[发明专利]核磁共振微量样品检测探头

说明书

技术领域

本发明涉及一种核磁共振微量样品检测探头，尤其涉及基于平面螺旋微检测线圈、可检测纳升级样品的核磁共振探头。

背景技术

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，简称NMR)波谱化学分析技术已经广泛应用于生命科学、制药、地下找水、化学反应监控等领域，和其他化学分析技术相比，核磁共振波谱技术能够对未知样品进行检测因而分析出被测物的分子组成情况。但是，和气相色谱、液相色谱等技术相比，目前，常规核磁共振技术的检测灵敏度和信噪比较低。另一方面，在环境温度、主磁场给定的情况下，核磁共振实验的信噪比与被测样品的体积成反比。目前常规核磁共振波谱检测探头采用的是内直径5毫米的有机玻璃样品管，相应地，所用自由感应衰减信号检测线圈为螺线管形，在实验中，由于螺线管线圈垂直于主磁场方向而使主磁场分布不均匀，导致最后得到的谱线分辨率降低。

申请号为200610164809.3的中国专利介绍了一种平面核磁共振微线圈微检测器，由平面核磁共振微线圈和微流道结构组成，特别地，该专利介绍了微线圈和微流道结构是如何组成微检测器的，但该专利采用聚酰亚胺材料作为微线圈的衬底，该材料不属于核磁共振兼容性材料，即其与铜的磁化系数相差较大，因而会在一定程度上影响主磁场的分布。申请号为200710179309.1的中国专利介绍了一种核磁共振波谱检测平面微线圈及其制作方法，其中，平面微线圈为螺旋形，平面微线圈的制作方法包括光刻胶掩模工艺与铜微电镀工艺，虽然该专利涉及一种微米级平面螺旋微线圈的制作，但并没有给出在核磁共振实验中相关被测样品与平面微线圈如何配合以获得核磁共振信号，及探头的相关材料组成及构建情况。

专利号为7141978的美国专利介绍了一种多流道核磁共振检测探头，每条基于毛细样品管的流道分别对应一个核磁共振信号检测线圈，所述检测线圈为螺线管形，进行检测时将被测样品载入毛细管后，将所述毛细管沿螺线管轴线方向插入螺线管并穿出，使毛细管中螺线管所对应的区域含有被测样品，并实现被测样品与检测线圈间在空间上充分耦合，但由于螺线管检测线圈必须垂直于主静磁场以感应得到样品产生的自由衰减信号，螺线管与毛细管的结构将影响被测样品区域中静磁场的均匀分布，进而降低所得到波谱的谱线分辨率。

发明内容

本发明的目的是减少现有技术中基于螺线管检测线圈的核磁共振探头对主静磁场分布的干扰，实现对纳升级样品的核磁共振检测，提出一种新型核磁共振探头。该探头基于微米量级的平面螺旋微检测线圈，样品检测时线圈与样品管均平行于静磁场方向。而且，本发明探头由核磁共振兼容性材料制作而成，能有效减小由于线圈、空气与样品管间磁化系数差异而导致的静磁场分布不均匀。

在很多化学分析相关实验中，有时被测物比较稀有和贵重，不宜进行大试量分析检测，需进行微升级甚至纳升级的样品检测，另一方面，根据相关核磁共振原理，检测线圈得到的样品自由感应衰减信号的信噪比与被测样品体积成反比，即理论上被测样品体积越小信噪比越高。而现有常规核磁共振检测探头，一般是基于5毫米内直径试管外套形状匹配螺线管检测线圈的结构，被测样品体积在毫升量级。另外，根据互易定理，由于螺线管产生的磁场在螺线管内是沿其轴线方向，为有效感应样品产生的核磁共振信号，检测时需保证螺线管轴线方向与静磁场方向垂直，这样，由于螺线管与样品管的几何形状，不可避免地会影响检测样品区域静磁场分布的均匀性，进而降低重建得到的样品核磁共振波谱谱线的分辨率。

所述自由感应衰减信号信噪比与被测样品体积成反比基于以下原理：

将自旋量子数不为零的样品置于静磁场中，样品中的核自旋将围绕做频率为υ0=γ2πB0]]>的进动，γ为给定原子核的旋磁比。在脉冲核磁共振实验中，热平衡态时对样品所在区域施加一频率为v₀、持续时间τ、垂直于的射频脉冲磁场后，在样品的宏观磁化强度恢复稳态的驰豫过程中，样品附近适当放置的检测线圈中可感应到自由感应衰减信号(Free Inductance Decay)，其时域表达式s(t)为