左右兩端分別插入進出管，接著，在兩端接頭處密封，再將液態樣品注入樣品腔(11)中；
然后，將調諧匹配電路中的信號導線和地導線分別插入含液態金屬鎵未冷卻的第一焊盤型腔(31)和第二焊盤型腔(32)中，待液態金屬鎵冷卻后，通過無磁性同軸電纜線連接至網絡分析儀中，并用無磁性平口螺絲刀調節無磁性可變調諧電容和無磁性可變匹配電容，將基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈調諧匹配至50 Ω ；
然后，將調諧匹配電路連同基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈一起從網絡分析儀中移出，并一起移入連接核磁共振系統中的控制部分；
然后，將基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈固定在磁體磁場最均勻的中心位置，并將含液態樣品的樣品腔(11)水平放置；
最后，在含操作軟件的計算機上設置工作參數，發射射頻激勵信號并接收核磁共振作用后的感應信號，通過計算機處理后就得到直觀的核磁共振時域信號或核磁共振頻域信號。
[0028]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈，其特征在于:該微型線圈包括三層結構，從里向外依次為毛細管內層(10)、雙面膠中層(20)和雙面膠外層(30)，在毛細管內層(10)上開設有樣品腔(11)，在雙面膠中層(20)上開設有螺線管微型線圈型腔(21)，在雙面膠外層(30)上開設有第一焊盤型腔(31)和第二焊盤型腔(32)。
2.根據權利要求1所述的基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈，其特征在于:毛細管內層(10)、雙面膠中層(20)和雙面膠外層(30)三者同軸且均為中空的圓柱體，毛細管內層(10)的外表面貼著雙面膠中層(20)的內表面，雙面膠中層(20)的外表面貼著雙面膠外層(30)的內表面。
3.根據權利要求1所述的基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈，其特征在于:第一焊盤型腔(31)與螺線管微型線圈型腔(21)的左端相連，第二焊盤型腔(32)與螺線管微型線圈型腔(21)的右端相連。
4.根據權利要求1所述的基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈，其特征在于:毛細管內層(10)的材料為玻璃，雙面膠中層(20)和雙面膠外層(30)的材料為基于聚對苯二甲酸乙二醇酯或基于無紡布的且兩面粘有膠水的膠帶。
5.根據權利要求1所述的基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈，其特征在于:螺線管微型線圈型腔(21)、第一焊盤型腔(31)和第二焊盤型腔(32)內均填充有液態金屬鎵。
6.根據權利要求1所述的基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈，其特征在于:螺線管微型線圈型腔(21)的兩端分別由第一焊盤型腔(31)和第二焊盤型腔(32)相連，螺線管微型線圈型腔(21)的其它部分由雙面膠外層(30)包裹覆蓋。
7.權利要求1至6任意一項所述的基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: a、首先對毛細管內層(10)的內外表面進行清潔處理，再將毛細管內層(10)安裝在旋轉臺上、固定； b、將雙面膠粘合包裹毛細管內層(10)外表面，形成雙面膠中層(20)，再將已粘合毛細管內層(10)的雙面膠中層(20)移入到激光切割機中，將激光束對準照射包含雙面膠中層(20)中軸線的豎直面；一邊勻速轉動旋轉臺，一邊從左到右或從右到左勻速移動激光束，形成螺線管微型線圈型腔(21)后，同時停止旋轉臺轉動和停止激光束照射； C、標定螺線管微型線圈型腔(21)兩端的位置，將已粘合毛細管內層(10)的雙面膠中層(20)從激光切割機中移出，再將雙面膠粘合包裹雙面膠中層(20)外表面，密封螺線管微型線圈型腔(21)，并形成雙面膠外層(30)； d、然后移入至激光切割機中，將激光束照射已標定的螺線管微型線圈型腔(21)的左端，形成第一焊盤型腔(31)，將激光束照射已標定的螺線管微型線圈型腔(21)的右端，形成第二焊盤型腔(32); e、在大于或等于鎵熔點的溫度環境下，對第一焊盤型腔(31)、螺線管微型線圈型腔(21)和第二焊盤型腔(32)先進行液態金屬鎵澆鑄處理，再在低于鎵熔點的溫度環境下進行冷卻處理，制得基于毛細管與雙面膠粘合的圓形橫截面的鎵螺線管微型線圈。
【文檔編號】G05B19/418GK104199392SQ201410361495
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】張春偉, 周海, 劉必榮, 曾勇 申請人:鹽城工學院