一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片的製作方法

2024-01-31 05:21:15 2

專利名稱：一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種核磁共振檢測晶片，具體涉及一種體積微小、製造和維護成本低
廉的基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片。
背景技術：
目前，光學檢測方法廣泛應用於微流體通道中生物粒子的檢測，但是該方法本身 具有一定的局限性。例如，雷射誘導螢光檢測只適用於具有自然螢光特性或者能與螢光粉 相互作用的分子顆粒，而大部分生物分子和化合物並不嚴格滿足這一要求。同時，光學檢測 方法在檢測過程中對感興趣區域具有檢測通道可視化的需求也限制了檢測裝置材料的選 擇。除此之外，大部分光學檢測方法僅局限於對已知化合物的分析。 核磁共振技術由於其獨特的非破壞性，具有在線檢測和同時提供物質形態學與功 能學信息的功能，能夠很好的克服以上問題。但是傳統的核磁共振技術採用較大的射頻線 圈包圍整個測量樣品，應用於微流體中生物粒子檢測時具有靈敏度較差、信噪比和解析度 較低的缺點。基於核磁共振技術，纏繞於微流體通道的微型螺線管線圈可以大大提高微流 體中生物粒子檢測的靈敏度和解析度，但是微型螺線管線圈的製造過程比較困難，難以適 用於大批量生產。同時，目前大部分高分辨核磁共振檢測技術都是在低溫超導磁體中進行， 而超導磁體的應用不可避免的會增加檢測裝置的製造和維護成本，當前正在研究的其他一 些應用於微流體高解析度檢測的核磁共振技術，例如C. L. Degen， M. Poggio， H. J. Mamin， et al.Nanoscale magnetic resonance imaging, PNAS 2009,106(5) : 1313-1317，雖然不需超 導磁體，但是仍然需要超低溫的檢測環境。這些裝置要麼體積非常龐大，要麼製造技術較為 複雜，難以適用於微流體中生物粒子的常規檢測，特別是"家庭化"的即時醫學檢測。

發明內容
發明目的為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種體積微小、製造和維
護成本低廉的基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片，該檢測晶片適用於微流體中
生物粒子的常規檢測與分析，特別適用於"家庭化"人體體液成分與含量的即時醫學檢測。 技術方案為了實現上述目的，本發明的一種基於核磁共振技術的微流控生物粒
子檢測晶片，包括產生水平方向均勻主磁場的主磁場產生裝置、產生豎直方向的射頻磁場
的射頻磁場發生器、接收微流體中生物粒子核磁共振信號的信號接收器、微流體通道裝置
和支撐板；所述射頻磁場發生器包括第一基質襯底和刻蝕在基質襯底上的平板射頻發射線
圈；所述接收器包括第二襯底、第三襯底和刻蝕在該兩片襯底上的平板射頻接收線圈組，第
二襯底和第三襯底對稱分布在微流體通道裝置兩側；所述微流體通道裝置包括微流體通道。 所述主磁場產生裝置包括兩塊平行的永磁體和連接這兩塊永磁體構成磁路的鐵 軛；也可以由其它結構組成的永磁鐵磁路實現；所述射頻磁場發生器位於永磁鐵的頂端。
所述通道的橫截面為橢圓形或者梯形。
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所述微流體通道為單個或多個，當採用多個微流體通道時，可以對不同大小的粒 子進行分類檢驗；每個微流體通道的橫截面積可以不相等，其截面幾何形狀可以為橢圓形、 梯形或者其它幾何形狀，每個微流體通道的管徑是非均勻的，即沿著流速方向各個位置處 的橫截面積可以不全相等，其中與射頻接收線圈組位置對應處的微流體通道截面積較大， 在流量恆定的情況下，可減小流經此位置處流體的流速以保證射頻接收線圈完整的採集核 磁共振信號。 所述平板射頻接收線圈組的組數為MXN(M， N > 1)，每組平板射頻接收線圈組包 括兩個平板射頻接收線圈，每兩個平板射頻接收線圈對稱分布於微流體通道的兩側，N的值 等於微流體通道的數目，M的值為每個微流體通道對應的射頻接收線圈的組數。
每兩個平板射頻接收線圈對稱分布於微流體通道的兩測對流經的微流體進行同 時檢測，融合兩個射頻接收線圈所感應的信號可以增加信號接收器的靈敏度與信噪比；每 一個微流體通道對應多組(M> 1)射頻接收線圈，當微流體流經某一組射頻接收線圈時，可 以對信號發射器中的射頻發射線圈施加不同的類型的脈衝序列以滿足射頻接收線圈針對 指定類型粒子進行檢測的需要。 所述支撐板為長方形薄板，或者其它幾何形狀的薄板；所述平板射頻發射線圈為
平面螺線形結構，其材料可選擇銅，也可選擇其它低阻抗金屬材料。 所述的主磁場中的最佳位置為兩塊永磁體之間磁場均勻度效果最好的位置。 有益效果本發明的一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片，體積微
小，製造和維護成本低廉，適用於微流體中生物粒子的常規檢測與分析，特別適用於"家庭
化"人體體液成分與含量的即時醫學檢測。


圖1為本發明一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片的俯視圖；
圖2為圖1中A-A主剖視圖；
圖3為圖2中B-B剖視圖；
圖4為圖2中C-C剖視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。 如圖l-4所示，本發明的一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片，包 括產生水平方向均勻主磁場B。的主磁場產生裝置、產生豎直方向的射頻磁場B工的射頻磁場 發生器、接收微流體中生物粒子核磁共振信號的信號接收器、微流體通道裝置105和支撐 板110 ;射頻磁場發生器包括第一基質襯底104和刻蝕在第一基質襯底104上的平板射頻 發射線圈103 ;信號接收器包括第二襯底106、第三襯底107和刻蝕在該兩片襯底上的平板 射頻接收線圈組，本實施例中有六組平板射頻接收線圈組(121 、 122、 123和131 、 132、 133)， 第二襯底106和第三襯底107對稱分布在微流體通道裝置105兩側；微流體通道裝置105 包括第一微流體通道108和第二微流體通道109，可以根據檢測需要，增加微流體通道的數 如圖2所示，主磁場產生裝置包括兩塊平行的長方體結構的永磁體101和一塊連接這兩塊永磁體101構成磁路的長方體結構的鐵軛102 ;永磁體101的材料為釹鐵硼，也 可選擇其它稀土鐵永磁材料，鐵軛102的材料為電工純鐵，也可選擇其它具有高磁導率的 金屬材料；射頻磁場發生器位於永磁鐵101的頂端。每組射頻接收線圈組包括兩個射頻接 收線圈，第二襯底106和第三襯底107及刻蝕其上的射頻接收線圈對稱分布於微流體通道 裝置105兩側，共同用於微流體核磁共振信號的接收。微流體通道裝置105包含單個或多 個微流體通道，當採用多個微流體通道時，可以對不同大小的粒子進行分類檢驗；本實施例 中微流體通道裝置105包括第一微流體通道108和第二微流體通道109，並採用第二襯底 106和第三襯底107對其密封，兩個微流體通道的橫截面積不等，分別用於運輸含有不同大
小粒子範圍的微流體。支撐板iio用於調節並支撐微流體通道裝置和信號接收器並使之位
於主磁場中的最佳位置，主磁場中的最佳位置為兩塊永磁體之間磁場均勻度效果最好的位
置；支撐板110為一個長方形薄板，材料可選用玻璃或者其它非金屬材料。 如圖1所示，第一基質襯底104為一個長方形薄板，其材料可選用玻璃，也可選擇
其它聚合物材料，射頻發射線圈103為平面螺線形結構，其材料可選用銅或者其它低阻抗
金屬材料。 如圖3所示，第二基質襯底106為一個長方形薄板，其材料可選用玻璃，也可選擇
其他聚合物材料，射頻接收線圈組為一個3X2的矩陣，其中共有六個射頻接收線圈(121、
122、 123和131、 132、 133)刻蝕於第一基質襯底106上，每個射頻接收線圈均呈平面螺線形
結構，線圈的材料可選用銅或者其它低阻抗金屬材料，射頻接收線圈121、122和123具有相
同的尺寸，131、132和133具有相同的尺寸，而121和131的尺寸則可以不等。
如圖4中所示，每個微流體通道的橫截面積可以不相等，其截面幾何形狀可以為
橢圓形、梯形或者其它幾何形狀。本實施例中的第一微流體通道108和第二微流體通道109
的管徑並不是均勻分布的，即沿著各自流速方向(^和v》各處的橫截面積可以不相等，其
中與射頻接收線圈位置140對應處的微流體通道的管徑較大，在流量恆定的情況下，可減
小流經此位置處流體的流速以保證射頻接收線圈完整的採集核磁共振信號。 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出對於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
視為本發明的保護範圍。
權利要求
一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片，其特徵在於包括產生水平方向均勻主磁場的主磁場產生裝置、產生豎直方向的射頻磁場的射頻磁場發生器、接收微流體中生物粒子核磁共振信號的信號接收器、微流體通道裝置(105)和支撐板(110)；所述射頻磁場發生器包括第一基質襯底(104)和刻蝕在第一基質襯底(104)上的平板射頻發射線圈(103)；所述接收器包括第二襯底(106)、第三襯底(107)和刻蝕在這兩片襯底上的平板射頻接收線圈組，第二襯底(106)和第三襯底(107)對稱分布在微流體通道裝置(105)兩側；所述微流體通道裝置(105)包括微流體通道(108)。
2. 根據權利要求1所述的一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片，其特徵 在於所述主磁場產生裝置包括兩塊平行的永磁體(101)和連接這兩塊永磁體(101)構成 磁路的鐵軛(102);所述射頻磁場發生器位於永磁鐵(101)的頂端。
3. 根據權利要求1所述的一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片，其特徵 在於所述通道(108)的橫截面為橢圓形或者梯形。
4. 根據權利要求1或3所述的一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片，其 特徵在於所述平板射頻接收線圈組的組數為MXN(M，N^ l)，每組平板射頻接收線圈組包 括兩個平板射頻接收線圈，平板射頻接收線圈對稱分布於微流體通道的兩側，N的值等於微 流體通道的數目，M的值為每個微流體通道對應的射頻接收線圈的組數。
5. 根據權利要求1所述的一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片，其特徵 在於所述支撐板(110)為長方形薄板。
6. 根據權利要求1所述的一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片，其特徵 在於所述平板射頻發射線圈(103)為平面螺線形結構。
全文摘要
本發明公開了一種基於核磁共振技術的微流控生物粒子檢測晶片，包括產生水平方向均勻主磁場的主磁場產生裝置、產生豎直方向的射頻磁場的射頻磁場發生器、接收微流體中生物粒子核磁共振信號的信號接收器、微流體通道裝置和支撐板；射頻磁場發生器包括第一基質襯底和刻蝕在該基質襯底上的平板射頻發射線圈；接收器包括第二襯底、第三襯底和刻蝕在該兩片襯底上的平板射頻接收線圈組，第二襯底和第三襯底對稱分布在微流體通道裝置兩側；微流體通道裝置包括微流體通道。本發明的檢測晶片體積微小、製造和維護成本低廉，適用於微流體中生物粒子的常規檢測與分析，特別適用於「家庭化」人體體液成分與含量的即時醫學檢測。
文檔編號G01N24/08GK101782539SQ20101902611
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月5日 優先權日2010年2月5日
發明者倪中華, 吳衛平, 易紅, 陸榮生 申請人:東南大學